班级：应化1351 宿舍：6609 组数：第6组 成员：徐小文 张亮亮 陈晓伟 陈涛 邓冬冬 电化学合成技术与工艺 第七章 Electrochemical Synthesis Technology 电化学合 成概述 CONTENTS 电化学理 论基础 电化学合 成工艺方 法 电化学工 程与工业 应用 目录 PPT模板下载： 行业PPT模板： 节日PPT模板： PPT 素材下载： PPT背景图片： PPT图表下载： 优秀PPT下载： PPT教程： Word教程： Excel 教程： 资料下载： PPT 课件下载： 范文下载： 试卷下载： 教案下载： PPT论坛： 电化学合成概述 THE BUSENESS PLAN l电化学合成发展史 l电化学合成的特点 logo 1600 Gilbert（英） 发现摩擦生电 1791 Galvani （意大利） 发现生物电现象 1799 Volta （意大利） 发明电池 1800 Nicholson - Carlisle（英） 电解水 1807 Davy（英） 电解制碱金属 1833 Faraday(英） 电解定律 1839 Grove 氢氧燃料电池 1879 Helmholtz (德 ) 双电层理论 1884 Arrhenius(瑞典） 电离学说 1900 Nernst（德） Nernst方程 1905 Tafel(德） Tafel方程 1923 Debey(荷兰)- Huckel(德)离子互吸理论 电化学合成发展史 电化学合成的特点 合成体系清洁，产物纯度高；可制备高氧化态 或低还原态化合物；可选择性地制备特定价态 化合物；可制备一些特殊的物质或聚集态。 较低的温度下进行，能耗降低。反应温度下降 ，设备材料的腐蚀，损耗和意外事故减少。可 以在低挥发或者不挥发反应介质中进行。 产物和反应物易于回收。电解质与活性电化学 媒介是可再生的，对环境没有排放。 电化学理论基础 l电解质溶液 l电化学反应热力学 l极化过程与动力学方程 l电极过程研究技术 l电解过程研究技术 电解质溶液 01 02 03 。 电子导体 （第一类导体）依靠自由电子的运动而导电。 例如：金属、石墨等。 温度升高， 导电能力下降。 离子导体 （第二类导体）依靠离子定向运动和电极 反应而导电。 例如：电解质溶液和熔融电解质。 温度升高，电解质溶液的导电能力增大 导 体 电解质溶液 。 电解池：电能转换为化学能的装置 例：电解HCl水溶液 负极(发生还原反应阴极) 正极 (发生氧化反应阳极) 电池反应 电解质溶液 导电机理: 。 阳极(负极) 阴极(正极) 电池反应 电极上得失电子的反应 溶液中离子的定向迁移 原电池：化学能转换为电能的装置 10 电电导导G G、电导率、电导率 、摩尔电导率摩尔电导率 mm 电阻电阻: :R=R= ( (l /Al /A) ) 单位：单位： 电阻率电阻率: : = = R R( (A / lA / l) ) mm 1 1 电导电导: :G = 1/R G = 1/R 单位：单位：S S( (西门子西门子) ) 2 2 电导率电导率: : = 1= 1/ / = =G G( (l /Al /A) ) S S mm-1 -1 其中其中 ( (l/Al/A)=)=电导池常数电导池常数K Kcell cell ( (物理意义物理意义) )：电极面积各为：电极面积各为1 1mm 2 2 , , 两两电极相距电极相距1 1mm 时溶液的时溶液的 电导。电导。 的数值与电解质的数值与电解质种类、温度、浓度种类、温度、浓度有关有关 11 3. 3.摩摩尔电导尔电导率率 在相距为单位距离的两个平行电导电极之间，放置含有在相距为单位距离的两个平行电导电极之间，放置含有1 1 molmol电解质的溶液，这时溶液所具有的电导称为摩尔电导率电解质的溶液，这时溶液所具有的电导称为摩尔电导率 m m ，单位为 ，单位为S.mS.m 2 2 .mol.mol-1 -1 mm = = V V mm = = /c /c V V mm是含有 是含有1mol1mol电解质的溶液的体积，单位为电解质的溶液的体积，单位为m m 3 3 .mol .mol-1 -1， ， c c是电解质溶液的浓度是电解质溶液的浓度， 单单位位为为molmol-1 -1 . m . m 3 3 ， 是是电导率，电导率， 单位为单位为S S mm-1 -1 。 。 12 电导率与浓度的关系 弱电解质溶液电导率随浓度增加而变大，但变化不 显著 强电解质溶液 当浓度C5mol/dm3时，电导率随着浓度的增加而 升高，几乎成正比关系。 当浓度C5mol/dm3时，电导率随着浓度的增加而 降低，如H2SO4 和KOH溶液。 c c HClHCl KOHKOH KClKCl HAcHAc LiClLiCl 13 强电解质的 m与c的关系 随着浓度下降m 升高，很快达到一个极限 值m，既无限稀释时的摩尔电导率，通常当浓 度降至0.01mol/dm3以下时， m与c 之间呈 线性关系。德国科学家Kohlrausch(科尔劳 施）总结的经验式为： m= m（1- .） 是与电解质性质有关的常数。将直线外 推至c0，得到无限稀释摩尔电导率m 。 mm m m 1/21/2 NaClNaCl NaAcNaAc HAcHAc mm 14 电电 极极 2 2 H H+ + 离离子的迁移数子的迁移数 ClCl - - 定义定义 t t + + =Q=Q + + / /Q, tQ, t - - =Q=Q - - / /Q Q Q Q+ += =z z+ + c c+ + FuFu+ + Q Q - - =z=z - - c c - - FuFu - - Q= QQ= Q + + +Q+Q - - = = z z + +c c+ + FuFu + + + z+ z - - c c - - FuFu - - 任何电解质中：任何电解质中：z z + +c c+ + =z=z - - c c - - H H+ + H H+ + 电电 极极 1 1 单位时间内通过单位时间内通过溶液溶液某一截面的某一截面的电量为电量为Q=QQ=Q + + +Q+Q - - 溶液中离子的浓度为溶液中离子的浓度为c c + + , , c c - - ，离子迁移速率，离子迁移速率u u + + , , u u - - 能斯特方程式 O + ne R（O：氧化态粒子R：还原 太粒子，n反应所涉及的电子数） 在平衡状态下（电子交换、物质交换均达到平衡），电极/溶 液界面所建立的电极电位满足： 其中：平：平衡电位 平0：标准平衡电位 T：绝对温度，F：法拉第常数 o，R：氧化 态，还原态粒子活度 Nernst方程是电化学热力学的基石。 电化学热力学 2-2 相间电位与电极电位 一.双电层的形成与种类 1. 带电粒子在两相间的迁移：这是由于带电粒子在两相中 化学位的不同，引起粒子由高化学位向低化学位的迁移 现象。 a.两不同电子导体相相接触，由于电子在两相中化学 位的不同而引起的定向迁移，遂在界面形成双电层。 b.具有不同密度的两种电解质溶液相接触，离子由高 浓度向低浓度迁移，遂在界面形成双电层。 c.电子导体相与离子导体相相接触，带电粒子在两相 间的迁移，遂形成异相界面形成双电层。 2.带电粒子或偶极子在两相界面的定向排列 a.带电粒子由于特性吸附在溶液一侧形成的表面双电 层。 b.偶极子在溶液一侧的定向排列 c.电子导体相一侧的偶极化 3.由于外电路的作用形成的双电层（电容） 其中第一类的C及第二、三类双电层是本课程的研究重 点。 二.电化学位 将一试验电荷（i）自无穷远处移入研究相（P）， 所涉及的全部能量变化的称为试验电荷在研究相的电 化学位。记作： 试验电荷移动过程中涉及的能量变化可分为三部分 （1）试验电荷自无穷远处移至研究相附近（10-410-5cm ）克服（研究相所带电荷产生的）外电场所做的功W1 。 z：实验电荷所带电荷数， e0：电子电量， ： 研究相外电位 （2）实验电荷自研究相附近移入相内克服表面电场所 做的功W2。 X：研究相表面偶极子分布产生的表面电场。 （3）实验电荷进入研究相克服短程力（化学作用）所 做的功W3。 即实验电荷在P点的化学位。 所以有 外电位与内表面电位的和又称之为内电位，记作： 。 由电化学位的表达形式可见，它只是一种特殊的 化学位。若研究的粒子不带电荷，则其电化学位等于 其化学位。与化学为一样，电化学位是用以判断粒子 在电化学体系中是否建立平衡的重要参量，其单位是 能量单位。 三.相间电位差 两相至接触相间的存在两种电位差： 相间内电位差： = 1- 2 相间外电位差： = 1-2 相间内（外）电位差称之为电化学体系的绝 对电极电位。 注：两不同相间的内电位差不能直接测量， 而外电位差是可直接测量。 四.电极电位（相对） 1电池的电动势 电池由（I）和（II）两个电子导体相和电解质相S构成。 由此可见电池的电动势包括相互接触相的内电位差或 外电位差的和。 2.电极电位 将参考电极取代电子导体相与研究电极构成电化 学电池。 若将所有的研究电极系统均与参考电极体系构成电池，测得的 其电池电动势，由上式可知，所有电动势组成中的后两项几乎 相等。即电池电动势的大小取决于第一项的大小。这样就有可 能解决不同相间绝对电极电位不可直接测量的问题。 电极电位（相对）：研究电极与标准氢电极系统 （PH2=1atm，H+ =1mol/L）构成无液接电池，测得 该两电池两端（相同电子导体相）在无电流通过时的 内电位差，称之为研究电极的相对电位，即电极电位。 电位的符号以研究电极在原电池中极性决定。 在实际应用中，由于标准氢电极使用不方便，常 使用第二类金属构成的电极系统称为参考电极。主要有下列几 种： a. Hg/HgCl2,KCl 甘汞电极 b. Hg/HgO,KOH 氧化汞电极 c Hg/Hg2SO4,H2SO4 硫酸亚汞电极 d. Ag/AgCl,KCl 银，氯化银电极 作为参考电极的基本条件：操作简单、重现性好、可逆性好。 标准氢电极示意图 电化学合成工艺简介 电化学合成工艺简介 电化学合成最基本的研究对象，是各类电