电化学-活度与原电池基础.ppt
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1、2023/10/30,作业:25时,AgBrO3的活度积为5.7710-5,试用极限公式计算在(1)纯水中;(2)0.01mol kg-1 KBrO3中的溶解度。,作业(第四版)4,5,7,11,13 第五版 第七章 2,3,7,9,2023/10/30,作业(第四版)第七章 第五版 第七章 预习:第七章 7.6 7.7 7.8,2023/10/30,目 录,7-1 Electrolytic cell、Galvanic cell and Faradays law7-2 The ionic transport number 7-3 Electric conductivity and molar
2、Electric conductivity7-4 The Law independent migration ions 7-5 The application of conductance determine7-6 Mean ionic activity of electrolyte7-7 DebyeHckel limiting law7-8 Reversible cell7-9 Thermodynamic of reversible cell7-10 Nernst equation7-11 电池电动势及标准电池电动势测定7-12 电极电势和电池电动势7-13 电极种类7-14 电池设计7-1
3、5 电解和极化,2023/10/30,电解质:,离子:,本性,G m G+(G)+()+()t+(t)u+(u),m,+(),u+(u),理解每个量的意义、测量和它们的相互关系;哪些可直接查手册,2023/10/30,二、弱电解质的m计算,三、无限稀释离子的摩尔电导率1.m与+、-的关系m,+=+m,-=-2.+、-测定,重点,一、强电解质的m计算,2023/10/30,7-5 电导测定的应用,电化学方法:准、快,便于仪器化,电导法:以电导为手段研究具体问题。应用广泛。,一、计算弱电解质的电离度和电离平衡常数对于弱电解质:m:全部电离,离子间无作用力m:部分电离,离子间有作用力若电离度比较小,
4、离子浓度比较低,则相互作用力可忽略,导电能力全部决定于电离度。=m/m(1-1型)MA M+A c(1-)/cy c/cy c/cy,2023/10/30,上式称为Ostwald稀释定律,当越小,该式越正确,以对1/m作图,斜率=,可求出电离平衡常数Kc,实验测定:m,由离子独立运动定律计算 m,可通过上两式求出、Kc,2023/10/30,例:将浓度为15.81molm-3的HAc溶液注入电导池,R=655,已知Kcell=13.7m-1,H+,Ac-的 m 分别为349.82 10-4 和 40.9 10-4 S m2 mol-1,求,Kcy,解:=KcellG=Kcell/R=13.7/
5、655=2.092 10-2 S m-1 m=/c=2.092 10-2/15.81=1.32 10-3 S m2 mol-1=m/m=3.38 10-2,=1.8710-5,2023/10/30,二、难溶盐的溶度积测量难溶盐的溶解度非常小,用一般的化学定量无法测量,可用电导法。饱和浓度可认为是无限稀。则m=m=/C 所以:C(溶解度)=/m,由于难溶盐的 很小,必须减去H2O的电导率,联立如上三式可得 c。,难溶盐:,2023/10/30,例题2:25时AgCl溶液的=3.4110-4Sm-1,纯水的=1.6010-4 Sm-1。求AgCl溶解度和溶度积。解:(AgCl)=(溶液)-(水)=
6、1.8110-4 Sm-1查表可得:m=1.38310-2 Sm2mol-1C=(1.8110-4)/(1.38310-2)molm3=1.390710-2 m-3mol,什么时候排除水的影响?,物化实验测难溶盐的溶度积,2023/10/30,三、电导滴定:利用滴定过程中,溶液电导发生突变来确定滴定终点的方法。该法适用于有色溶液的滴定和有沉淀生成反应的滴定。,例:,强碱强酸电导滴定曲线,沉淀反应电导滴定曲线,NaOH滴定HCl,KCl滴定AgNO3,2023/10/30,四 检验水的纯度,纯水本身有微弱的解离,和 的浓度近似为,事实上,水的电导率小于 就认为是很纯的了,有时称为“电导水”,若大
7、于这个数值,那肯定含有某种杂质。,普通蒸馏水 110-3 Sm-1二次蒸馏水 110-4 Sm-1理论蒸馏水 5.510-6 Sm-1电导水 110-4 Sm-1,2023/10/30,去除杂质的方法较多,根据需要,常用的方法有:,(1)用不同的离子交换树酯,分别去除阴离子和阳离子,得去离子水。,(2)用石英器皿,加入 和,去除及有机杂质,二次蒸馏,得“电导水”。,普通的蒸馏水中含有 和玻璃器皿溶下的硅酸钠等,不一定符合电导测定的要求。,2023/10/30,1用同一电导池分别测定浓度为0.01moldm-3和0.1moldm-3的1-1型电解质溶液,其电阻分别为1000及600,则它们摩尔电
8、导率之比为:,2 已知298K 时,NH4Cl,NaOH,NaCl 的无限稀释时的摩尔电导率m分别为:1.49910-2、2.48710-2、1.26510-2Sm2mol-1。则NH3H2O的无限稀释时的摩尔电导率m(NH3H2O)为?Sm2mol-1。,3.电解质溶液的摩尔电导率可看作是正负离子的摩尔电导率之和,这一规律只适用于:A.强电解质 B.弱电解质 C.无限稀释电解质溶液 D.以上都不对,2023/10/30,76 强电解质溶液的活度和活度系数(Activities and activity coefficients of strong electrolyte solutions)
9、,电解质溶液与非电解质溶液在热力学上的区别:,物理量的基本单元:,M+A-,Mz+,Az-,等,电解质溶液的高度不理想性。,2023/10/30,一、电解质的化学势(Chemical potential of electrolyte),对任意溶质B,通常讨论p下的电解质M+A-(注:其在溶液中全电离成Mz+和Az-),则其化学势为,其中,:sln中电解质M+A-的化学势,:sln中电解质M+A-的标准化学势,a:sln中电解质M+A-的活度,,2023/10/30,上述表示的利弊,可以解决问题;因溶液中无M+A-(具体只有Mz+和Az-),所以这种表示方法是把两种离子作为一个整体来考虑的(即把
10、溶液视为非电解质溶液,所以,a也称作整体活度),不利于深入研究问题。为此,Mz+:,Az-:,其中,+:T,p下b+1mol.kg-1且+1的假想状态。-类同。,a+:,a-:类同。,2023/10/30,以上两种表示的关系,设某种溶液由1mol M+A-n(H2O)组成,则,or,对比以上两式得,意义:1 mol M+A-与+mol Mz+mol Az-对G的贡献相等,2023/10/30,若合适地为电解质M+A-选择标准状态,使得,则,即,意义:电解质活度(整体活度)与实际存在的离子活度之间的关系。,2023/10/30,二、离子的平均活度和平均活度系数(Mean activity and
11、 mean activity coefficient of ions),1.定义:,问题的提出:在解决上式中的a、a+和a-时,关键是、+和-(b、b+和b-已知或可测),:无M+A-物种,无法测,+和-:无单个离子的溶液,无法测。只能 测(+和-的平均值),2023/10/30,定义:,令,前式为,即,保持了活度的本意,2023/10/30,问题的解决:,:可测量 用 代替+和-,即+,-由 可计算:,总结:,活度的意义始终如一:,定义是几何平均:,活度关系:,2023/10/30,例如:0.01mol.kg-1 CaCl2 水溶液,测得25,p时 0.73。则:,b+0.01mol.kg-
12、1,b-0.02mol.kg-1,b(0.0110.022)1/3=0.01587mol.kg-1,(+-2)1/3,a+0.01 0.0073,a-0.02 0.0146,a0.730.015870.01159,a(0.730.01587)31.55610-6,2023/10/30,2.的测定结果分析,25,p时某些电解质(稀溶液)的测定值,(1)对同种电解质,与b有关:b|1|。,(2)与电解质的价型有关:当b指定后,同价型的近似相等;不同价型的不同,价型|1|。,2023/10/30,在稀sln中,离子近于点电荷,b代表r,价型代表q1和q2,据F=kq1q2/r2:,(1)b,r,F,
13、|1|,(2)价型,q1q2,F,|1|,F,|1|,(F,|1|),2023/10/30,因此,的意义:在稀溶液中,与1的偏离是溶液中离子间静电引力的标志(即是对离子间静电引力的修正)。当b0时,r,F 0,1。,思考:什么是理想电解质溶液?,2023/10/30,实验证明:(1)电解质离子平均活度因子 与溶液浓度有关,在稀溶液范围内,随浓度降低而增加。(2)在稀溶液范围内,对相同价型的电解质,当浓度相同时,其 几乎相同;而当浓度相同时,对不同价型的电解质,高价型电解质的 较小,即非理想化程度更高。综上所述:影响电解质平均活度因子的是离子的质量摩尔浓度和离子的价型。,2023/10/30,3
14、.离子强度,Lewis定义,其中,bB:溶液中离子的实际质量摩尔浓度。,zB:离子B的价数,I:溶液的性质,mol.kg-1,是溶液中离子电荷所形成静电场大小的量度。,2023/10/30,理论假定:,1.离子氛的概念,(1)中心离子总是被周围按照统计随机的规则分布 的异电荷所包围。(2)异电荷的分布呈球形对称。(3)异电荷的总电荷在数值上等于中心离子的电荷。(4)由于离子的热运动,离子氛是瞬息万变的。,离子氛示意图,电解质在溶液中完全电离;溶液中离子之间的相互作用中,库仑力起重要作用;在溶液中离子氛的形成。,7-7 德拜许克尔极限公式 离子平均活度的计算,Debye-Huckel认为:电解质
15、溶液对理想稀溶液所遵循规律的偏差主要来源于离子间的相互静电作用,2023/10/30,上式:A中 L Avogadro常数 r 溶剂介电常数 A 纯溶剂的密度 k Boltzmann常数 e 电子电量 T 温度 0 真空电容率,Debye-Huckel认为:电解质溶液对理想稀溶液所遵循规律的偏差主要来源于离子间的相互静电作用,由此导出计算电解质离子平均活度因子的公式如下:,式中,.,-称为Debye-Huckel极限公式。,上式表明电解质离子的平均活度因子与溶剂的性质、温度、正、负离子的电荷数和离子强度I 之间的关系。,2023/10/30,条件:25时,强电解质的稀薄溶液(I 0.01mol
16、.kg-1)不仅取决于正负离子本身,还与其他 离子有关。对弱电解质的稀薄溶液也可使用。,DH极限公式,2023/10/30,ln,0,0.1,Debye-Huckel公式的验证:,NaCl,CaCl2,ZnSO4,适用于I 0.01 molkg-1,2023/10/30,电解质溶液小 结,1.电解质:,2.离子:,G,k,L,m,G,+,(,G,),k,+,(,k,),+,(,),t,+,(,t,),u,+,(,u,),L,m,+,(,),u,+,(,u,),及,及,及,一 概念,二 电导法的应用 三 的引出、意义和计算,各量的意义、测量及相互关系,2023/10/30,目 录,7-1 Ele
17、ctrolytic cell、Galvanic cell and Faradays law7-2 The ionic transport number 7-3 Electric conductivity and molar Electric conductivity7-4 The Law independent migration ions 7-5 The application of conductance determine7-6 Mean ionic activity of electrolyte7-7 DebyeHckel limiting law7-8 Reversible cell
18、7-9 Thermodynamic of reversible cell7-10 Nernst equation7-11 电极电势和电池电动势7-12 电池设计7-13 电解和极化,2023/10/30,原电池(电化学平衡),引言:1.本部分研究对象:电池,讨论有电功时的化学平衡,即电池中的化学反应 如何平衡。,2.一个反应作电功与否是反应的不同途径。,Zn(s),Cu2+,例如:反应 ZnCu2+Zn2+Cu,在烧杯中进行,在电池中进行,Zn和Cu2直接进行电子转移,W 0,W 0,注:不同途径的功和热不同,而状态函数变相同。,2e-,3.只有氧化还原反应或含氧化还原步骤的非氧化还原反应才可
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- 关 键 词:
- 电化学 原电池 基础
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