《物理化学》课程教学课件（PPT讲稿）第八章 电化学（1/6）

第八章 电化学 1.研究对象： 研究电现象与化学现象之间的内在联系及 电能与化学能之间转换规律的一门科学 研究装置： 原电池：化学能→电能 通过自动发生的化学反应向外输送电能， 如干电池，蓄电池 电解池：电能→化学能 输入电能使之发生化学反应，如蓄电池充 电，电解，冶炼

1 第八章 电化学 1. 研究对象： 研究电现象与化学现象之间的内在联系及 电能与化学能之间转换规律的一门科学 研究装置： 原电池：化学能→电能 通过自动发生的化学反应向外输送电能， 如干电池，蓄电池 电解池：电能→化学能 输入电能使之发生化学反应，如蓄电池充 电，电解，冶炼

1799年伏特(Vo1ta) 电池(Cu,Zn电池)→直流电 实现了其逆反应过程： 直流电通入电解质溶液→电解 1870年有了直流发电机，得到廉价直流电 大量研究电能→化学能，电解法广泛应用 于工业生产中 2

2 1799 年伏特（Volta） 电池（Cu，Zn 电池）→直流电 实现了其逆反应过程： 直流电通入电解质溶液→电解 1870 年有了直流发电机，得到廉价直流电 大量研究电能→化学能，电解法广泛应用 于工业生产中

2.本章内容 (1)电解质溶液理论： 研究电解质溶液性质，导电机理 电化学基础 (2)1 电化学平衡问题： 存在电功的化学平衡问题 介绍：可逆电极，可逆电池，电动势等 (3)不可逆电极过程（电极过程动力学) 包括电解，腐蚀问题一与应用密切相关 3

3 2. 本章内容 （1）电解质溶液理论： 研究电解质溶液性质，导电机理 ——电化学基础 （2）电化学平衡问题： 存在电功的化学平衡问题 介绍：可逆电极，可逆电池，电动势等 （3）不可逆电极过程（电极过程动力学） 包括电解，腐蚀问题——与应用密切相关

3.应用： 应用于国民经济各个领域，与生产，生活 实验密切相关 (1)电治炼： 许多有色和稀有金属的提炼或精练： 如：Al,Mg,K,Na,Li的治炼， Cu,Pb,Zn的精练 (2)腐蚀与防腐： 许多金属生锈腐蚀的原因与电化学有关， 可利用电化学原理及方法来防腐

4 3. 应用： 应用于国民经济各个领域，与生产，生活， 实验密切相关 （1）电冶炼： 许多有色和稀有金属的提炼或精练： 如：Al，Mg，K，Na，Li 的冶炼， Cu，Pb，Zn 的精练 （2）腐蚀与防腐： 许多金属生锈腐蚀的原因与电化学有关， 可利用电化学原理及方法来防腐

(3)1 电化学分析： 电位（导）的滴定法，库仑分析， 极谱分析，电位扫描伏安法，循环伏安法 (4)化学电源： 可提高能源利用率，方便：蓄电池 热电法： 燃烧（煤，油）→加热水蒸气→推动气轮 机转动→带动发电机→电能 热能→电能40%转化率 电池：燃料反应在电池中进行，直接转化 成电能，效率80%一一燃料电池 5

5 （3）电化学分析： 电位（导）的滴定法，库仑分析， 极谱分析，电位扫描伏安法，循环伏安法 （4）化学电源： 可提高能源利用率，方便：蓄电池 热电法： 燃烧（煤，油）→加热水蒸气→推动气轮 机转动→带动发电机→电能 热能→电能 40%转化率 电池：燃料反应在电池中进行，直接转化 成电能，效率 80%——燃料电池

§8-1电解质溶液的导电现象 一。 金属导体和离子导体 导体：能导电的物体 有两类：电子导体和离子导体 分类 材料 导电机构 通电后 T的变化 电子金属，石墨 自由电子 导体 T↑，电阻R↑， 导体 运动 无变化 导电能力↓ 离子 电解质溶液 离子移动 溶液组成T↑，离子运动 导体 固体电解质 发生变化 速度↑，导电↑

6 §8-1 电解质溶液的导电现象 一 . 金属导体和离子导体 导体：能导电的物体 有两类：电子导体和离子导体 分类 材料 导电机构 通电后 T 的变化 电 子 导 体 金属，石墨 自由电子 运动 导 体 无变化 T↑，电阻 R↑， 导电能力↓ 离 子 导 体 电解质溶液 固体电解质 离子移动 溶液组成 发生变化 T↑，离子运动 速度↑，导电↑

下面以电解池为例说明离子导电机理： 以Pt为电极， (一)电解池 HC1溶液为电解质 电子方向 电流方向 溶液中的离子做定向移动 CI→正极十 矿→负极- 电极上发生的化学反应： +极2C-2e→Cl2 阴 阳极，氧化反应 -极2H+2e→H2 阴极，还原反应

7 下面以电解池为例说明离子导电机理： 以 Pt 为电极， HCl 溶液为电解质 溶液中的离子做定向移动 Cl- ⎯→ 正极 ＋ H + ⎯→ 负极 - 电极上发生的化学反应： ＋极 2Cl- - 2e ⎯→ Cl2 阳极，氧化反应 - 极 2H+ + 2e ⎯→ H2 阴极，还原反应

电池反应：2HC→H2+C2 (一)电解池 (二)原电池 电子方向 电流方向 电流方向 + 电子方向 阴 阴 阳 极 极 极

8 电池反应：2HCl⎯→ H2 + Cl2

二.法拉第(Faraday)定律(1883年) 电解时，在电极上发生反应的物质的数量 与通入的电量Q成正比 例：电极反应：A++Ze→A 电量Q=mZF=ZF m M Q:通入的电量（单位：库仑） m:电极上发生反应的物质的质量 M: 该物质的摩尔质量 Z:电极反应中电子的计量系数 n:电极上发生反应的量 9

9 二. 法拉第（Faraday）定律（1883 年） 电解时，在电极上发生反应的物质的数量 与通入的电量 Q 成正比 例：电极反应： A z+ + Ze ⎯→ A 电量 ZF nZF M m Q = = Q：通入的电量（单位：库仑） m：电极上发生反应的物质的质量 M：该物质的摩尔质量 Z：电极反应中电子的计量系数 n：电极上发生反应的量

F:1摩尔电子的电荷，称作Faraday常数 F=Ne=6.022×1023mo'x1.602x10-19C =96484.6C.molr≈96500C.mo 表示有1摩尔物质在电极上反应，需要通 过ZN。个电子，即通过的电量为ZF O=nZF 无任何限制条件，对电池、电解池均适用 例：2H+2e→H2 n=2,Z=1 Q=2×1×F=2F=2×96500C 10

10 F：1 摩尔电子的电荷，称作 Faraday 常数 F = No e = 6.0221023mol-11.60210-19C = 96484.6 C . mol-1  96500 C . mol-1 表示有 1 摩尔物质在电极上反应，需要通 过 ZNo个电子，即通过的电量为 ZF Q = nZF 无任何限制条件，对电池、电解池均适用 例：2H+ + 2e ⎯→ H2 n=2，Z=1 Q=2×1×F=2F=2×96500C