电化学基础-王玮

第 7 讲 电化学基础知行合一、经世致用7.7 元素电势图及其应用，实用化学电源7.7 Element potential diagram and its application,Practical chemical power supply本次课主要内容：元素电势图及其应用实用化学电源元素电势图：把同一元素的不同氧化态物质，按照其氧化数由高到低的顺序从左至右排列成图，并在两种氧化态之间的连线上标出 25℃时相应电对的标准电极电势值而得到的图。

-有注明了E A Ө 、E B Ө 的酸性介质和碱性介质中的元素电势图之分。

-如 Cu 在酸性介质中的元素电势图：Cu 2+ Cu + Cu0.16070.5180E A Ө / V 0.3394-主要用于求未知电对的标准电极电势和判断歧化反应能否发生元素电势图的应用1. 求未知电对的标准电极电势z 1z 2z 3A B z x E xE 1C E 2DE 3图中，z 为任意一电对不同氧化态之间元素氧化数的差值。

（1）A + z1e-⇌ B E1Ө ∆r G m1Ө = –z1FE1Ө（2）B + z1e-⇌ C E2Ө ∆r G m2Ө = –z2FE2Ө（3）C + z3e-⇌ D E3Ө ∆r G m3Ө = –z3FE3Ө +）（4）A + z x e-⇌ D E xӨ ∆r G m xӨ = –z x FE xӨ根据盖斯定律，由于电极反应（4）=（1）+（2）+（3） 则： ∆r G m xӨ = ∆r G m1Ө + ∆r G m2Ө + ∆r G m3Ө且：z x = z1 + z2 + z3再根据： r G mӨ = – z FEӨ则有： -z x FE xӨ = - z1FE1Ө - z2FE2Ө - z3FE3Өz x E xӨ = z1E1Ө + z2E2Ө + z3E3Ө故：E xӨ =z1E1Ө + z2E2Ө + z3E3Өz x已知 25 ℃ 时，在酸性溶液中 E 1Ө(Cu 2+/Cu +) = 0.1607V ， E 2Ө(Cu 2+/Cu) = 0.3394 V ，试求 E x Ө(Cu +/Cu)。

学院化工学院专业生物工程年级2015级本科一年级姓名冯国政学号**********指导教师王为2016年5月14日浅谈生物电池摘要从我们读到的文献上发现目前生物电池按照作用机理可以大致以下两类。

一是生物质产氢，然后利用氢能进行发电。

二是生物直接在电极将有机物（如糖类）氧化，进行直接发电。

按照产电的主体划分又可以分为酶燃料电池和微生物燃料电池。

本文将主要讨论生物电池的历史、微生物燃料电池、酶生物燃料电池，还将对生物电池的前景进行展望。

1 生物电池的历史早在1910年，英国植物学家就将铂作为电极置于大肠杆菌的培养液里，成功地制造出了世界上第一个细菌电池。

1984年，美国科学家设计出一种用于太空飞船的细菌电池，其电极的活性物来自宇航员的尿液和活细菌。

但当时的细菌电池发电效率较低。

到了20世纪80年代末，细菌发电取得重要进展，英国化学家让细菌在电池组里分解分子以释放电子并向阳极运动产生电能。

他们在糖液中添加某些诸如染料之类的芳香族化合物作为稀释液来提高生物系统输送电子的能力，而在细菌发电期间还需朝电池里不断充气并搅拌细菌培养液和氧化物的混和物。

理论上，利用这种细菌电池每100g糖可获得1352930库仑的电能，其效率可达40%远高于当时使用的电池的效率，而且还有10%的潜力可挖掘。

只要不断地往电池里添入糖就可获得2A电流，且能持续数月之久。

利用细菌发电原理，人们正在构想建立细菌发电站。

比如，基于10m见方的立方体容器内的细菌培养液，可建立起一个1000kW的细菌发电站，每小时耗糖量为200kg。

发电成本虽然高一些，但这是一种对环境无污染的“绿色”电站。

且随着技术的发展，完全可用诸如锯末、秸秆、落叶等废有机物的水解物来代替糖液。

因此，细菌发电的前景十分诱人。

[1]2 微生物燃料电池2.1 微生物燃料电池的原理微生物燃料电池本质上是收获微生物代谢过程中产生的电子并引导电子产生电流的系统。

（如图1）微生物燃料电池的功率输出取决于系统传递电子的数量和速率以及阳极与阴极间的电位差。

《中学化学教材分析与研究》期末作业化学学院2009级4班丁弘正2009210322指导老师：曾艳化学选修4 化学反应原理第四章电化学基础一、分析教材中知识内容的本体化学选修4中包括三部分内容，即化学反应与能量变化、化学反应速率与化学平衡以及溶液中的离子反应。

本章电化学基础与第一章化学反应与能量同属化学反应与能量变化的范畴。

与苏教版、鲁科版教材将电化学部分并入化学反应与能量变化一章不同，人教版高中化学教材将其单独提出作为一章安排在本册教材的最后。

这样的安排一方面是由于在难易程度上，化学反应热的部分相对简单，学生在义务教育阶段和高中必修阶段中都有所接触，对其比较熟悉，因此接受相关内容知识较为容易。

此外化学热力学部分知识，告诉学生一个化学反应能否发生，是研究化学反应原理的基础和前提，故将其列为选修4的第一章，让学生最先学习该部分内容。

而电化学部分中，其电极反应、电池反应等内容虽然在必修阶段有所涉及，但所讲授的内容较为简单，学生没有深入学习，因此对该部分内容的掌握存在一定困难。

同时，在该部分内容的学习上，需要用到弱电解质电离等相关知识，因此，教材将其单独列为一章放在最后，让学生在有了一定理论基础和学习化学反应原理方法的基础上再来学习。

在这一章的编排顺序上，教材首先从学生已经在必修阶段有所接触的原电池入手，在巩固、强化学生普通原电池反应原理、电极反应基础上，引入盐桥、半电池的概念。

在第2节学习化学电池的过程中，与必修阶段仅仅作简单介绍相比，选修4中的学习更加注重反应的本质，各类电池的优缺点及相互之间的联系与差异。

在学习完化学能转化为电能的知识后，教材安排了电能转化为化学能，即电解池的相关知识。

而在本章内容的最后，教材安排了金属的电化学腐蚀与防护一节，需要学生将原电池与电解池的相关知识，综合运用到解决实际问题上，是对学生分析问题能力的提升。

纵观电化学基础一章的编排，教材由浅入深，从学生较为熟悉的内容开始入手，逐渐引入新的知识点，引导学生一步步学习，既符合学科知识的逻辑顺序，又适应了学生的认知和心理发展顺序，有利于学生更好地学习掌握该部分的知识内容。

浅析电化学杀菌陈柏如10121966摘要：长期以来在水处理领域中的杀菌方法分为化学法和物理法两类，其中化学法指向待处理水溶液中加入化学剂，如C12、NaClO、O2、H2O2等来杀灭细菌，成本低，效果理想，但对环境不友好，物理法则通过紫外线，超声波等技术手段来杀菌，环保但是不能持续杀菌。

而作为兼顾环保和杀菌的电化学杀菌法正迅速发展，目前电化学杀菌的两种主要方法是通电杀菌和高压电脉冲杀菌，其作用机理也分两种，直接杀菌和间接杀菌。

直接杀菌：通过电场作用直接导致细菌细胞膜分解或发生电穿孔现象从而使细菌死亡。

间接杀菌：通过电解产生的强氧化性中间产物来杀灭细菌。

但在实际操作过程中，电化学法杀菌还是存在缺陷的，比如能耗高，成本高，杀菌效果与传统化学杀菌相比还是较低。

特别是通过高压电脉冲法使细菌细胞膜发生电穿孔现象从而导致细菌死亡的过程中，部分发生穿孔的细胞膜能够复原，这种现象导致杀菌效率的降低。

我们是否能够通过分析细菌的一些基本生理结构和代谢途径，结合一些化学或者物理的方法，在现有的电化学杀菌理论的基础上做一些调整从而提高电化学杀菌的效率，本文将做一些浅显的分析。

关键字：电化学；杀菌；细胞结构1电化学杀菌法的优点与不足1.1电化学杀菌的两个主要机理：直接作用和间接作用直接作用：在电场的作用下，电能产生的机械压缩作用能够使细胞膜发生不可逆形变，使细胞膜分解，细胞质部分或全部流出。

造成细菌最终死亡。

电穿孔作用则是由于电场的作用使得细菌细胞膜的磷脂双分子层及蛋白质失稳，因此小分子的物质能够自由透过细胞膜进入细胞内，从而引起细胞膜的膨胀破裂。

间接作用：在电解的过程中产生一些强氧化性的中间产物，列如臭氧，次氯酸等物质，当这些物质通过细胞壁穿透到细菌内部时氧化细菌的酶系统而使细菌死亡。

1.2 电化学杀菌的两个主要方法：电解杀菌和高压电脉冲杀菌法电解杀菌法：电解杀菌法的机理有直接作用也有间接作用，且电场对细胞膜的不可逆破坏是杀菌的主要原因。