電化學(xué)的一些概念

1、電化學(xué)電化學(xué)（electrochemistry）,電池由兩個(gè)電極和電極之間的電解質(zhì)構(gòu)成，因而電化學(xué)的研究?jī)?nèi)容應(yīng)包括兩個(gè)方面：一是電解質(zhì)的研原電池和電解池的比較<9 監(jiān)一 tti究，即電解質(zhì)學(xué)，其中包括電解質(zhì)的導(dǎo)電性質(zhì)、離子的傳輸性質(zhì)、參與反 應(yīng)離子的平衡性質(zhì)等，其屮電解質(zhì)溶液的物理化學(xué)研究常稱作電解質(zhì)溶液 理論；另一方面是電極的研究，即電極學(xué)，其中包括電極的平衡性質(zhì)和通 電后的極化性質(zhì)，也就是電極和電解質(zhì)界而上的電化學(xué)行為。電解質(zhì)學(xué)和 電極學(xué)的研究都會(huì)涉及到化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)。原電池原電池是利用兩個(gè)電極z間金屬性的不同，產(chǎn)生電勢(shì)差，從而使電子的 流動(dòng)，產(chǎn)生電流又稱非蓄電池，

2、是電化電池的一種，其電化反應(yīng)不能逆轉(zhuǎn), 即是只能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，簡(jiǎn)單說(shuō)就即是不能重新儲(chǔ)存電力，與蓄電 池相對(duì)。原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。所以，根據(jù)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(huì)得失電子）等惰性 電極插入電解質(zhì)溶液小。2、用導(dǎo)線連接后插入電解質(zhì)溶液屮，形成閉合回路。3、要發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。原電池工作原理原電池是將一個(gè)能自發(fā)進(jìn)行的氧化述原反應(yīng)的氧化反應(yīng)和述原反應(yīng)分 別在原電池的負(fù)極和正極上發(fā)生，從而在外電路小產(chǎn)生電流。原電池

3、的電極的判斷：負(fù)極：電子流岀的一極；發(fā)生氧化反應(yīng)的一極；活潑性較強(qiáng)金屬的一 極。正極：電子流入的一極；發(fā)生述原反應(yīng)的一極；相對(duì)不活潑的金屬或 其它導(dǎo)體的一極。在原電池屮，外電路為電子導(dǎo)電，電解質(zhì)溶液小為離子導(dǎo)電。原電池的判定：（1）先分析有無(wú)外接電路，有外接電源的為電解池，無(wú)外接電源的可 能為原電池；然后依據(jù)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(dǎo)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(zhì)一一有無(wú)氧化述原反應(yīng)。（2）多池相連，但無(wú)外接電源時(shí)，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(xué)能的裝置。電解是使電流通過(guò)電解質(zhì)溶液（或熔融的電解質(zhì)）而在陰、陽(yáng)兩極引 起氧化述原反應(yīng)的過(guò)程。電解是使電流通過(guò)電解質(zhì)溶液（或熔融的電解質(zhì)）發(fā)生電解反應(yīng)的條件： 連接直流電源 陰陽(yáng)電極 陰極：與電源負(fù)極相連為陰極陽(yáng)極：與電源正極相連為陽(yáng)極 兩極處于電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)屮兩電極形成閉合凹路 電解過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化 陰極：一定不參與反應(yīng) 陽(yáng)極：不一定參與反應(yīng)（裝置特點(diǎn)）： 不一定惰性電極 也不一定是惰性電極電解結(jié)果：在兩極上冇新物質(zhì)生成電解池電極反應(yīng)方程式的書寫：陽(yáng)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(yáng)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(qiáng)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(zhì)溶液復(fù)原一加適量水。電解電解質(zhì)梨（無(wú)氧酸，不活潑金屈的無(wú)氧酸鹽，），無(wú)氧酸ph變 大，不活潑金屈的無(wú)氧酸鹽ph不變。電解質(zhì)溶液復(fù)原一加適量電解質(zhì)。 放氫生堿型（活潑金屬的無(wú)氧酸鹽），ph變大。電解質(zhì)溶液復(fù)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(zhì) 溶液復(fù)原 加陽(yáng)離子相同的堿或氧化物。編耕木段研究?jī)?nèi)容史辿由兩個(gè)電極和電極z間的電解質(zhì)構(gòu)成，因而電化學(xué)的研究?jī)?nèi)容應(yīng) 包括兩個(gè)方面：一是電解質(zhì)的研究，即電解質(zhì)學(xué)，其中包括電解質(zhì)的導(dǎo)電 性質(zhì)、離了的傳輸性質(zhì)、參與反應(yīng)離了的平衡性質(zhì)等

7、，其中電解質(zhì)溶液的 物理化學(xué)研究常稱作電解質(zhì)溶液理論；另一方面是電極的研究,即電極學(xué), 其中包括電極的平衡性質(zhì)和通電后的極化性質(zhì)，也就是電極和電解質(zhì)界面 上的電化學(xué)行為。電解質(zhì)學(xué)和電極學(xué)的研究都會(huì)涉及到化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué) 動(dòng)力學(xué)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)。編輯本段學(xué)科保護(hù)根據(jù)電化學(xué)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(hù)技術(shù)。按照金屬電位變動(dòng)的趨向，電化學(xué) 保護(hù)分為陰極保護(hù)和陽(yáng)極保護(hù)兩類。陰極保護(hù)。通過(guò)降低金屬電位而達(dá) 到保護(hù)目的的，稱為陰極保護(hù)。根據(jù)保護(hù)電流的來(lái)源，陰極保護(hù)有外加電 流法和曬牲陽(yáng)極法。外加電流法是由外部宜流電源提供保護(hù)電流，電源的 負(fù)極連接保護(hù)對(duì)象，正極

8、連接輔助陽(yáng)極，通過(guò)電解質(zhì)環(huán)境構(gòu)成電流冋路。 犧牲陽(yáng)極法是依靠電位負(fù)于保護(hù)對(duì)象的金屬（犧牲陽(yáng)極）自身消耗來(lái)提供 保護(hù)電流，保護(hù)對(duì)象直接與犧牲陽(yáng)極連接，在電解質(zhì)壞境中構(gòu)成保護(hù)電流 冋路。陰極保護(hù)主要用于防止土壤、海水等中性介質(zhì)中的金屬腐蝕。陰. ji保護(hù)。通過(guò)提高可鈍化金屬的電位使其進(jìn)入鈍態(tài)而達(dá)到保護(hù)目的的，稱 為陽(yáng)極保護(hù)。陽(yáng)極保護(hù)是利用陽(yáng)極極化電流使金屬處于穩(wěn)定的鈍態(tài)，其保 護(hù)系統(tǒng)類似于外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng),只是極化電流的方向相反。只有具 有活化-鈍化轉(zhuǎn)變的腐蝕體系才能采用陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)，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(xué)手段分離溶液中的金屬離子、冇機(jī)分子的方法,共分四類:控

9、制電位的電解分離法當(dāng)溶液中存在兩種或兩種以上的金屬離子時(shí)，如果它們的還原屯位相 近，例如cu口 （標(biāo)準(zhǔn)屯極電位口 二+0.345伏）和bi（口二0.2伏）, 則在電解吋都會(huì)還原析出，達(dá)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(chǎn)生強(qiáng)度為口 的電流，即可被還原；而金屬離子b的電流強(qiáng)度極小，即兒乎不能被還原, 這樣即可達(dá)到分離目的，并分別測(cè)定a和b。在電解過(guò)程屮，陰極電位口 是在不斷變化的，二口式中為標(biāo)準(zhǔn)電極電位；為氣體常 數(shù)；為熱力學(xué)溫度;為電極過(guò)程電子轉(zhuǎn)移數(shù)；為法拉第常數(shù)；為 離子活度;為陰極超電壓。電解時(shí)，離子濃度不斷降低,的負(fù)值 不斷增加，以

10、致b也被電解出來(lái)。為了控制陰極電位，要用圖2控制電位 的線路的線路隨時(shí)調(diào)整外加電壓。，e是鉗絲對(duì)電極，e是參比電極（飽 和甘汞電極）。選定的e的電位（相對(duì)于e口）可從電位計(jì)v讀出,電解電 流從毫安計(jì)a讀出，在電解過(guò)程屮不斷調(diào)整電阻口以保持陰極電位不變。至于選擇什么電位要看實(shí)驗(yàn)條件，例如在分別測(cè)定cu和bi時(shí)，由 于兩者電位太相近，需要在溶液屮加入酒石酸，調(diào)節(jié)ph=5. 86.0, bi與 酒石酸生成的絡(luò)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(lái)，稱出陰極的增重后，調(diào)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(lái)。如果溶液中還有pb口， 可將電位控制在一0.50伏，進(jìn)行電解。應(yīng)用此法時(shí)，后被電解的離子的濃 度不能超過(guò)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(shí)，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(shí)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(nèi)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(gè)內(nèi)電 解池,即不需要外加電壓就可以進(jìn)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(gè)電極，與鉗電極 相連，組成一個(gè)內(nèi)電解池，它產(chǎn)生一個(gè)自發(fā)的電動(dòng)勢(shì)，來(lái)源于pb的氧化和 cu的還原。這個(gè)電動(dòng)勢(shì)使反應(yīng)能夠進(jìn)行，直到電流趨近于零時(shí)，內(nèi)電解 池就不再作用了。內(nèi)電解可以分離出微量的容易還原的金屬離子，缺點(diǎn)是 電解進(jìn)行緩慢，因此應(yīng)用不廣。電滲析法液體屮的離子或荷電質(zhì)點(diǎn)能在電場(chǎng)的影響下遷移。由于離子的性質(zhì)不 同，遷移的速率也不同，正負(fù)電荷移動(dòng)的方向也不同。當(dāng)在電池的兩極加 上一個(gè)直流電壓時(shí)，可以把一些冇機(jī)物的混合物分離。如臨床實(shí)驗(yàn)屮常用 此法研究蛋白質(zhì),將試樣放在一個(gè)載器上，外加電場(chǎng)后，荷電質(zhì)點(diǎn)沿著載 器向電荷相反的電極遷移，因它們移動(dòng)的速率不同而分離，一般能把血清

13、 蛋白分成五部分。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)可使?jié)饪s斑點(diǎn)的寬度達(dá)到25微米左右，然 后進(jìn)行電滲析，可將血清蛋白分成二十個(gè)很清晰的部分。編輯木段分析法基于溶液電化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)分析方法。電化學(xué)分析法是由德國(guó)化學(xué)家 c.溫克勒爾在19世紀(jì)首先引入分析領(lǐng)域的，儀器分析法始于1922年捷克 化學(xué)家j.海洛夫斯基建立極譜法。電化學(xué)分析法的基礎(chǔ)是在電化學(xué)池中 所發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。電化學(xué)池由電解質(zhì)溶液和浸入其中的兩個(gè)電極組成, 兩電極用外電路接通。在兩個(gè)電極上發(fā)生氣化還原反應(yīng),電了通過(guò)連接兩 電極的外電路從一個(gè)電極流到另一個(gè)史極。根據(jù)溶液的電化學(xué)性質(zhì)（如電 極電位、電流、電導(dǎo)、電量等）與被測(cè)物質(zhì)的化學(xué)或物理性質(zhì)（如電解質(zhì)

14、溶液的化學(xué)組成、濃度、氧化態(tài)與還原態(tài)的比率等）z間的關(guān)系，將被測(cè) 定物質(zhì)的濃度轉(zhuǎn)化為一種電學(xué)參量加以測(cè)量。根據(jù)國(guó)際純粹化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)倡議,電化學(xué)分析法分為三大類: 既不涉及雙電層，也不涉及電極反應(yīng)，包括電導(dǎo)分析法、高頻滴定法等。 涉及雙電層，但不涉及電極反應(yīng)，例如通過(guò)測(cè)量表面張力或非法拉第阻 抗而測(cè)定濃度的分析方法。涉及電極反應(yīng)，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(jì)時(shí)電位法、計(jì)時(shí) 電流法、陽(yáng)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(kù)侖分析法等。編輯本段學(xué)科應(yīng)用在物理化學(xué)的眾多分支中，電化學(xué)是唯一以大工業(yè)為基礎(chǔ)的學(xué)科。它 的應(yīng)用分為以下幾個(gè)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(wú)機(jī)物基礎(chǔ)工業(yè)、耐綸66的屮間單休c二睛是通過(guò)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(jī)械工業(yè) 要用電鍍、電拋光、電泳涂漆等來(lái)完成部件的表面精整；環(huán)境保護(hù)可用 電滲析的方法除去氤離子、銘離子等污染物；化學(xué)電源；金屬的防腐 蝕問(wèn)題，大部分金屬腐蝕是電化學(xué)腐蝕問(wèn)題；許多生命現(xiàn)彖如肌