电化学在环境保护中的应用
物理化学综述
综述题目：电化学在环境保护中的应用
电化学在环境保护中的应用
摘要
摘要概述了电化学在环境保护中的优越性,综述了电化学处理环境污染物
的基本方法, 总结了电化学技术在环境污染治理中的应用,分析了电化学
体系存在的问题,展望了电化学在环境治理领域的应用前景和发展方向。
电化学技术处理环境污染物的基本方法电化学技术处理环污染物常用的基本方法有电化学氧化、电化学还原、光电化学氧化、电渗析、电吸附、电凝聚、电沉积、电化学膜分离等。
关键词环境保护; 电化学技术; 环境污染物
Abstract Summarizes the advantages of electrochemistry in environmental protection, electrochemical process and the basic methods of environmental pollutants were reviewed, summarized the application of electrochemistry techno logy in
environmental pollution control, analyzes the existing problems of electrochemistry system, prospects the electrochemical application prospect and development direction in the field of environmental governance. Electrochemical technology processing the basic ways of environmental pollutants by electrochemical technology processing ring pollutants commonly used basic method has electrochemical oxidation, electrochemical reduction, photoelectrochemical oxidation, electrodialysis, the electric adsorption, electrocoagulation, electrodeposition, electrochemical membrane separation, etc.
Key words environmental protection; The electrochemical technology; Environmental pollutants
前言
电化学含义
电化学是研究电和化学反应相互关系的科学。电和化学反应相互作用可通过电池来完成，也可利用高压静电放电来实现（如氧通过无声放电管转变为臭氧），二者统称电化学，后者为电化学的一个分支，称放电化学。由于放电化学有了专门的名称，因而，电化学往往专门指“电池的科学”
在物理化学的众多分支中，电化学是唯一以大工业为基础的学科。它的应用分为以下几个方面：①电解工业，其中的氯碱工业是仅次于合成氨和硫酸的无机物基础工业、耐纶66的中间单体己二腈是通过电解合成的；铝、钠等轻金属的冶炼，铜、锌等的精炼也都用的是电解法；②机械工业
要用电镀、电抛光、电泳涂漆等来完成部件的表面精整；③环境保护可用电渗析的方法除去氰离子、铬离子等污染物；④化学电源；⑤金属的防腐蚀问题，大部分金属腐蚀是电化学腐蚀问题；⑥许多生命现象如肌肉运动、神经的信息传递都涉及到电化学机理；⑦应用电化学原理发展起来的各种电化学分析法已成为实验室和工业监控的不可缺少的手段，目前电化学技术已被广泛应用于处理铬,氰化物,降解EDTA,甲醇, 硝基苯,酚类化合物,氯化有机物, 染料废水, 垃圾渗透液等。
二电化学的发展
在1663年，德国物理学家 Otto von Guericke 创造了第一个发电机，通过在机器中的摩擦而产生静电。这个发电机将一个巨大的硫球放入玻璃球中，并固定在一棵轴上制成的。通过摇动曲轴来转动球体，当一个衬垫与转动的球发生摩擦的时候就会产生静电火花。这个球体可以拆卸并可以用作电学试验的来源。
在17世纪中叶，法国化学家 Charles François de Cisternay du Fay 发现了两种不同的静电，即同种电荷相互排斥而不同种电荷相互吸引。Du Fay 发布说电由两种不同液体组成："vitreous" (拉丁语”玻璃“)，或者正电；以及"resinous", 或者负电。这便是电的双液体理论，这个理论被17世纪晚期Benjamin Franklin 的单液体理论所否定。
1781年，查尔斯.奥古斯丁库仑 (Charles-Augustin de Coulomb) 在试图研究由英国科学家Joseph Priestley 提出的电荷相斥法则的过程中发展了静电相吸的法则。
1791年伽伐尼发表了金属能使蛙腿肌肉抽缩的“动物电”现象，一般认为这是电化学的起源。1799年伏打在伽伐尼工作的基础上发明了用不同的金属片夹湿纸组成的“电堆”，即现今所谓“伏打堆”。这是化学电源的雏型。在直流电机发明以前，各种化学电源是唯一能提供恒稳电流的电源。1834年法拉第电解定律的发现为电化学奠定了定量基础。
19世纪下半叶，经过赫尔姆霍兹和吉布斯的工作，赋于电池的“起电力”(今称“电动势”)以明确的热力学含义；1889年能斯特用热力学导出了参与电极反应的物质浓度与电极电势的关系，即著名的能斯脱公式；1923年德拜和休克尔提出了人们普遍接受的强电解质稀溶液静电理论，大大促进了电化学在理论探讨和实验方法方面的发展。
20世纪40年代以后，电化学暂态技术的应用和发展、电化学方法与光学和表面技术的联用，使人们可以研究快速和复杂的电极反应，可提供电极界面上分子的信息。电化学一直是物理化学中比较活跃的分支学科，它的发展与固体物理、催化、生命科学等学科的发展相互促进、相互渗透。在物理化学的众多分支中，电化学是唯一以大工业为基础的学科。它的应用主要有：电解工业，其中的氯碱工业是仅次于合成氨和硫酸的无机物基础工业；铝、钠等轻金属的冶炼，铜、锌等的精炼也都用的是电解法；机械工业使用电镀、电抛光、电泳涂漆等来完成部件的表面精整；环境保护可用电渗析的方法除去氰离子、铬离子等污染物；化学电源；金属的防腐蚀问题，大部分金属腐蚀是电化学腐蚀问题；许多生命现象如肌肉运动、神经的信息传递都涉及到电化学机理。应用电化学原理发展起来的各种电化学分析法已成为实验室和工业监控的不可缺少的手段。应用电化学技术治理
环境污染, 通过氧化或还原除去对环境有害的物质, 对环境起到间接的保护作用, 在国内外都得到了重视电化学技术处理环境污染物的基本方法[1]电化学技术处理环境污染物常用的基本方法有电化学氧化、电化学还原、光电化学氧化、电渗析、电吸附、电凝聚、电沉积、电化学膜分离等。
三电化
学水处理基本方法
3.1电絮凝法
电絮凝法是利用铝或铁阳极在电流作用下溶解生成铝或铁的氢氧化物，凝聚水中的胶体物质从而使水获得净化的一种电化学方法。电絮凝主要包含3 个过程：①牺牲阳极电解氧化产生混凝剂；②水中胶体颗粒的脱稳；③脱稳胶体形成絮凝体。在直流电压作用下，电絮凝过程的反应如下所述。在阳极首先铝或铁电极氧化溶解为金属离子（Al－3e－→Al3+），如果在碱性条件下则生成氢氧化铝[Al3++3OH－→Al(OH)3]，或在酸性条件下发生[Al3++3H2O→Al(OH)3+3H+]反应。此外，在阳极还发生氧气析出（2H2O－4e－→O2+4H+），在阴极析出氢气（2H2O +2e－→H2+2OH－）。在这里，氧气和氢气的析出具有气浮作用。电极有板式和其它形式，以单极式或复极式联结。铝和铁离子是很有效的固体悬浮物絮凝剂，铝离子能形成大的Al-O-Al-OH 网状物，可以化学吸附F－离子这样的污染物。铝通常用于水处理，铁常用于废水处理。电絮凝的优点在于絮凝效率高、操作简单、相对低的费用和可自动化操作电流密度氯离子、pH 值、温度以及供电方式都对电絮凝的结果产生影响.
3.2电化学氧化（electrochemical oxidation）
电化学氧化法主要用于有毒难生物降解有机废水的处理利用电化学方法,
可使有机污
染物在电极上发生电化学反应, 完全降解为CO2 和H2O,或不完全降解,即
只将不可降解物质转换为可降解物,然后再进行生物处理,最终将有机物彻
底降解转化为无害物质。，根据不同的氧化作用机理，可分为直接阳极氧化、间接阳极氧化。直接氧化是指利用阳极氧化反应直接把污染物变成无
害物质,在生物难降解(如苯酚等)有机污染物的处理中,能发挥有效的降解
作用。间接氧化分为阳极间接氧化和阴极间接氧化,阳极间接氧化是指利用阳极氧化反应产生具有强氧化作用的中间物质或发生阳极反应之外的中间
反应,使污染物最终被氧化,转化为无害物质,例如,在阳极生成寿命短、氧
化性极强的活性物质,已有研究表明这类短寿命物质包括e- 1 (溶剂化电子) 、HO·、HO2 ·、O2 ·等自由基,它们可以分解污染物质,通过溶液中的可再生氧化还原电对
进行有机污染物的氧化还原去除,如:
CN- + 2OH- + 2e- 1 →CNO- +H2O (1)
阴极间接氧化是指利用阴极还原反应产生具有强氧化作用的中间物质, 例如, 利用阴极还原为H2O2 ,而后生成HO ·,进而氧化有机物的方法出现,可用于处理苯酚、苯的衍生物(苯胺类) 、HCHO及CN- 。为加速HO·的生成,可在被处理液体中加入少量Fe2 + ,发生下面的Fenton反应:
Fe2 + +HO→OH- + HO· + Fe3 + (2)
同时利用阴极与阳极产生的强氧化剂来氧化降解有机污染物的技术称
为成对电氧化技术,成对电氧化技术成为近来研究的热点。王爱民等采用成
对电氧化技术降解酸性红B染料废水,实表明阴极室中TOC和CODcr去除率分别达到71. 70%和56. 40% ,而阳极室中去除率分别为25. 15%和27. 57%。高含盐染料废水的处理一直是环境界的一个难题,把电化学法应用到高含盐染料废水的处理上,是一项很大的突破。鲁秀国等利用电化学法对高含盐的酸性红B染料废水进行处理,实验表明电化学法对废水的色度和CODcr具有良好的去除效果,主要是Cl- 在电解过程中的间接氧作用,同时也包括电极表面的直接氧化作用。近年来开发的活性碳填充电极电解氧化法已经应用于有机废水的深度处理工艺,该工艺在电极板之间填充活性碳颗粒作为微电极,在外电场作用下,吸附在活性碳表面上的有机物分子被电解氧化,该法集吸附、电化学氧化于一体,如有机负荷、电流密度等操作条件控制得当,吸附和电化学氧化可达到自身平衡,无需单独设置活性碳再生装置。3.3电化学还原（electrochemical reduction）
阴极电化学脱氯
有毒氯代有机物不仅可以通过阳极氧化法被·OH分解，还可以通过阴极还原脱氯，反应过程如下：
RCl + H+ + 2e－→ RH + Cl－
析氢可导致反应电流效率降低。Schmal 等对电化学方法处理卤代有机化合物废水的可行性进行了评价。有机物浓度较低（100×10－6）时，处理废水的能量消耗在可接受的10～100 kW·h/m3 范围。脱氯的还原产物毒性很低，提高了废水的可生物降解性。
3.4电镀废水处理
电化学水处理技术的基本原理
电化学水处理过程包括两个方面:一是使污染物在电极上发生直接电催化
反应而转化的“直接电化学过程”,二是利用电极表面产生的强氧化性活
性物种使污染物发生氧化还原转变的间接电化学过程. 这两个过程均伴有放出H2 与O2 的副反应,电流效率的高低与析氧、析氢的程度密切相关,但通过电极材料的选择和电位控制可以减少电流的析氧损失,提高电流效率[2].电镀废水中常含有锌、镉、镍、铜等重金属离子及氰化物等毒性较大的物质，既造成资源浪费又严重污染环境。通过电渗析-离子交换-电渗析组合工艺，既能实现资源的回收利用，又可以减少污染的排放。日本一家精炼钢厂的含硫酸镍的硫酸废液，利用日本旭化成公司生产的具有特殊性能的离子交换膜电渗析装置，实现了镀镍废水的闭路循环。徐传宁等用电渗析技术处理含铬电镀废水，有效地净化了漂洗废水，使Cr6+离子得到回收，废水中的Cr6+离子浓度达到国家废水排放标准。
3.5 光电催化
光电催化是指通过吸收可见或紫外光中的能量,并通过产生电子2空穴对,
储存多余的能量,使得半导体粒子能够克服热动力学反应的屏障,作为催化剂使用,进行一些催化反应,例如:
半导体粒子+ hv + →h+vb + h-cb
2 (CN- +H2O + 2h+vb →2H+ +CNO- )
显然,维持较高的电子2空穴浓度是光催化反应的前提。半导体材料中电子和空穴有较强的"复合"倾向,为避免电子、空穴的复合,在光催化体系中外加电流,避免电子2空穴的重新结合,维持半导体材料中的空穴浓度。而空穴具有很强的得电子能力和强氧化性,可夺取半导体表面的有机物或溶剂中
的电子,使原本不吸收入射光的物质被活性氧化。因此,光电催化可以对许多有机物如42氧酚、三氧乙酸、对苯二酚、乙醇等有机物进行降解,把对目标污染物的转化,对水生生物产毒害作用的影响等研究却不够,所以对超声电化学的机理研究和反应器的设计是今后的研究热点。
3.6三维电极电化学技术
三维电极又名三元电极[3]( three dimension electrode), 是一种新型的电化学反应器, 也叫粒子电极或床电极三维电极可分为固定床电极、流化床电极、多孔电极。目前在理论和应用方面的研究正在起步。从应用角度出发，三维电极更具争力。三维电极是一种新型的电化学反应器,它是在传统二维电解槽电极间装填粒状或其它碎屑状工作电极材料,并使装填工作电极材料表面电,成为新的一极,即第三极,在工作电极材料表面能发生电化学反应三维电极法处理印染废水的电解反应是一个动态的吸附2电解2脱附的过程,反应器中的活性炭炭粒具有巨大的比表面积[4],很强的吸附能力,又是电的良导体,在直流电场中,被绝缘性颗粒互相隔开的炭粒因感应带电而使两侧呈正负两极,形成微小的电解槽
3.7电气浮[5]
电气浮工艺是一种运用电化学方法去除固态颗粒、油污的废水处理单元操作方法。其上浮原理是通过电解水产生氢气、氧气和氯气（有氯离子时）携带废水中的胶体颗粒、油污共同上浮，达到分离净化的目的。电气浮工艺既可单独用于分离水中的有害成分，也可作为单元操作与化学混凝、电絮凝、pH 值调节法、过滤技术等联合使用。采用化学混凝-电气浮工艺可一次性去除废水中污染物，去除率高。
3.8电渗析[6]
电渗析是膜分离技术的一种，它是将阴、阳离子交换膜交替排列于正负电
极之间，并用特制的隔板将其隔开，组成除盐（淡化）和浓缩两个系统，
在直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，
把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。
目前电渗析技术已发展成一个大规模的化工单元过程，在膜分离领域占有
重要地位。工业废水的处理是电渗析的主要应用领域之一，主要有废碱、
废酸回收，电镀工业漂洗水的处理，有害金属的回收处理等。目前研究最
多
的是单阳膜电渗析法[7]。
3.9微电解( 内电解) 法[8]
铁屑( 较多使用铸铁屑) 为铁- 碳合金, 当浸没在废水溶液中时, 就构成
一个完整的微电池回路, 形成一种内部电解反应, 这就是微电解; 而在铸
铁屑中再加入惰性碳( 如石墨、焦炭、活性炭、煤等) 颗粒时, 铁屑与炭
粒接触, 形成的大原电池则是内电解法. 微电解工艺用于染料废水的处理[9] , 对含偶氮染料活性蓝和络合染料活性绿及二硝基氯苯等难生化降解物质的溶液进行微电解处理后, 其脱色率达93%以上, COD 去除率达50% 以上, BOD5 / COD 值增加, 大幅度提高了废水的可生化性, 减轻了后续处理工艺的负担.
3.10电化学方法清洁空空气[10]
空气中的污染物大多是电活性的, 因此可以用电化学方法除去空气中的污
染物。电化学方法清洁空气包括两个步骤: 使气体中的有害物质溶解在液
体中; 用电解法将其转化为无害的物质。如将Cl2 还原为Cl - , 将N2O 氧化为HNO3 , SO2 氧化为H2SO4。这种氧化或还原可能直接发生在电极上, 或是通过间接电氧化( 还原) 来完成。如用Br2 作为媒介氧化SO2 :SO2 + Br 2 + 2 H2O H2SO4 + 2HBr应用电化学方法将HBr 转化为Br2 和H2 :2 HBr Br2 + H2此外, 含有H2S 的污浊空气也可用同样的方法。
总结
随着电化学技术的不断完善和发展,新电极材料、膜、电解液、反应器结构的开发与应用, 各种清洗和再生电极表面的技术得到改进,花费少、使用方便的电化学敏感器的深入研发,电化学与各种微型化、自动化技术的联用,电化学技术必将在环境科学领域中充分发挥其优势,具有更多的实际应用价值和良好的发展空间。电化学方法处理有机废液的过程与电极材料、电极表面结构及负载情况、电解质溶液组成以及浓度等因素相关。其中电极材料是最重要的因素, 不同的电极材料具有不同的特殊催化特性, 可以产生
不同的反应或不同的氧化中间物质, 因此电极材料的开发是电化学方法处理有机废液
技术的关键[11]。近年来电化学处理废水的技术得到了飞速发展,给废水处理带来了新的活力,并使处理技术发生了变革。致使环境保护有啦突飞猛进的进步，环境情况有所改观。有毒难降解有机废水处理方法一直是困扰环境保护领域的难点问题。由于可有效处理难生物降解有机废水、操作简便易实现自动化、环境兼容性好，因此电化学氧化技术是目前电化学废水处理技术的重要发展方向。从发展有毒难降解有机废水电化学氧化处理技术的实际问题出发，开展基础和应用研究具有重要的科学意义和应用前景，其核心内容是但是新型电催化阳极、电化学反应器和电化学氧化处理工艺的开发。目前, 在二维电极的基础上发展起来的填充床复合电极( 也称三维电极) , 极大地增加了电极的面体比, 减小了粒子间距, 增大了电流效率, 提高了有机物降解反应速率, 降低了有机
污水处理费用. 填充床复合电极一般是比表面积很大的多孔材料, 所以电极的比表面
积比其几何表面积大得多.另外, 电解液通过粒子间及多孔材料内部的孔道流动, 强化了电极内的传质过程. 当在电解槽的阳极室或阴极室填充导电粒子时, 导电粒子作为
平板电极的外延部分, 大大加快有污染物降解反应的速率. 是一种高效低耗的电化学
反应器, 其研究正越来越受到人们重视.针对不同的废水,选择恰当的填料, 通过试验
和理论分析, 探明反应过程中电化学特性及机理, 是三维电极技术中亟待解决的问题. 三维电极的开发利用, 是电化学方法在水质净化处理中一个重要发展方向, 必将为电
化学在水处理中的用开拓更为广阔的前景
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电化学在环境保护中的应用
物理化学综述 综述题目：电化学在环境保护中的应用 电化学在环境保护中的应用 摘要 摘要概述了电化学在环境保护中的优越性,综述了电化学处理环境污染物 的基本方法, 总结了电化学技术在环境污染治理中的应用,分析了电化学 体系存在的问题,展望了电化学在环境治理领域的应用前景和发展方向。 电化学技术处理环境污染物的基本方法电化学技术处理环污染物常用的基本方法有电化学氧化、电化学还原、光电化学氧化、电渗析、电吸附、电凝聚、电沉积、电化学膜分离等。 关键词环境保护; 电化学技术; 环境污染物 Abstract Summarizes the advantages of electrochemistry in environmental protection, electrochemical process and the basic methods of environmental pollutants were reviewed, summarized the application of electrochemistry techno logy in
environmental pollution control, analyzes the existing problems of electrochemistry system, prospects the electrochemical application prospect and development direction in the field of environmental governance. Electrochemical technology processing the basic ways of environmental pollutants by electrochemical technology processing ring pollutants commonly used basic method has electrochemical oxidation, electrochemical reduction, photoelectrochemical oxidation, electrodialysis, the electric adsorption, electrocoagulation, electrodeposition, electrochemical membrane separation, etc. Key words environmental protection; The electrochemical technology; Environmental pollutants 前言 电化学含义 电化学是研究电和化学反应相互关系的科学。电和化学反应相互作用可通过电池来完成，也可利用高压静电放电来实现（如氧通过无声放电管转变为臭氧），二者统称电化学，后者为电化学的一个分支，称放电化学。由于放电化学有了专门的名称，因而，电化学往往专门指“电池的科学” 在物理化学的众多分支中，电化学是唯一以大工业为基础的学科。它的应用分为以下几个方面：①电解工业，其中的氯碱工业是仅次于合成氨和硫酸的无机物基础工业、耐纶66的中间单体己二腈是通过电解合成的；铝、钠等轻金属的冶炼，铜、锌等的精炼也都用的是电解法；②机械工业
电化学分析技术.
第五篇电化学分析技术 第一章电分析化学导论 电化学分析是利用物质的电化学性质来测定物质组成的分析方法。电化学性质表现于化学电池中，它包括电解质溶液和放置于此溶液中的两个电极，有时还包括与之相连系的电源装置。化学电池本身能输出电能的，称为原电池；在外电源作用下，把电能转换为化学能的称为电解池。电解池和原电池中发生的一切电现象，如溶液的导电、电极与溶液界面间的电位、电流、电量、以及电流~时间曲线、电流~电位曲线等都与溶液中所存在的电解质的含量有关。研究这些电现象与溶液中电解质浓度之间的关系是电化学分析的主要内容之一。因为电化学分析就是利用这些关系把被测物质的浓度转化为某种电讯息而加以测量的。在不同讯息的转换中，力图准确、灵敏并应具有一定的特效性，才能应用于分析。为此目的，电化学分析还应注意改进所使用的测量仪器以及实验方法和技术，因此本课程应当包括方法原理，仪器测量技术和实际应用等方面。 §1.1 电分析化学的发展 电分析化学的发展具有悠久的历史，它与化学、物理、生物、计算机等学科的发展紧密相关。早在1801年，铜和银的电解定性分析就已问世，经过半个多世纪才将电解分析用于铜的定量测定。1893年、1910年和1913年相继出现了电位分析、电导分析和库仑分析。1920年成功制备了pH 玻璃电极，简捷地测定了溶液pH。这是一个重要的发明，它推动了整个分析化学的发展，并为电位分析中酸碱滴定创造了重要的条件。1922年捷克化学家J Heyrovsky 首创极谱分析，标志着电分析方法的发展进入了新的阶段。此后相继出现了交流示波极谱、交流极谱、方波极谱和脉冲极谱等。1964年日本留学生Kuwana在R N Adams教授指导下，将电化学与光化学结合，提出了光谱电化学。1966年S Frant和J Ross首创固态膜和单晶(LaF3）膜的F－选择性电极。此后在世界范围内出现了研究离子选择性电极的热潮，制成了多种多样的阳离子和阴离子的选择性电极。1972年K B Oldham等和1975年M Goto等先后提出了卷积伏安法和去卷积伏安法。1973年R F Lane和A T Hubbard利用铂电极表面吸附具有不同基团的烯属类化合物，再吸附磺基水杨酸根，制成了第一支吸附型的测定Fe(Ⅲ)的化学修饰电极。这种电极突破了电极上电子授受的单一作用，通过物理的、化学的手段在电极表面接上
浅谈应用电化学与生活中的化学
浅谈应用电化学与生活中的化学 电化学是研究电和化学反应之间的相互作用。电化学技术成果与人类的生活和生产实际密切相关,如化学电池、腐蚀保护、表面精饰、金属精炼、电化学传感器等等，同时也应用于电解合成、环境治理、人造器官、生物电池、心脑电图、信息传递等方面。它的发展推动了世界科学的进步，促进了社会经济的发展，对解决人类社会面临的能源、交通、材料、环保、信息、生命等问题已经作出并正在作出巨大的贡献。 下面简单介绍几种应用电化学在生活中的应用： 一、金属腐蚀防护 金属腐蚀在生活中十分常见，全世界每年因腐蚀而造成的金属损失相当于全世界金属产量的1/4以上，我国因腐蚀造成的经济损失达200亿以上。因此金属腐蚀防护研究具有很高的现实意义。 由于绝大部分的金属腐蚀都是电化学腐蚀，因此，电化学方法在金属防护上有极大的应用。 常用的防腐蚀方法有调节PH、阴极保护、阳极保护、金属钝化、金属镀层。 金属的电化学腐蚀：若金属与非电解介质直接反应而腐蚀称为化学腐蚀。 1：金属与电解质溶液(潮湿空气，溶解有杂质或污染物的水，海水)接触。 2：金属/电解质溶液界面可发生阳极氧化溶解过程。 3：若存在相应的阴极还原反应，就构成了自发的原电池，持续放电而腐蚀。 金属之所以受到腐蚀，是由于在金属表面的区域之间存在着电极电势差，即存在着电化学不均匀而造成的，各种不均匀性加速腐蚀，称为局部腐蚀。 金属腐蚀的防护： 1：金属的化学钝化(强氧化剂作用，在表面形成一层致密的氧化物膜)。 2：选配设计合金，改善钝化性能。 3：阴极保护(牺牲阳极，与直流电源的负极相连使成为阴极)。 4：阳极保护(与直流电源的正极相连，使处于f -pH图的钝化区，阳极钝化)。 5：镀层(耐腐蚀金属，油漆，搪瓷，塑料，橡胶等)。 6：缓蚀剂 a：在介质中添加，无机盐类，氧化剂，有机物，减慢反应速度，加大极化。 b：生成胶体粒子，生成难溶性沉淀，发生钝化，有机分子吸附，从而覆盖电极表面，妨碍反应进行，阻止或减缓金属腐蚀。 二、化学电源 1：干电池 酸性锌锰干电池：负极为锌筒，正极为MnO2和活性炭混合物，电解质溶液为NH4Cl和ZnCl2水溶液，加淀粉糊凝固，电极反应为Zn氧化和MnO2还原。 碱性锌锰干电池：负极为汞齐化的锌粉，正极为MnO2粉和炭粉混合物装在一个钢壳内，电解质溶液为KOH水溶液。 2：蓄电池 锂电池：质量轻，Li/Li+标准电极电势最负，导电性和机械性能都很好。 以金属锂或锂合金作为负极，无机物或有机材料做正极如锂|二硫化钼，锂|钒氧化物，锂|二氧化锰，有机聚合物或导电高分子作正极。 3：燃料电池：是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。 a：燃料电池中的燃料和氧化剂都是由外部供给，理论上电池的电极不消耗。 b：只要连续供给燃料和氧化剂，电池就可以连续对外放电。 c：燃料电池所发生的电化学反应实质上就是燃料的燃烧反应。
电化学与生活
电化学与生活 （哈尔滨工业大学能源学院） 摘要：电化学作为化学学科中对社会影响极为广泛的一部分是一个极为重要的学科。本文主要简单介绍了电化学对人们日常生产生活方面的影响和电化学的相关原理，并对原电池和电解池等电化学典型案例进行结构分析和原理介绍。同时将电化学在生活中的具体问题进行了分析，并找出了电化学与人类社会发展之间密不可分的联系。 关键词：电化学，电解池，原电池，氧化还原反应，金属腐蚀，电子转移 一、引言 化学是一门以实验为主的学科，但同时也是用途十分广泛的一门学科，它说涵盖的内容涉及到了人类发展的各个方面，从社会到生活，从学习到工作，从学校到工厂，化学的影子无处不在。化学学科的具体分类分为无机化学，有机化学，物理化学，分析化学，高分子化学，核化学和生物化学等。而本文将要讨论的电化学就是隶属于物理化学科目下的具体学科。 电化学是研究电和化学反应相互关系的科学。电和化学反应相互作用可通过电池来完成，也可利用高压静电放电来实现（如氧通过无声放电管转变为臭氧），二者统称电化学，后者为电化学的一个分支，称放电化学。电化学是研究两类导体形成的带电界面现象及其上所发生的变化的科学。如今已形成了合成电化学、量子电化学、半导体电化学、有机导体电化学、光谱电化学、生物电化学等多个分支。电化学在化工、冶金、机械、电子、航空、航天、轻工、仪表、医学、材料、能源、金属腐蚀与防护、环境科学等科技领域获得了广泛的应用。当前世界上十分关注的研究课题, 如能源、材料、环境保护、生命科学等等都与电化学以各种各样的方式关联在一起。 二、电化学的相关原理 电化学基本原理就是我们在高中时再熟悉不过的氧化还原反应，通过两种物质或在经过中间物质的电子转移来实现电解或发电等相应的化学反应。电化学反应主要包括电解池反应和原电池反应。 1.原电池反应 原电池是主要是利用两个电极之间金属活动性的不同，产生电势差，从而使电子的流动，产生电流。多数原电池的反应是不可逆的，即是只能将化学能转换为电能，而不能像蓄电池那样将电能与化学能相互转化。其中在负极发生氧化反应，即失去电子的反应；正极发生还原反应，即得到相应电子的反应。 原电池的发明历史可追溯到18世纪末期，当时意大利生物学家伽伐尼正在进行著名的青蛙实验，当用金属手术刀接触蛙腿时，发现蛙腿会抽搐。大名鼎鼎的伏打认为这是金属与蛙腿组织液（电解质溶液）之间产生的电流刺激造成的。1800年，伏打据此设计出了现在 被称为伏打电堆的装置，锌为负极，银为正极，用盐水作电解质溶液。1836年，丹尼尔发 明了世界上第一个实用电池，并用于早期铁路信号灯。 原电池主要由三部分组成，分别是两个半电池，盐桥和导线。其中两个半电池上的一般是两种金属活动性相差较大的金属，而铅蓄电池和燃料电池等原电池的两极则是由化合物或燃料气体组成的，它们也是通过相应的化学反应来确保电子的定向转移的。构成原电池时，将这两种金属极板浸泡在相应的电解质溶液中，在电解质外两种金属极板通过导线相连接，以此来保证电子在原电池中的通常运行。 以我们在学校中最常见到的铜锌原电池为例，它就是以锌电极作为负极，铜电极作为阳极。将两块电极分别放在装有硫酸锌溶液和硫酸铜溶液两个烧杯中，由于锌的活动性远强于铜，所以锌极就是该原电池的负极，铜极就是原电池的正极，在在两个烧杯之间用装有氯化钾的盐桥来进行电子转移时的平衡。
浅谈电化学在环境工程中的应用
浅谈电化学在环境工程中的应用 摘要： 概述了电化学在环境保护中的优越性,综述了电化学处理环境污染物的基本方法及原理, 简单介绍了电化学技术在环境工程特别是在处理环境污染物中的应用 ,展望了电化学在环境治理领域的应用前景和发展方向。 关键词：电化学环境工程环境污染物 正文： 电化学是物理化学中的一个重要组成部分。电化学主要是研究电能与化学能之间的相互转化及转化过程中有关规律的科学。它是一门重要的边缘学科，应用范围很广。随着全球环境状况的日益严峻,环境保护及污染物处理问题引起了全世界人们的高度重视。电化学技术由于其自身的优点和特性, 近年来在环境工程中也得到了广泛的应用。 1 电化学在环境保护方面的优越性体现在以下几点：1)在电化学过程中使用高效、清洁的电子作为强氧化还原试剂,是一种基本上对环境无污染的绿色技术,环境兼容性高。2)由于电化学过程使用电场能为反应动力, 所以能量利用率高。 3)电化学利用电流和电压的变化就能对物质进行氧化或还原,易测定和自动控制。4)多功能性电化学过程具有直接或间接氧化与还原、相分离、浓缩与稀释、生物杀伤等功能。同时，与生化法相比,电化学方法一般不受反应物生物毒性的影响,可以作为高毒性、高腐蚀性有机物的有效处理方法,也可以作为生化方法的预处理。5)电化学技术仪器设备简单,易自动化,便于携带,灵敏度和准确度高,选择性好。 2 电化学技术处理环境污染物常用的基本方法及原理 (1)电化学氧化 电化学氧化分为直接氧化和间接氧化两种,属于阳极过程。直接氧化是通过阳极氧化使污染物直接转化为无害物质;间接氧化则是通过阳极反应产生具有强氧化作用的中间物质或发生阳极反应之外的中间反应,使被处理污染物氧化,最终转化为无害物质。
电化学分析方法
杨航锋化学工程2111506055 电化学分析法 电化学分析法是应用电化学原理和技术，利用化学电池内被分析溶液的组成及含量与其电化学性质的关系而建立起来的一类分析方法。操作方便，许多电化学分析法既可定性，又可定量；既能分析有机物，又能分析无机物，并且许多方法便于自动化，可用于，在生产、等各个领域有着广泛的应用。 电化学分析法可分为三种类型。第一种类型是最为主要的一种类型，是利用试样溶液的浓度在某一特定的实验条件下与化学电池中某种电参量的关系来进行定量分析的，这些电参量包括电极电势、电流、电阻、电导、电容以及电量等；第二种类型是通过测定化学电池中某种电参量的突变作为滴定分析的终点指示，所以又称为电容量分析法，如电位滴定法、电导滴定法等；第三种类型是将试样溶液中某个待测组分转入第二相，然后用重量法测定其质量，称为电重量分析法，实际上也就是电解分析法。习惯上按电化学性质参数之间的关系来划分，可分为：电导分析法、电位分析法、电解与库仑分析法、极谱与伏安分析法等。 1.电位分析法 电位分析法是利用电极电位与溶液中待测物质离子的活度（或浓度）的关系进行分析的一种电化学分析法。Nernst方程式就是表示电极电位与离子的活度（或浓度）的关系式，所以Nernst方程式是电位分析法的理论基础。
电位分析法利用一支指示电极（对待测离子响应的电极）及一支参比电极（常用SCE）构成一个测量电池（是一个原电池）如上图所示。在溶液平衡体系不发生变化及电池回路零电流条件下，测得电池的电动势（或指示电极的电位）E ＝φ参比－φ指示由于φ参比不变，φ指示符合Nernst方程式，所以E的大晓取决于待测物质离子的活度（或浓度），从而达到分析的目的。 1.1电位分析法的分类 直接电位法――利用专用的指示电极――离子选择性电极，选择性地把待测离子的活度（或浓度）转化为电极电位加以测量，根据Nernst方程式，求出待测离子的活度（或浓度），也称为离子选择电极法。这是二十世纪七十年代初才发展起来的一种应用广泛的快速分析方法。 电位滴定法――利用指示电极在滴定过程中电位的变化及化学计量点附近电位的突跃来确定滴定终点的滴定分析方法。电位滴定法与一般的滴定分析法的根本差别在于确定终点的方法不同。 1.1.1 直接电位法特点 1.应用范围广――可用于许多阴离子、阳离子、有机物离子的测定，尤其是一些其他方法较难测定的碱金属、碱土金属离子、一价阴离子及气体的测定。因为测定的是离子的活度，所以可以用于化学平衡、动力学、电化学理论的研究及热力学常数的测定。 2.测定速度快，测定的离子浓度范围宽。可以制作成传感器，用于工业生产流程或环境监测的自动检测；可以微型化，做成微电极，用于微区、血液、活体、
电化学阻抗谱的应用及其解析方法
电化学阻抗谱的应用及其解析方法 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来，由于频率响应分析仪的快速发展,交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 阻抗谱中的基本元件 交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的，其中基本的元件包括：纯电阻R ，纯电容C ，阻抗值为1/j ωC ，纯电感L ，其阻抗值为j ωL 。实际测量中，将某一频率为ω的微扰正弦波信号施加到电解池，这是可把双电层看成一个电容，把电极本身、溶液及电极反应所引起的阻力均视为电阻，则等效电路如图1所示。 图1. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的等效电路 图中A 、B 分别表示电解池的研究电极和辅助电极两端，Ra 、Rb 分别表示电极材料本身的电阻，Cab 表示研究电极与辅助电极之间的电容，Cd 与Cd ’表示研究电极和辅助电极的双电层电容，Zf 与Zf ’表示研究电极与辅助电极的交流阻抗。通常称为电解阻抗或法拉第阻抗，其数值决定于电极动力学参数及测量信号的频率，Rl 表示辅助电极与工作电极之间的溶液 电阻。一般将双电层电容Cd 与法拉第阻抗的并联称为界面阻抗Z 。 实际测量中，电极本身的内阻很小，且辅助电极与工作电极之间的距离较大，故电容Cab 一般远远小于双电层电容Cd 。如果辅助电极上不发生电化学反映，即Zf ’特别大，又使辅助 电极的面积远大于研究电极的面积（例如用大的铂黑电极），则Cd ’很大，其容抗Xcd ’比串 联电路中的其他元件小得多，因此辅助电极的界面阻抗可忽略，于是图1可简化成图2，这也是比较常见的等效电路。 图2. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的简化电路 Element Freedom Value Error Error %Rs Free(+)2000N/A N/A Cab Free(+)1E-7N/A N/A Cd Fixed(X)0N/A N/A Zf Fixed(X)0N/A N/A Rt Fixed(X)0N/A N/A Cd'Fixed(X)0N/A N/A Zf'Fixed(X)0N/A N/A Rb Free(+)10000N/A N/A Data File: Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\12861 Dummy Cell.mdl Mode: Run Fitting / All Data Points (1 - 1) Element Freedom Value Error Error %Rs Fixed(X )1500N/A N/A Zf Fixed(X )5000N/A N/A Cd Fixed(X ) 1E-6 N/A N/A Data File: Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\Tutor3 R-C.mdl Mode: Run Simulation / Freq. Range (0.01 - 10000Maximum Iterations: 100 B
最新电化学在生活中的应用
电化学在生活中的应用 电化学是研究电和化学相互关系的科学。它主要通过原电池和电解池来时现，原电池为化学能转化为电能的反应，电解池为电能转化为化学能转化为电能的反应。 电化学与我们的生活息息相关，小的方面看，我们的日常生命活动离不开电化学，航空航天各个领域都离不开电化学。下面将详细进行介绍： 原电池是由电极和电解质溶液构成的一个整体，它主要包含以下两种类型。 （类型一） （类型二） 它们两个在构成上的主要差别为是否有盐桥，在反应速度上类型一更加快速，在相同的时间内能够提供更多的电能。构成原电池需要以下条件：1.存在电子的转移2.构成闭合回路3.存在合适的电解质溶液。在原电池中存在电子的定向移动而形成的电流，点在在外电路中是由负极流向正极的，因此电流是从正极流向负极的，而在内电路中恰恰相反是由正极流向负极的。当我们在外电路上接入用电器时它就能对外供电了，但是每种原电池的电动势都是由其自身所决定的，其电动势为E=EΘ- RTlnJa/ZF。一般情况下原电池的电动势都比较小（例如，普通电池的电动势为1.5V）
不能直接用于生活生产，只有某些小型的耗电设备能利用，并且需要串联使用，因此开发较大电动势的原电池是我们需要努力的方向。 原电池的组成用图示表达，过于麻烦。为书写简便，原电池的装置常用方便而科学的符号来表示。其写法习惯上遵循如下几点规定： 1. 一般把负极写在电池符号表示式的左边，正极写在电池符号表示式的右边。 2. 以化学式表示电池中各物质的组成，溶液要标上活度或浓度（mol/L），若为气体物质应注明其分压(Pa)，还应标明当时的温度。如不写出，则温度为298.15K，气体分压为101.325kPa，溶液浓度为1mol/L。 3. 以符号“∣”表示不同物相之间的接界，用“‖”表示盐桥。同一相中的不同物质之间用“，”隔开。 4. 非金属或气体不导电，因此非金属元素在不同氧化值时构成的氧化还原电对作半电池时，需外加惰性导体（如原电池铂或石墨等）做电极导体。其中，惰性导体不参与电极反应，只起导电（输送或接送电子）的作用，故称为“惰性”电极。 按上述规定，Cu－Zn原电池可用如下电池符号表示： （-）Zn(s)∣Zn2+ (C)‖Cu2+ (C)∣ Cu(s) （+）① 从反应的机理来看构成原电池需要有电子的转移，由此来看需要为氧化还原反应，但是实际上并不是所有的原电池都是由氧化还原反应构成的，还存在一种浓差电池。 浓差电池是由于电池中存在浓度差而产生的，并且浓差电池也可分为两种:1.电解质浓度不同而形成的浓差电池2.电极不同而形成的浓差电池。标准的浓差电池的电动势为E=0. 另外浓差电池也可分为单液浓差电池和双液浓差电池两大类，其区别方法为：组成电池的两个电极液种类或活度相同，而两个电极的活度或逸度不同（如汞齐电极、气体电极）而组成的电池，称为单液浓差电池；电极相同，电极反应相同，只是电极液的浓度（或活度）不同，称为双液浓差电池。 另外腐蚀可分为两种：析氢腐蚀和吸氧腐蚀。其中析氢腐蚀时会释放出氢气，而吸氧腐蚀会吸收如部分氧气。从危害来讲析氢腐蚀的危害更加严重，它是原电池的一种反应，反应速度较快，对设备的危害最大，尤其是在酸雨频发的地区，另外对于炼油厂以及化工厂的危害也尤其巨大。 根据原电池的原理人们设计了很多很实用的设备，例如手机电池在放电时就是一个原电池，并且它可以进行充电，只不过在其充电时是一个电解池。另外原电池的
(完整word版)电化学在实际中的应用
电化学在实际中的应用 王斌 0809401046 摘要：本文介绍了电化学在物理化学中的地位，在实际中的应用。 关键词：电化学氰化金钾 物理化学是大学里很重要的一门课，对于想考化学方向研究生的人来说，物理化学尤为重要。它的研究对象涵盖范围广阔，是一门基础课程，几乎每个学校化学方向的考研都要考物理化学，学好物理化学这门课是考研的必要条件。电化学是物理化学的一个重要组成部分，它不仅与无机化学、有机化学、分析化学和化学工程等学科相关，还渗透到环境科学、能源科学、生物学和金属工业等领域。在物理化学的众多分支中，电化学是唯一以大工业为基础的学科。 它的应用分为以下几个方面：1 电解工业，其中的氯碱工业是仅次于合成氨和硫酸的无机物基础工业、耐纶66的中间单体己二腈是通过电解合成的；铝、钠等轻金属的冶炼，铜、锌等的精炼也都用的是电解法；2 机械工业要用电镀、电抛光、电泳涂漆等来完成部件的表面精整；3 环境保护可用电渗析的方法除去氰离子、铬离子等污染物；4化学电源；5金属的防腐蚀问题，大部分金属腐蚀是电化学腐蚀问题；6许多生命现象如肌肉运动、神经的信息传递都涉及到电化学机理；7应用电化学原理发展起来的各种电化学分析法已成为实验室和工业监控的不可缺少的手段。我想谈谈电化学合成方面的应用，同时也借此加深对电化学的理解。 何谓电化学？电化学就是主要研究电能和化学能之间互相转化以及转化过程中相关规律的科学。我们物理化学书上涉及到的电化学知识，有三个方面，分别是：电解质溶液；可逆电池的电动势及其应用；电解与极化作用。这三个方面总结起来看，就是介绍的电解池与原电池的各个部分。电解质溶液研究的是这两个池的导电介质，可逆电池的电动势及其应用研究的是电池的电动势，电解与极化作用谈论的是电极极化作用和电解池的电解。可见电池是贯穿电化学始终的关键概念。 电化学的应用实际就是利用电化学反应进行电化学合成。如何使本来不能自发进行的反应能够进行下去呢？较便捷的方法就是给反应体系通电，这就是电化学反应。利用电化学反应进行合成的方法即为电化学合成法。电化学合成本质上是电解。要想将电能输入反应体系，使不能自发进行的反应能够进行，就必须利用电化学的反应器—电解池或者简称电池。
电化学分析法在药物分析中的应用
电化学分析法在药物分析中的应用 电化学分析法electrochemical analysis 是基于溶液电化学性质的化学分析方法，是由德国电化学分析法化学家C.温克勒尔在19世纪首先引入分析领域的，仪器分析法始于1922年捷克化学家J.海洛夫斯基建立极谱法。电化学分析法的基础是在电化学池中所发生的电化学反应。电化学池由电解质溶液和浸入其中的两个电极组成，两电极用外电路接通。在两个电极上发生氧化还原反应，电子通过连接两电极的外电路从一个电极流到另一个电极。根据溶液的电化学性质（如电极电位、电流、电导、电量等）与被测物质的化学或物理性质（如电解质溶液的化学组成、浓度、氧化态与还原态的比率等）之间的关系，将被测定物质的浓度转化为一种电学参量加以测量。根据国际纯粹化学与应用化学联合会倡议，电化学分析法分为三大类：①既不涉及双电层，也不涉及电极反应，包括电导分析法、高频滴定法等②涉及双电层，但不涉及电极反应，例如通过测量表面张力或非法拉第阻抗而测定浓度的分析方法。③涉及电极反应，又分为两类：一类是电解电流为0，如电位滴定；另一类是电解电流不等于0，包括计时电位法、计时电流法、阳极溶出法、交流极谱法、单扫描极谱法、方波极谱法、示波极谱法、库仑分析法等。 毛细管电泳在药物分析中的应用 1前言 毛细管电泳(CE)的历史可以归溯到1967年Hejerten发表的博士论文，现在人们普遍将CE定义为在内径100 μm以内的毛细管中进行的电泳分析，它的出发点应归功于1979年Mikkers等人在内径0.2 mm的聚四氟乙烯管中进行的研究。1981年Jorgenson和Lukacs发表的研究论文对CE的发展作出了决定性的贡献，他们用内径75 μm的毛细管对荧光标识氨基酸化合物进行CE测定，获得理论塔板数高达40万的高分离性能，并且深入地阐明了CE 的一些基本性能和分离的理论依据。1984年Terabe［1］等人提出了胶束动电毛细管色谱法(MEKC)，使许多电中性化合物的分离成为可能，大大拓宽了CE的应用范围。到80年代后期，CE的研究成为分析化学领域的热门课题，至今已有各种英文专著10多部，这里列举3部与药物分析有密切关系的专著［2～4］，从80年代末开始每年都有多次国际性CE学术会议，表1列出比较有代表性的国际性HPCE会议召开地点和专辑情况，可以看出到目前为止CE研究的中心仍然还在美国。通过STN(the Scientific & Technical Information Network)对美国化学文摘的检索结果表明，90年代以来，CE的论文数几乎成直线上升，应用范围迅速扩大，大有取代目前广泛应用的高效液相色谱(HPLC)之势。鉴于文章篇幅的限制，并考虑到药物分析涉及的范围广、品种多的特点，本文从应用出发，着重叙述一些普通低分子有机合成药的CE分析情况。有关更为详细的综述可以参考最近的报道［5］和J Chromatogr A 的特集［2］。 2CE与药物分析 药物分析大致可分为二大部分：一是原药的定量，原药中不纯物的测定、药剂的分析以及对它们的稳定性的评价等以药品质量管理为目的的测试方法。这些方法要求有良好的选择
电化学分析习题答案
电化学分析习题 一、选择题 1.不属于电化学分析法的是C A．电位分析法 B. 极谱分析法 C. 电子能谱法 D. 库仑滴定 2. Ag-AgCl参比电极的电极电位取决于电极部溶液中的 B A．Ag+活度 B. Cl-活度 C. AgCl活度 D.Ag+和Cl-活度之和 3.正确的饱和甘汞电极半电池组成为B A. Hg/Hg2Cl2(1mol/L)/KCl(饱和) B．Hg/Hg2Cl2(固)/KCl(饱和) C．Hg/Hg2Cl2(固)/KCl(1mol/L) D．Hg/HgCl2(固)/KCl(饱和) 4．pH玻璃电极的膜电位产生是由于测定时，溶液中的 D A．H+离子穿过了玻璃膜 B.电子穿过了玻璃膜 C．Na+与水化玻璃膜上的Na +交换作用 D.H+与水化玻璃膜上的H+交换作用 5.玻璃电极使用前，需要C A．在酸性溶液中浸泡1h B.在碱性溶液中浸泡1h C.在水溶液中浸泡24h D.测量的pH不同，浸泡溶液不同 6.氟离子选择电极对氟离子具有较高的选择性是由于 B A．只有F-能透过晶体膜 B.F-能与晶体膜进行离子交换 C．由于F-体积比较小 D.只有F-能被吸附在晶体膜上 7. 在电位法中离子选择性电极的电位应与待测离子的浓度D A. 成正比 B. 的对数成正比 C. 符合扩散电流公式的关系 D. 符合能斯特方程式 8. 当金属插入其金属盐溶液时，金属表面和溶液界面会形成双电层，所以产生了电位差。此电位差为B Ａ．液接电位Ｂ．电极电位Ｃ．电动势Ｄ．膜电位 9. 用ｐＨ玻璃电极测定ｐＨ为１３的试液，ｐＨ的测定值与实际值的关系为 B Ａ．测定值大于实际值Ｂ．测定值小于实际值Ｃ．二者相等Ｄ．不确定 10.直接电位中，加入TISAB的目的是为了 C A．提高溶液酸度 B．恒定指示电极电位 C．固定溶液中离子强度和消除共存离子干扰 D．与待测离子形成配合物 11.测量pH时，需要用标准pH溶液定位，这是为了 D A．避免产生酸差 B.避免产生碱差 C．消除温度的影响 D.消除不对称电位和液接电位的影响 12.玻璃电极不包括 C A．Ag-AgCl参比电极Ｂ．一定浓度的ＨＣｌ溶液 Ｃ．饱和ＫＣｌ溶液Ｄ．玻璃膜 13.电位测定水中F-含量时，加入ＴＩＳＡＢ溶液，其中ＮａＣｌ的作用是 B
电化学阻抗谱的解析与应用
电化学阻抗谱解析与应用 交流阻抗发式电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来，由于频率响应分析仪的快速发展,交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 1. 阻抗谱中的基本元件 交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的，其中基本的元件包括：纯电阻R ，纯电容C ，阻抗值为1/j ωC ，纯电感L ，其阻抗值为j ωL 。实际测量中，将某一频率为ω的微扰正弦波信号施加到电解池，这是可把双电层看成一个电容，把电极本身、溶液及电极反应所引起的阻力均视为电阻，则等效电路如图1所示。 Element Freedom Value Error Error %Rs Free(+)2000N/A N/A Cab Free(+)1E-7N/A N/A Cd Fixed(X)0N/A N/A Zf Fixed(X)0N/A N/A Rt Fixed(X)0N/A N/A Cd'Fixed(X)0N/A N/A Zf'Fixed(X)0N/A N/A Rb Free(+)10000N/A N/A Data File:Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\12861 Dummy Cell.mdl Mode: Run Fitting / All Data Points (1 - 1) Maximum Iterations:100Optimization Iterations:0Type of Fitting: Complex Type of Weighting: Data-Modulus 图1. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的等效电路 图中A 、B 分别表示电解池的研究电极和辅助电极两端，Ra 、Rb 分别表示电极材料本身的电阻，Cab 表示研究电极与辅助电极之间的电容，Cd 与Cd ’表示研究电极和辅助电极的双电层电容，Zf 与Zf ’表示研究电极与辅助电极的交流阻抗。通常称为电解阻抗或法拉第阻抗，其数值决定于电极动力学参数 及测量信号的频率，Rl 表示辅助电极与工作电极之间的溶液电阻。一般将双电层电容Cd 与法拉第阻抗的并联称为界面阻抗Z 。 实际测量中，电极本身的内阻很小，且辅助电极与工作电极之间的距离较大，故电容Cab 一般远远小于双电层电容Cd 。如果辅助电极上不发生电化学反映，即Zf ’特别大，又使辅助电极的面积远大于研究电极的面积（例如用大的铂黑电极），则Cd ’很大，其容抗Xcd ’比串联电路中的其他元件小得多，因此 辅助电极的界面阻抗可忽略，于是图1可简化成图2，这也是比较常见的等效电路。 图2. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的简化电路 2. 阻抗谱中的特殊元件 以上所讲的等效电路仅仅为基本电路，实际上，由于电极表面的弥散效应的存在，所测得的双电层 电容不是一个常数，而是随交流信号的频率和幅值而发生改变的，一般来讲，弥散效应主要与电极表面电流分布有关，在腐蚀电位附近，电极表面上阴、阳极电流并存，当介质中存在缓蚀剂时，电极表面就会为缓蚀剂层所覆盖，此时，铁离子只能在局部区域穿透缓蚀剂层形成阳极电流，这样就导致电流分布 极度不均匀，弥散效应系数较低。表现为容抗弧变“瘪”，如图3所示。另外电极表面的粗糙度也能影响弥散效应系数变化，一般电极表面越粗糙，弥散效应系数越低。 2.1 常相位角元件（Constant Phase Angle Element ，CPE ） 在表征弥散效应时,近来提出了一种新的电化学元件CPE,CPE 的等效电路解析式为： p j T Z )(1ω?=，CPE 的阻抗由两个参数来定义，即CPE-T ，CPE-P ，我们知道， )2sin()2cos(ππp j p j p +=，因此CPE 元件的阻抗Z 可以表示为
电化学方法及应用
电化学方法的应用 电化学方法作为一种特殊的化学过程,在环境保护,尤其在"三废"的处理过程中显示了其独特的优越性。电化学方法具有适用性广：能量效率高：容易自动化操作：对环境友好：成本比较低等许多优点。 一、采用电解法处理硫化氢气体 硫化氢既是环境污染物, 又是重要的硫资源。采用电解的方法处理硫化氢水溶液, 从而在阳极产生硫磺和阴极产生氢气的研究, 符合环境保护与资源回收利用之目的，具有重要的理论与实际应用价值。 硫化氢气体能有效地被碱性溶液吸收，电解该溶液可得高纯氢气和晶态硫，电解所需理论电压低，约0.2V, 远低于电解水的电压。通过调整电池操作条件，把氢气在一定压力下储存起来，再将部分氢气用于H2/O2燃料电池作为电解时的电能。 二、含无机盐废水的电化学处理 采用电沉积法回收溶解性金属离子。电沉积是利用电解液中不同金属组分的电位差，将自由态或是结合态的金属在阴极析出的过程。 适宜的电位是电沉积反应能否发生的关键，无论金属处于哪种状态，均可根据溶液中实际离子活度的大小，由能斯特方程确定电位的高低。此外在复杂系统中，pH值对金属离子的沉积也起着很重要的作用。 电沉积反应实际发生的速度不仅与系统的热力学性质有关，更重要的是与动力学特性相关。具有正电位的氧化还原系统会将氢原子氧化为质子，并在不断强化的氧化条件下提高正电位，反之亦然。负电位增加时，还原剂，即电子供体，会将质子还原成氢原子。电化学序列中的电位排序决定了有关物质的氧化还原能力，即金属的析出能力和顺序。 三、电化学法在修复污染土壤中的应用 污染土壤的常规处理技术中，采用溶剂淋洗技术能有效去除土壤中可溶性的有机或无机污染物，但对非水溶性的污染物以及密实型土壤，其应用非常困难。另外，土壤淋洗过程中所使用的大量化学试剂对环境的影响也非常严重。热脱附和蒸汽萃取方法主要是针对具有挥发性的有机污染物以及金属汞污染的土壤。
浅谈应用电化学与生活中的化学
应用电化学在生活中的应用电化学是研究电和化学反应之间的相互作用。电化学技术成果与人类的生活和生产实际密切相关,如化学电池、腐蚀保护、表面精饰、金属精炼、电化学传感器等等，同时也应用于电解合成、环境治理、人造器官、生物电池、心脑电图、信息传递等方面。它的发展推动了世界科学的进步，促进了社会经济的发展，对解决人类社会面临的能源、交通、材料、环保、信息、生命等问题已经作出并正在作出巨大的贡献。应用电化学在生活中的应用有几个方面： 首先是金属的腐蚀防护。金属腐蚀在生活中十分常见，全世界每年因腐蚀而造成的金属损失相当于全世界金属产量的1/4以上，我国因腐蚀造成的经济损失达200亿以上。因此金属腐蚀防护研究具有很高的现实意义。由于绝大部分的金属腐蚀都是电化学腐蚀，因此，电化学方法在金属防护上有极大的应用。 金属的电化学腐蚀是指金属与非电解介质直接反应而造成的腐蚀。 能造成金属电化学腐蚀的原因有：金属与电解质溶液(潮湿空气，溶解有杂质或污染物的水，海水)接触；金属/电解质溶液界面可发生阳极氧化溶解过程；若存在相应的阴极还原反应，就构成了自发的原电池，持续放电而腐蚀。总之，金属之所以受到腐蚀，是由于在金属表面的区域之间存在着电极电势差，即存在着电化学不均匀而造成的，各种不均匀性加速腐蚀，又称为局部腐蚀。 常见的金属腐蚀的防护有：金属的化学钝化(强氧化剂作用，在表面形成一层致密的氧化物膜)；选配设计合金，改善钝化性能；阴极保护(牺牲阳极，与直流电源的负极相连使成为阴极)；阳极保护(与直流电源的正极相连，使处于f -pH 图的钝化区，阳极钝化)；镀层(耐腐蚀金属，油漆，搪瓷，塑料，橡胶等)；缓蚀剂。例如在介质中添加，无机盐类，氧化剂，有机物，减慢反应速度，加大极化，或者生成胶体粒子，生成难溶性沉淀，发生钝化，有机分子吸附，从而覆盖电极表面，妨碍反应进行，阻止或减缓金属腐蚀。 其次，是有机物的电解合成。医药品、农药、香料等精细化学品，采用电解合成，相对于传统的有机合成和发酵合成，有许多优势。有机电合成方法可以在温和的条件下，制取许多精细化学品。用电子代替高污染的氧化剂与还原剂，是一种对环境友好的洁净合成。且反应电流电压可调，反应易控制。它的优点主要有：可以免于使用有毒或危险的试剂，而且电子是最清洁的反应剂，在反应体系中除了原料和生成物外，通常不再含其他反应试剂，因此所得到的产物容易分离和提纯，产品纯度高，环境污染小；可以通过改变电极电势制备不同的有机产品，具有高度的选择性，副反应少；对于使用化学方法难以合成，或者热力学上非自发的反应也可以进行；电合成反应一般在常温常压下就可进行，与化学法相比，无需加热和加压设备；有些电化学反应体系，电反而可能成为化学品生产的副产物，从而减低电能的消耗；反应的装置具有通用性，同一电解合成槽可用于多种合成反应；可以通过调节超电势控制反应速率，甚至可以随时终止或启动反应；电能直接转换化学能效率高。 电解合成由于其易于控制、对环境污染小、可在常温常压下进行等优势，具有良好的应用前景。但由于有消耗大量电能、占用厂房面积大、电极制造困难、电极易受污染易被腐蚀等缺点，限制了其应用前景。现阶段，国内外电解合成精细化学品的研究极为活跃，研究成果众多。 此外，在其他应用和研发中也涉及到了电化学。例如：电解和电镀；金属电化学加工；金属的提炼，电溶解与电沉积，成型和表面性能加工，微建造；电极的
电化学阻抗谱的应用分析
电化学阻抗谱的应用分析 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的 重要手段。特别是近年来，由于频率响应分析仪的快速发展，交流阻抗的测试精度越来越高， 超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化 程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱 发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 阻抗谱中的基本元件 交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的，其中基本的元件包括：纯电阻R,纯电容C,阻抗值为1/j 3 C,纯电感L,其阻抗值为j 3 L。实际测量中，将某一频率为3的微扰正弦波信号施加到电解池，这是可把双电层看成一个电容，把电极本身、溶液及电极反应所引 起的阻力均视为电阻，则等效电路如图1所示。 Element Freedom Value Error Error % 图中A、B分剁谡示电解池唯e(尊极和辅1200极两端，N/A Ra、Rb分N/表示电极材料本身的电阻，Cab表郴跳电极与辅助豳极立间的电容--7 Cd与N Cd'表示研究翩A和辅助电极的双电 层电容，Zf与C Zf '表示研究电核肉XI助电极的交流阻抗。顺称为电解阻NA法拉第阻抗，其数值决定于电皱动力学参数族苗密令号的频% Rl源A辅助电极与WA作电极之间的溶液Rt Fixed(X) 0 N/A N/A 电阻。一般将双Cd层电容C 电化学的发展与应用 电化学是研究电与化学反应相互关系的学科,从1800年Volta制成第一个化学电池开始到两个世纪后的今天,电化学涉及的领域已经越来越广阔,如化学电源、电化学分析、电化学合成、光电化学、电催化、电冶金、电解、电镀等等都属于电化学范畴。 电化学的研究内容主要包括两个方面：一个是电解质的研究，其中包括电解质的导电性质、离子的传输性质、参与反应离子的平衡性质等；另一方面是电极的研究，其中包括电极的平衡性质和通电后的极化性质。 电化学过程是借助电化学池来完成，电化学池可分为两类：原电池和电解池。原电池是一个能自发进行的分别在原电池的负极和正极上发生氧化反应和还原反应的装置，从而在外电路中产生电流。电解池是将电能转化为化学能的装置。电解是使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。电解是使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）。 电化学的发展 在1663年，德国物理学家Otto von Guericke 创造了第一个发电机，通过在机器中的摩擦而产生静电。这个发电机将一个巨大的硫球放入玻璃球中，并固定在一棵轴上制成的。通过摇动曲轴来转动球体，当一个衬垫与转动的球发生摩擦的时候就会产生静电火花。这个球体可以拆卸并可以用作电学试验的来源。 在17世纪中叶，法国化学家Charles François de Cisternay du Fay 发现了两种不同的静电，即同种电荷相互排斥而不同种电荷相互吸引。Du Fay 发布说电由两种不同液体组成："vitreous" (拉丁语”玻璃“)，或者正电；以及"resinous", 或者负电。这便是电的双液体理论，这个理论被17世纪晚期Benjamin Franklin 的单液体理论所否定。 1781年，查尔斯.奥古斯丁库仑(Charles-Augustin de Coulomb) 在试图研究由英国科学家Joseph Priestley 提出的电荷相斥法则的过程中发展了静电相吸的法则。 1791年伽伐尼发表了金属能使蛙腿肌肉抽缩的“动物电”现象，一般认为这是电化学的起源。1799年伏打在伽伐尼工作的基础上发明了用不同的金属片夹湿纸组成的“电堆”，即现今所谓“伏打堆”。这是化学电源的雏型。在直流电机发明以前，各种化学电源是唯一能提供恒稳电流的电源。1834年法拉第电解定律的发现为电化学奠定了定量基础。 19世纪下半叶，经过赫尔姆霍兹和吉布斯的工作，赋于电池的“起电力”(今称“电动势”)以明确的热力学含义；1889年能斯特用热力学导出了参与电极反应的物质浓度与电极电势的关系，即著名的能斯脱公式；1923年德拜和休克尔提出了人们普遍接受的强电解质稀溶液静电理论，大大促进了电化学在理论探讨和实验方法方面的发展。 20世纪40年代以后，电化学暂态技术的应用和发展、电化学方法与光学和表面技术的联用，使人们可以研究快速和复杂的电极反应，可提供电极界面上分电化学的发展与应用