北京大学药学院：《物理化学 Physical Chemistry》课程教学资源（PPT课件讲稿）第五章 电化学（5.10）电极极化

电流 舍圆高国蜀粉晏员谷 全年舰理化学6限 电电 电压V F14【直字电条 3.0000 0.0145 感.18u 电压表 电流表

电流I 电压V 电压表 电流表 0.00002 0.40006 0.8000 10.2000 14.6000 18 2.00002 2.40006 2.8000 30 0.00002 0.00034 0.00052 0.00456 0.008510 0.02514 第十节 电极极化和过电位

,分解电压 电化学 实验:电解0.5 molkg- H2SO4记录电压-电流 当E>167V时个个 R 分解开始,H2、O2产生 Pt 分解=1.67V 人庆卫比出版

一、分解电压 实验：电解0.5molkg−1H2 SO4 记录电压－电流 V A R Pt Pt H2SO4溶液 I V E分解=1.67V 当E>1.67V时 I  分解开始，H2、O2产生

分解电压 电化学 分解电压定义: 使电解质溶液连续不断发生电解所需要的最小电压。 电解H2SO4时理论分解电压=123V,由于电极的极化, 实际分解电压要比理论值大很多 298K,几种浓度为-mol.解质溶液的分解电压 实际分解电压 理论分解电压 电解质溶液 E公/V 分解 电解产物 E 理论 HNO3 1.69 H2+O2 1.23 H2SO4 1.67 H2+O2 1.23 NaoH 69 H2+O2 1.23 KOH 1.67 H2+0 1.23 CuSO4 1.49 CutE 0.51 NiSOA 2.09 Ni+O2 1.10 AgNO3 0.70 Ag+o 0.04 Znso 2.55 +0人氏底出版社

一、分解电压 分解电压定义： 使电解质溶液连续不断发生电解所需要的最小电压。 电解H2SO4时理论分解电压=1.23V, 由于电极的极化， 实际分解电压要比理论值大很多。 电解质溶液 实际分解电压 E分解/V 电解产物 理论分解电压 E理论/V HNO3 H2SO4 NaOH KOH CuSO4 NiSO4 AgNO3 ZnSO4 1.69 1.67 1.69 1.67 1.49 2.09 0.70 2.55 H2+O2 H2+O2 H2+O2 H2+O2 Cu+O2 Ni+O2 Ag+O2 Zn+O2 1.23 1.23 1.23 1.23 0.51 1.10 0.04 1.60 298K, 几种浓度为 电解质溶液的分解电压 3 mol dm 1 −  z

二、电极的极化与超电势 电化学 (一)电极的极化与超电势 ·由于电流i≠0,电极的电极电势φ偏离可逆值的现象称为电 极的极化。偏差的大小即为超电势η。 =不可逆一可逆 电极极化的结果: 阴极电势降低 9不可逆①可逆 电极极化的原因:浓差极化和电化学极化 人庆卫比出版

二、电极的极化与超电势 • 由于电流 i  0，电极的电极电势  偏离可逆值的现象称为电 极的极化。偏差的大小即为超电势  。 电极极化的结果： η =  不可逆 − 可逆 阴极电势降低  不可逆   可逆 阳极电势升高  不可逆   可逆 电极极化的原因：浓差极化和电化学极化 （一）电极的极化与超电势

二、电极的极化与超电势 电化学 1.浓差极化 电流通过电极时,若电极反应速率较快,而离子的扩散速率 较慢,则电极表面附近离子的浓度m和本体溶液的m不同。 如 阴极:Cu2+2e→Cu 阳极:Cu-2e→Cu2+ Cu C C C 人庆卫比出版

电流通过电极时，若电极反应速率较快，而离子的扩散速率 较慢，则电极表面附近离子的浓度m’和本体溶液的m不同。 如： m’ m 阴极: Cu2+ + 2e– → Cu 阳极: Cu – 2e– → Cu2+ 1. 浓差极化 Cu Cu2+ Cu2+ Cu2+ Cu2+ Cu2+ Cu Cu 2+ 2+ Cu2+ Cu2+ Cu2+ Cu2+ Cu Cu2+ Cu2+ Cu2+ Cu2+ Cu2+ Cu2+ Cu2+ Cu2+ Cu2+ 二、电极的极化与超电势

二、电极的极化与超电势 电化学 RT 可逆 n Cut/cu Cu RT 不可逆 Cu/Cu F 9不可逆,阴9可逆,明9不可阳<甲同逆,阳 结论:当电流通过电极时,因离子扩散的迟缓性而导致电极 表面附近离子浓度与本体溶液中不同,从而使电极电势偏离 可逆电极电势的现象,称作“浓差极化”。 可逆,阴一9不可逆,阴19=不可逆,阳可逆,阳 浓差超电势可通过搅拌溶液或升高温度的方法来减小 人氏卫《出版

F m m RT / ln 2 2 Cu Cu /Cu + = + − 1  可逆   不可逆，阴   可逆， 阴 结论：当电流通过电极时，因离子扩散的迟缓性而导致电极 表面附近离子浓度与本体溶液中不同，从而使电极电势偏离 可逆电极电势的现象，称作“浓差极化”。 浓差超电势可通过搅拌溶液或升高温度的方法来减小 阴  可逆， 阴  不可逆，阴 η = − 阳  不可逆，阳  可逆， 阳 η = − 二、电极的极化与超电势  不可逆， 阳   可逆， 阳 F m m RT / ' Cu Cu /Cu 2 2 + = + − 1  不可逆  ln

二、电极的极化与超电势 电化学 2.电化学极化 电极过程的某一步骤为速度控制步骤,反应所需的活化能, 必须通过增加外加电压的途径得到。这种由于电极反应动 力学的原因而形成的电极电势与可逆电极电势间的偏差现 象,称为电化学极化。电化学极化造成的电极电势与可逆 电极电势之差称为电化学超电势 3影响n的因素: Tafe公式 ●电极材料 =a+bn(讥[j 电极表面状态 溶液的pH 电流密度 il:电流密度单位 °温度 a:与电极材料有关 ●电流的大小 b:与反应机理有关 人庆卫比出版

二、电极的极化与超电势 2. 电化学极化 电极过程的某一步骤为速度控制步骤，反应所需的活化能， 必须通过增加外加电压的途径得到。这种由于电极反应动 力学的原因而形成的电极电势与可逆电极电势间的偏差现 象，称为电化学极化。电化学极化造成的电极电势与可逆 电极电势之差称为电化学超电势 。 3. 影响 的因素： ⚫电极材料 ⚫电极表面状态 ⚫溶液的pH ⚫温度 ⚫电流的大小 Tafel公式 η = a + bln( j/[ j]) j：电流密度 [j]：电流密度单位 a：与电极材料有关 b：与反应机理有关

二、电极的极化与超电势 电化学 (二)超电势的测定 实验:测定有电流通过电极时的电极电势 方法: 1.对消法测q可逆 2.改变,测@不可逆 Pt Pt 3.作极化曲线:j~q 人庆卫比出版

二、电极的极化与超电势 （二）超电势的测定 实验： V A R Pt Pt H2SO4溶液 测定有电流通过电极时的电极电势 3. 作极化曲线：j  方法： 2. 改变j ，测 不可逆 1. 对消法测 可逆

二、电极的极化与超电势 电化学 不可逆 正 不可逆 7明 7阳 E 可 可逆 9阳 q阴 9阴 电解池的极化曲线 原电池的极化曲线 当E不可逆>E可逆,电解 不可逆放电时,藏大 得以进行,且j越大,m亦越大,电池所做的电功 越大,消耗电能也越多。 则越小。 人庆卫比出版

二、电极的极化与超电势 → + j/Am− 2  /V −   阴  阳 E不可逆  阴  阳 E可逆 电解池的极化曲线 j/Am− 2  /V −  → +  阳  阴 E不可逆 阳 阴 E可逆 原电池的极化曲线 当E不可逆>E可逆，电解 得以进行，且 j 越大， 亦 越大，消耗电能也越多。 不可逆放电时， j越大， 亦越大，电池所做的电功 则越小

电流 舍圆高国蜀粉晏员谷 全年舰理化学6限 单击网页左上角“后退”退出本节 电压V F14【直字电条 3.0000 0.0145 感.18u 电压表 电流表

电流I 电压V 电压表 电流表 0.00002 0.40006 0.8000 10.2000 14.6000 18 2.00002 2.40006 2.8000 30 0.00002 0.00034 0.00052 0.00456 0.008510 0.02514 单击网页左上角“后退”退出本节