《物理化学》课程PPT教学课件：第九章 电池反应与电极过程

第九章电解与极化 §91电池反应与电极过程 、电池反应(电化学反应)有两类: 1.化学电池中,自发反应,化学自由能 →电能 2电解池中,外部供电能(包括蓄电池 的充电)

第九章 电解与极化 §9.1 电池反应与电极过程 一、电池反应（电化学反应）有两类： 1. 化学电池中，自发反应，化学自由能 → 电能 2. 电解池中，外部供电能（包括蓄电池 的充电）

在电化学反应过程中,包含: 1.界面上的电极过程:阳极、阴极的氧化、 还原过程; 2.液相传质过程:离子的电迁移、扩散过 程等

• 在电化学反应过程中，包含： 1. 界面上的电极过程：阳极、阴极的氧化、 还原过程； 2. 液相传质过程：离子的电迁移、扩散过 程等

二、电极过程 电极过程在电池反应中是串联进行的,彼此 独立而可以分别研究。 本章研究的电池反应动力学,重点是在电极 表面发生的过程,即电极过程。 电极过程包括: ◆电极上的电化学过程 ◆电极表面附近薄液层的传质及化学过程

二、电极过程 ◼ 电极过程在电池反应中是串联进行的，彼此 独立而可以分别研究。 ◼ 本章研究的电池反应动力学，重点是在电极 表面发生的过程，即电极过程。 ◼ 电极过程包括： ◆电极上的电化学过程； ◆电极表面附近薄液层的传质及化学过程

电极过程的基本历程 1.反应粒子向电极表面扩散; 2.反应粒子在电极表面上(或表面附近 薄液层中)进行“反应前的转化过 程”,如脱水、表面吸附、先行化学 反应等; 3.电极/溶液界面上的电子传递(电化学 步骤);

三、电极过程的基本历程 1. 反应粒子向电极表面扩散； 2. 反应粒子在电极表面上（或表面附近 薄液层中）进行“反应前的转化过 程” ，如脱水、表面吸附、先行化学 反应等； 3. 电极 / 溶液界面上的电子传递（电化学 步骤）；

4.反应产物在电极表面(或表面附近薄液 层中)进行“反应后的转化过程” 如表面脱附、复合反应、分解、歧化 等后续化学反应; 5.产物形成新相(如生成气泡或固相积 沉),并向溶液(或电极内部)扩散。 后面将具体分析H/H2电极过程历程

4. 反应产物在电极表面（或表面附近薄液 层中）进行 “反应后的转化过程” ， 如表面脱附、复合反应、分解、歧化 等后续化学反应； 5. 产物形成新相（如生成气泡或固相积 沉），并向溶液（或电极内部）扩散。 — 后面将具体分析 H+ / H2 电极过程历程

四、控制步骤 整个电极反应的进行速度由其反应历程 中最慢的步骤(即反应相对最困难的步 骤)决定,此“最慢”步骤即称反应速 度“控制步骤”。 而其它“快步骤”可近似认为在平衡状 态下进行的,因而可用热力学方法处理

四、控制步骤 ◼ 整个电极反应的进行速度由其反应历程 中最慢的步骤（即反应相对最困难的步 骤）决定，此“最慢”步骤即称反应速 度“控制步骤” 。 ◼ 而其它“快步骤”可近似认为在平衡状 态下进行的，因而可用热力学方法处理

所以整个电极反应的动力学特征与 “控制步骤”的动力学特征相同 (后述有具体例子)

◼ 所以整个电极反应的动力学特征与 “控制步骤”的动力学特征相同 （后述有具体例子）

§92极化现象 Ew(工作电池 分解电压 用P作电极 E外 电解H2SO4 阳极 阴极 检流计 水溶液: H2SO4溶液 Fg09-01分解电压测定示意图

§9.2 极化现象 • 用Pt作电极 电解 H2SO4 水溶液： 一、分解电压

电极反应: 阳:H2O-2e→%O2(Po2)+2H 阴:2H++2e→>H2(PH2) 电解反应:H2O>H2(Pm)+%O2(Po2)

电极反应： 阳：H2O − 2e → ½ O2 (PO2) + 2H+ 阴：2H+ + 2e → H2 (PH2) 电解反应： H2O → H2 (PH2) + ½ O2 (PO2)

在电解过程中,电 Ew(工作电池) 极Pt上产生的O2、380860 H2与电解液H2SO4 E外 起构成原电池; 阳 极 阴极 该原电池产生一个 H 与外加电压E外反 H2SO4溶液 方向的反电动势 Fg0901分解电压测定示意图 E b

◼ 在电解过程中，电 极 Pt 上产生的 O2、 H2与电解液H2SO4 一起构成原电池； ◼ 该原电池产生一个 与外加电压 E外 反 方 向 的 反 电 动 势 Eb；