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三、电化学现象普遍存在 三、电化学现象普遍存在
(a) i i
i 为带电荷粒子 相间自发转移
(b) 相界面存在过剩电荷 界面电位差
(c) 自然界普遍存在水 电解质溶液
电化学势 Electrochemical Potential
Gi = i
- i + Zie0( - )Gi
= i- i
+ Zie0( - )
平衡时： i + Zie0 = i
+ Zie0
两相间建立平衡电势
平衡时： i + Zie0 = i
+ Zie0
两相间建立平衡电势
ii
恒温恒压下荷电粒子 i 从相转移到相
电极（电极（ Electrode)Electrode)
电极材料 / 电解质
Zn|Zn2+, SO42-
Pt|H2,H+
Fe|Fe3O4|Fe2O3| 水溶液
电极（电极（ Electrode)Electrode)
电极材料 / 电解质
Zn|Zn2+,SO42-,
Pt|H2,H+
Fe|Fe3O4|Fe2O3| 水溶液
•传递电荷
•氧化或还原反应
的地点
•“半电池”
电极（电化学）反应电极（电化学）反应Electrode (Electrochemical ） Reactio
n
特殊的异相氧化还原反应
氧化和还原反应分别在不同的地点进行
电极（电化学）反应电极（电化学）反应Electrode (Electrochemical ） Reactio
n特殊的异相氧化还原反应
氧化和还原反应分别在不同的地点进行
电场的强度和方向可改变反应的活化能和速度
电化学装置 (Electrochemical Device)
电池 (Cell) 电 (化学 )池
原电池 (Primary Cell)体系自发地将本身的化学能变为电能 (G<0)
原电池 (Primary Cell)体系自发地将本身的化学能变为电能 (G<0)
电解池 (Electrolytic Cell)利用电功推动体系进行化学反应 ( 包括 G>0)
电解池 (Electrolytic Cell)利用电功推动体系进行化学反应 ( 包括 G>0)
铅酸蓄电池 (1860年 --)
铅酸蓄电池 (1860年 --) I
e e
Pb2+
PbSO4
-2ePb
Pb2+
PbSO4
+2ePbO2
H2O
H+
SO4=SO4
=
H+
硫酸
放 电 ( 对外作功 ) 放 电
( 对外作功 )
正极负极
铅酸蓄电池 (1860年 --)
铅酸蓄电池 (1860年 --)
e e
Pb2+
PbSO4
+2e
Pb
Pb2+
PbSO4
-2e
PbO2
H2O
H+
SO4=SO4
=
H+
硫酸
充 电 ( 吸收电能 )
充 电 ( 吸收电能 )
正极负极
正极反应PbO2+H2SO4+2H++2e PbSO4+2H2O
Red
Ox
负极反应Pb+H2SO4 PbSO4+2H++2e
Ox
Red
电池总反应
Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
( 对外反应 )放电
充电( 吸收电能 )
电化学装置 (Electrochemical Device)
电化学装置需要满足：
至少包括一对分区进行 ( 成对存在 ) 的电
极反应。在电解质溶液中，不同电荷的离
子作不同方向的定向迁移。在外线路中，
电子由阳极往阴极的定向移动。
Pb2+
PbSO4
-2e
e e
Pb2+
PbSO4
+2e
Pb PbO2
H2O
H+
SO4=SO4
=
H+
硫酸
正极负极
电极的名称和过程电 极 阳极 Anode 阴极 Cathode
反 应
电解池
原电池
驱向离子
氧 化
正极、电势高
负极、电势低
阴离子 Anion
还 原
负极、电势低
正极、电势高
阳离子 Cation
电化学研究重点 物理化学
固态电化学光电化学生物电化学
结构化学量子化学统计力学
溶液电化学( 电解质溶液 )
平衡态电化学热力学
电极过程界 ( 表 ) 面电化学
动力学
电化学基础研究电化学基础研究
平衡态电化学
电极过程
界 ( 表 ) 面电化学
固态电化学光电化学生物电化学
应用电化学领域应用电化学领域
电池、电解电镀、腐蚀电加工、电泳电分析、传感器…...
电池、电解电镀、腐蚀电加工、电泳电分析、传感器…...
电极的名称和过程电 极 阳极 Anode 阴极 Cathode
反 应
电解池
原电池
驱向离子
氧 化
正极、电势高
负极、电势低
阴离子 Anion
还 原
负极、电势低
正极、电势高
阳离子 Cation
11-2 11-2 法拉弟定律法拉弟定律Faraday law (1834Faraday law (1834 年年 ))
QFZ
MkQW
1
Q- 反应电量 n- 摩尔数， Z- 反应电子计数量，F- 法拉弟常数（ 1891 年）
QnZF
法拉弟常数 F (1891 年 )
F = 6.0231023 电子 /mol
1.60210-19 库仑 / 电子
= 96487 库仑 /mol
96500 c /mol
法拉弟定律的几个要点
1. 电和化学反应相互作用的定量关系
FF 是基本物理常数之一是基本物理常数之一
Q = nZFQ = nZF
法拉弟定律的几个要点
1. 电和化学反应相互作用的定量关系
2. 不受电极、外界条件的影响
阴极 阳极（隋性）
银阴极 银阳极电解精炼
Cl2Ag
Fe2+
Na+
H+
Cl-
OH-
Ag+
H+ NO3-
Ag+ Fe+
H+
Br+
OH-
Ag+ Br2H2
e- e-
i i
阴极 阴极隋性 惰性
(1) NaCl (2) AgNO3 (3) FeBr3
(1) 阴极上 : H++e-1/2H2 气体产物 阳极上 : Cl- 1/2Cl2+e-
(1) 阴极上 : H++e-1/2H2 气体产物 阳极上 : Cl- 1/2Cl2+e-
(2) 阴极上 : Ag++e-Ag 固体产物 阳极上 : AgAg++e-
(2) 阴极上 : Ag++e-Ag 固体产物 阳极上 : AgAg++e-
(3) 阴极上 : Fe3++e-Fe2+ 溶液产物 阳极上 : Br- 1/2Br2+e-
(3) 阴极上 : Fe3++e-Fe2+ 溶液产物 阳极上 : Br- 1/2Br2+e-
法拉弟定律的几个要点
1. 电和化学反应相互作用的定量关系
2. 不受电极、外界条件的影响
3. 适用于多个电化学装置的多个反应（串联）
阴极 阳极 银阴极 银阳极
Na+
H+
Cl-
OH-
e-
i
H2 Cl2
Ag+
H+ NO3-
Ag+
Ag
e-
i
Ag+
法拉弟定律的几个要点
1. 电和化学反应相互作用的定量关系
2. 不受电极、外界条件的影响
3. 适用于多个电化学装置的多个反应（串联）
4. 适用于单个电化学装置的多个反应（并联）
H+OH-
e-
i
H2
H+NO3
-
Ag+
Ag
e-
i
Ag+
OH-
NO3-
Ag+
O2
银阴极 银阳极Ag+ + e = Ag
H+ + e = 1/2 H2
电流效率电流效率%100
实际电量理论电量
%100理论产物质量实际产物质量
（一定物质量）
（一定电量）
电化学研究重点 物理化学
固态电化学光电化学生物电化学
结构化学量子化学统计力学
溶液电化学( 电解质溶液 )
平衡态电化学热力学
电极过程界 ( 表 ) 面电化学
动力学
如何比较、测量和认识如何比较、测量和认识
不同电解质溶液的不同电解质溶液的
导电能力导电能力
11-3. 电导、电导率、摩尔电导率、极限摩尔电导率
XYZXYZ
XX YY Z
XX YY ZZ
XX YY ZZ
X + Y + ZX + Y + Z
XX YY ZZ
区带电泳分离过程
逆流聚焦电泳分离过程逆流聚焦电泳分离过程（ 1）
（ 2）（ 3）
（ 1）
（ 2）（ 3）
电子导体 离子导体导电机制 自由电子 阴、阳离子
带电粒子 单一 多种
带电荷量 单一 多种（价态）
相互作用 不变 变（浓度）
化学变化 无 有（电极反
应）
温度影响 T 升高、 R 升高 T 升高、 R 降
低
