1、 電能 化學(xué)能2本章教學(xué)目標(biāo)理解理解原電池原電池與與電解池電解池的異同點(diǎn)；的異同點(diǎn)；掌握掌握離子遷移數(shù)、電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率離子遷移數(shù)、電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率、活度、離子平均活度和離子平均活度系數(shù)活度、離子平均活度和離子平均活度系數(shù)的概的概念及計(jì)算；念及計(jì)算；掌握掌握電導(dǎo)電導(dǎo)的應(yīng)用。的應(yīng)用。了解了解離子獨(dú)立運(yùn)動(dòng)定律離子獨(dú)立運(yùn)動(dòng)定律；3化學(xué)能化學(xué)能電電 能能 電化學(xué)是研究電化學(xué)是研究化學(xué)能化學(xué)能和和電能電能之間相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的科學(xué)。之間相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的科學(xué)。 4電化學(xué)的用途電解電解 精煉和冶煉有色金屬和稀有金屬；精煉和冶煉有色金屬和稀有金屬； 電解法制備化工原料；電解法制備化工原料； 電鍍法保

2、護(hù)和美化金屬；電鍍法保護(hù)和美化金屬； 還有氧化著色等。還有氧化著色等。電池電池 汽車、宇宙飛船、照明、通訊、汽車、宇宙飛船、照明、通訊、 生化和醫(yī)學(xué)等方面都要用不同類生化和醫(yī)學(xué)等方面都要用不同類 型的化學(xué)電源。型的化學(xué)電源。電分析電分析 生物電化學(xué)生物電化學(xué)5 電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液是離子導(dǎo)電體，依靠溶液中離子遷是離子導(dǎo)電體，依靠溶液中離子遷移而導(dǎo)電，導(dǎo)電的同時(shí)在電極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。移而導(dǎo)電，導(dǎo)電的同時(shí)在電極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 電能 化學(xué)能65.1.1 電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理+-1221h oo +2h +2e2陽極：2221h ooh2總反應(yīng)：2221h ooh2總反應(yīng)： 1.

3、電解池電解池 2. 原電池原電池+-122h2eh陰極： +-12h2h2e陽極： +-1221o +2h +2eh o2陰極： 2221ohh o2總反應(yīng)： +-1221hoo +2h +2e2陽 極 ： 7正極正極負(fù)極負(fù)極8正正極極(positive electrode)電勢(shì)電勢(shì)高高的電極的電極負(fù)負(fù)極極(negative electrode)電勢(shì)電勢(shì)低低的電極的電極陽陽極極 (anode)發(fā)生發(fā)生氧化作用氧化作用的電極的電極陰陰極（極（cathode)發(fā)生發(fā)生還原作用還原作用的電極的電極陽極陽極陰極陰極原電池原電池- -+電解池電解池+- - 原電池：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；原電池：化學(xué)能

4、轉(zhuǎn)化為電能的裝置； 電解池：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。電解池：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。原電池：負(fù)陽氧原電池：負(fù)陽氧電解池：正陽氧電解池：正陽氧9 結(jié)論：結(jié)論： 失升氧，得降還失升氧，得降還; 正高負(fù)低，陽氧陰還正高負(fù)低，陽氧陰還; 電解池正陽負(fù)陰，原電池負(fù)陽正陰。電解池正陽負(fù)陰，原電池負(fù)陽正陰。 電解質(zhì)溶液的電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理導(dǎo)電機(jī)理： 在外電源電場(chǎng)的作用下，電解質(zhì)溶液的正負(fù)離子在外電源電場(chǎng)的作用下，電解質(zhì)溶液的正負(fù)離子分別向兩個(gè)電極移動(dòng)，遷移到電極附近的離子分別在分別向兩個(gè)電極移動(dòng)，遷移到電極附近的離子分別在兩個(gè)電極上進(jìn)行氧化或還原作用兩個(gè)電極上進(jìn)行氧化或還原作用10qn z f z-m e

5、 ma e azzzq 通過的電量（通過的電量（c） n n發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的量（發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的量（mol） z離子電荷數(shù)離子電荷數(shù)f法拉第常數(shù)（法拉第常數(shù)（96485c.mol-1） 通過電極的電量正比于電極反應(yīng)的物質(zhì)的通過電極的電量正比于電極反應(yīng)的物質(zhì)的量與電極反應(yīng)電荷數(shù)的乘積量與電極反應(yīng)電荷數(shù)的乘積5.1.2 法拉第定律法拉第定律11例一：例一：通電于通電于au(no3)3溶液，析出溶液，析出au(s)=1.20g。已知已知m(au)=197.0g/mol。求通入電量。求通入電量。33( )aueau s11.203 96500 .1763.45197.0 /qn z fgcmolcg

6、mol 12陰離子陰離子( (anion)陽極陽極( (anode) )陽離子陽離子( (cation)陰極陰極( (cathode) )陽極陰極5.1.3 離子的電遷移13離子淌度離子淌度:離子遷移速率離子遷移速率 : 電勢(shì)梯度電勢(shì)梯度ledd 式中式中u稱為離子淌度，其物理意義是電勢(shì)梯度為單稱為離子淌度，其物理意義是電勢(shì)梯度為單位數(shù)值時(shí)的離子遷移速率，其單位是位數(shù)值時(shí)的離子遷移速率，其單位是m2v-1s-1。ddevul 離子淌度與離子的本性（離子半徑、所帶電荷）以離子淌度與離子的本性（離子半徑、所帶電荷）以及溶液的黏度及溫度有關(guān)。及溶液的黏度及溫度有關(guān)。14通入通入4mol 電電 量量

7、遷移過程：遷移過程：q q+ q q q q1qvqv離子遷移數(shù)離子遷移數(shù)15通入通入4mol電量電量 遷移過程：遷移過程：q+ qq3qvqv16定義：電解質(zhì)溶液中各種離子的導(dǎo)電份額或?qū)щ姲俜謹(jǐn)?shù)，定義：電解質(zhì)溶液中各種離子的導(dǎo)電份額或?qū)щ姲俜謹(jǐn)?shù)，用用tb 表示，表示，tb無量綱。無量綱。 tb qb / qdefqbb種離子傳輸?shù)碾娏糠N離子傳輸?shù)碾娏縬通過溶液的總電量通過溶液的總電量對(duì)于只含有一種正離子和一種負(fù)離子的電解質(zhì)溶對(duì)于只含有一種正離子和一種負(fù)離子的電解質(zhì)溶液而言，正、負(fù)離子的遷移數(shù)分別為液而言，正、負(fù)離子的遷移數(shù)分別為 qqqtqqqtt+ + t- = 1 uuutuuut遷移數(shù)

8、與淌度間的關(guān)系為遷移數(shù)與淌度間的關(guān)系為17 遷移數(shù)遷移數(shù)反映出離子承擔(dān)運(yùn)載反映出離子承擔(dān)運(yùn)載電量的比例電量的比例； 離子遷移率離子遷移率反映出離子在一定電場(chǎng)條件下反映出離子在一定電場(chǎng)條件下的定向移動(dòng)的的定向移動(dòng)的快慢快慢程度；程度； 離子遷移率離子遷移率越越大大，該離子的，該離子的遷移數(shù)遷移數(shù)就越就越大大； 簡(jiǎn)言之：在電場(chǎng)中，哪種離子定向移動(dòng)得越簡(jiǎn)言之：在電場(chǎng)中，哪種離子定向移動(dòng)得越快快，該離子對(duì)電流的傳輸所做的該離子對(duì)電流的傳輸所做的貢獻(xiàn)就越大。貢獻(xiàn)就越大。185.2 電導(dǎo)及其應(yīng)用電導(dǎo)及其應(yīng)用電導(dǎo)電導(dǎo)(conductance) ：電阻的倒數(shù)，單位用：電阻的倒數(shù)，單位用s表示。表示。g = 1

9、 / r 電導(dǎo)率電導(dǎo)率：電阻率的倒數(shù)，單位是：電阻率的倒數(shù)，單位是sm-1。 = 1/lagalr 1, 溶液電導(dǎo)溶液電導(dǎo)g與電極截面積成正比，與兩電極間距與電極截面積成正比，與兩電極間距離成反比。離成反比。5.2.1 電導(dǎo)、電導(dǎo)率與摩爾電導(dǎo)率電導(dǎo)、電導(dǎo)率與摩爾電導(dǎo)率電導(dǎo)率的定義電導(dǎo)率的定義19 摩爾電導(dǎo)率摩爾電導(dǎo)率m圖圖5-3 摩爾電導(dǎo)率的定義摩爾電導(dǎo)率的定義 兩相距兩相距1m平行電極間，平行電極間，1mol電解質(zhì)溶液所具有的電導(dǎo)電解質(zhì)溶液所具有的電導(dǎo)。1mol電解質(zhì)溶液的體積電解質(zhì)溶液的體積 v=1/cm =/c m的單位為的單位為sm2mol-1; c為溶液中電解質(zhì)的濃度，為溶液中電解質(zhì)

10、的濃度，單位為單位為molm-3。20 i 是頻率在是頻率在1000hz左右的高頻交流電源，左右的高頻交流電源，g為高靈敏檢流計(jì)為高靈敏檢流計(jì)。 接通電源后，移動(dòng)接通電源后，移動(dòng)c點(diǎn)，使點(diǎn)，使dgc線路中無電流通過，即線路中無電流通過，即g顯示為零時(shí)，顯示為零時(shí)，d和和c兩點(diǎn)電位降相等，電橋達(dá)平衡。根據(jù)幾個(gè)兩點(diǎn)電位降相等，電橋達(dá)平衡。根據(jù)幾個(gè)電阻之間關(guān)系就可求得待測(cè)溶液的電導(dǎo)。電阻之間關(guān)系就可求得待測(cè)溶液的電導(dǎo)。431rrrrx r1為可變電阻，為可變電阻，m為放有待測(cè)溶液為放有待測(cè)溶液的電導(dǎo)池，的電導(dǎo)池， rx 電阻待測(cè)電阻待測(cè)5.2.2 電導(dǎo)的測(cè)定電導(dǎo)的測(cè)定21單位是單位是m-1celll

11、ka 通常用已知電導(dǎo)率的通常用已知電導(dǎo)率的kcl溶液注入電導(dǎo)池，測(cè)定溶液注入電導(dǎo)池，測(cè)定電阻后得到電阻后得到kcell。電導(dǎo)池常數(shù)（電導(dǎo)池常數(shù)（cell constant）celllgkga cellkr 22 用一電解池在用一電解池在298k測(cè)得測(cè)得0.02mol.dm-3kcl溶液電溶液電阻為阻為82.4，濃度為，濃度為0.0050mol.dm-3的的1/2k2so4溶液溶液電阻為電阻為326。試求（。試求（1)電導(dǎo)池常數(shù)電導(dǎo)池常數(shù)kcell；（；（2） 0.0050mol.dm-3的的1/2k2so4溶液電導(dǎo)率溶液電導(dǎo)率和摩爾電導(dǎo)和摩爾電導(dǎo)率率m。例例 5- 1235.2.3強(qiáng)電解質(zhì)溶液

12、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率與濃度 電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率都是衡量電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率都是衡量電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力的物理量。溶液的濃度和電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率有著力的物理量。溶液的濃度和電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率有著什么樣的關(guān)聯(lián)呢？什么樣的關(guān)聯(lián)呢？241.電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系強(qiáng)電解質(zhì)強(qiáng)電解質(zhì)溶液溶液:隨隨c的增加而升的增加而升高。當(dāng)高。當(dāng)c增加到一定程度后，離增加到一定程度后，離子相互作用加強(qiáng)，離子運(yùn)動(dòng)速率子相互作用加強(qiáng)，離子運(yùn)動(dòng)速率降低，降低，也降低，如也降低，如h2so4和和koh溶液。溶液。弱電解質(zhì)弱電解質(zhì)溶液溶液: 隨隨c變化不顯著，因變化不顯著，因c增加使其電離度下降，增加使其電離

13、度下降，粒子數(shù)目變化不大，如醋酸。粒子數(shù)目變化不大，如醋酸。中性鹽中性鹽:由于受飽和溶解度的限制，由于受飽和溶解度的限制，濃度不能太高，如濃度不能太高，如kcl。h2so4/(s m-1)kohkclmgso4hac015510c/(mol dm-3)20406080 圖圖5-5 電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系25 由于溶液中導(dǎo)電物質(zhì)的量已給定為由于溶液中導(dǎo)電物質(zhì)的量已給定為1mol，所以，當(dāng)，所以，當(dāng)濃度降低濃度降低時(shí)，粒子之間相互作用減弱，正、負(fù)離子遷移速率加快，溶液的時(shí)，粒子之間相互作用減弱，正、負(fù)離子遷移速率加快，溶液的摩爾電導(dǎo)率必定升高摩爾電導(dǎo)率必定升高。濃度很稀的強(qiáng)電解質(zhì)溶液

14、濃度很稀的強(qiáng)電解質(zhì)溶液)1 (cmm 將直線外推至將直線外推至c0，得到無限稀釋摩爾電導(dǎo)率得到無限稀釋摩爾電導(dǎo)率-科爾勞烏施公式科爾勞烏施公式2.強(qiáng)電解質(zhì)溶液的摩爾電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系強(qiáng)電解質(zhì)溶液的摩爾電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系圖圖5-6電解質(zhì)水溶液電解質(zhì)水溶液m與與c的關(guān)系的關(guān)系/(s m2 mol-1)265.2.4 離子獨(dú)立運(yùn)動(dòng)定律及離子摩爾電導(dǎo)率離子獨(dú)立運(yùn)動(dòng)定律及離子摩爾電導(dǎo)率電解質(zhì)電解質(zhì) kcllicl0.014990.01150 12mmolms/ 12mmolms/ 表表5.1 某些電解質(zhì)溶液的無限稀釋摩爾電導(dǎo)率某些電解質(zhì)溶液的無限稀釋摩爾電導(dǎo)率 (298k) m不論共存負(fù)離子為何，（鉀鹽

15、）不論共存負(fù)離子為何，（鉀鹽） ( (鋰鹽）鋰鹽）= = 常數(shù)常數(shù) mm無限稀釋時(shí)，正離子的導(dǎo)電能力與共存的負(fù)離子無關(guān)。無限稀釋時(shí)，正離子的導(dǎo)電能力與共存的負(fù)離子無關(guān)。不論共存正離子為何，不論共存正離子為何， （氯化物）（氯化物） （硝酸鹽）（硝酸鹽）= =常數(shù)常數(shù) m m無限稀釋時(shí)，負(fù)離子的導(dǎo)電能力亦與共存的正離子無關(guān)。無限稀釋時(shí)，負(fù)離子的導(dǎo)電能力亦與共存的正離子無關(guān)。27 離子獨(dú)立運(yùn)動(dòng)定律：離子獨(dú)立運(yùn)動(dòng)定律：無限稀釋無限稀釋時(shí)，溶液中的電解時(shí)，溶液中的電解質(zhì)完全電離，離子間相互無影響，每種離子對(duì)溶液電質(zhì)完全電離，離子間相互無影響，每種離子對(duì)溶液電導(dǎo)的貢獻(xiàn)是導(dǎo)的貢獻(xiàn)是獨(dú)立獨(dú)立的。的。推論推論

16、1 1 無限稀釋時(shí)，電解質(zhì)的摩爾電導(dǎo)率無限稀釋時(shí)，電解質(zhì)的摩爾電導(dǎo)率 是組成是組成該電解質(zhì)的正、負(fù)離子的無限稀釋摩爾電導(dǎo)率的該電解質(zhì)的正、負(fù)離子的無限稀釋摩爾電導(dǎo)率的代數(shù)和代數(shù)和 m1-11-1價(jià)型電解質(zhì)價(jià)型電解質(zhì)m,-m,m vvam價(jià)型電解質(zhì)價(jià)型電解質(zhì)m,-m,mvv 推論推論2 離子的無限稀釋摩爾電導(dǎo)率取決于離子個(gè)性，離子的無限稀釋摩爾電導(dǎo)率取決于離子個(gè)性，在確定溶劑、溫度等條件下是在確定溶劑、溫度等條件下是定值定值。例題：已知例題：已知298k時(shí)，時(shí)，nh4cl、naoh和和nacl的無限的無限稀釋摩爾電導(dǎo)率分別為稀釋摩爾電導(dǎo)率分別為1.49910-2、2.487 10-2和和1.265 10-2sm2 mol-1，求，求nh4oh的無限稀釋摩爾的無限稀釋摩爾電導(dǎo)率。電導(dǎo)率。 分析：分析：1）弱電解質(zhì)的無限稀釋摩爾電導(dǎo)率不能用反推法）弱電解質(zhì)的無限稀釋摩爾電導(dǎo)率不能用反推法 求得，誤差大；求得，誤差大； 2）無限稀釋條件下，符合離子獨(dú)立移動(dòng)定律。）無限稀釋條件下，符合離子獨(dú)立移動(dòng)定律。解：444()()()()()()mmmmmmnh ohnhohnh clnaohnacl 295.2.5 電導(dǎo)測(cè)定的應(yīng)用1.檢驗(yàn)水的純度與計(jì)算水的離子積檢驗(yàn)水的純度與計(jì)算水的離子積當(dāng)水受到雜質(zhì)離子的污染，會(huì)引起電導(dǎo)率增大；當(dāng)水受到雜質(zhì)離子的污染，會(huì)引起電導(dǎo)率增