电池、电解 电镀、腐蚀
电极过程
界(表)面电化学 固态电化学
电加工、电泳
电分析、传感器
光电化学
生物电化学
…...
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
还
原
正极、电势高 负极、电势低
负极、电势低 阴离子 Anion
正极、电势高 阳离子 Cation
Ox Red
PbSO4+2H++2e
Red
Ox
正极反应
PbO2+H2SO4+2H++2e
PbSO4+2H2O
电池总反应
Pb+PbO2+2H2SO4
(对外反应) 放电 充电 (吸收电能) 2PbSO4+2H2O
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
Volta Pile
Volta Pile
电化学的特征
一. 历史悠久
1780 1799 生物电 伏特电堆
1834
1887
法拉弟定律
物理化学杂志
二. 应用广泛
能源（电池、蓄电池、) 材料（电解、腐蚀、 ） 生命（心脑电图、电泳、 ） 环境（三废治理、 ） 信息（化学传感器、 ）
国际电化好电化学
化 学
物理化学
电化学
电 化 学
研究电能与化学能
的相互转化及其相关规律
电化学科学
一. 历史悠久 二. 应用广泛
三.电化学现象普遍存在
电化学科学
一. 历史悠久
1780 生物电 L.Galvani
1799 伏特电堆 A.Volta
A. Volta (伏特）1745-1827
界面电化学 电子和离子导体相 分析电化学 电化学能源转换 腐蚀、电沉积和表面处理 工业电化学和电化学工程 生物电化学
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
三、电化学现象普遍存在
(a)
(b)
i i


i为带电荷粒子

相间自发转移 界面电位差 电解质溶液
区带电泳分离过程
XYZ
（ 1）
X
X
Y
Y
Z
Z
（ 2）
（ 3）
逆流聚焦电泳分离过程
X + Y + Z
（ 1） （ 2） （ 3）
X
X
Y
Y
Z
Z
电子导体
导电机制 自由电子
离子导体
阴、阳离子
带电粒子
带电荷量 相互作用 化学变化
单一
单一 不变 无
多种
多种（价态） 变（浓度） 有（电极反
应）
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）
ei H2 Na+
ei
Cl2
Cl-
Ag
Ag+
Ag+
Ag+
H+
OH-
H+
NO3-
阴极
阳极
银阴极
银阳极
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
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。
负极
e
H2O H+
SO4=
e
正极
Pb2+ PbSO4
+2e
Pb
Pb2+ PbSO4
-2e
硫酸
H+
SO4=
PbO2
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
相界面存在过剩电荷
(c)
自然界普遍存在水

电化学势 Electrochemical Potential
恒温恒压下荷电粒子i从相转移到相
Gi = i i +
Zie0

( -

)
平衡时： i + Zie0 = i + Zie0
i i

两相间建立平衡电势
(对外作功)
e
-2e Pb
H2O H+
SO4=
e
正极
+2e PbO2
SO4=
Pb2+ PbSO4
H+
Pb2+ PbSO4
硫酸
铅酸蓄电池 (1860年--)
负极
充电 (吸收电能)
e
H2O H+
SO4=
e
正极
Pb2+ PbSO4
+2e
Pb
Pb2+ PbSO4
-2e
硫酸
H+
SO4=
PbO2
负极反应
Pb+H2SO4
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)
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--)
负极
放电
I
电极（电化学）反应
特殊的异相氧化还原反应
Electrode (Electrochemical）Reaction
氧化和还原反应分别在不同的地点进行
电极（电化学）反应
特殊的异相氧化还原反应
Electrode (Electrochemical）Reaction
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
电极（Electrode)
电极材料/电解质
Zn|Zn2+, SO42Pt|H2,H+ Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液
电极（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”
法拉弟定律的几个要点
F是基本物理常数之一
1. 电和化学反应相互作用的定量关系
Q = 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
e-
ei Ag Ag+ Ag+ Ag+ Fe+ Br+ Fe2+
i
H2 Na+
Cl2
Cl-
Br2
H+ 阴极
OH-
H+
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）
ei H2 Ag
Ag+ H+ OHNO3-
ei Ag+ Ag+
O2
OHH+ NO3-
银阴极
Ag+ + e = Ag
银阳极
H+ + e
= 1/2 H2
电流效率
理论电量 100% （一定物质量） 实际电量
氧
化
还
原
正极、电势高 负极、电势低
负极、电势低 阴离子 Anion
正极、电势高 阳离子 Cation
电化学研究重点 溶液电化学 (电解质溶液) 平衡态电化学 电极过程
物理化学 热力学
动力学
结构化学 量子化学 统计力学
界(表)面电化学 固态电化学 光电化学 生物电化学
电化学基础研究
平衡态电化学
应用电化学领域
实际产物质量 100% （一定电量） 理论产物质量
电化学研究重点 溶液电化学 (电解质溶液) 平衡态电化学 电极过程
物理化学 热力学
动力学
结构化学 量子化学 统计力学
界(表)面电化学 固态电化学 光电化学 生物电化学
11-3. 电导、电导率、 摩尔电导率、 极限摩尔电导率
如何比较、测量和认识 不同电解质溶液的 导电能力
11-2 法拉弟定律 Faraday law (1834年) M 1 W kQ Q Z F
nZF Q
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）
法拉弟常数 F (1891年)
F=
23 6.02310
电子/mol
1.60210-19 库仑/电子 = 96487 库仑/mol 96500 c /mol
NO3-
H+ 隋性 阴极
OH惰性 阴极
银阳极 阳极 银阴极 （隋性） 电解精炼
(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(2) 阴极上: Ag++e-Ag 阳极上: AgAg++e固体产物
(3) 阴极上: Fe3++e-Fe2+ 溶液产物 阳极上: Br- 1/2Br2+e-