电化学基本概念

三、电化学现象普遍存在(a)iii为带电荷粒子相间自发转移(b)相界面存在过剩电荷界面电位差(c)自然界普遍存在水电解质溶液电化学势ElectrochemicalPotentialGi=i-i+Zie0(-)平衡时：i+Zie0=i+Zie0两相间建立平衡电势ii恒温恒压下荷电粒子i从相转移到相电极（Electrode)电极材料/电解质Zn|Zn2+,SO42-Pt|H2,H+Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液电极（Electrode)电极材料/电解质Zn|Zn2+,SO42-,Pt|H2,H+Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液•传递电荷•氧化或还原反应的地点•“半电池”电极（电化学）反应Electrode(Electrochemical）Reaction特殊的异相氧化还原反应氧化和还原反应分别在不同的地点进行电极（电化学）反应Electrode(Electrochemical）Reaction特殊的异相氧化还原反应氧化和还原反应分别在不同的地点进行电场的强度和方向可改变反应的活化能和速度电化学装置(ElectrochemicalDevice)电池(Cell)电(化学)池原电池(PrimaryCell)体系自发地将本身的化学能变为电能(G0)电解池(ElectrolyticCell)利用电功推动体系进行化学反应(包括G0)铅酸蓄电池(1860年--)IeePb2+PbSO4-2ePbPb2+PbSO4+2ePbO2H2OH+SO4=SO4=H+硫酸放电(对外作功)正极负极铅酸蓄电池(1860年--)eePb2+PbSO4+2ePbPb2+PbSO4-2ePbO2H2OH+SO4=SO4=H+硫酸充电(吸收电能)正极负极正极反应PbO2+H2SO4+2H++2ePbSO4+2H2ORedOx负极反应Pb+H2SO4PbSO4+2H++2eOxRed电池总反应Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O(对外反应)放电充电(吸收电能)电化学装置(ElectrochemicalDevice)电化学装置需要满足：至少包括一对分区进行(成对存在)的电极反应。在电解质溶液中，不同电荷的离子作不同方向的定向迁移。在外线路中，电子由阳极往阴极的定向移动。Pb2+PbSO4-2eeePb2+PbSO4+2ePbPbO2H2OH+SO4=SO4=H+硫酸正极负极电极的名称和过程电极阳极Anode阴极Cathode反应电解池原电池驱向离子氧化正极、电势高负极、电势低阴离子Anion还原负极、电势低正极、电势高阳离子Cation电化学研究重点物理化学固态电化学光电化学生物电化学结构化学量子化学统计力学溶液电化学(电解质溶液)平衡态电化学热力学电极过程界(表)面电化学动力学电化学基础研究平衡态电化学电极过程界(表)面电化学固态电化学光电化学生物电化学应用电化学领域电池、电解电镀、腐蚀电加工、电泳电分析、传感器…...电极的名称和过程电极阳极Anode阴极Cathode反应电解池原电池驱向离子氧化正极、电势高负极、电势低阴离子Anion还原负极、电势低正极、电势高阳离子Cation11-2法拉弟定律Faradaylaw(1834年)QFZMkQW1Q-反应电量n-摩尔数，Z-反应电子计数量，F-法拉弟常数（1891年）QnZF法拉弟常数F(1891年)F=6.0231023电子/mol1.60210-19库仑/电子=96487库仑/mol96500c/mol法拉弟定律的几个要点1.电和化学反应相互作用的定量关系F是基本物理常数之一Q=nZF法拉弟定律的几个要点1.电和化学反应相互作用的定量关系2.不受电极、外界条件的影响阴极阳极（隋性）银阴极银阳极电解精炼Cl2AgFe2+Na+H+Cl-OH-Ag+H+NO3-Ag+Fe+H+Br+OH-Ag+Br2H2e-e-ii阴极阴极隋性惰性(1)NaCl(2)AgNO3(3)FeBr3(1)阴极上:H++e-1/2H2气体产物阳极上:Cl-1/2Cl2+e-(2)阴极上:Ag++e-Ag固体产物阳极上:AgAg++e-(3)阴极上:Fe3++e-Fe2+溶液产物阳极上:Br-1/2Br2+e-法拉弟定律的几个要点1.电和化学反应相互作用的定量关系2.不受电极、外界条件的影响3.适用于多个电化学装置的多个反应（串联）阴极阳极银阴极银阳极Na+H+Cl-OH-e-iH2Cl2Ag+H+NO3-Ag+Age-iAg+法拉弟定律的几个要点1.电和化学反应相互作用的定量关系2.不受电极、外界条件的影响3.适用于多个电化学装置的多个反应（串联）4.适用于单个电化学装置的多个反应（并联）H+OH-e-iH2H+NO3-Ag+Age-iAg+OH-NO3-Ag+O2银阴极银阳极Ag++e=AgH++e=1/2H2电流效率%100实际电量理论电量%100理论产物质量实际产物质量（一定物质量）（一定电量）电化学研究重点物理化学固态电化学光电化学生物电化学结构化学量子化学统计力学溶液电化学(电解质溶液)平衡态电化学热力学电极过程界(表)面电化学动力学如何比较、测量和认识不同电解质溶液的导电能力11-3.电导、电导率、摩尔电导率、极限摩尔电导率XYZXYZXYZXYZX+Y+ZXYZ区带电泳分离过程逆流聚焦电泳分离过程（1）（2）（3）（1）（2）（3）电子导体离子导体导电机制自由电子阴、阳离子带电粒子单一多种带电荷量单一多种（价态）相互作用不变变（浓度）化学变化无有（电极反应）温度影响T升高、R升高T升高、R降低