电化学3[精选].ppt

应用电化学 崔占臣 参考书目：1，《印刷电路板电镀》毛伯南；化学工业出版社 2，《电子电镀技术》刘仁志；化学工业出版社 3，《电镀工艺及其应用》张胜涛；中国纺织出版社 4，《应用电化学》杨绮琴等；中山大学出版社 绪论 什么是电化学：电化学是研究电能和化学能的相互转换及其规律的科学 电化学的发展史： 1799年Volta发明了第一个原电池； 1807年Davy用点解方法得到钠和钾； 1837年雅可比发明了电铸技术并应用于精炼铜； 1849年Kolbe点解戊酸水溶液得到辛烷； 1859年Planet发明了铅酸电池； 1870年发明了发电机以后电解得到了实际应用，出现电解铝、电解制造氯气和氢氧化钠，电解水制取氢气和氧气。 理论方面的进展： 在伏特电池出现后对电流通过导体时发生的现象进行了两方面的研究： 从物理方面的研究得到Ohm定律； 从化学方面研究得到Faraday定律； 1887年Arrhenius提出了电离学说； 1889年Nerst提出了电极电位公式； 1905年Tafel找到了过电位和电流密度的关系式； 20世纪50年代弗鲁姆金等发展了电极过程动力学，成为现代电化学的主体。 电化学是一门交叉学科： 它与化学领域其它学科、电子学、固体物理、生物学等学科有密切联系。已经出现许多分支：电分析化学、有机电化学、催化电化学、熔岩电化学、固体电解质、量子电化学、半导体电化学、腐蚀电化学、生物电化学等。 这些学科涉及能源、材料、生命及环境等重大研究问题 电化学应用： 电化学应用范围广泛、远远超出化学领域，在国民经济的很多部门发挥巨大作用。其实际应用可大致分为： 1、电合成无机物和有机物，如氯气、氢氧化钠、高锰酸钾、己二睛。 2、金属提取与精炼，如熔盐电解铝、湿法电解锌、电解精炼铜。 3、电池，如锌锰电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池、太阳能电池。 4， 第一章 电解质溶液的物理化学性质 第一节 离子导体 根据电荷的载体不同，可将导体分为电子导体和离子导体，电子导体如金属、石墨、金属氧化物和碳化物等；离子导体如电解质水溶液，熔盐和固体电解质，其中最常见的是电解质水溶液。电化学反应基本上发生在电解质水溶液中。 一、电解质水溶液 电解质水溶液是有水和溶解在水中的离子构成的，水是极性分子，对其中的离子有溶剂化作用 二、熔融电解质 熔融电解质一般指熔盐，熔盐是完全解离的离子液体。 熔盐可分为高温熔盐、低温熔盐和室温熔盐 高温熔盐，如NaCl/KCl，mp=663℃ 低温熔盐，如CO（NH2)2-NH4NO3,mp=45 ℃ 室温熔盐，如AlCl3-正丁基吡啶 熔盐的应用范围很广包括以下几个方面：电解冶金及材料科学；能源技术如电池；固态化学技术如单晶生长、熔盐半导体、固体电解质；环境技术，如净化大气、废物处理、无硫金属提取；化学工业，化学反应介质 三、固体电解质 固体电解质是一种离子导体，可用固体电解质制作微型电池、燃料电池、定时器、记忆元件和测氧分压探头等。 目前已知的固体电解质有数百种，一般按传导离子的类型分类，如Ag+、Cu+ 、Li+ 、F- 、O-2 将高分子和碱金属离子配合具有离子导电性、高分子固体电解质具有质轻、成膜性好、易卷曲等许多无机材料无法比拟的优点，在电子、医疗、空间技术、电致显色、电化学、电光学、传感器等方面有广泛应用。 第二节 电解质的活度活度系数 一、活度和活度系数 对于理想溶液某组分i的化学位μi与质量摩尔浓度mi的关系为 μi= μ0i+RTlnmi 此式可以近似地用于无限稀溶液，对于非理想溶液须用活度a代替m则有 μi= μ0i+RTlna ai=γi mi， Mi 0 时γi 1 a/m表示真实溶液和理想溶液的偏差 Γ称为活度系数。 第二节 电导和迁移数 一、迁移数和淌度 离子的动态性质包括电导、迁移、扩散、粘度等，他们有一定内在联系，可由一种性质推知另一种性质。 在电场作用下，阴离子向阳极迁移，而阳离子向阴极迁移。电解质导电靠离子迁移，每种离子传导电流的能力是不同的，我们把某种离子的传导电量在通过溶液的总电量中所占的分数称为迁移数。 若以ti、Qi、Ii和Q、I分别表示溶液中第i种离子的迁移数、传电量、电流和总电量、总电流，则 某种离子的迁移电量与其迁移速度、价数及体积摩尔浓度成正比。 离子的迁移是在电场的作用下发生的，电场强度越大，即电位梯度越大，迁移速度越大。 二、电导率和摩尔电导率 物质的导电能力常用电阻R 或1/R 电导来表示 电导率可衡量电解质溶液的导电能力，但它和电解质的含量有关，因此需要引入摩尔电导率的概念。摩尔电导率Λm是把1摩尔电解质的溶液置于相距1