电化学原理和应用一应用化学专业 绪论 本章主要内容： 一、电化学的研究对象和主要内容 二、电化学的形成与发展简史 三、电化学的应用领域及其进展 四、教学内容与教学安排 上一内容 ·下一内容 ◇回主目录 5返▣
上一内容 下一内容 回主目录 返回 电化学原理和应用——应用化学专业 本章主要内容： 一、电化学的研究对象和主要内容 二、电化学的形成与发展简史 三、电化学的应用领域及其进展 四、教学内容与教学安排
电化学的定义 电化学是研究电能和化学能之间的相互转化及转化过程中 有关规律的科学。（傅献彩，2005；贾梦秋，2004) 。电化学是研究电的作用和化学作用相互关系的化学分支。 (巴德，2005) ,电化学是研究电子导电相和离子导电相之间的界面上所发 生的各种界面效应，同时伴有电现象发生的化学反应的科 学。（李荻，2008；谢德明，2009) 上一内容 下一内容 ◇回主目录 5返回
上一内容 下一内容 回主目录 返回 电化学的定义 • 电化学是研究电能和化学能之间的相互转化及转化过程中 有关规律的科学。（傅献彩，2005；贾梦秋，2004） • 电化学是研究电的作用和化学作用相互关系的化学分支。 （巴德，2005） • 电化学是研究电子导电相和离子导电相之间的界面上所发 生的各种界面效应，同时伴有电现象发生的化学反应的科 学。（李荻，2008；谢德明，2009）
一、电化学的研究对象和主要内容 问题1：离子晶体（电解质）如何形成电解质溶液？ 如：NaCl晶体，总作用能为： 溶解的钠离子 E=U+R=-- 水分子 离子对间的总作用能为： b E2=U2+R2=- 9492」 4π8，Eo' 溶解的氯离子 NaCl晶体 晶体：=1（离子间可视为真空) 水溶剂：=78.3（25℃，极性分子) 离子间静电引力相对很弱→离子脱离晶格能束搏在水中溶剂化→水合离子 内容 下一内容 ◇回主目录 返回
上一内容 下一内容 回主目录 返回 问题1：离子晶体(电解质)如何形成电解质溶液？ 如：NaCl晶体，总作用能为： 离子对间的总作用能为： 晶体：εr=1（离子间可视为真空） 水溶剂：εr=78.3（25℃，极性分子） 离子间静电引力相对很弱→离子脱离晶格能束搏在水中溶剂化→水合离子 一、电化学的研究对象和主要内容 = + = − − r n MN q E U R A 1 1 4 0 2 n r r b r q q E =U + R = − + 0 1 2 12 12 12 4
一、电化学的研究对象与主要内容 问题2：电化学的研究对象是什么？ 下面分析三种常见的导电回路： 1、电子导电回路 现象：负载—灯丝加热而发光。 实质：部分电能转化为热能。 形成电流的载流子：自由电子。 自由电子（或空穴)的定向运动 电子导体或第一类导体。 第一类导体材质：金属、合金、石墨及某些固态金属化合物 电子导体 电工学和电子学研究的对象。 内容 下一内容 ◇回主目录 5返回
上一内容 下一内容 回主目录 返回 一、电化学的研究对象与主要内容 问题2：电化学的研究对象是什么？ 下面分析三种常见的导电回路： 1、电子导电回路 现象：负载——灯丝加热而发光。 实质：部分电能转化为热能。 形成电流的载流子：自由电子。 自由电子（或空穴）的定向运动——电子导体或第一类导体。 第一类导体材质：金属、合金、石墨及某些固态金属化合物 电子导体——电工学和电子学研究的对象
2、电解池(electrolytic cell)▣路 现象：电极表面有气体析出或金属沉积。 实质：由电能转变为化学能。 载流子：外线路— 电子导体 溶液内—离子导体 电极与溶液界面一？（两类导体、不同载流子） D.4S0 V 电极①：负极（阴极）—还原反应 Cu2++2e→ Cu(S) 电极②： 正极（阳极）— 氧化反应 AgNO Ag(S)→Ag+e 1Cr1=0.0200M 1Ag'1=0.020M Cu'(ag)+2e Cut) A料)章Ag'q}+e Cathode Anode 图电解电池 第二类导体材质：电解质溶液、熔融液和固体电解质 上 内容 下一内容 ◇回主目录 5返回
上一内容 下一内容 回主目录 返回 2、电解池(electrolytic cell)回路 现象：电极表面有气体析出或金属沉积。 实质：由电能转变为化学能。 载流子：外线路——电子导体 溶液内——离子导体 电极与溶液界面——？(两类导体、不同载流子) 电极①：负极(阴极)——还原反应 Cu2++2e- → Cu(S) 电极②：正极(阳极)——氧化反应 Ag(S)→ Ag+ +e- 第二类导体材质：电解质溶液、熔融液和固体电解质
3、原电池(galvanic cell))▣路 现象：使外线路产生电流 电源 实质：由化学能转变为电能。 载流子：外线路一 自由电子 溶液内一正负离子 电极与溶液界面一氧化还原一电子得失 0.92V Saturated KCl solution Cu电极：阳极（负极）—氧化反应 2+ Cu(S)→Cu2+2e Ag电极：「 阴极（正极）—还原反应 Ag+e→Ag(S) C2=0.0200M 1Ag'1=0.0200M Cois)=Cu-'(ag)+2e Aglag)+e=Ag(s) Anode Catbode 图原电池 电解池和原电池的共同特征：由两类不同导体组成，在电荷 转移时伴随有物质的变化一 电化学体系 上一内容 下一内容 ◇回主目录 5返回
上一内容 下一内容 回主目录 返回 3、原电池(galvanic cell)回路 现象：使外线路产生电流——电源 实质：由化学能转变为电能。 载流子：外线路——自由电子 溶液内——正负离子 电极与溶液界面—氧化还原—电子得失 Cu电极：阳极(负极)——氧化反应 Cu(S)→Cu2++2eAg电极：阴极(正极)——还原反应 Ag+ +e- → Ag(S) 电解池和原电池的共同特征：由两类不同导体组成，在电荷 转移时伴随有物质的变化——电化学体系
小结： 。1、产生两类导体的接触界面： 离子导体本身并不能构成回路，需要与电子导体共同构成回路，这样便 产生了电子导体与离子导体的接触界面。 。2、接触界面的传荷方式： 界面上不同载流子之间通过化学反应来传递电荷。 界面性质及其效应是现代电化学研究的主要内容。 。3、界面上的电极过程范畴： 在电子导体与离子导体界面上进行的过程也包括并非在电化学装置中进 行的一些过程，如金属腐蚀过程等。 、上一内容 ·下一内容 ◇回主目录 5返回 2008-6-25
上一内容 下一内容 回主目录 返回 小结： • 1、产生两类导体的接触界面： • 离子导体本身并不能构成回路，需要与电子导体共同构成回路，这样便 产生了电子导体与离子导体的接触界面。 • 2、接触界面的传荷方式： • 界面上不同载流子之间通过化学反应来传递电荷。 • 界面性质及其效应是现代电化学研究的主要内容。 • 3、界面上的电极过程范畴： • 在电子导体与离子导体界面上进行的过程也包括并非在电化学装置中进 行的一些过程，如金属腐蚀过程等。 2008-6-25
离子导体与电子导体的比较 分类 材质 导电粒子 通电后的变化 随温度的变化 金属、石墨 电子 T7,电阻7； 电子导体 (可单独形 (单种载流 除发热外无变化 成回路) 子、单一电 导电能力下降 荷) 液态电解质 离子 体系组成发生变 T7,电阻； 离子导体 固态电解质 (多种离子、 (与电子导 化 多种价态) 导电能力增强 体共同构成) 上一内容 ·下一内容 ◇回主目录 5返回
上一内容 下一内容 回主目录 返回 分类 材质 导电粒子 通电后的变化 随温度的变化 电子导体 金属、石墨 （可单独形 成回路） 电子 （单种载流 子、单一电 荷） 除发热外无变化 T ↗，电阻 ↗; 导电能力下降 离子导体 液态电解质 固态电解质 （与电子导 体共同构成） 离子 （多种离子、 多种价态） 体系组成发生变 化 T ↗，电阻 ↘； 导电能力增强 离子导体与电子导体的比较
几种电化学装置的比较 原电池 电解池 腐蚀电池 能量转化方向 化学能→电能 电能→化学能 化学能→热能 反应动力 4G0 4G<0 功能 能量发生器 物质发生器 破坏物质 阳（一) 阳（十) 阳（一） 电极极性 阴(+) 阴（一) 阴(+) 阴、阳极不直 阴、阳极不直 阴、阳极短路， 电路结构 接接触1≠0 接接触1≠0 1=0 上一内容 ·下一内容 ◇回主目录 5返回
上一内容 下一内容 回主目录 返回 原电池 电解池 腐蚀电池 能量转化方向 化学能→电能 电能→化学能 化学能→热能 反应动力 功能 能量发生器 物质发生器 破坏物质 电极极性 阳（－） 阴（＋） 阳（＋） 阴（－） 阳（－） 阴（＋） 电路结构 阴、阳极不直 接接触 阴、阳极不直 接接触 阴、阳极短路， G 0 G 0 G 0 = 0 外 0 I 外I 几种电化学装置的比较 0 外I
导体的导电机理 (1)溶液中 一正负离子的定向迁移： (2)电极与溶液界面 氧化还原一 电子得失； (3)电极上一自由电子的定向流动。 电化学装置的基本构成： (1)两个电极（半电池）； 在电极上可分别发生氧化或还原反应 (2)有电解质溶液； (3)能形成电流回路。 上一内容 ·下一内容 ◇回主目录 5返回
上一内容 下一内容 回主目录 返回 导体的导电机理 （1）溶液中——正负离子的定向迁移； （2）电极与溶液界面——氧化还原——电子得失； （3）电极上——自由电子的定向流动。 电化学装置的基本构成： （1）两个电极（半电池）； ——在电极上可分别发生氧化或还原反应 （2）有电解质溶液； （3）能形成电流回路