电化学A省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第七章第七章 电电 化化 学学 Chapter 7 Electrochemistry电能电能 化学能化学能电解电解电池电池 Chapter 7 Electrochemistry上一张下一张 回主目录返回第1页Chapter 7 Electrochemistryv7.0、Introductionv7.1、The theory of electrolyte solutionv7.2、Thermodynamically reversible cell and its electromotive force(E.M.F)measurementv7.3、Thermodynamic data from reversible cell e.m.f.sv7.4、Thermodynamically reversible electrode potential and liquid junction potentialv7.5、The design of reversible cellv7.6、Simple application of E.M.F measurementsv7.7、The example of reversible cell calculationv7.8、Electrolysis and polarization 上一张下一张 回主目录返回第2页Chapter 7 Electrochemistry7.07.0、绪论、绪论7.17.1、电解质溶液理论、电解质溶液理论7.27.2、可逆电池及电动势测定、可逆电池及电动势测定7.37.3、可逆电池热力学可逆电池热力学7.7.4 4、电极电势和液体接界电势、电极电势和液体接界电势7.7.5 5、原电池设计、原电池设计7.7.6 6、电动势测定应用、电动势测定应用7.7.7 7、计算举例、计算举例7.7.8 8、电解与极化作用、电解与极化作用上一张下一张 回主目录返回第3页7.0、Introductionu1.A short history of electrochemistry developmentu2.Some practical(realistic)applications of electrochemistry上一张下一张 回主目录返回第4页7.0、绪、绪 论论 7.0、Introduction 例例：,9,25日发射日发射“神七神七”飞船上天后动力起源就是飞船上天后动力起源就是太阳能电池太阳能电池 美国美国97.10.15发射土星探测卫星发射土星探测卫星“卡西尼卡西尼”，在太空飞行了，在太空飞行了7年年（.7.20）进入土星大气层。其动力主要来之于太阳能电池）进入土星大气层。其动力主要来之于太阳能电池 这些电池中电从何而来？磁这些电池中电从何而来？磁电？电？no 电化学电化学应用非常广泛，在日常生活应用中例子中，应用非常广泛，在日常生活应用中例子中，使我们感受最深莫过于电池。使我们感受最深莫过于电池。电池类型电池类型 用途用途 干电池干电池：手电筒等手电筒等太阳能电池太阳能电池：主要用于航空器，无人看管灯塔：主要用于航空器，无人看管灯塔上一张下一张 回主目录返回 铅铅-酸蓄电池酸蓄电池 汽车、电动自行车、潜艇等汽车、电动自行车、潜艇等可充电蓄电池可充电蓄电池：高性能高性能NiH2，手机，摄影机，手提计算机等手机，摄影机，手提计算机等 AgZn等电池等电池第5页1 1、电化学发展简史、电化学发展简史 1.A short history of electrochemistry development (1)、electric:16吉尔白特（sirwill1am,Gilbert,1544-1603,当初伊丽莎白女皇医生）观察到用毛皮擦过“琥珀”有吸引其它轻微物体能力，就用“electric”（希腊语“琥珀”）这个字来描述这一现象。(2)、电堆现象发觉、电堆现象发觉：18世纪，意大利医生，解剖学者世纪，意大利医生，解剖学者伽法尼伽法尼（L.Galvani,17371798）在解剖青蛙时，偶然发觉把悬有青蛙腿在解剖青蛙时，偶然发觉把悬有青蛙腿铜钩挂在铁架台上，当蛙腿触及金属台面时，蛙腿发生抽蓄，这就铜钩挂在铁架台上，当蛙腿触及金属台面时，蛙腿发生抽蓄，这就是是伽法尼电堆现象伽法尼电堆现象。(3)、伏特电池产生、伏特电池产生：依据伽法尼电堆现象，伏特创造了电堆：依据伽法尼电堆现象，伏特创造了电堆电池电池伏特电池伏特电池，即将不一样金属按，即将不一样金属按Cu-Zn-Cu-ZnCu-Zn堆堆在电解质溶液中，再将两头用导线相连，电堆就能提供恒定电流。在电解质溶液中，再将两头用导线相连，电堆就能提供恒定电流。上一张下一张 回主目录返回第6页1 1、电化学发展简史、电化学发展简史 1.A short history of electrochemistry development (4)、电化学方法分离金属钠和钾、电化学方法分离金属钠和钾：戴维（：戴维（H.Davy,1778-1829,英国化学家，法拉第老师）利用伏特电池产生电，用英国化学家，法拉第老师）利用伏特电池产生电，用电解方法电解方法成功地从钠、钾氢氧化物中分离出了金属成功地从钠、钾氢氧化物中分离出了金属钠钠和和钾钾，这标志着化学电，这标志着化学电源进入实用源进入实用 Faraday(1791-1867),英国物理学家和化学家，戴维助手和学英国物理学家和化学家，戴维助手和学生，生，他他在老师工作基础上，依据屡次试验结果总结出了在老师工作基础上，依据屡次试验结果总结出了法拉第定律法拉第定律，而且第一次明确定义了而且第一次明确定义了电解质、电极、电解质、电极、阴极阴极、阳极、离子、阳极、离子、阴离子阴离子、阳离子这些概念阳离子这些概念。并指出。并指出阴极发生还原反应阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应阳极发生氧化反应。Faraday定律产生将电化学这一学科纳入了科学研究。为电化学定定律产生将电化学这一学科纳入了科学研究。为电化学定量和以后电解工业奠定了理论基础。量和以后电解工业奠定了理论基础。上一张下一张 回主目录返回第7页1 1、电化学发展简史、电化学发展简史 1.A short history of electrochemistry development (5)(5)、电从何而来？、电从何而来？(5)、电从何而来？电从何而来？在伏特创造在伏特创造电堆电堆伏特电池伏特电池后，电从何来变成了讨论论题后，电从何来变成了讨论论题。a、接触说接触说伏特本人观点伏特本人观点 u电流体在电流体在张力张力作用下发生流动形作用下发生流动形成成电流。电流。u（那时没有那时没有“电压电压”、“电电流流”概念，更没有电子概念，概念，更没有电子概念，发电机是发电机是18701870年以后才产生）年以后才产生）u伏特解释从表面上看与我伏特解释从表面上看与我们今天用电流电压描述电荷们今天用电流电压描述电荷移动行为很象（电流体移动行为很象（电流体电电荷荷，张力，张力电压电压）。）。u他认为他认为“电流体电流体”是物质是物质本身所固有本身所固有，同时也没有解，同时也没有解释介质作用。释介质作用。上一张下一张 回主目录返回AB第8页1 1、电化学发展简史、电化学发展简史 1.A short history of electrochemistry development (5)(5)、电从何而来？、电从何而来？b.“化学说化学说”法拉第，奥斯特瓦尔法拉第，奥斯特瓦尔等化学工作者，他们等化学工作者，他们认为电堆供电必须伴随认为电堆供电必须伴随金属金属/溶液溶液界面上界面上化学反应化学反应，不然，不然不可能产生电，也就是说不可能产生电，也就是说“化学作用产生了电，化学作用产生了电，电就是化电就是化学作用学作用”（法拉第语）。随即法拉第定律提供了电量与化（法拉第语）。随即法拉第定律提供了电量与化学反应量之间定量关系。成了化学说无可反驳事实依据。学反应量之间定量关系。成了化学说无可反驳事实依据。上一张下一张 回主目录返回第9页1 1、电化学发展简史、电化学发展简史 1.A short history of electrochemistry development (5)(5)、电从何而来？、电从何而来？由上述可知，电化学是前人在生产实践中不停探索、由上述可知，电化学是前人在生产实践中不停探索、总结出来，现在我们能够对电化学下一个定义：总结出来，现在我们能够对电化学下一个定义：电化学主要是研究电化学主要是研究电能电能和和化学能化学能之间相之间相 互转化及转化过程中相关规律互转化及转化过程中相关规律科学。科学。电能电能 化学能化学能电解电解电解电解电池电池电池电池上一张下一张 回主目录返回第10页2、电化学应用、电化学应用 2.Simple practical(realistic)applications of electrochemistry电解电解 精炼和冶炼有色金属和稀有金属；精炼和冶炼有色金属和稀有金属；电解法制备化工原料；电解法制备化工原料；电镀法保护和美化金属电镀法保护和美化金属；还有氧化着色等。还有氧化着色等。电分析电分析 生物电化学生物电化学有机化学等有机化学等电池电池 汽车、宇宙飞船、照明、通汽车、宇宙飞船、照明、通 讯、讯、生化和医学等方面都要用不一样生化和医学等方面都要用不一样类类 型型化学电源化学电源。上一张下一张 回主目录返回第11页7.1 The theory of electrolyte solution1.Interpret the conduct electricity mechanism of electrolyte solution and Faradays law 2.Define ions transference number3.Define and indicate electric conductance,conductivity,and molar conductivity4.Define the activity,the activity coefficient,and the mean activity and the mean activity coefficient of ions in solution5.Use the DebyeHckel limiting law for the mean activity coefficient上一张下一张 回主目录返回第12页7.1电解质溶液理论电解质溶液理论 7.1 Theory of electrolyte solution u1 1、电解质溶液导电机理及法拉第定律。电解质溶液导电机理及法拉第定律。u2 2、离子迁移数。离子迁移数。u3 3、电导、电导率和摩尔电导率。电导、电导率和摩尔电导率。u4 4、电解质活度、活度系数、平均活度和平均电解质活度、活度系数、平均活度和平均 活度因子活度因子u5 5、德拜德拜休克尔极限公式。休克尔极限公式。第13页1.解质溶液导电机理解质溶液导电机理及及法拉第定律法拉第定律(1)、导体、导体(conductor)(1)、导体、导体(conductor)第一类导体第一类导体：电子（空穴）导电电子（空穴）导电，比如石墨、金属、半导体等。导，比如石墨、金属、半导体等。导电时，导体本身不发生化学改变，且电时，导体本身不发生化学改变，且T，导电能力导电能力。第二类导体第二类导体：离子导电离子导电，比如电解质溶液、融盐等。，比如电解质溶液、融盐等。阴极阴极，经过电极（还原）反应，经过电极（还原）反应取得电子取得电子。阳极阳极，在电极上，在电极上失去电子失去电子（氧化反应）。（氧化反应）。上一张下一张 回主目录返回第14页1.解质溶液导电机理解质溶液导电机理及及法拉第定律法拉第定律(2)、原电池（原电池（Galvanic cell）(2)、原电池、原电池（Galvanic cell）:化学能化学能电能装置电能装置。或者。或者说是利用两极电极反应以说是利用两极电极反应以产生电流装置产生电流装置 外电路外电路：e 导电，电流导电，电流i由正由正负，负，电子电子e由负由负正正 内电路：离子导电内电路：离子导电+电极反应电极反应 ，阴离子，阴离子正极，正极，阳离子阳离子负极。负极。上一张下一张 回主目录返回内电路第15页1.解质溶液导电机理解质溶液导电机理及及法拉第定律法拉第定律 1.Interpret the conduct electricity mechanism of electrolyte solution and Faradays lawZn(S)Zn2+2e-发生氧化作用，是发生氧化作用，是阳极阳极。电。电子由子由Zn极经外电路流向极经外电路流向Cu极。极。Zn极电势低，是极电势低，是负极负极。Zn(Zn(负极负极负极负极)电极电极电极电极：Cu2+2e-Cu(S)发生还原作用，是发生还原作用，是阴极阴极。电。电流由流由Cu极经外电路流向极经外电路流向Zn极，极，Cu极电势高，是极电势高，是正极正极。CuCu(正极正极正极正极)电极：电极：电极：电极：(2)、原电池、原电池（Galvanic cell）上一张下一张 回主目录返回第16页1.解质溶液导电机理解质溶液导电机理及及法拉第定律法拉第定律 1.Interpret the conduct electricity mechanism of electrolyte solution and Faradays law(3)、电解池、电解池：利用：利用电能电能以发生以发生化学反应化学反应装置，即装置，即 电能电能化学能化学能外电路电流方向外电路电流方向：外电源：外电源正极正极阳极阳极 阴极阴极 电源电源负极负极 在第二类导体中，导电总量是由在第二类导体中，导电总量是由正正、负负离离子子共同负担共同负担,阴离子阴离子迁向迁向阳极阳极(AnionAnionAnodeAnode)；阳离子阳离子迁向迁向阴极阴极(CationCationCathodeCathode)，并分别在并分别在阳极阳极和和阴极阴极发生氧化、还原反应。发生氧化、还原反应。上一张下一张 回主目录返回第17页4、电极、电极(electrode)(1)、电极命名及作用电极命名及作用(The role of electrodes and the name of electrodes)、电极命名及作用、电极命名及作用 依据电流或电子流动方向命名依据电流或电子流动方向命名 正极：正极：正极：正极：电势电势高高电极称为电极称为正正极，极，电流电流从从正正极流向极流向负负极。极。负极负极负极负极：电势电势低低电极称为电极称为负负极，极，电子电子从从负负极流向极流向正正极。极。依据电极反应氧化还原性命名依据电极反应氧化还原性命名 阴极：阴极：阴极：阴极：(Cathode)Cathode)发生发生还原作用还原作用电极称为电极称为阴极阴极。阳极：阳极：阳极：阳极：(Anode)Anode)发生发生氧化作用氧化作用电极称为电极称为阳极阳极。在电化学中，对于电极名称，习惯上，原在电化学中，对于电极名称，习惯上，原电池用正极电池用正极、负极负极；电解池电解池则用则用阴极阴极、阳极阳极。上一张下一张 回主目录返回第18页4、电极、电极(electrode)(1)、电极命名及作用电极命名及作用(The role of electrodes and the name of electrodes)与外电源负极相接，是与外电源负极相接，是负极负极。发生还原反应，是发生还原反应，是阴极阴极。Cu2+2e-Cu(S)电极电极：与外电源正极相接，是与外电源正极相接，是正极正极。发生氧化反应，是发生氧化反应，是阳极阳极。Cu(S)Cu2+2e-电极电极：当一个电池与一外电路相连接时，怎样确定其当一个电池与一外电路相连接时，怎样确定其 电极属性？电极属性？上一张下一张 回主目录返回比如以下电池：比如以下电池：第19页4、电极、电极(electrode)()、电流效率、电流效率()、电流效率、电流效率 表示式表示式1 表示式表示式2 上一张下一张 回主目录返回理论计算应得量为多少？理论计算应得量为多少？第20页(5)Faradays lawFaradayFaradays Laws Law、在电极界面上发生化学改变、在电极界面上发生化学改变物质质量物质质量与通入与通入电量电量 成正比。成正比。、通电于若干个电解池串、通电于若干个电解池串联线路中，当所取基本粒子联线路中，当所取基本粒子荷电数荷电数相同时，相同时，在各个电极在各个电极上发生反应物质，其物质量上发生反应物质，其物质量相同相同，析出物质质量与其摩，析出物质质量与其摩尔质量成正比。尔质量成正比。比如比如 上一张下一张 回主目录返回第21页(5)Faradays law1mol电子电子阴极阴极1molAg+(AgNO3溶液溶液)Ag1mol(107.868g)沉积在沉积在阴极阴极上上 1mol电子电子阴极阴极1mol(1/2Cu2+)(CuSO4溶液中溶液中)（1/2Cu）1mol(1/263.546g)沉积在沉积在阴极阴极上上 上一张下一张 回主目录返回第22页(5)Faradays law 依据法拉第定律，通电于若干串联电解池中，每依据法拉第定律，通电于若干串联电解池中，每个电极上析出物质物质量相同，这时，所选取基本粒个电极上析出物质物质量相同，这时，所选取基本粒子子荷电绝对值荷电绝对值必须相同。比如必须相同。比如：荷一价电荷一价电阴极 阳极荷二价电荷二价电阴极 阳极荷三价电荷三价电阴极 阳极上一张下一张 回主目录返回第23页(5)Faradays law(1)、法拉第常数法拉第常数在数值上等于在数值上等于1mol元电荷电量，已知元元电荷电量，已知元电荷电量为电荷电量为1.602210-19C第24页(5)Faradays law(2)、电量、得失电子数与电极上析出物质电量、得失电子数与电极上析出物质 量之间相关系量之间相关系.电极反应：电极反应：阴极阴极阳极阳极 取电子得失数为取电子得失数为z，通入电量为通入电量为Q，则电极上发生反应则电极上发生反应物质量物质量n 为：为：或或电极上发生反应物质质量电极上发生反应物质质量 m 为：为：上一张下一张 回主目录返回第25页(5)Faradays law例题例题例题：例题：通电于通电于 溶液，电流强度溶液，电流强度 ，析出析出 。已知。已知 。求：求：通入电量通入电量 ；通电时间通电时间 ；阳极上放出氧气物质量。阳极上放出氧气物质量。第26页(5)Faradays law例题例题解法一解法一.取基本粒子荷取基本粒子荷单位电荷单位电荷：即：即1/3Au,1/4O2 上一张下一张 回主目录返回（依据（依据Faradays law）第27页(5)Faradays law例题例题解法二解法二.基本粒子荷基本粒子荷3个基本电荷个基本电荷：即：即Au,3/4O2 t 同上同上上一张下一张 回主目录返回第28页法拉第定律意义法拉第定律意义 电化学上最早定量基本定律，揭示了电化学上最早定量基本定律，揭示了 通入电量与析出物质之间定量关系。通入电量与析出物质之间定量关系。该定律该定律使用没有什么限制条件，使用没有什么限制条件，在任何温度、在任何温度、任何压力下均能够使用。任何压力下均能够使用。上一张下一张 回主目录返回第29页2.离子迁移数离子迁移数(Ions transference number)u(1)、为何要讨论离子迁移数、为何要讨论离子迁移数 (Why discuss ions transference number?)u(2)(2)电迁移率电迁移率 (Ionic mobility)u(3)、迁移数定义、迁移数定义 (Define ions transference number)u(4)、迁移数测定与计算、迁移数测定与计算 (Describe the measurement and calculation of ions transference number)第30页2.离子迁移数离子迁移数(Ions transference number)(1)为何要讨论离子迁移数为何要讨论离子迁移数(Why discuss ions transference number?)(1)为何要讨论离子迁移数为何要讨论离子迁移数 不论是原电池还是电解池，在其整个电路中一定包括不论是原电池还是电解池，在其整个电路中一定包括到到电子导电电子导电，离子导电离子导电及及电极反应电极反应。电极反应：电极反应：正极（阴极）正极（阴极）Mz+zeM 得到电子，发生还原反应得到电子，发生还原反应 负极（阳极）负极（阳极）AZ-zeA 失去电子，发生氧化反应失去电子，发生氧化反应 离子导电：离子导电：Q=Q+Q-（I=I+I-）,但往往有但往往有Q+Q-（I+I-),Why?()为此，我们要有一个用来衡量溶液中正、负离子所负为此，我们要有一个用来衡量溶液中正、负离子所负担导电任务物理量担导电任务物理量迁移数迁移数 上一张下一张 回主目录返回 第31页2.离子迁移数离子迁移数(Describe ions transference number)(2)电迁移率电迁移率(Ionic mobility)离子在电场中运动速率用公式表示为：离子在电场中运动速率用公式表示为：式中式中 为电位梯度，百分比系数为电位梯度，百分比系数 和和 分别称为正、分别称为正、负离子负离子电迁移率，电迁移率，又称为又称为离子淌度（离子淌度（ionic mobility），即即相当于单位电位梯度时离子迁移速率。它单位是相当于单位电位梯度时离子迁移速率。它单位是。电迁移率数值与离子本性、溶剂性质、温度等原电迁移率数值与离子本性、溶剂性质、温度等原因相关，能够用界面移动法测量。因相关，能够用界面移动法测量。上一张下一张 回主目录返回第32页2.离子迁移数离子迁移数(Describe ions transference number)构想在两个构想在两个惰性惰性电极之间有想象平面电极之间有想象平面AA和和BB，将溶液分为将溶液分为阳极部阳极部、中部及、中部及阴极部阴极部三个部分。假定未三个部分。假定未通电前，各部均含有正、负离子各通电前，各部均含有正、负离子各5 mol(分别用分别用+、-号代替号代替)。上一张下一张 回主目录返回第33页2.离子迁移数离子迁移数(Describe ions transference number)两电极间正、负离两电极间正、负离子要共同负担子要共同负担4 mol电电子电量运输任务。子电量运输任务。既然离子都是一价，既然离子都是一价，则离子运输电荷数量只则离子运输电荷数量只取决于离子迁移速度。取决于离子迁移速度。上一张下一张 回主目录返回第34页2.离子迁移数离子迁移数(Describe ions transference number)1设正、负离子迁移速率相等设正、负离子迁移速率相等，则导电任务各，则导电任务各分担分担2mol，在假想在假想AA、BB平面上各有平面上各有2mol正、负离正、负离子逆向经过。子逆向经过。上一张下一张 回主目录返回 设离子都是设离子都是一价一价，当通入当通入4 mol电子电电子电量时，量时，阳极阳极上有上有4 mol负离子负离子氧化氧化，阴阴极上有极上有4 mol正离子正离子还原还原。第35页2.离子迁移数离子迁移数(Describe ions transference number)当通电结束，阴、阳两极部溶液浓度相同，但比原当通电结束，阴、阳两极部溶液浓度相同，但比原溶液各少了溶液各少了2mol，而而中部溶液浓度不变中部溶液浓度不变。Why?第36页2.离子迁移数离子迁移数(Describe ions transference number)2假设正离子迁移速率是负离子三倍，假设正离子迁移速率是负离子三倍，则，则正离子正离子导导3mol电量，电量，负离子负离子导导1mol电量。在假想电量。在假想AA、BB平面上有平面上有3mol正离子正离子和和1mol负离子负离子逆向经过逆向经过 通电结束，阳通电结束，阳极部正、负离子各极部正、负离子各少了少了3mol，阴极部阴极部只各少了只各少了1mol，而而中部溶液浓度仍保中部溶液浓度仍保持不变。持不变。(超连至超连至40)40)上一张下一张 回主目录返回第37页2.离子迁移数离子迁移数(Describe ions transference number)(a)向阴、阳两极迁向阴、阳两极迁移正、负离子物质量移正、负离子物质量总和恰好等于通入溶总和恰好等于通入溶液总电量。液总电量。(b)假如正、负离子荷电量不等，或电极本身也发生反应，假如正、负离子荷电量不等，或电极本身也发生反应，情况就要复杂一些。情况就要复杂一些。上一张下一张 回主目录返回第38页2.离子迁移数离子迁移数(Describe ions transference number)(3)迁移数定义迁移数定义(Define ions transference number)把离子把离子B所运载电流与总电流之比称为离子所运载电流与总电流之比称为离子B迁迁移数（移数（transference number）用符号用符号 表示。表示。其定义式为：其定义式为：是量纲为是量纲为1量，数值上总小于量，数值上总小于1。因为正、负离子移动速率不一样，所带电荷不等，所因为正、负离子移动速率不一样，所带电荷不等，所以它们在迁移电量时所分担分数也不一样。以它们在迁移电量时所分担分数也不一样。上一张下一张 回主目录返回 这么我们能够用这么我们能够用t tB B来表征溶液中离子来表征溶液中离子B B所负担电量所负担电量百分数百分数第39页2.离子迁移数离子迁移数(Describe ions transference number)(3)迁移数定义迁移数定义(Define ions transference number)依据上面分析，迁移数在数值上可表示为：依据上面分析，迁移数在数值上可表示为：(假如正、负离子荷电量不等假如正、负离子荷电量不等,且电解质不是完全电离，上式推导见南京大学且电解质不是完全电离，上式推导见南京大学物理化学第四版物理化学第四版P516517）假如溶液中只有假如溶液中只有一个电解质一个电解质，则，则 假如溶液中有假如溶液中有各种电解质各种电解质，共有，共有 i 种离子，则：种离子，则：上一张下一张 回主目录返回负离子应有类似表示式。负离子应有类似表示式。第40页(4)(4)离子迁移数测定及计算离子迁移数测定及计算(Describe the measurement and calculation of ions transference number)测定：测定：(1)、希托夫（、希托夫（Hifforf）法法 依据前面讲离子迁移依据前面讲离子迁移模型模型可知，只要测出可知，只要测出阳离子阳离子迁出迁出阳极区阳极区或或阴离子阴离子迁出迁出阴极区阴极区物质量及发生电极反应物质物质量及发生电极反应物质量就能够求得量就能够求得ti，此即为希托夫法此即为希托夫法(其装置见其装置见P304)计算：计算：例题例题1(P305)用两个银电极电解用两个银电极电解AgNO3水溶液。电水溶液。电解前，溶液中每解前，溶液中每1kg水中水中含含43.50mmol AgNO3。试验后，。试验后，银电量计中有银电量计中有0.723mmol Ag沉积。由分析得知，电解后阳沉积。由分析得知，电解后阳极区有极区有23.14g水和水和1.390mmol AgNO3。试求。试求t+和和t-。上一张下一张 回主目录返回第41页(4)(4)离子迁移数测定及计算离子迁移数测定及计算(Describe the measurement and calculation of ions transference number)解解 1）首先搞清楚电极反应首先搞清楚电极反应 阳极阳极 Ag=Ag+e-阴极阴极 Ag+e-=Ag 2）引发阳极区电解质浓度改变原因引发阳极区电解质浓度改变原因 a)电极反应产生电极反应产生Ag+,使使a(Ag+)b)Ag+向负极运动迁出阳极区，使向负极运动迁出阳极区，使a(Ag+)由此得电解前后由此得电解前后阳极区阳极区改变量之间关系改变量之间关系 (计算计算阳极区阳极区迁移物质量公式迁移物质量公式)上一张下一张 回主目录返回AgAg银量计Ag+NO-3第42页(4)(4)离子迁移数测定及计算离子迁移数测定及计算(Describe the measurement and calculation of ions transference number)求求 n始始 ，设通电，设通电前、后前、后阳极水量不变（即水分子不发阳极水量不变（即水分子不发生迁移），则电解生迁移），则电解前前阳极区阳极区23.14g水中含有水中含有AgNO3物质量物质量为为 求求 n电电，依据，依据Faraday s low，银电量计中有银电量计中有0.723mmol Ag沉淀，则在电解池中阳极必有相同数量沉淀，则在电解池中阳极必有相同数量Ag被氧化成被氧化成Ag+而进入阳极区溶液中。而进入阳极区溶液中。上一张下一张 回主目录返回AgAg银量计Ag+NO-3第43页(4)(4)离子迁移数测定及计算离子迁移数测定及计算(Describe the measurement and calculation of ions transference number)例例2：用：用Hifforf 法，用法，用Cu电极电解已知浓度电极电解已知浓度CuSO4溶溶液，通电电流液，通电电流20mA，时间为时间为2-3h,串联在电路上银库仑计串联在电路上银库仑计阴极上有阴极上有0.045g银析出。阴极部溶液质量为银析出。阴极部溶液质量为36.434g，据分，据分析知，在通电前其中含析知，在通电前其中含CuSO41.1267g,通电后含通电后含CuSO41.109g,求求t(Cu2+)和和t(SO42-).b)、在阴极上还原反应，在阴极上还原反应，解解：已知阴极区：已知阴极区Cu2+数量改变是由两种原因引发，数量改变是由两种原因引发，上一张下一张 回主目录返回 a)、迁入；迁入；a(a(Cu2+),a(Cu2+)第44页(4)(4)离子迁移数测定及计算离子迁移数测定及计算(Describe the measurement and calculation of ions transference number)已知已知 M(1/2CuSO4)=79.75g/mol 则则 n终终=1.390610-2mol n始始=1.413910-2mol n电电=3.75410-4mol 上一张下一张 回主目录返回(计算计算阴极区阴极区迁移质量公式迁移质量公式)由此得电解前后由此得电解前后阴极区阴极区变量之间关系变量之间关系 第45页(4)(4)离子迁移数测定及计算离子迁移数测定及计算(Describe the measurement and calculation of ions transference number)n迁迁=n终终+n电电n始始 =1.390610-2+3.75410-410413910-2 =1.42410-4 mol(也能够先求也能够先求 ，此时，此时n表示（表示（1/2SO42-）物质量，怎物质量，怎样求同学们自己试一试样求同学们自己试一试)(2).界面移动法（自学）界面移动法（自学）上一张下一张 回主目录返回第46页ProblemsP355 ,7.2 ,7.3（注意（注意n始始计算）计算）第47页3.电导，电导率和摩尔电导率电导，电导率和摩尔电导率（Electric conductance,conductivity,and molar conductivity）(1)电导定义电导定义(Define electric conductance)导体导体导电能力可用电阻率表征，也能够用电导率表征。导电能力可用电阻率表征，也能够用电导率表征。（1 1）电导定义：电导定义：电导（电导（electric conductance）电导是电阻倒数，单位是电导是电阻倒数，单位是-1或或S 电导电导G 与导体截面积成正比，与导体长度成反比与导体截面积成正比，与导体长度成反比 普通普通第一类第一类导体用导体用电阻率电阻率表征其导电能力，而表征其导电能力，而第二类第二类导体导体则则用电导率。用电导率。上一张下一张 回主目录返回第48页3.电导，电导率和摩尔电导率电导，电导率和摩尔电导率（Electric conductance,conductivity,and molar conductivity）(1)电导定义电导定义(Define electric conductance)电导率（电导率（electrolytic conductivity）因为因为百分比系数百分比系数 称为电导率。称为电导率。电导率相当于单位长度、电导率相当于单位长度、单位截面积导体电导，单位是单位截面积导体电导，单位是 或或 。其实，电导率也就是电阻率其实，电导率也就是电阻率倒数：倒数：上一张下一张 回主目录返回第49页(3)摩尔电导率（摩尔电导率（molar conductivity）是含有是含有1 mol电解质溶液电解质溶液体积，单位为体积，单位为 ，是电解是电解质溶液浓度，单位为质溶液浓度，单位为 。摩尔电导率（摩尔电导率（molar conductivity）上一张下一张 回主目录返回第50页(3)摩尔电导率（摩尔电导率（molar conductivity）既然有了既然有了 为何还要定义呢为何还要定义呢？反应了一定体积电解质溶液导电能力，但它没有要求反应了一定体积电解质溶液导电能力，但它没有要求电解质量，很显著电解质量，很显著 与与C相关，这对比较不一样电解质导相关，这对比较不一样电解质导电能力带来不便，为此引入电能力带来不便，为此引入 与与C关系：关系：C=molm-3 Vm=m3mol-1 上一张下一张 回主目录返回第51页(3)摩尔电导率（摩尔电导率（molar conductivity）又又 (电解质量一定，两极间距离已要求电解质量一定，两极间距离已要求 为为1m)由此能够认为，由此能够认为，为单位浓度电导率为单位浓度电导率 同学们请注意同学们请注意 和和 区分区分：要求了两极间距离（要求了两极间距离（1m）和面积（和面积（1m2），但物质量，但物质量未定。未定。要求了两极间距离（要求了两极间距离（1m）物质量（物质量（1mol）但两极但两极面积不定。面积不定。上一张下一张 回主目录返回第52页(4)电导测定电导测定(Conduction measurement)几个类型电导池：几个类型电导池：电导池电极通惯用两个平行电导池电极通惯用两个平行铂片制成，为了预防极化，普通铂片制成，为了预防极化，普通在铂片上镀上在铂片上镀上铂黑铂黑，增加电极面，增加电极面积，以降低电流密度。积，以降低电流密度。上一张下一张 回主目录返回第53页(4)电导测定电导测定(Conduction measurement)电导测定装置电导测定装置 电导测定实际上测定是电电导测定实际上测定是电阻，惯用韦斯顿电桥如图所阻，惯用韦斯顿电桥如图所表示。表示。AB为均匀滑线电阻，为均匀滑线电阻，为为可变电阻，并联一个可变电可变电阻，并联一个可变电容容 方便调整与电导池实现方便调整与电导池实现阻抗平衡，阻抗平衡，M为放有待测溶为放有待测溶液电导池，液电导池，电阻待测。电阻待测。上一张下一张 回主目录返回第54页(4)电导测定电导测定(Conduction measurement)这时这时D，C两点电位降两点电位降相等，电桥达平衡。依据几相等，电桥达平衡。依据几个电阻之间关系就可求得待个电阻之间关系就可求得待测溶液电导测溶液电导 I 是频率在是频率在1000Hz左右高频左右高频交流电源，交流电源，G为耳机或阴极示为耳机或阴极示波器。波器。接通电源后，移动