第八章 电化学基础

第八章电化学一．基本要求1．理解电化学中的一些基本概念，如原电池和电解池的异同点，电极的阴、阳、正、负的定义，离子导体的特点和Faraday 定律等。

2．掌握电导率、摩尔电导率的定义、计算、与浓度的关系及其主要应用等。

了解强电解质稀溶液中，离子平均活度因子、离子平均活度和平均质量摩尔浓度的定义，掌握离子强度的概念和离子平均活度因子的理论计算。

3．了解可逆电极的类型和正确书写电池的书面表达式，会熟练地写出电极反应、电池反应，会计算电极电势和电池的电动势。

4．掌握电动势测定的一些重要应用，如：计算热力学函数的变化值，计算电池反应的标准平衡常数，求难溶盐的活度积和水解离平衡常数，求电解质的离子平均活度因子和测定溶液的pH等。

5．了解电解过程中的极化作用和电极上发生反应的先后次序，具备一些金属腐蚀和防腐的基本知识，了解化学电源的基本类型和发展趋势。

二．把握学习要点的建议在学习电化学时，既要用到热力学原理，又要用到动力学原理，这里偏重热力学原理在电化学中的应用，而动力学原理的应用讲得较少，仅在电极的极化和超电势方面用到一点。

电解质溶液与非电解质溶液不同，电解质溶液中有离子存在，而正、负离子总是同时存在，使溶液保持电中性，所以要引入离子的平均活度、平均活度因子和平均质量摩尔浓度等概念。

影响离子平均活度因子的因素有浓度和离子电荷等因素，而且离子电荷的影响更大，所以要引进离子强度的概念和Debye-Hückel极限定律。

电解质离子在传递性质中最基本的是离子的电迁移率，它决定了离子的迁移数和离子的摩尔电导率等。

在理解电解质离子的迁移速率、电迁移率、迁移数、电导率、摩尔电导率等概念的基础上，需要了解电导测定的应用，要充分掌握电化学实用性的一面。

电化学在先行课中有的部分已学过，但要在电池的书面表示法、电极反应和电池反应的写法、电极电势的符号和电动势的计算方面进行规范，要全面采用国标所规定的符号，以便统一。

会熟练地书写电极反应和电池反应是学好电化学的基础，以后在用Nernst方程计算电极电势和电池的电动势时才不会出错，才有可能利用正确的电动势的数值来计算其他物理量的变化值，如：计算热力学函数的变化值，电池反应的标准平衡常数，难溶盐的活度积，水的解离平衡常数和电解质的离子平均活度因子等。

电化学基础及电化学分析电化学是研究电荷转移过程及其与化学反应之间相互转化关系的学科。

它在现代化学、能源储存和转换、材料科学以及环境和生物科学等领域中具有重要应用。

本文将介绍电化学的基础知识，并重点探讨电化学分析的原理和应用。

一、电化学基础1. 电化学中的基本概念电化学研究的核心是电荷转移过程，该过程包括氧化反应和还原反应。

基本概念包括电势、电流、电解质和电极。

电势是物质中电荷移动的驱动力，电流是单位时间内通过导电体的电荷量。

电解质是能在溶液中形成离子的物质，它们可以导电。

电极是用于充当电流的进出口的物质或表面。

2. 电化学电池电化学电池是将化学能转化为电能的装置。

它由两个电极（阳极和阴极）和一个电解质组成。

阳极是发生氧化反应的电极，阴极是发生还原反应的电极。

电化学电池可以分为原电池和电解池。

原电池利用化学反应自发向电能转化，而电解池则利用外加电势将电能转化为化学反应。

二、电化学分析电化学分析利用电化学技术来检测和定量分析样品中的化学物质。

它具有灵敏度高、选择性好和响应速度快等优点，因此被广泛应用于环境、食品、生物医学和工业领域。

1. 伏安法伏安法是最常用的电化学分析技术之一。

它通过测量电流和电势之间的关系，定量分析样品中的物质。

伏安法可以进一步分为直接伏安法和间接伏安法。

直接伏安法是直接测量电流和电势的关系，而间接伏安法利用电化学反应的峰值电流和电势之间的关系进行分析。

2. 极谱法极谱法是利用电极上产生的电流和电势之间的关系来分析物质。

它可以用于定量分析和定性分析。

常用的极谱法包括线性扫描伏安法（LSV），循环伏安法（CV）和差分脉冲伏安法（DPV）等。

3. 电化学阻抗谱法电化学阻抗谱法是一种研究电化学界面和电解质中离子传递过程的分析方法。

它可以通过测量交流电压下的阻抗变化来监测界面的特性和反应的动力学过程。

4. 恒流电位法恒流电位法是一种基于恒流条件下测量电势变化的电化学分析技术。

它可以用于研究电化学反应动力学，以及测量样品中的特定物质。

模块08 电化学基础1．下列选项描述的过程能实现化学能转化为电能的是()【答案】C【解析】A项，电池充电，是将电能转化为化学能，故A错误；B项，光合作用是太阳能转变化为化学能，故B错误；C项，手机电池工作是化学能转化为电能，故C正确；D项，太阳能板充电是光能转化为电能，并向蓄电池充电，将电能转化为化学能储存起来，故D错误。

2．有关原电池的下列说法中正确的是()A．在外电路中电子由正极流向负极B．在原电池中，只有金属锌作为负极C．原电池工作时，阳离子向正极方向移动D．原电池工作时，阳离子向负极方向移动【答案】C【解析】在原电池中，电子从负极流向正极；原电池中活泼的金属作负极，而不一定是Zn；随着反应的进行，阳离子在正极被还原，所以电解质溶液中的阳离子向正极移动，而阴离子向负极移动。

答案为C。

3．LED(Light Emitting Diode)，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。

下图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。

下列说法错误的是( )A．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换B．铜片上发生的反应为：2H＋+2e―＝H2↑C．如果将硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变【答案】C【解析】A项，原电池把化学能转化为电能，电能又转化为光能，即装置中存在“化学能→电能→光能”的转换，A正确；B项，锌的金属性强于铜，锌是负极，铜是正极，溶液中的离子在正极放电，即铜片上发生的反应为：2H＋+2e―＝H2↑，B正确；C项，如果将硫酸换成柠檬汁，仍然可以构成原电池，因此导线中会有电子流动，C错误；D项，如果将锌片换成铁片，仍然是铜作正极，铁作负极，即电路中的电流方向不变，D正确。

4．如图为番茄电池装置示意图，下列说法正确的是( )A. 铜片上发生氧化反应B. 电子由锌片通过导线流向铜片C. 锌片质量减小，发生还原反应D. 番茄中的阳离子移向锌片【答案】B【解析】A项，锌、铜和稀硫酸构成的原电池中，锌易失电子生成锌离子进入溶液而质量逐渐减少，铜电极上氢离子得电子生成氢气而产生气泡，所以铜片上发生还原反应，故A错误；B项，电子从负极锌沿导线流向正极铜片，故B正确；C项，锌易失电子发生氧化反应而作负极，锌易失电子生成锌离子进入溶液而质量逐渐减少，故C错误；D项，番茄中的阳离子移向正极即是铜片，故D错误。

电化学基础知识一、原电池：将化学能转变成电能的装置。

（一）原电池构成与原理：1、构成条件：①活动性不一样的两个电极（常有为金属或石墨）；②将电极插入电解质溶液中；③两电极间形成闭合电路（两电极接触或导线连结）；④能自觉发生氧化复原反响。

2、电极名称：负极：较开朗的金属（电子流出的一极）；正极：较不开朗的金属或能导电的非金属（电子流入的一极）。

3、电极反响特色：负极：氧化反响，失电子；正极：复原反响，得电子。

4、电子流向：由负极经外电路沿导线流向正极。

注意：电子流向与电流的方向相反。

比如：右图原电池装置，电解质溶液为硫酸铜溶液。

负极 Zn：Zn-2e－＝ Zn2+；正极 Cu：Cu2+ +2e －＝Cu（硫酸铜溶液）总反响： Cu2+ +Zn ＝Cu +Zn2+盐桥作用：盐桥是装有含 KCl 饱和溶液的琼脂溶胶的 U 形管，管内溶液的离子能够在此中自由挪动。

即供给离子迁徙通路，形成闭合电路。

（盐桥是如何构成原电池中的电池通路呢？左烧杯里 Zn 电极失电子成为 Zn2+进入溶液中，使得 ZnSO4溶液带正电荷，而右烧杯里 Cu2+得电子生成 Cu，因为 Cu2+减少，使得CuSO4溶液带负电荷。

为了使两边烧杯里溶液仍旧保持电中性，盐桥中的 Cl -向 ZnSO4溶液迁徙，而盐桥中的 K+向 CuSO4溶液迁徙，所以盐桥起了形成闭合电路的作用。

）拓展：大海电池 : 我国开创以铝－空气－海水为能源的新式电池。

大海电池是以铝合金为负极，网状金属Pt 为正极，海水为电解质溶液，它靠海水中的溶解氧与铝反响络绎不绝地产生电能。

电极反响式：负极（ Al ）： Al － 3e －＝ Al 3＋正极（ Pt ）： O2＋ 2H2O＋ 4e －＝ 4 OH－总反响方程式： 4Al ＋ 3O2＋ 6H2 O＝ 4Al(OH) 3（二）分别写出CH4燃料电池在以下环境里，正极、负极反响式、总反响方程式。

1、CH4、O2，以 H2SO4溶液为电解质环境；2、CH4、O2，以 NaOH溶液为电解质环境；2-3、CH4、O2，以固体氧化物为电解质 ( 能传达 O ) ；二、电解池：把电能转变成化学能的装置。