電化學的一些概念

1、電化學電化學（electrochemistry）,電池由兩個電極和電極之間的電解質構成，因而電化學的研究內容應包括兩個方面：一是電解質的研原電池和電解池的比較<9 監(jiān)一 tti究，即電解質學，其中包括電解質的導電性質、離子的傳輸性質、參與反 應離子的平衡性質等，其屮電解質溶液的物理化學研究常稱作電解質溶液 理論；另一方面是電極的研究，即電極學，其中包括電極的平衡性質和通 電后的極化性質，也就是電極和電解質界而上的電化學行為。電解質學和 電極學的研究都會涉及到化學熱力學、化學動力學和物質結構。原電池原電池是利用兩個電極z間金屬性的不同，產生電勢差，從而使電子的 流動，產生電流又稱非蓄電池，

2、是電化電池的一種，其電化反應不能逆轉, 即是只能將化學能轉換為電能，簡單說就即是不能重新儲存電力，與蓄電 池相對。原電池是將化學能轉變成電能的裝置。所以，根據定義，普通的干電 池、燃料電池都可以稱為原電池。組成原電池的基本條件：1、將兩種活潑性不同的金屬（即一種是活潑金屈一種是不活潑金屬）， 或著一種金屬與石墨（pt和石墨為惰性電極，即本身不會得失電子）等惰性 電極插入電解質溶液小。2、用導線連接后插入電解質溶液屮，形成閉合回路。3、要發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應。原電池工作原理原電池是將一個能自發(fā)進行的氧化述原反應的氧化反應和述原反應分 別在原電池的負極和正極上發(fā)生，從而在外電路小產生電流。原電池

3、的電極的判斷：負極：電子流岀的一極；發(fā)生氧化反應的一極；活潑性較強金屬的一 極。正極：電子流入的一極；發(fā)生述原反應的一極；相對不活潑的金屬或 其它導體的一極。在原電池屮，外電路為電子導電，電解質溶液小為離子導電。原電池的判定：（1）先分析有無外接電路，有外接電源的為電解池，無外接電源的可 能為原電池；然后依據原電池的形成條件分析判斷，主要是“四看”：看 電極一一兩極為導體且存在活潑性差異（燃料電池的電極一般為惰性電 極）;看溶液一一兩極插入溶液??；看回路一一形成閉合回路或兩極直接 接觸；看本質一一有無氧化述原反應。（2）多池相連，但無外接電源時，兩極活潑性差異最大的一池為原電 池，其他各池可看

4、做電解池。電解池電解池是將電能傳化為化學能的裝置。電解是使電流通過電解質溶液（或熔融的電解質）而在陰、陽兩極引 起氧化述原反應的過程。電解是使電流通過電解質溶液（或熔融的電解質）發(fā)生電解反應的條件： 連接直流電源 陰陽電極 陰極：與電源負極相連為陰極陽極：與電源正極相連為陽極 兩極處于電解質溶液或熔融電解質屮兩電極形成閉合凹路 電解過程中的能量轉化 陰極：一定不參與反應 陽極：不一定參與反應（裝置特點）： 不一定惰性電極 也不一定是惰性電極電解結果：在兩極上冇新物質生成電解池電極反應方程式的書寫：陽極：活潑金屈一電極失電子（au, pt 除外）；惰性電極一溶液中陰離子失電子注:失電子能力:活潑

5、金屬（除pt au） >s2->1->br->cl->oh->含氧酸根（n03 ->s04 2-）>e-陰極：溶液屮陽離子得電子 注：得電子能力：ag+hg2+>fe3+>cu2+h+（酸）>pb2+>sn2+>fe2+>zn2+>h20 （水）>a13+>mg2+>na+>ca2+>k+ （即活 潑型金屈順序表的逆向）規(guī)律：鋁前（含鋁）離子不放電，氫（酸）后離子先放電，氫（酸） 前鋁后的離子看條件。四類電解型的電解規(guī)律電解水型（強堿，含氧酸，活潑金屈的含氧 酸鹽），ph由溶

6、液的酸堿性決定，溶液呈堿性則ph增大，溶液呈酸性則 ph減小，溶液呈中性則ph不變。電解質溶液復原一加適量水。電解電解質梨（無氧酸，不活潑金屈的無氧酸鹽，），無氧酸ph變 大，不活潑金屈的無氧酸鹽ph不變。電解質溶液復原一加適量電解質。 放氫生堿型（活潑金屬的無氧酸鹽），ph變大。電解質溶液復原一 加陰離子相同的酸。 放氧生酸型（不活潑金屬的含氧酸鹽），ph變小。電解質 溶液復原 加陽離子相同的堿或氧化物。編耕木段研究內容史辿由兩個電極和電極z間的電解質構成，因而電化學的研究內容應 包括兩個方面：一是電解質的研究，即電解質學，其中包括電解質的導電 性質、離了的傳輸性質、參與反應離了的平衡性質等

7、，其中電解質溶液的 物理化學研究常稱作電解質溶液理論；另一方面是電極的研究,即電極學, 其中包括電極的平衡性質和通電后的極化性質，也就是電極和電解質界面 上的電化學行為。電解質學和電極學的研究都會涉及到化學熱力學、化學 動力學和物質結構。編輯本段學科保護根據電化學腐蝕原理，依靠外部電流的流入改變金屬的蟲位，從而降 低金屬腐蝕速度的一種材料保護技術。按照金屬電位變動的趨向，電化學 保護分為陰極保護和陽極保護兩類。陰極保護。通過降低金屬電位而達 到保護目的的，稱為陰極保護。根據保護電流的來源，陰極保護有外加電 流法和曬牲陽極法。外加電流法是由外部宜流電源提供保護電流，電源的 負極連接保護對象，正極

8、連接輔助陽極，通過電解質環(huán)境構成電流冋路。 犧牲陽極法是依靠電位負于保護對象的金屬（犧牲陽極）自身消耗來提供 保護電流，保護對象直接與犧牲陽極連接，在電解質壞境中構成保護電流 冋路。陰極保護主要用于防止土壤、海水等中性介質中的金屬腐蝕。陰. ji保護。通過提高可鈍化金屬的電位使其進入鈍態(tài)而達到保護目的的，稱 為陽極保護。陽極保護是利用陽極極化電流使金屬處于穩(wěn)定的鈍態(tài)，其保 護系統(tǒng)類似于外加電流陰極保護系統(tǒng),只是極化電流的方向相反。只有具 有活化-鈍化轉變的腐蝕體系才能采用陽極保護技術，例如濃硫酸貯罐、 氨水貯槽等。編輯木段分離方法利用屯化學手段分離溶液中的金屬離子、冇機分子的方法,共分四類:控

9、制電位的電解分離法當溶液中存在兩種或兩種以上的金屬離子時，如果它們的還原屯位相 近，例如cu口 （標準屯極電位口 二+0.345伏）和bi（口二0.2伏）, 則在電解吋都會還原析出，達不到分離的目的。圖1兩種金屬離子a和b 的分解屯位表示，如果控制陰極電位為,則金屬離子a可產生強度為口 的電流，即可被還原；而金屬離子b的電流強度極小，即兒乎不能被還原, 這樣即可達到分離目的，并分別測定a和b。在電解過程屮，陰極電位口 是在不斷變化的，二口式中為標準電極電位；為氣體常 數；為熱力學溫度;為電極過程電子轉移數；為法拉第常數；為 離子活度;為陰極超電壓。電解時，離子濃度不斷降低,的負值 不斷增加，以

10、致b也被電解出來。為了控制陰極電位，要用圖2控制電位 的線路的線路隨時調整外加電壓。，e是鉗絲對電極，e是參比電極（飽 和甘汞電極）。選定的e的電位（相對于e口）可從電位計v讀出,電解電 流從毫安計a讀出，在電解過程屮不斷調整電阻口以保持陰極電位不變。至于選擇什么電位要看實驗條件，例如在分別測定cu和bi時，由 于兩者電位太相近，需要在溶液屮加入酒石酸，調節(jié)ph=5. 86.0, bi與 酒石酸生成的絡合物比cu口的穩(wěn)定得多，使兩者的分解電壓相差得大一 些，然后再加入適量的月井，以加速cu的還原。在這種條件下，控制陰極 電位為一030伏，銅先電解出來，稱出陰極的增重后，調節(jié)ph為4.55.5,

11、 控制陰極電位為一0.40伏，可將鈕全部電解出來。如果溶液中還有pb口， 可將電位控制在一0.50伏，進行電解。應用此法時，后被電解的離子的濃 度不能超過先被電解的離子的濃度。汞陰極電解分離法h在汞陰極上被還原時，有很大的超電壓，所以在酸性溶液中可以分 離掉一些容易被還原的金屬離子，使一些重金屬（如銅、鉛、鎘、鋅）沉 積在汞陰極上，形成汞齊,同時保留少量不容易被還原的離子，如堿金屬、 堿土金屬、鋁、鐵、鎳、珞、鈦、飢、鉤、硅等。內電解分離法在酸性溶液屮，利用金屬氧化一述原電位的不同，可以組成一個內電 解池,即不需要外加電壓就可以進行電解。例如要從大量鉛中分離微量銅, 在硫酸溶液中cu比pb先還

12、原，因此可將鉛板作為一個電極，與鉗電極 相連，組成一個內電解池，它產生一個自發(fā)的電動勢，來源于pb的氧化和 cu的還原。這個電動勢使反應能夠進行，直到電流趨近于零時，內電解 池就不再作用了。內電解可以分離出微量的容易還原的金屬離子，缺點是 電解進行緩慢，因此應用不廣。電滲析法液體屮的離子或荷電質點能在電場的影響下遷移。由于離子的性質不 同，遷移的速率也不同，正負電荷移動的方向也不同。當在電池的兩極加 上一個直流電壓時，可以把一些冇機物的混合物分離。如臨床實驗屮常用 此法研究蛋白質,將試樣放在一個載器上，外加電場后，荷電質點沿著載 器向電荷相反的電極遷移，因它們移動的速率不同而分離，一般能把血清

13、 蛋白分成五部分。改進實驗技術可使?jié)饪s斑點的寬度達到25微米左右，然 后進行電滲析，可將血清蛋白分成二十個很清晰的部分。編輯木段分析法基于溶液電化學性質的化學分析方法。電化學分析法是由德國化學家 c.溫克勒爾在19世紀首先引入分析領域的，儀器分析法始于1922年捷克 化學家j.海洛夫斯基建立極譜法。電化學分析法的基礎是在電化學池中 所發(fā)生的電化學反應。電化學池由電解質溶液和浸入其中的兩個電極組成, 兩電極用外電路接通。在兩個電極上發(fā)生氣化還原反應,電了通過連接兩 電極的外電路從一個電極流到另一個史極。根據溶液的電化學性質（如電 極電位、電流、電導、電量等）與被測物質的化學或物理性質（如電解質

14、溶液的化學組成、濃度、氧化態(tài)與還原態(tài)的比率等）z間的關系，將被測 定物質的濃度轉化為一種電學參量加以測量。根據國際純粹化學與應用化學聯合會倡議,電化學分析法分為三大類: 既不涉及雙電層，也不涉及電極反應，包括電導分析法、高頻滴定法等。 涉及雙電層，但不涉及電極反應，例如通過測量表面張力或非法拉第阻 抗而測定濃度的分析方法。涉及電極反應，又分為兩類：一類是電解電 適為0,如電位滴定；另一類是電解電流不等于0,包括計時電位法、計時 電流法、陽極溶出法、交流極譜法、單掃描極譜法、方波極譜法、示波極 譜法、庫侖分析法等。編輯本段學科應用在物理化學的眾多分支中，電化學是唯一以大工業(yè)為基礎的學科。它 的應用分為以下幾個方而：電解工業(yè),其小的氯堿工業(yè)是僅次于合成氨 和硫酸的無機物基礎工業(yè)、耐綸66的屮間單休c二睛是通過電解合成的; 鋁、鈉等輕金屬的冶煉，銅、鋅等的精煉也都用的是電解法；機械工業(yè) 要用電鍍、電拋光、電泳涂漆等來完成部件的表面精整；環(huán)境保護可用 電滲析的方法除去氤離子、銘離子等污染物；化學電源；金屬的防腐 蝕問題，大部分金屬腐蝕是電化學腐蝕問題；許多生命現彖如肌