应用电化学-第三章

前言电化学的应用举例：(1)电合成无机物和有机物，例如氯气、氢氧化钠、高锰酸钾、己二腈、四烷基铅(2)金属的提取与精炼，例如熔盐电解制取铝、湿法电冶锌、电解精炼铜(3)电池，例如锌锰电池、铅酸电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池、太阳能电池(4)金属腐蚀和防护，采取有效的保护措施，例如电化学保护、缓蚀剂、电化学氧化等(5)表面精饰，包括电镀、阳极氧化、电泳涂漆等(6)电解加工，包括电成型(电铸)、电切削、电抛磨(7)电化学分离技术，例如电渗析、电凝聚、电浮离等应用于工业生产或废水处理(8)电分析方法，极谱、pH计等在工农业、环境保护、医药卫生等方面的应用电解和电池已经形成规模庞大的电化学工业。

第二章电催化过程电催化：在电场的作用下，存在于电极表面或液体相中的修饰物（可以是电活性的和非电活性的物质）能促进或抑制在电极上发生的电子转移反应，反应前后修饰物本身不发生变化的一类化学反应。

修饰物即为电催化剂。

电催化与常规化学催化的区别：1、在常规的化学催化作用中，反应物和催化剂之间的电子传递是在限定区域内进行的。

因此，在反应过程中，既不能从外电路中送入电子，也不能从反应体系导出电子或获得电流。

2、在电极催化反应中电子的传递过程与此不同，有纯电子的转移。

电极作为一种非均相催化剂既是反应场所，又是电子的供－受场所，即电催化反应同时具有催化化学反应和使电子迁移的双重功能。

3、在常规化学催化反应中，电子的转移过程也无法从外部加以控制。

在电催化反应过程中可以利用外部回路来控制超电压，从而使反应条件、反应速度比较容易控制，并可以实现一些剧烈的电解和氧化－还原反应的条件。

电催化反应输出的电流则可以用来作为测定反应速度快慢的依据。

4、在电催化反应中，反应前后的自由能变化幅度相当大。

在大多数场合下，由反应的种类和反应条件就可以对反应进行的方向预先估出。

因此对于电解反应来说，通过改变电极电位，就可以控制氧化反应和还原反应的方向。

第一章习题解答：1试推导下列各电极反应的类型及电极反应的过程。

(1)++→+242Ce e Ce解：属于简单离子电迁移反应，指电极/溶液界面的溶液一侧的氧化态物种4Ce +借助于电极得到电子，生成还原态的物种2Ce +而溶解于溶液中，而电极在经历氧化-还原后其物理化学性质和表面状态等并未发生变化，(2)-→++OH e O H O 44222解：多孔气体扩散电极中的气体还原反应。

气相中的气体2O 溶解于溶液后，再扩散到电极表面，然后借助于气体扩散电极得到电子，气体扩散电极的使用提高了电极过程的电流效率。

(3)Ni e Ni →++22解：金属沉积反应。

溶液中的金属离子2Ni +从电极上得到电子还原为金属Ni ，附着于电极表面，此时电极表面状态与沉积前相比发生了变化。

(4)-+→++OH s MnOOH O H e s MnO )()(22解：表面膜的转移反应。

覆盖于电极表面的物种(电极一侧)经过氧化-还原形成另一种附着于电极表面的物种，它们可能是氧化物、氢氧化物、硫酸盐等。

(5)2)(22OH Zn e OHZn →-+-；--→+242])([2)(OH Zn OH OH Zn解：腐蚀反应：亦即金属的溶解反应，电极的重量不断减轻。

即金属锌在碱性介质中发生溶解形成二羟基合二价锌络合物，所形成的二羟基合二价锌络合物又和羟基进一步形成四羟基合二价锌络合物。

2．试说明参比电极应具有的性能和用途。

参比电极(reference electrode ，简称RE)：是指一个已知电势的接近于理想不极化的电极，参比电极上基本没有电流通过，用于测定研究电极(相对于参比电极)的电极电势。

既然参比电极是理想不极化电极，它应具备下列性能：应是可逆电极，其电极电势符合Nernst 方程；参比电极反应应有较大的交换电流密度，流过微小的电流时电极电势能迅速恢复原状；应具有良好的电势稳定性和重现性等。

不同研究体系可以选择不同的参比电极，水溶液体系中常见的参比电极有：饱和甘汞电极(SCE)、Ag/AgCl 电极、标淮氢电极(SHE 或NHE)等。

应用电化学-3-1-化学电源概述第三章§3.1概述化学电源§3.2一次电池§3.3二次电池§3.4燃料电池§3.1概述主要内容：化学电源的严格定义化学电源的特点化学电源的应用和意义化学电源发展简史及前景化学电源的组成化学电源的分类化学电源的主要性能电极的组成、结构和成型方法一、化学电源化学能直接转换为低压直流电能的装置。

通常也称为电池。

二、化学电源的特点便于携带、使用简单。

工作参数可在相当大的范围内人为地改变。

工作范围广、对环境适应性强。

能量转换效率高，工作时无噪音。

蓄电池可贮存能量。

减少环境污染。

各种形状的电池电池组三、化学电源的应用航空航天飞行器：飞机、人造卫星、宇宙飞船等；机动车辆：启动、点火、照明、动力；大型发电站：调解电站；医院、邮电通讯部门：应急电源；三、化学电源的应用四、化学电源的发展简史及前景1.电池的发明:1780年，意大利的解剖学家和医学教授伽伐尼在解剖青蛙时偶然发现生物电现象，并于1791发表了“关于电对肌肉运动的作用”的论文,伏打受到伽伐尼青蛙实验的启发而发明了电池，即两种不同的金属中间以导电的物质隔开，再以导线连结，就会产生电流;1800年，他用铜、锌、食盐水为材料成功地制造了伏打电池。

现在，凡是将两种不同金属放入同一种电解质溶液所形成的电池均称为伏打电池。

2.1859年普兰特发明铅酸电池至今，已有近150年的历史,最初开口式铅酸蓄电池需经常加硫酸和加水维护，腐蚀周围设备，并污染环境。

1996年阀控铅酸蓄电池基本取代传统的开口式电池。

它是产量最大和应用最广的二次化学电源，在将来很长时间内仍具有不可替代的作用。

3.1868年由勒克郎谢研制锌锰电池成功，以氯化铵为电解质溶液。

锌锰电池在经过了锌锰湿电池、普通干电池和碱性锌锰电池三个阶段后，逐步向着无汞电池和可充碱性电池方向发展。

4.镉镍电池最早是在1899年由瑞典科学家W.Jungner发明的，又称碱性镉镍电池或镍镉电池。