延安大学精品课程……物理化学 物霪化学讲稿 第八章电解质溶液 (8学时) 物理化学教研室 第1页共22页
延安大学精品课程 …… 物理化学 第 1 页 共 22 页 物理化学讲稿 第八章 电解质溶液 （8 学时） 物理化学教研室
延安大学精品课程……物理化学 第八章数学方案 章节名称 第八章电解质溶液 备注 授课方式理论课(√);实验课()实习()教学时数 1、掌握电化学的基本感念和法拉第电解定律,了解迁移数的意义及常用的 测定迁移数的方法 2、明确电导率、摩尔电导率的意义及它们与溶液浓度的关系 的及要求 3、熟悉离子独立运动定律及电导测定的一些应用 4、明确离子活度、平均活度和平均活度系数的概念。 5、了解强电解质溶液理论〈主要是德拜一休克尔离子互吸理论}。 教学内容提要 时间分配 8.1、电化学中的基本概念和电解定律 2学时 82、离子的电迁移和迁移数 15学时 1、离子的电迁移现象 2、离子的电迁移和迁移数 3、离子迁移数的测定 83、电解质溶液的电导 1、电导、电导率、摩尔电导率2、电导的测定 3、离子独立运动定律 1学时 4、离子的电导、电导率、摩尔电导率与浓度的关系 84、电导测定的应用 1、电离度和电离常数、微溶盐的溶解度和溶度积、一些化学反应动 力学参数的测定 1.5学时 2、电导滴定 8.5、强电解质溶液理论 德拜一尤格尔离子互吸理论、翁萨格电导理论 1学时 86、电解质溶液的活度与活度系数 离子的平均活度与平均活度系数、从测定溶解度求平均活度系数 1学时 【重点】1.法拉第电解定律:2迁移数的意义及测定迁移数的方法 3电导率、摩尔电导率的意义及其与浓度的关系 4离子独立运动定律及电导测定的应用 离子活度、离子强度及平均活度系数的计算; 难点 6强电解质溶液理论 【难点】摩尔电导率、离子活度、离子强度及平均活度系数的物理意义 【讨论题目】1、复习题:1、4、5、7、8、10、14 讨论【思考题目】习题:2、4、8、10、12、16、20、23、25、27、30、32、34 思考【练习作业】复习题:2、3、6、12 作业 习题:1、3、5、6、7、9、11、13、14、15、18、19、22、 教学手段 课堂讲授 参考李东升,史振民编著,物理化学进阶导引,陕西科技出版社,2005 文献王绪编著,物理化学学习指导。陕西人民教育出版社,199 第2页共22页
延安大学精品课程 …… 物理化学 第 2 页 共 22 页 第八章 教学方案 章节名称 第八章 电解质溶液 备 注 授课方式 理论课（√）；实验课（ ）；实习（ ） 教学时数 8 教 学 目 的 及 要 求 1、掌握电化学的基本感念和法拉第电解定律，了解迁移数的意义及常用的 测定迁移数的方法。 2、明确电导率、摩尔电导率的意义及它们与溶液浓度的关系。 3、熟悉离子独立运动定律及电导测定的一些应用。 4、明确离子活度、平均活度和平均活度系数的概念。 5、了解强电解质溶液理论〈主要是德拜一休克尔离子互吸理论}。 教学内容提要 时间分配 8.1、电化学中的基本概念和电解定律 8.2、离子的电迁移和迁移数 1、离子的电迁移现象 2、离子的电迁移和迁移数 3、离子迁移数的测定 8.3、电解质溶液的电导 1、电导、电导率、摩尔电导率 2、电导的测定 3、离子独立运动定律 4、离子的电导、电导率、摩尔电导率与浓度的关系 8.4、电导测定的应用 1、电离度和电离常数、微溶盐的溶解度和溶度积、一些化学反应动 力学参数的测定 2、电导滴定 8.5、强电解质溶液理论 德拜一尤格尔离子互吸理论、翁萨格电导理论 8.6、电解质溶液的活度与活度系数 离子的平均活度与平均活度系数、从测定溶解度求平均活度系数 2 学时 1.5 学时 1 学时 1.5 学时 1 学时 1 学时 重 点 难 点 【重点】1.法拉第电解定律；2.迁移数的意义及测定迁移数的方法； 3.电导率、摩尔电导率的意义及其与浓度的关系； 4.离子独立运动定律及电导测定的应用； 5.离子活度、离子强度及平均活度系数的计算； 6.强电解质溶液理论 【难 点】摩尔电导率、离子活度、离子强度及平均活度系数的物理意义 讨论 思考 作业 【讨论题目】1、复习题：1、4、5、7、8、10、14、 【思考题目】习题：2、4、8、10、12、16、20、23、25、27、30、32、34 【练习作业】复习题：2、3、6、12 习 题：1、3、5、6、7、9、11、13、14、15、18、19、22、 24、26、28、31、33 教学手段 课堂讲授 参考 文献 李东升，史振民 编著，物理化学进阶导引，陕西科技出版社，2005 王绪编著，物理化学学习指导。陕西人民教育出版社，1992
延安大学精品课程……物理化学 第八章电解质溶液 基本戛求】 1、掌握电化学的基本感念和法拉第电解定律,了解迁移数的意义及常用的测定迁移数的方法 2、明确电导率、摩尔电导率的意义及它们与溶液浓度的关系。 3、熟悉离子独立运动定律及电导测定的一些应用。 4、熟悉迁移数与摩尔电导率、离子迁移数之间的关系,能熟练地进行计算 5、明确离子活度、平均活度和平均活度系数的概念。 6、了解强电解质溶液理论〈主要是德拜一休克尔离子互吸理论 本拿的基本思路】 电解质溶液显著的特点是具有导电性以及质点间存在强的静电相互作用。本章按照两条主线来讨 论:(1)外电场作用下所表现出的性质(即运输性质),包括电解、电导和迁移:(2)热力学性质(或 平衡性质),包括电解质整体、离子的活度和活度系数以及化学势的表达式;框度图表示如下: 电解质溶液 运输性质 平衡性质 离子运动速率 离子电导 活度 离子迁移速率 离子独立移动定律 活度系数与离子强度 量点】 2.1法拉第电解定律 22迁移数的意义及测定方法 23电导率、摩尔电导率的意义及其与浓度的关系 24离子的独立移动定律及电导测定的应用 25离子活度、离子强度的意义及离子平均活度系数的计算方法 2.6离子氛的概念及强电解质溶液理论 第3页共22页
延安大学精品课程 …… 物理化学 第 3 页 共 22 页 第八章 电解质溶液 【基本要求】 1、掌握电化学的基本感念和法拉第电解定律，了解迁移数的意义及常用的测定迁移数的方法。 2、明确电导率、摩尔电导率的意义及它们与溶液浓度的关系。 3、熟悉离子独立运动定律及电导测定的一些应用。 4、熟悉迁移数与摩尔电导率、离子迁移数之间的关系，能熟练地进行计算。 5、明确离子活度、平均活度和平均活度系数的概念。 6、了解强电解质溶液理论〈主要是德拜一休克尔离子互吸理论}。 【本章的基本思路】 电解质溶液显著的特点是具有导电性以及质点间存在强的静电相互作用。本章按照两条主线来讨 论：（1）外电场作用下所表现出的性质（即运输性质），包括电解、电导和迁移；（2）热力学性质（或 平衡性质），包括电解质整体、离子的活度和活度系数以及化学势的表达式；框度图表示如下： 【重 点】 2.1 法拉第电解定律 2.2 迁移数的意义及测定方法 2.3 电导率、摩尔电导率的意义及其与浓度的关系 2.4 离子的独立移动定律及电导测定的应用 2.5 离子活度、离子强度的意义及离子平均活度系数的计算方法 2.6 离子氛的概念及强电解质溶液理论 离子电导 离子独立移动定律 活 度 活度系数与离子强度 平衡性质 电解质溶液 运输性质 离子运动速率 离子迁移速率
延安大学精品课程……物理化学 第八章电解质溶液 在本章中,我们将重点学习电化学的基本概念和法拉第定律、离子的电迁移数、电导以及 强电解质溶液理论。基本要求如下: 1、了解迁移数的意义及常用的测定迁移数的方法。 2、明确电导率、摩尔电导率的意义及它们与溶液浓度的关系 3、熟悉离子独立移动定律及电导测定的一些应用。 4、了解迁移数与摩尔电导率、离子迁移率之间的关系 5、弄清楚电解质的离子平均活度系数的意义及其计算方法 6、了解强电解质溶液理论(主要是离子氛的概念),并会使用德拜-休克尔极限公式。 第一节电化学的基本概念和法拉第定律 基本概念 能导电的物质称为导电体(简称导体)。 第一类导体:电子导体(如金属、石墨及某些金属的化合物等)。 导电机理:靠自由电子的定向运动而导电,在导电过程中本身可能发热,但不发生化学变 化 特性:随温度的升高,由于质点的热运动加剧,阻碍了自由电子的定向运动,因而电 阻增大,导电能力降低。 第二类导体:离子导体(如电解质溶液或熔融的电解质等)。 导电机理:靠离子的定向运动而导电,即依赖正、负两种离子各向反方向迁移以运输 电量,当插入电解质溶液中的两电极间存在电位差时,正离子移向阴极,负离子移向阳极, 同时在电极上有化学变化发生。 特性:温度升高时,由于溶液的粘度降低,离子运动速度加快,在水溶液中离子水化作用 减弱等原因,导电能力增强。 电池:由第一类导体联结两个电极并使电流在两极间通过,构成外电路的装置叫做电 池 电解池:在外电路中并联一个有一定电压的外加电源,则将有电流从外加电源流入电 池,迫使电池中发生化学变化,这种将电能转变为化学能的电池称为电解池 原电池:电池能自发地在两极上发生化学反应,并产生电流,此时化学能转化为电能, 则该电池就称为原电池。 正极和负极:电势较髙的极称为正极,电势较低的极称为负极。电流总是由正极流向 负极,电子的流向与之相反。 第4页共22页
延安大学精品课程 …… 物理化学 第 4 页 共 22 页 第八章 电解质溶液 在本章中，我们将重点学习电化学的基本概念和法拉第定律、离子的电迁移数、电导以及 强电解质溶液理论。基本要求如下： 1、了解迁移数的意义及常用的测定迁移数的方法。 2、明确电导率、摩尔电导率的意义及它们与溶液浓度的关系。 3、熟悉离子独立移动定律及电导测定的一些应用。 4、了解迁移数与摩尔电导率、离子迁移率之间的关系。 5、弄清楚电解质的离子平均活度系数的意义及其计算方法。 6、了解强电解质溶液理论（主要是离子氛的概念），并会使用德拜-休克尔极限公式。 第一节 电化学的基本概念和法拉第定律 一、基本概念 能导电的物质称为导电体（简称导体）。 第一类导体：电子导体（如金属、石墨及某些金属的化合物等）。 导电机理：靠自由电子的定向运动而导电，在导电过程中本身可能发热，但不发生化学变 化。 特性：随温度的升高，由于质点的热运动加剧，阻碍了自由电子的定向运动，因而电 阻增大，导电能力降低。 第二类导体：离子导体（如电解质溶液或熔融的电解质等）。 导电机理：靠离子的定向运动而导电，即依赖正、负两种离子各向反方向迁移以运输 电量，当插入电解质溶液中的两电极间存在电位差时，正离子移向阴极，负离子移向阳极， 同时在电极上有化学变化发生。 特性：温度升高时，由于溶液的粘度降低，离子运动速度加快，在水溶液中离子水化作用 减弱等原因，导电能力增强。 电池：由第一类导体联结两个电极并使电流在两极间通过，构成外电路的装置叫做电 池。 电解池：在外电路中并联一个有一定电压的外加电源，则将有电流从外加电源流入电 池，迫使电池中发生化学变化，这种将电能转变为化学能的电池称为电解池 原电池：电池能自发地在两极上发生化学反应，并产生电流，此时化学能转化为电能， 则该电池就称为原电池。 正极和负极：电势较高的极称为正极，电势较低的极称为负极。电流总是由正极流向 负极，电子的流向与之相反
延安大学精品课程……物理化学 阳极和阴极:发生氧化反应的电极称为阳极,发生还原反应的电极称为阴极。 两种电化学装置的正、负极和阴、阳极之间的对应关系:在电解池中,与外电源负极 相接的电极接受电子,电势较低,发生还原反应,所以该电极是负极也是阴极;与外加电 源正极相接的电极,电势较高,发生氧化反应,所以该电极是正极也是阳极 在原电池中,发生氧化反应的电极是阳极,同时它输出多余的电子,电势较低,所以该电 极是阳极也是负极:发生还原反应的电极是阴极,它接受电子,电势较高,所以该电极是阴极也是正 当电池中有电流通过时,第一类导体中的电子和第二类导体的离子在电场的作用下都作定 向移动。第二类导体中电流的传导是通过离子的定向移动而完成的,阴离子总是移向阳极(不一定是 正极),而阳离子总是移向阴极(不一定是负极)。当阴、阳离子分别接近异性电极时,在电极与溶液 接触的界面上分别发生电子的交换(包括离子或电极本身发生氧化或还原反应)。整个电流在溶液中的 传导是由阴、阳离子的移动而共同承担。 二、法拉第定律: 电解是电能转化为化学能的过程。当把两个电极插入装有电解质溶液的电解槽中并接 上直流电源,此时在电极和溶液界面上可以观察到有化学反应发生。在生产实践中除了对 电解所得的是什么产物感兴趣之外,还要考虑电解时所耗的电量与产物量之间的关系。 法拉第在总结大量实验的基础上,于1833年总结出了二条基本规则,称为法拉第定 律,内容为:通电于电解质溶液之后,(1)在电极上(即两相界面上)发生化学变化的物 质的量与通入的电量成正比;(2)将几个电解池串联,通入一定的电量后,在各个电解池 的电极上发生反应的物质其物质的量等同,析出物质的质量与其摩尔质量成正比。 如欲从含有M2离子的溶液中沉积1mol金属M,即 M2+2e-→M 需要通过1mol×z+个电子,x+是出现在电极反应式中的电子计量系数。此时,若通过的电 量为Q时,所沉积出该金属的物质的量(法拉第定律的数字表达式) 或一般写作 或O=nF 所沉积的金属的质量为 n F 式中,F称为法拉第常数,为1mol质子的电荷(或单位电荷)具有的电量,即 第5页共22页
延安大学精品课程 …… 物理化学 第 5 页 共 22 页 阳极和阴极：发生氧化反应的电极称为阳极，发生还原反应的电极称为阴极。 两种电化学装置的正、负极和阴、阳极之间的对应关系：在电解池中，与外电源负极 相接的电极接受电子，电势较低，发生还原反应，所以该电极是负极也是阴极；与外加电 源正极相接的电极，电势较高，发生氧化反应，所以该电极是正极也是阳极。 在原电池中，发生氧化反应的电极是阳极，同时它输出多余的电子，电势较低，所以该电 极是阳极也是负极；发生还原反应的电极是阴极，它接受电子，电势较高，所以该电极是阴极也是正 极。 当电池中有电流通过时，第一类导体中的电子和第二类导体的离子在电场的作用下都作定 向移动。第二类导体中电流的传导是通过离子的定向移动而完成的，阴离子总是移向阳极（不一定是 正极），而阳离子总是移向阴极（不一定是负极）。当阴、阳离子分别接近异性电极时，在电极与溶液 接触的界面上分别发生电子的交换（包括离子或电极本身发生氧化或还原反应）。整个电流在溶液中的 传导是由阴、阳离子的移动而共同承担。 二、法拉第定律： 电解是电能转化为化学能的过程。当把两个电极插入装有电解质溶液的电解槽中并接 上直流电源，此时在电极和溶液界面上可以观察到有化学反应发生。在生产实践中除了对 电解所得的是什么产物感兴趣之外，还要考虑电解时所耗的电量与产物量之间的关系。 法拉第在总结大量实验的基础上，于 1833 年总结出了二条基本规则，称为法拉第定 律，内容为：通电于电解质溶液之后，（1）在电极上（即两相界面上）发生化学变化的物 质的量与通入的电量成正比；（2）将几个电解池串联，通入一定的电量后，在各个电解池 的电极上发生反应的物质其物质的量等同，析出物质的质量与其摩尔质量成正比。 如欲从含有 M 2+ 离子的溶液中沉积 1 mol 金属 M，即 M + 2e M 2+ − → 需要通过 1mol×z+个电子，z+是出现在电极反应式中的电子计量系数。此时，若通过的电 量为 Q 时，所沉积出该金属的物质的量(法拉第定律的数字表达式) M Q n z F+ = 或一般写作 Q n zF = 或 Q nzF = 所沉积的金属的质量为 Q m M zF = 式中，F 称为法拉第常数，为 1 mol 质子的电荷（或单位电荷）具有的电量，即