电化学A省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、 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
2、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 Electro
3、chemistry7.07.0、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 pract
4、ical(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
5、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 developmen
6、t (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。(
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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 coef
15、ficient,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
16、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
17、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
18、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C
19、u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
20、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
21、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,
22、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
23、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
24、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
25、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
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