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1、 三、电化学现象普遍存在三、电化学现象普遍存在(a) (a) i i i i i i为带电荷粒子为带电荷粒子 相间自发转移相间自发转移(b) (b) 相界面存在过剩电荷相界面存在过剩电荷 界面电位差界面电位差(c) (c) 自然界普遍存在水自然界普遍存在水 电解质溶液电解质溶液电化学势电化学势 Electrochemical PotentialGi = i - i + Zie0( - )平衡时：平衡时： i + Zie0 = i + Zie0 两相间建立平衡电势两相间建立平衡电势ii恒温恒压下荷电粒子恒温恒压下荷电粒子i从从 相转移到相转移到 相相电极材料电极材料/电解质电解质Zn|Zn2+,
2、 SO42-Pt|H2,H+Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液水溶液电极材料电极材料/电解质电解质Zn|Zn2+,SO42-,Pt|H2,H+Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液水溶液传递电荷传递电荷氧化或还原反应氧化或还原反应的地点的地点“半电池半电池”Electrode (Electrochemical）Reaction特殊的异相氧化还原反应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氧化和还原反应分别在不同的地点进行Electrode (Electrochemical）Reaction特殊的异相氧化还原反应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氧化和还原反
3、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电场的强度和方向可改变反应的活化能和速度活化能和速度电化学装置电化学装置(Electrochemical Device)电池电池(Cell)(Cell)电电( (化学化学) )池池原电池原电池 (Primary Cell)体系自发地将本身的化学能变为电能体系自发地将本身的化学能变为电能(G0) 铅酸蓄电池铅酸蓄电池 (1860年年-)IeePb2+PbSO4-2ePbPb2+PbSO4+2ePbO2H2O H+SO4=SO4= H+硫酸硫酸 放放 电电 (对外作功对外作功)正极正极负极负极 铅酸蓄电池铅酸蓄电池 (1860年年-)eePb2+P
4、bSO4 +2ePbPb2+PbSO4 -2ePbO2H2O H+SO4=SO4= H+硫酸硫酸充充 电电 (吸收电能吸收电能)正极正极负极负极正极反应正极反应PbO2+H2SO4+2H+2e PbSO4+2H2ORed Ox负极反应负极反应Pb+H2SO4 PbSO4+2H+2eOxRed电池总反应电池总反应Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O(对外反应对外反应)放电放电充电充电(吸收电能吸收电能)电化学装置电化学装置(Electrochemical Device)电化学装置需要满足：电化学装置需要满足：至少包括一对分区进行至少包括一对分区进行( (成对存在成对存在) )的电
5、极的电极反应。在电解质溶液中，不同电荷的离子反应。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。子由阳极往阴极的定向移动。Pb2+PbSO4 -2eeePb2+PbSO4 +2ePbPbO2H2O H+SO4=SO4= H+硫酸硫酸正极正极负极负极电极的名称和过程电极的名称和过程电电 极极阳极阳极 Anode阴极阴极 Cathode 反反 应应电解池电解池原电池原电池驱向离子驱向离子氧氧 化化正极、电势高正极、电势高负极、电势低负极、电势低阴离子阴离子 Anion 还还 原原负极、电势低负极、电势低 正极、电势高
6、正极、电势高阳离子阳离子 Cation电化学研究重点电化学研究重点物理化学物理化学固态电化学固态电化学光电化学光电化学生物电化学生物电化学结构化学结构化学量子化学量子化学统计力学统计力学溶液电化学溶液电化学(电解质溶液电解质溶液)平衡态电化学平衡态电化学热力学热力学电极过程电极过程界界(表表)面电化学面电化学动力学动力学电化学基础研究电化学基础研究平衡态电化学平衡态电化学电极过程电极过程界界(表表)面电化学面电化学固态电化学固态电化学光电化学光电化学生物电化学生物电化学应用电化学领域应用电化学领域电池、电解电池、电解电镀、腐蚀电镀、腐蚀电加工、电泳电加工、电泳电分析、传感器电分析、传感器.电极
7、的名称和过程电极的名称和过程电电 极极阳极阳极 Anode阴极阴极 Cathode 反反 应应电解池电解池原电池原电池驱向离子驱向离子氧氧 化化正极、电势高正极、电势高负极、电势低负极、电势低阴离子阴离子 Anion 还还 原原负极、电势低负极、电势低 正极、电势高正极、电势高阳离子阳离子 CationQFZMkQW1Q- 反应电量反应电量n-摩尔数，摩尔数，Z-反应电子计数量，反应电子计数量，F-法拉弟常数（法拉弟常数（1891年）年）QnZF 法拉弟常数法拉弟常数 F (1891年年)F = 6.023 1023 电子电子/mol 1.602 10-19 库仑库仑/电子电子 = 96487
8、 库仑库仑/mol 96500 c /mol 法拉弟定律的几个要点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电和化学反应相互作用的定量关系Q = nZF法拉弟定律的几个要点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、外界条件的影响不受电极、外界条件的影响阴极阴极阳极阳极（隋性）（隋性）银阴极银阴极银阳极银阳极电解精炼电解精炼Cl2AgFe2+Na+H+Cl-OH-Ag+H+NO3-Ag+Fe+H+Br+OH-Ag+Br2H2e-e-ii阴极阴极阴极阴极隋性隋性惰性惰性 (1) NaCl (2) AgNO3(3) FeBr3
9、(1) 阴极上阴极上: H+e-1/2H2气体产物气体产物 阳极上阳极上: Cl- 1/2Cl2+e-(2) 阴极上阴极上: Ag+e-Ag固体产物固体产物 阳极上阳极上: AgAg+e-(3) 阴极上阴极上: Fe3+e-Fe2+溶液产物溶液产物 阳极上阳极上: Br- 1/2Br2+e-法拉弟定律的几个要点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）适用于多个电化学装置的多个反应（串联）阴极阴极阳极阳极银阴极银阴极银阳极银阳极Na+H+Cl-OH-e-
10、iH2Cl2Ag+H+NO3-Ag+Age-iAg+法拉弟定律的几个要点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）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）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银阴极银阴极银阳极银阳极Ag+ + e = AgH+ + e = 1/2 H2电流效率电流效率%100实际电量理论电量%100理论产物质量实际产物
11、质量（一定物质量）（一定物质量）（一定电量）（一定电量）电化学研究重点电化学研究重点物理化学物理化学固态电化学固态电化学光电化学光电化学生物电化学生物电化学结构化学结构化学量子化学量子化学统计力学统计力学溶液电化学溶液电化学(电解质溶液电解质溶液)平衡态电化学平衡态电化学热力学热力学电极过程电极过程界界(表表)面电化学面电化学动力学动力学11-3. 电导、电导率、电导、电导率、摩尔电导率、摩尔电导率、极限摩尔电导率极限摩尔电导率Z区带电泳分离过程区带电泳分离过程（1）（2）（3）（1）（2）（3） 电子导体电子导体 离子导体离子导体导电机制导电机制自由电子自由电子 阴、阳离子阴、阳离子带电粒子带电粒子单一单一多种多种带电荷量带电荷量单一单一多种（价态）多种（价态）相互作用相互作用不变不变变（浓度）变（浓度）化学变化化学变化无无有（电极反有（电极反应）应）温度影响温度影响 T升高、升高、R升高升高 T升高、升高、R降低降低