第18讲电化学
考点要义
⑴理解原电池原理，初步了解化学电源，了解化学腐蚀与电化学腐蚀及一般防腐蚀的方法。
⑵理解电解原理，了解铜的电解精炼、镀铜、氯碱工业的反应原理。
知识梳理
（2）惰性电极上离子放电顺序：
阳离子放电顺序：
阴离子放电顺序：
(3)电化学原理应用
原电池原理应用于制作化学电源
①干电池
用锌制成筒型外壳作负极，石墨处于柱体中央作正极，在石墨周围填充ZnCl2、NH4Cl 及其其它填加物做电解质，MnO2吸收正极产生H2。
负极：
正极：2NH4++2e-=2NH3↑+H2↑ （H2+2MnO2=Mn2O3+H2O、4NH3+Zn2+=[Zn(NH3)4]2+）
②铅蓄电池
蓄电池可充、放电，它用于汽车、摩托车等供电，外壳一般用硬塑制成，正极是PbO2，负极是Pb，两极浸入硫酸溶液中。
负极：
正极：
总反应：
③燃料电池
氢氧燃烧电池是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般是具有很强催化活性的Pt电极、活性炭电极等。电解液为40%的KOH溶液
负极：
正极：
总反应：
电解原理的应用
①氯碱工业 电解饱和食盐水制氯气和烧碱。用金属钛网作阳极（上涂有钛钌等氧化
物）；阴极由碳钢网制成（上涂有镍涂层）；阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。
阳极：
阴极： （在阴极由于H +放电生成氢气，促使水的电离平
衡向正向移动，结果导致阴极区OH -浓度增大，因而碱生成在阴极）
总反应：
②电解法精炼铜 以粗铜（含有Fe 、Zn 、Ni 、Ag 、Au 等杂质）为 极、精铜为 极，
以 溶液为电解质溶液。
阳极：
阴极：
比铜弱的金属Ag 、Au 等不会在阳极放电，成为阳极泥沉积在阳极区。
③电镀铜 以铜（镀层金属）作 极，镀件（被镀金属）作 极，以 溶液
（含有镀层金属离子的溶液）为电解液（又称电镀液）。
阳极：
阴极：
电镀过程中电镀液的浓度 。
考题剖析及训练
一、工作原理
例1．把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞试液混合
溶液的玻璃皿中（如右图），经过一段时间后，首先观
察到溶液变红的区域是（ ）
A Ⅰ和Ⅲ 附近 B.Ⅰ和Ⅳ附近
C.Ⅱ和Ⅲ附近
D.Ⅱ和Ⅳ附近.
练习1-1(05上海)关于如图所示装置的叙述，正确的是 （ ）
A 、铜是阳极，铜片上有气泡产生
B 、铜片质量逐渐减少
C 、电流从锌片经导线流向铜片
D 、氢离子在铜片表面被还原
1-2（2004年上海市高考化学试题）下图中能验证氯化钠溶液（含酚酞）
电解产物的装置是 ( ) （ ）
1-3、（2007全国高考上海卷）某学生设计了一个"黑笔写红字"
的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后
Ⅰ Ⅱ Zn Fe Ⅲ Ⅳ Fe Zn
平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是
A 铅笔端作阳极，发生还原反应
B 铂片端作阴极，发生氧化反应
C 铅笔端有少量的氯气产生
D a点是负极，b点是正极
二.电极的判断及电极方程式和原电池（电解）总反应式的书写
一般的书写步骤归纳如下：
⑴判断池型，确定电极名称。
⑵根据反应类型和放电顺序写出电极反应式，注意电荷守恒、质量守恒和不忽视介质参与反应。
酸性介质只消耗或产生H+
介质作用碱性介质只消耗或产生OH－
中性介质H+或OH－均可消耗或产生
⑶弱电解质或难溶物写化学式，其余写离子符号，但水比较特殊。
例2（2007全国卷天津考题）天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴（LiCoO2），充电时LiCoO2中Li被氧化，Li＋迁移并以原子形式
CoO2 + LiC6，嵌入电池负极材料碳（C6）中，以LiC6表示。电池反应为LiCoO2 + C6充电
放电
下列说法正确的是
A．充电时，电池的负极反应为LiC6－e－== Li＋+ C6
B．放电时，电池的正极反应为CoO2 + Li＋+ e－== LiCoO2，
C．羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质
D．锂离子电池的比能量（单位质量释放的能量）低
练习2-`1（2007全国卷广东考题）科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为：
A H2＋2OH－＝2H2O＋2e－
B O2＋4H＋＋4e－＝2H2O
C H2＝2H＋＋2e－
D O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
2-2（05广东）一种新燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（Z r O2）晶体，在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料说法正确的是
A、在熔融电解质中，O2－由负极移向正极
B、电池的总反应是：2C4H10 + 13O2→8CO2 + 10H2O
C、通入空气的一极是正极，电极反应为：O2 + 4e- = 2O2-
D、通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10 + 26e- + 13O2 = 4CO2 + 5H2O
2-3、（2004年天津市高考理综试题）下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，
下列叙述不正确
．．．的是（）
A ．a 电极是负极
B ．b 电极的电极反应为：4OH - — 4e -=2H 2O+O 2↑
C ．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D ．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
三、有关计算以及p H 变化的判断
例3．（2003年江苏）用惰性电极实现电解，下列说法正确的是
A 电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液p H 不变
B 电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH －，故溶液pH 减小
C 电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:2
D 电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:1
小结：
练习3-1（2004年广东） pH ＝a 某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，
溶液的pH ＞a ，则该电解质可能是
A NaOH
B H 2SO 4
C AgNO 3
D Na 2SO 4
3-2（2000年春季）用两支惰性电极插入500mLAgNO 3溶液中，通电电解。当电解液的pH
从6.0变为3.0时（设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略），
电极上析出银的质量大约是
A ．27mg
B ．54mg
C ．108mg
D ．216mg
3-3（05江苏）高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保
持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为
下列叙述不正确．．．
的是 A ．放电时负极反应为：Zn —2e — +2OH —= Zn(OH)2
B ．充电时阳极反应为：Fe(OH)3 —3e — + 5 OH — = FeO
24 + 4H 2O
C ．放电时每转移3 mol 电子，正极有1mol K 2FeO 4被氧化
D ．放电时正极附近溶液的碱性增强
四、电化学的应用
例4．氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH 的工艺流程示意图如下： 放电 充电 3Zn + 2K 2FeO 4 + 8H 2O 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH
依据上图，完成下列填空：
⑴在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的化学方程式为
与电源负极相连的电极附近，溶液pH （选填：不变、升高或下降）
⑵工业食盐含Ca 2+、Mg 2+等杂质。精制过程中发生反应的离子方程式
为 、 ；
⑶如果粗盐中SO 42-含量较高，必须添加钡试剂除去SO 42-，该钡试剂可以是 （选填 a 、
b 、
c ，多选扣分）。 a.Ba(OH)2 b.Ba(NO 3)2 c.BaCl 2
⑷为了有效除去Ca 2+、Mg 2+、SO 42-，加入试剂的合理顺序为 （选填 a 、b 、c ，
多选扣分）。
a.先加NaOH ，后加Na 2CO 3，再加钡试剂
b.先加NaOH ，后加钡试剂，再加Na 2CO 3
c.先加钡试剂，后加NaOH ，再加Na 2CO 3
⑸脱盐工序中利用NaOH 和NaCl 在溶解度上的差异，通过 、冷却、 （填操
作名称）除去NaCl 。
⑹在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl 2与NaOH 反应；采取无
隔膜电解冷的食盐水时，Cl 2与NaOH 充分接触，产物仅是NaClO 和H 2，相应的化学方程
式为
4-1．（2002上海）某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，
用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使C12被完全吸
收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源
电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是（ ）
（A ）ａ为正极，ｂ为负极；N ａC1O 和N ａC1
（B ）ａ为负极，ｂ为正极；N ａC1O 和N ａC1
（C ）ａ为阳极，ｂ为阴极；HC1O 和N ａC1
（D ）ａ为阴极，ｂ为阳极；HC1O 和N ａC1
4-2（06江苏）利用太阳光分解水制氢是未来解决能源危机的理想方法之一。某研究小组设
计了如右图所示的循环
系统实现光分解水制氢。反
应过程中所需的电能由太阳
能光电池提供，反应体系中
I 2和Fe 3+等可循环使用。
⑴写出电解池A 、电解
池B 和光催化反应池中 电解池A 电解池B 光催化反应池 H ++I - Fe 3+
H ++I 2+Fe 2+ ↑ ↑ — + ↑H 2O
↑H 2 I 2 H ++Fe 2+ ↑O 2 光电池 ↑ ↑
反应的离子方程式。
⑵若电解池A中生成3.36 L H2（标准状况），试计算电解池B中生成Fe2+的物质的量。
⑶若循环系统处于稳定工作状态时，电解池A中流入和流出的HI浓度分别为a mol·L－1和b mol·L－1，光催化反应生成Fe3+的速率为c mol·min－1，循环系统中溶液的流量为Q（流量为单位时间内流过的溶液体积）。试用含所给字母的代数式表示溶液的流量Q。
电化学练习姓名
1．把a、b、c、d四种金属片浸泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c为负极；a、c相连时，c为正极；b、d相连时，b 为正极，则这四种金属活动性顺序由大到小为（）（A）a > b > c > d （B）a > c > d > b
（C）c > a > b > d （D）b > d > c > a
2．将铁棒与石墨棒用导线联接后浸入0.01mol/L食盐溶液中，可能出现的现象是（）（A）铁棒附近产生OH-（B）铁棒被腐蚀
（C）石墨棒上放出Cl2（D）石墨棒上放出O2
3．（06上海13）将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是（）A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C．两烧杯中溶液的pH均增大
D．产生气泡的速度甲比乙慢
4．某金属硝酸盐的水溶液用石墨电极电解时，阳极在
标准状况下产生的气体体积为560mL，阴极上析出
m g金属，当该金属硝酸盐的化学式为M（NO3）n时，
则M的相对原子质量是（）（A）mn （B）2mn （C）10mn （D）20mn
5．（06四川理综11）下列描述中，不符合生产实际的是（）
A、电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极
B、电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极
C、电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极
D、在镀件上电镀锌，用锌作阳极
6．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)＝Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s) 下列说法错误的是( )
A 电池工作时，锌失去电子
B 电池正极的电极反应式为：2MnO 2(s)＋H 2O(1)＋2e －＝Mn 2O 3(s)＋2OH －(aq)
C 电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D 外电路中每通过0.2mol 电子，锌的质量理论上减小6.5g
7．（06天津理综12）我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，
空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为：4Ａｌ＋3Ｏ2＋6Ｈ2Ｏ＝4Ａｌ（ＯＨ）3，
下列说法不正确的是 （ ）
Ａ．正极反应为：Ｏ2＋2Ｈ2Ｏ＋4ｅ－＝4ＯＨ－
Ｂ．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极
Ｃ．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积
Ｄ．该电池通常只需要更换铝板就可继续使用
8、目前人们正研究开发一种高能电池----钠硫电池，它是以熔融的钠、硫为两极，以Na +导电的β---Al 2O 3陶瓷作固体电解质，反应如下：2Na+xS Na 2Sx,以下说法正确的
是 （ ）
A 、放电时，钠作正极，硫作负极
B 、充电时，钠极与外电源正极相连
C 、放电时，钠极发生还原反应
D 、充电时，阳极发生的反应是S x 2- - 2e -=xS
9（2007全国高考江苏卷 ）某同学按右图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是（ ）
A ．电解过程中，铜电极上有H 2产生
B ．电解初期，主反应方程式为：Cu+H 2SO 4 电解 CuSO 4+H 2↑
C ．电解一定时间后，石墨电极上有铜析出
D ．整个电解过程中，H ＋的浓度不断增大
10（2007全国卷广东考题 ）三氧化二镍（Ni 2O 3）可用于制造高能电池，其电解法制备过
程如下：用NaOH 调NiCl 2溶液pH 至7.5，加放适量硫酸钠后进行电解。电解过程中产生的
Cl 2在弱碱性条件下生成ClO －，把二价镍氧化为三价镍。以下说法正确的是 （ ）
A 可用铁作阳极材料
B 电解过程中阳极附近溶液的pH 升高
C 阳极反应方程式为：2Cl －－2e －＝Cl 2
D 1mol 二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过 11．如右图装置，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线 将其悬吊在盛水的烧杯中，使之平衡。小心地向烧杯中央滴入
CuSO 4溶液，片刻后观察到的现象是 （ ）
A ．铁圈和银圈左右摇摆不定
B ．保持平衡状况
C ．铁圈向下倾斜
D ．银圈向下倾斜
12．（2005年高考天津理综）金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe 、Zn 、Cu 、Pt 等杂
质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（已知：氧化性Fe 2＋＜Ni 2＋＜Cu 2＋ )
（ ）
A 阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni 2＋＋2e －＝Ni
B 电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C 电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe 2＋和Zn 2＋
D 电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu 和Pt
13.（96全国）实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气,已知铅蓄电池放电时发生
如下反应：
放电 充电 银圈
铁圈 水
今若制得Cl 20.050摩,这时电池内消耗的H 2SO 4的物质的量至少是 ( ).
(A)0.025摩 (B)0.050摩 ( C)0.10摩 (D)0.20摩
14．右图是电解CuCl 2溶液的装置，其中c 、d 为石墨电极。则下列有关
的判断正确的是 ( )
A a 为负极、b 为正极
B a 为阳极、b 为阴极
C 电解过程中，d 电极质量增加
D 电解过程中，氯离子浓度不变
15．（2007全国卷1 ）以惰性电极电解 CuSO 4溶液。若阳极上产生气体
的物质的量为 0.0100 mol , 则阴极析出 Cu 的质量为 ( )
A ．0.64g
B ．1.28g
C ．2.56g
D ．5.12g
16、在25℃时，将两个铂电极插入一定量的Na 2SO 4饱和溶液中进行电解，通电一
段时间后，在阴极逸出amol 气体，同时有Wg Na 2SO 4·10H 2O 晶体析出，若温度不变，此时，
剩余溶液的溶质质量分数为 （ ）
A 、%10018?+W W
B 、%10036?+a W W
C 、%100)
18(16171?+a W W D 、%100)36(16171?+a W W 17、(1998年全国高考题)将质量分数为0.052(5.2%)的NaOH 溶液1升（密度为1.06克/毫升）
用铂电极电解，当溶液中的NaOH 的质量分数改变了0.010(1.0%)时停止电解，则此时溶液
NaOH 的质量分数 阳极析出物的质量（g ） 阴极析出物的质量（g ）
A 0.062(6.2%) 19 152
B 0.062(6.2%) 152 19
C 0.042(4.2%) 1.2 9.4
D 0.042(4.2%) 9.4 1.2
18．1991年我国首创以铝—空气—海水为能源的新型海水标灯已经研制成功，这种灯以海
水为电解质溶液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流。只要把灯放入海水数分钟就发
出耀眼的白光，其能量比干电池高20~50倍。运用所学的电化学知识，推测这种新型电池
两极上可能发生的电极反应（用电极反应式表示）
负极___________________ _ ， 正极___________________________；
19．从H +、Na +、Cu 2+、Cl -、SO 42-五种离子中恰当地组成电解质，按下列的要求进行电解：
（1）以碳棒为电极，使电解质质量减少，水量不变，进行电解，则可采用的电解质是
______ ；（2）以铂为电极，使电解质质量不变，水量减少，进行电解，则
可采用的电解质是_______ _ ；（3）以碳棒为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水
质量都减少，进行电解，则可采用的电解质是 。
20（06重庆理综27）铅蓄电池是典型的可充型电池，它的正负极格板是惰性材料，电池总
反应式为：
Pb+PbO 2+4H ++2SO 2-42PbSO 4+2H 2O
请回答下列问题（不考虑氢、氧的氧化还原）:
（1） 放电时：正极的电极反应式是______________;电解
液中H 2SO 4的浓度将变________;当外电路通过 1
mol电子时，理论上负极板的质量增加________g。
（2）在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按题27图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成__________、B电极上生成________,此时铅蓄电池的正负极的极性将________________________。
21.某学生试图用电解法根据电极上析出物质的质量来验证阿伏加德罗常数值，其实验方案的要点为：
①用直流电电解氯化铜溶液，所用仪器如下图：
②在电流强度为I安培，通电时间为t秒钟后，精确测得某电极上析出的铜的质量为m克。试回答：
⑴连接这些仪器的正确顺序为（用图中标注仪器接线柱的英文字母表示。下同）E接，C接，接F。
实验线路中的电流方向为→→→ C →→。
⑵写出B电极上发生反应的离子方程式。G试管中淀粉KI溶液变化的现象为，相应的离子方程式是。⑶为精确测定电极上析出铜的质量，所必需的实验步骤的先后顺序是。（选填下列操作步骤的编号）
①称量电解前电极质量②刮下电解后电极上的铜并清洗③用蒸馏水清洗电解后电极
④低温烘干电极后称量⑤低温烘干刮下的铜后称量⑥再次低温烘干后称量至恒重。
⑷已知电子的电量为 1.6×10-19库仑。试列出阿伏加德罗常数的计算表达式：N A= 。
22．由于Fe(OH)2极易被氧化，所以实验室难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。若用下图所示实验装置可制得纯净的Fe(OH)2沉淀。两极材料分别为石墨和铁。
⑴a电极材料_______ ，其电极反应式为_____________________。
⑵电解液d可以是______ _，则白色沉淀在电极上生成；也可以是_______ ，则白色沉淀在两极之间的溶液中生成。
A．纯水B．NaCl溶液C．NaOH溶液D．CuCl2溶液
⑶液体c为苯，其作用是________________，在加入苯之前，对d溶液进行加热处理的目的是__________________________。
⑷若d改为Na2SO4溶液，当电解一段时间，看到白色沉淀后，再反接电源，继续电解，除了电极上看到气泡外，另一明显现象为
_______________________________________。
23．在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上
层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环
状的玻璃搅棒，可以上下搅动液体，装置如右图。接通电源，
阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡
生成。停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。根据上述实验回答：
（1）阳极上的电极反应式为_____________________。
（2）阴极上的电极反应式为_____________________。
（3）原上层液体是_____________________________。
（4）原下层液体是______________________________。
（5）搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是________
。（6）要检验上层液体中含有的金属离子，其方法是_____________________________，
现象是_____________________________________________________________
电化学基础知识 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
电化学基础知识整理 1.原电池 原电池是将化学能转化为电能的装置 原电池原理 ①、原电池：将化学能转变成电能的装置 ②、形成条件：①活动性不同的两电极（连接）；②电解质溶液（插入其中并与电极自发反应）；③电极形成闭合电路④能自发的发生氧化还原反应 ③、电极名称： 负极：较活泼的金属（电子流出的一极） 正极：较不活泼的金属或能导电的非金属（电子流入的一极） ④、电极反应： 负极：氧化反应，金属失电子 正极：还原反应，溶液中的阴离子得电子或氧气得电子（吸氧腐蚀） ⑤、电子流向：由负极沿导线流向正极 锌-铜电池，负极-Zn，正极-Cu。 负极：Zn-2e=Zn2+，电解质溶液——稀硫酸。 正极：2H++2e=H2↑ 总反应：2H++Zn=H2↑+Zn2+ 注意：如果在铜锌的导线中加一个电流计，电流计指针会发生偏转。随时间的延续，电流计指针的偏转角度逐渐减小。 盐桥的作用：盐桥起到了使整个装置构成通路的作用 例如:铜锌原电池中用到了盐桥 现象:
⑴、检流计指针偏转，说明有电流通过。从检流计指针偏转的方向可以知道电流的方向是Cu极→Zn极。根据电流是从正极流向负极，因此，Zn极为负极，Cu极为正极。而电子流动的方向却相反，从Zn极→Cu极。电子流出的一极为负极，发生氧化反应；电子流入的一极为正极，发生还原反应。 一般说来，由两种金属所构成的原电池中，较活泼的金属是负极，较不活泼的金属是正极。其原理正是置换反应，负极金属逐渐溶解为离子进入溶液。反应一段时间后，称重表明，Zn 棒减轻，Cu棒增重。 ⑵、取出盐桥，检流计指针归零，重新放入盐桥，指针又发生偏转，说明盐桥起到了使整个装置构成通路的作用。盐桥是装有饱和KCl琼脂溶胶的U形管，溶液不致流出来，但离子则可以在其中自由移动。 盐桥是怎样构成原电池中的电池通路呢Zn棒失去电子成为Zn2+进入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2+过多，带正电荷。Cu2+获得电子沉积为Cu，溶液中Cu2+过少，SO42-过多，溶液带负电荷。当溶液不能保持电中性，将阻止放电作用的继续进行。盐桥的存在，其中Cl-向ZnSO4 溶液迁移，K+向CuSO4溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使溶在两个烧杯中分别放入锌片和锌盐溶液、铜片和铜盐溶液，将两个烧杯中的溶液用一个装满电解质溶液的盐桥(如充满KCl饱和溶液和琼脂制成的胶冻)连接起来，再用导线将锌片和铜片联接，并在导线中串联一个电流表，就可以观察到下面的现象： (1)电流表指针发生偏转，根据指针偏转方向，可以判断出锌片为负极、铜片为正极. (2)铜片上有铜析出，锌片则被溶解. (3)取出盐桥，指针回到零点，说明盐桥起了沟通电路的作用. 2.化学电源 化学电源又称电池，是一种能将化学能直接转变成电能的装置，它通过化学反应，消耗某种化学物质，输出电能。它包括一次电池、二次电池和燃料电池等几大类。
污水处理电化学处理技术 高级氧化技术一般针对难降解有机废水，如医药、化工、染料工业废水以及含有难处理的有毒物质物质等。 第一节电化学处理技术 一、基本原理与特点 1. 原理 电化学氧化法主要用于有毒难生物降解有机废水的处理，电化学水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或间接电化学而得到转化，从而达到削减和去除污染物的目的。根据不同的氧化作用机理，可分为直接电解和间接电解。 1 ) 直接电解 直接电解是指污染物在电极上直接被氧化或还原而从废水中去除今直接电解可分为阳极过程和阴极过程。阳极过程就是污染物在阳极表面氧化而转化成毒性较小的物质或易生物降解的物质，甚至发生有机物无机化，从而达到削减、去除污染物的目的。阴极过程就是污染物在阴极表面还原而得以去除，阴极过程主要用于卤代经的还原脱卤和重金属的回收，如卤代有机物的卤素通过阴极还原发生脱卤反应，从而可以提高有机物的可生化性。 直接电解过程伴随着氧气析出，氧的生成使氧化降解有机物的电流效率降低，能秏升高，因此，阳极材料对电解的影响很大。 2 ) 间接电解 间接电解是指利用电化学产生的氧化还原物质作为反应剂或催化剂，使污染物转化成毒性小的物质。间接电解分为可逆过程和不可逆过程。可逆过程（媒介电化学氧化）是指氧化还原物在电解过程中可电化学再生和循环使用。不可逆过程是指利用不可逆电化学反应产生的物质，如具有强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、H202和O2等氧化有机物的过程，还可以利用电化学反应产生强氧化性的中间体，包括溶剂化电子、?HO、?H02/02 等自由基。 2. 电化学水处理技术的特点 1) 电化学方法既可以单独使用，又可以与其他处理方法结合使用，如作为前处理方法，可以提高废水的生物降解性； 2) 一般电化学处理工艺只能针对特定的废水，处理规模小，且处理效率不高； 3)有的电化学水处理工艺需消耗电能，运行成本大。 二、电化学反应器与电极 电化学反应器按反应器的工作方式分类可分为：间歇式、置换流式和连续搅拌箱式电化学反应器。按反应器中工作电极的形状分类可分为二维电极反应器、三维电极反应器。二维电极呈平面或曲面状，电极的形状比较简单，如平板、圆柱电极。电极反应发生于电极表面上，其电极表面积有限，比表面积极小，但电势和电流在表面上分布比较均匀。三维电极的结构复杂，通常是多孔状。电极反应发生于电极内部，整个三维空间都有反应发生。特点是比表面积大，床层结构紧密，但电势和电流分布不均匀。下列出了常见电化学反应器的电极类型。
【知识点】 装置特点：化学能转化为电能。 ①、两个活泼性不同的电极； 形成条件：②、电解质溶液（一般与活泼性强的电极发生氧化还原反应）； 原 ③、形成闭合回路（或在溶液中接触） 电 负极：用还原性较强的物质作负极，负极向外电路提供电子；发生氧化反应。 池 基本概念： 正极：用氧化性较强的物质正极，正极从外电路得到电子，发生还原反应。 原 电极反应方程式：电极反应、总反应。 理 氧化反应 负极 铜锌原电池 正极 还原反应 反应原理：Zn-2e -=Zn 2+ 2H ++2e -=2H 2↑ 电解质溶液 电极反应： 负极（锌筒）Zn-2e -=Zn 2+ 正极（石墨）2NH 4++2e -=2NH 3+H 2↑ ①、普通锌——锰干电池 总反应：Zn+2NH 4+=Zn 2++2NH 3+H 2↑ 干电池： 电解质溶液：糊状的NH 4Cl 特点：电量小，放电过程易发生气涨和溶液 ②、碱性锌——锰干电池 电极：负极由锌改锌粉（反应面积增大，放电电流增加）； 电解液：由中性变为碱性（离子导电性好）。 正极（PbO 2） PbO 2+SO 42-+4H ++2e -=PbSO 4+2H 2O 负极（Pb ） Pb+SO 42--2e -=PbSO 4 铅蓄电池：总反应：PbO 2+Pb+2H 2SO 4 2PbSO 4+2H 2O 电解液：1.25g/cm 3~1.28g/cm 3的H 2SO 4 溶液 蓄电池 特点：电压稳定。 Ⅰ、镍——镉（Ni ——Cd ）可充电电池； 其它蓄电池 Cd+2NiO(OH)+2H 2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2 Ⅱ、银锌蓄电池 锂电池 ①、燃料电池与普通电池的区别 不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是工作时不断从外界输入，同时 燃料 电极反应产物不断排出电池。 电池 ②、原料：除氢气和氧气外，也可以是CH 4、煤气、燃料、空气、氯气等氧化剂。 负极：2H 2+2OH --4e -=4H 2O ；正极：O 2+2H 2O+4e -=4OH - ③、氢氧燃料电池： 总反应：O 2 +2H 2 =2H 2O 特点：转化率高，持续使用，无污染。 废旧电池的危害：旧电池中含有重金属（Hg 2+）酸碱等物质；回收金属，防止污染。 失e -,沿导线传递，有电流产生 溶解 不断 移 向 阳离 子 化 学电源简介 放电 充电 放电 放电`
污水处理电化学处理技术Last revision on 21 December 2020
污水处理电化学处理技术高级氧化技术一般针对难降解有机废水，如医药、化工、染料工业废水以及含有难处理的有毒物质物质等。 第一节电化学处理技术 一、基本原理与特点 1. 原理 电化学氧化法主要用于有毒难生物降解有机废水的处理，电化学水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或间接电化学而得到转化，从而达到削减和去除污染物的目的。根据不同的氧化作用机理，可分为直接电解和间接电解。 1 ) 直接电解 直接电解是指污染物在电极上直接被氧化或还原而从废水中去除今直接电解可分为阳极过程和阴极过程。阳极过程就是污染物在阳极表面氧化而转化成毒性较小的物质或易生物降解的物质，甚至发生有机物无机化，从而达到削减、去除污染物的目的。阴极过程就是污染物在阴极表面还原而得以去除，阴极过程主要用于卤代经的还原脱卤和重金属的回收，如卤代有机物的卤素通过阴极还原发生脱卤反应，从而可以提高有机物的可生化性。 直接电解过程伴随着氧气析出，氧的生成使氧化降解有机物的电流效率降低，能秏升高，因此，阳极材料对电解的影响很大。 2 ) 间接电解 间接电解是指利用电化学产生的氧化还原物质作为反应剂或催化剂，使污染物转化成毒性小的物质。间接电解分为可逆过程和不可逆过程。可逆过程（媒介电化学氧化）是指氧化还原物在电解过程中可电化学再生和循环使用。不可逆过程是指利用不可逆电
化学反应产生的物质，如具有强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、H202和 O2等氧化有机物的过程，还可以利用电化学反应产生强氧化性的中间体，包括溶剂化电子、HO、 H02/02 等自由基。 2. 电化学水处理技术的特点 1) 电化学方法既可以单独使用，又可以与其他处理方法结合使用，如作为前处理方法，可以提高废水的生物降解性； 2) 一般电化学处理工艺只能针对特定的废水，处理规模小，且处理效率不高； 3)有的电化学水处理工艺需消耗电能，运行成本大。 二、电化学反应器与电极 电化学反应器按反应器的工作方式分类可分为：间歇式、置换流式和连续搅拌箱式电化学反应器。按反应器中工作电极的形状分类可分为二维电极反应器、三维电极反应器。二维电极呈平面或曲面状，电极的形状比较简单，如平板、圆柱电极。电极反应发生于电极表面上，其电极表面积有限，比表面积极小，但电势和电流在表面上分布比较均匀。三维电极的结构复杂，通常是多孔状。电极反应发生于电极内部，整个三维空间都有反应发生。特点是比表面积大，床层结构紧密，但电势和电流分布不均匀。下列出了常见电化学反应器的电极类型。 常见电化学反应器的电极类型 三、电化学处理技术在废水处理中的应用 （一）微电解 1. 原理 微电解技术是目前处理高浓度有机废水的一种理想工艺，又称内电解法，它是在不通电的情况下，利用填充在废水中的微电解材料自身产生的电位差对废水进行电解处
这两天查了电化学之羟基（OH）检测方法： 1.主要参考论文： 《掺硼金刚石薄膜微电极阵列的性质及其测定水体COD的方法研究》 《船载海水COD值的检测系统》 《电化学法直接快速测定COD初步研究》 《化学需氧量测定法研究进展》 《利用嵌入式计算机实现污水COD在线监测》 《密封式COD反应器快速测定法》 《一种新型的COD在线自动监测仪》 《Ti_PbO_2电极在测定COD中的应用》 2.主要原理： 基于特殊电极电解产生的羟基自由基（OH）具有很强的氧化能力，可同步迅速氧化水中有机物，羟基自由基消耗的同时，工作电极的电流将发生变化。当工作电极电位恒定时，电流的变化与水中有机物的含量成正比关系，通过计算电流变化便可测量出COD的值。 3.测量方法： 系统为三电极系统： 工作电极采用铂金丝涂上PbO2金属材料; 参比电极采用Hg／Hg2SO4电极，其中参比液为：K2SO4溶液;它对工作电极提供一个稳定的参比电位; 辅助电极采用铂金电极; 当对工作电极施以一定的电压时，工作电极上的金属涂层PbO2表面将产生大量的羟基自由基。 4. PbO2电极的制作： 制备工艺参照日本专利,采用电化学方法将多孔性的β-PbO2 沉积在清洁的钛上。电镀液的配方为Pb (NO3) 2·3H2O30g/L 和少量添加剂(十二烷基硫酸钠) 。电镀时以铜片为阴极,电流密度、温度和酸度分别控制在30mA/cm2 和65℃和pH=3,电沉积2h。在钛基体上可以得到表面平整而多孔的PbO2 涂层,
厚度约0.1mm。 另外的铂片电极和饱和甘汞参比电极则需要购买 5.实验所需仪器 双恒电位仪，磁力恒温搅拌器 6.实验所需试剂 葡萄糖标准储备液的配制:准确称取 1.0321g分析纯的葡萄糖,溶于1L 去离子水中,得到COD为1000mg/L 的溶液。 邻苯二甲酸氢钾标准储备液的配制:控制烘箱温度100 ℃,将分析纯邻苯二甲酸氢钾烘干2h,待冷却后,准确称取0.8504g邻苯二甲酸氢钾,溶于1L 去离子水中,得到COD为1000mg/L 的溶液。 电解质溶液的配制:称取4.26g无水Na2SO4 溶于1升去离子水,此时溶液的浓度为0.03mol/L。 再生液的配制:称取28.42g无水Na2SO4 溶于1升去离子水,此时溶液的浓度为0.2mol/L。 7.总结 如果要实现COD的在线检测的话，就是不用双恒电位仪来测电流，则需要一组运放来实现电流电压的变化，处理器来实现电压的变化来间接地实现电流的检测。可参考《船载海水COD值的检测系统》一文，里面有简单的实现。
第十四讲氧化还原反应及电化学 【例题解析】 【例1】(2005年江苏省化学竞赛夏令营选拔赛试题)铝是一种重要的金属材料，广泛用于制作导线、结构材料和日用器皿，铝合金大量用于飞机和其它构件的制造。十九世纪曾以电解熔融氧化铝的方法制备金属铝，当时铝由于价格昂贵而只被贵族用作装饰品。现代工业上是通过在1000℃左右的高温下电解氧化铝和冰晶石(Na3AlF6)的熔融液制备铝的。请回答下列问题： (1) 现代工业电解制备铝过程中正极和负极实际发生的反应分别为：在正极放电产生；在负极放电产生。 (2) 电解反应方程式为。 (3) 以现代工业方法制备的铝价格下降的可能原因是：。 (4) 若电流效率为75％，则制备1kg金属铝需以10A电流电解小时。 (5) 电解NaCl－AlCl3熔融液制备铝比电解Al2O3－Na3AlF6的熔融液制备铝节省电能约30％，为什么现在仍用后一种方法制备铝? 。 【解析】 (1) O2－3+ (2) O O Al 2 (3) 纯氧化铝熔点很高(＞2000℃)，加入Na3AlF6后由于形成共熔体使其熔点大大降低，从而使制备铝成本降低 (4) 397 (5) 由于AlCl3没有天然矿藏，制备AlCl3所需氯气仍需电解制得，电能没有省下。 【例2】(2006年江苏省化学竞赛夏令营选拔赛试题)锂离子电池、金属氢化物-镍电池(MH-Ni)、无水碱性锌-锰电池、燃料电池、太阳能电池等是21世纪理想的绿色环保电源。其中液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正负电极的二次电池。正极采用锂化合物LiCoO2、LiNiO2或LiMn2O4，负极采用碳电极，充电后成为锂-碳层间化合物Li x C6(0 8种电化学水处理方法 电化学水处理- 世间万物，都是有一利就有一弊。社会的进步和人们生活水平的提高，也不可避免地对环境产生污染。废水就是其中之一。随着石化、印染、造纸、农药、医药卫生、冶金、食品等行业的迅速发展，世界各国的废水排放总量急剧增加，且由于废水中含有较多的高浓度、高毒性、高盐度、高色度的成分，使其难以降解和处理，往往会造成非常严重的水环境污染。 为了处理每天大量排出的工业废水，人们也是蛮拼的。物、化、生齐用，力、声、光、电、磁结合。今天笔者为您总结用电’ 来处理废水的电化学水处理技术。 电化学水处理技术，是指在电极或外加电场的作用下，在特定的电化学反应器内，通过一定的化学反应、电化学过程或物理过程，对废水中的污染物进行降解的过程。电化学系统设备相对简单，占地面积小，操作维护费用较低，能有效避免二次污染，而且反应可控程度高，便于实现工业自动化，被称为环境友好’ 技术。 电化学水处理的发展历程 1799 年 Valta制成Cu-Zn原电池，这是世界上第一个将化学能转化为电能的化学电源 1833 年 建立电流和化学反应关系的法拉第定律。 19世纪70年代 Helmholtz提出双电层概念。任何两个不同的物相接触都会在两相间产生电势，这是因电荷分离引起的。两相各有过剩的电荷，电量相等，正负号相反，相互吸引，形成双电层。 1887 年 Arrhenius提出电离学说。 1889 年 Nernst提出电极电位与电极反应组分浓度关系的能斯特方程。 1903 年 Morse 和Pierce 把两根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中，发现带电杂质能迅速地从凝胶中除去。 1905年 提出Tafel 公式，揭示电流密度和氢过电位之间的关系。 1906年 电化学（electrochemistry）作为化学的分支之一，是研究两类导体（电子导体，如金 属或半导体，以及离子导体，如电解质溶液）形成的接界面上所发生的带电及电子转移变化的科学。 传统观念认为电化学主要研究电能和化学能之间的相互转换，如电解和原电池。但电化学并不局限于电能出现的化学反应，也包含其它物理化学过程，如金属的电化学腐蚀，以及电解质溶液中的金属置换反应。 16-17世纪：早期相关研究 16世纪标志着对于电认知的开始。在16世纪50年代，英国科学家威廉·吉尔伯特花了17年时间进行磁学方面的试验，也或多或少地进行了一些电学方面的研究。吉尔伯特由 于在磁学方面的开创性研究而被称为“磁学之父”，他的磁学研究为电磁学的产生和发展创造了条件。 1663年，德国物理学家奥托·冯·格里克发明了第一台静电起电机。这台机器由球形 玻璃罩中的巨大硫磺球和转动硫磺球用的曲轴组成的。当摇动曲轴来转动球体的时候，衬垫与硫磺球发生摩擦产生静电。这个球体可以拆卸并可以用作电学试验的来源。 18世纪：电化学的诞生 在18世纪中叶，法国化学家夏尔·杜菲发现了两种不同的静电，他将两者分别命名为“玻璃电”和“松香电”，同种相互排斥而不同种相互吸引。杜菲因此认为电由两种不同液体组成：正电“vitreous”（“玻璃”），以及负电“resinous”（“树脂”），这便是电的双液体理论，这个理论在18世纪晚期被本杰明·富兰克林的单液体理论所否定。 1781年，法国物理学家夏尔·奥古斯丁·库仑在试图研究由英国科学家约瑟夫·普利 斯特里提出的电荷相斥法则的过程中发展了静电相吸的法则。 1771年，意大利生理学家、解剖学家路易吉·伽伐尼发现蛙腿肌肉接触金属刀片时候会发生痉挛。他于1791年发表了题为“电流在肌肉运动中所起的作用”的论文，提出在生物形态下存在的“神经电流物质”，在化学反应与电流之间架起了一座桥梁。[1]这 篇论文的发表标志着电化学和电生理学的诞生。在论文中，伽伐尼认为动物体内中存在着一种与“自然”形式（如闪电）或“人工”形式（如摩擦起电）都不同的“动物电”，“动物电”通过金属探针来激活神经和有限的肌肉组织。 化学实验基本方法（一） 化学实验基本方法（二） 化学计量在实验中的应用（一） 化学计量在实验中的应用（二） 化学计量在实验中的应用（下） 物质的分类及胶体 离子反应（一） 离子反应（二） 氧化还原反应（一） 氧化还原反应（二） 钠和钠的化合物 铝和铝的化合物 铁和铁的化合物 氯和氯的化合物 硫和硫的化合物 钠和钠的化合物 铝和铝的化合物 铁和铁的化合物 氯和氯的化合物 硫和硫的化合物 化学计量基本概念综合应用（一） 化学计量基本概念综合应用（二） 阿伏伽德罗定律及其推论 离子反应概念综合 离子反应常考应用（一） 离子反应常考应用（二） 氧化还原反应概念综合 比较物质的氧化性、还原性强弱 氧化还原反应配平及相关计算 常见金属元素（一）：钠和钠的化合物常见金属元素（二）：铝和铁 常见非金属元素（一）：硅和硅的化合物常见非金属元素（二）：氯和氯的化合物常见非金属元素（三）：硫和硫的化合物常见非金属元素（四）：氮和氮的化合物 第1讲物质的量与化学计量专... 第2讲物质的量与化学计量专... 第3讲物质的量与化学计量专... 第4讲离子反应（上） 第5讲离子反应（中） 第6讲离子反应（下） 第7讲氧化还原反应（上） 第8讲氧化还原反应（中） 第9讲氧化还原反应（下） 第10讲Na及其化合物（上）第11讲Na及其化合物（中）第12讲Na及其化合物（下）第13讲Al及其化合物（上） 第14讲Al及其化合物（中） 第15讲Al及其化合物（下） 第16讲Fe及其化合物（上） 第17讲Fe及其化合物（中） 第18讲Fe及其化合物（下） 第19讲Si及其化合物（上） 第20讲Si及其化合物（下） 第21讲Cl及其化合物（上） 第22讲Cl及其化合物（中） 第23讲Cl及其化合物（下） 第24讲S及其化合物（上） 第25讲S及其化合物（中） 第26讲S及其化合物（下） 第27讲N及其化合物（上） 第28讲N及其化合物（中） 第29讲N及其化合物（下） 第30讲期末复习串讲 第7讲化学反应与电能 班级 姓名 学号 【考点透视】 1.理解原电池和电解池的工作原理，能写出常见的简单电极反应和电池反应方程式。 2.了解常见的化学电源，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。 3.金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原因，能选用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。【知识网络】 一、原电池 【例1】下列装置能够组成原电池，能产生电流的装置是（） 【例2】铜锌原电池工作时，下列叙述正确的是( ) A．正极反应为：Zn－2e－===Zn2＋ B．电池反应为：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu C．在外电路中，电子从负极流向正极 D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液 【小结】 1、原电池的定义：转变为的装置。 2、构成原电池的条件 ①②③ 3、正、负极的判断 负极： 正极： 4、离子移动方向 在原电池的电解质溶液中，阳离子移向极，阴离子移向极。 二、化学电源 1、分类: 一次电池，二次电池，燃料电池 ①一次电池又称不可充电电池 普通锌锰电池 负极(锌筒): 正极(石墨): 1 2 总反应: 2NH 4+ + Zn +2MnO 2= Zn 2++H 2O+2NH 3↑+M n 2O 3 碱性锌-锰干电池 负极(锌筒): 正极(MnO 2) 总反应: Zn+2MnO 2+2H 2O=2MnOOH+Zn(OH)2 ②二次电池又称充电电池——蓄电池 铅蓄电池(电解质溶液为稀硫酸) 负极(Pb): 正极(PbO 2): 总反应: PbO 2+ Pb +2H 2SO 4= 2PbSO 4+2 H 2O 锂电池(非水有机溶剂电解液) 负极: 2Li –2e - = 2Li + 正极: I 2 +2e - = 2I - 总反应: 锂电池优点：使用寿命长，高能、质轻、电压高、工作效率高,储存寿命长. 【例3】右图是铅蓄电池充、放电时的工作示意图，已知放电时电池反应为： PbO 2＋Pb ＋4H ＋ ＋2SO 42—=2PbSO 4＋2H 2O 。 下列有关说法正确的是 A ．K 与N 相接时，能量由电能转化为化学能 B ．K 与N 相接时，H ＋ 向负极区迁移 C ．K 与M 连接时，所用电源的a 极为负极 D ．K 与M 相接时，阳极附近的pH 逐渐增大 ③燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。 酸性 碱性 负极反应式 正极反应式 总反应式 【例4】 书写下列原电池（或电解池）的电极反应式 （1）用甲醇作为燃料电池的原料，在碱性介质中电池负极反应式 。 （2）下图是一碳酸盐燃料电池（MCFC ），以水煤气（CO 、H 2）为燃料，一定比例Li 2CO 3和Na 2CO 3低熔混合物为电解质。写出B 极发生的电极反应式 。 【例5】（2010江苏高考）右图是一种航天器能量储存系统原 Pb PbO 2 K M N 电源 a b 摘要:介绍了电化学处理废水的基本原理和影响电化学法处理废水效果的因素，同时指出了在电化学处理废水领域还需研究的问题。 关键词:电化学氧化; 内电解法; 光电化学氧化; 废水处理 1 引言 工业经济的发展以大量资源和能源的消耗为代价，同时也造成了环境污染的严重恶果。加速企业技术进步，采用先进工艺，实施清洁生产，不但可以提高资源利用率，还能够减轻环境污染。把污染消除在工艺过程之中，实施全过程控制是企业持续发展的正确道路。目前世界各国对工业废水的处理研究甚多，其中电化学法设备占地面积小，操作灵活，排污量小，不仅可以处理无机污染物，也可以处理有机污染物，甚至连一些无法生物降解的有毒有机物与某些含重金属污水都可用此方法进行处理; 再加上风力、核电等新兴发电技术的大力发展和推广应用带来的电能成本降低，使得电化学方法在治理废水方面具有更大的优势。 2 电化学法处理废水的应用分类 电化学处理法包括电化学氧化还原、电凝聚、电气浮、光电化学氧化、内电解等方法。电化学法在废水处理中的应用主要包括重金属的去除与回收、生物难降解的有机废水处理、饮用水杀菌消毒以及与其他方法的联合使用。 3 电化学法处理废水的基本原理 3．1 电化学氧化还原法 电化学氧化还原法是指电解质溶液在电流的作用下，在阳极和电解质溶液界面上发生反应物粒子失去电子的氧化反应、在阴极和电解质溶液界面上发生反应物粒子与电子结合的还原反应的电化学过程。电化学的氧化原理分为两类: 一种是直接氧化，即让污染物直接在阳极失去电子而发生氧化，在含氰化物、含酚、含醇、含氮的有机废水处理中，直接电化学氧化发挥了十分有效的作用; 另一种则是间接氧化，即通过阳极反应生成具有强氧化作用的中间产物或发生阳极反应之外的中间反应来氧化污染物，最终达到氧化降解污染物的目的［1］。这种方法占地面积少、易操作; 但是效率低，影响的因素多(pH、电解质、电极材料等)。 3．2 电凝聚法 在电解过程当中，采用铝质或铁质的可溶性阳极通以直流电后，阳极材料会在电解过程当中发生溶解，形成的金属阳离子Fe3 + 和Al3 + 等与溶液中的OH-形成Fe(OH)3和Al(OH)3等具有絮凝作用的胶体物质，可促使水中的胶态杂质絮凝沉淀，从而实现污染物的去除［2］。 3．3 电气浮法 8种电化学水处理方法 电化学水处理 - 世间万物，都是有一利就有一弊。社会的进步和人们生活水平的提高，也不可避免地对环境产生污染。废水就是其中之一。随着石化、印染、造纸、农药、医药卫生、冶金、食品等行业的迅速发展，世界各国的废水排放总量急剧增加，且由于废水中含有较多的高浓度、高毒性、高盐度、高色度的成分，使其难以降解和处理，往往会造成非常严重的水环境污染。 为了处理每天大量排出的工业废水，人们也是蛮拼的。物、化、生齐用，力、声、光、电、磁结合。今天笔者为您总结用“电”来处理废水的电化学水处理技术。 电化学水处理技术，是指在电极或外加电场的作用下，在特定的电化学反应器内，通过一定的化学反应、电化学过程或物理过程，对废水中的污染物进行降解的过程。电化学系统设备相对简单，占地面积小，操作维护费用较低，能有效避免二次污染，而且反应可控程度高，便于实现工业自动化，被称为“环境友好”技术。 电化学水处理的发展历程 1799年 Valta制成Cu-Zn原电池，这是世界上第一个将化学能转化为电能的化学电源。1833年 建立电流和化学反应关系的法拉第定律。 19世纪70年代 Helmholtz提出双电层概念。任何两个不同的物相接触都会在两相间产生电势，这是因电荷分离引起的。两相各有过剩的电荷，电量相等，正负号相反，相互吸引，形成双电层。 1887年 Arrhenius提出电离学说。 1889年 Nernst提出电极电位与电极反应组分浓度关系的能斯特方程。 1903年 Morse和Pierce把两根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中，发现带电杂质能迅速地从凝胶中除去。 1905年 提出Tafel 公式，揭示电流密度和氢过电位之间的关系。 1906年 Dietrich取得一个电絮凝技术的专利，专门有人和公司对电絮凝过程进行改进和修正。1909年 Harries（美国）取得电解法处理废水的专利，它是利用自由离子的作用和铝作为阳极。 1950年 Juda首次试制成功了具有高选择性的离子交换膜，这促使电渗析技术进入了实用阶段，奠定了电渗析的实用化基础。电渗析首先被用于苦咸水的化，而后逐步扩大到海水淡化和制取工业纯水的应用中。 20世纪50年代 Bochris等发展的电极过程动力学，为今后半导体电极过程特性研究和量子理论解释溶液界面电子转移过程的研究打下理论基础。 1956年，Holden（英国）利用铁作为电极来处理河水。 20世纪60年代初期 随着电力工业的迅速发展，电解法开始引起人们的注意。传统的电解反应器采用的是二维平板电极，这种反应器有效电极面积很小，传质问题不能很好地解决。而在工业生产中，要求有高的电极反应速度，所以客观上需要开发新型、高效的电解反应器。 20世纪六七十年代 从俄克拉荷马大学研究去除略带碱性的水中盐分开始，Y.Oren等研究了电吸附和电解吸附技术的基础理论、参数的影响和对多种候选电极材料的评价。 1969 年 Backnurst等提出流化床电极(FBE) 的设计。这种电极与平板电极不同，有一定的立体构型，比表面积是平板电极的几十倍甚至上百倍，电解液在孔道内流动，电解反应器内的传质过程得到很大的改善。 1972年 Fujishima和Honda报道了在光电池中光辐射Ti02可持续发生水的氧化还原反应，标志着光催化氧化水处理时代的开始。 1973年 M.Fleischmamm与F.Goodridge等研制成功了双极性固定床电极(BPBE)。内电极材料在高梯度电场的作用下复极化，形成双极粒子，分别在小颗粒两端发生氧化-还原反应，每一个颗粒都相当于一个微电解池。由于每个微电解池的阴极和阳极距离很小，迁移就容易实现。同时，由于整个电解槽相当于无数个微电解池串联组成，因此效率大大提高。 20世纪七十年代 前苏联科研人员将铁屑用于印染废水的处理，从此微电解法开始应用到废水治理中。 1976年 Asovov等人（前苏联）利用电絮凝法处理石化废水。1977年，Osipenko等人（前苏联）利用电絮凝法处理含铬废水。 20世纪80年代 第二章 化学物质及其变化 电化学测量方法 PDF 一、电化学测量方法的分类 ??第一类电化学热力学性质的测量方法 ??第二类单纯依靠电极电势、极化电流的的控制和测量进行动力学性质的测量。 ??第三类在电极电势、极化电流的控制和测量的同时引入光谱波谱技术、扫描探针显微技术的体系电化学性质测量方法二、电化学测量的基本原则要进行电化学测量研究某一个基本过程就必须控制实验条件突出主要矛盾使该过程在电极总过程中占据主导地位降低或消除其他基本过程的影响通过研究总的电极过程研究这一基本过程。三、电化学测量的主要步骤 ??1、实验条件的控制 ??2、实验结果的测 量 ??3、实验结果的解析四、电化学测量的基本知识 ??1、电极电势的测量和控制 ??2、电流的测量和控制 ??3、电化学测量的基本元件介绍 1、电极电势的测量 ?当用电势差计接在研究电极和参比电极之间时测量电路中没有电流流过此时测得的研究电极电势VV开E但是使用电压表作为测量仪器电路中不可能完全没有电压VV开i测R池 i测R仪器? E所以对测量和控制电极电势的仪器有一系列的要求。 ?要求测量仪器有足够高的输入阻抗以保障测量电路中的电流足够小使得电池的开路电压绝大部分都分配在仪器上同时测量电路中的电流小还不会导致被测电池发生极化干扰研究电极的电极电势和参比电极的稳定性。 ?要求仪器有适当的精度、量程一般要求能准确测量或控制到1mV。 ?对暂态测量要求仪器有足够快的响应速度具体测量时对上述指标的要求并不相同也各有侧重需要具体问题具体分析。 2、电流的测量和控制极化电流的测量和控制主要包括两种不同的方式 ?在极化回路中串联电流表适当选择电流表的量程和精度测量电流。这种方式适用于稳态体系的间断测量不适合进行快速、连续的测量 ?使用电流取样电阻或电流-电压转换电路将极化电流信号转变成电压信号然后使用测量、控制电压的仪器进行测量或控制。这种方法适用于极化电流的快速、连续、自动的测量和控制。 ?另外还可能对 电化学氧化处理(阳极氧化) 铝及其合金在相应的电解液和特定的工艺条件下，由于外加电流的作用，在铝制品(阳极)上形成一层氧化膜的过程称为阳极氧化。阳极氧化按其电解液种类和膜层性质可分为硫酸、铬酸、草酸、混酸、硬质及瓷质阳极氧化法。 近年来由于建筑业和汽车工业大量使用铝合金型材，铝阳极氧化和着色技术获得了迅速的发展。 一、各种电解液阳极氧化的工艺特点 (1)硫酸法。成分简单稳定、操作容易、成本低廉，常温阳极氧化可获得厚5μm～25μm的无色透明膜，多孔吸附性强，容易着色。硫酸低温硬质氧化可获得数十至百微米的硬质膜。 (2)铬酸法。所得膜层厚度只能达2μm～5μm，膜层质软弹性高。能保持原来零件的精度和表面粗糙度，基本上不降低材料的疲劳强度。膜不透明呈灰白至深灰色，孔隙少不能着色。铬酸膜与有机物结合强固，不但是油漆的良好底层，而且广泛用作与橡胶的粘结件。 (3)草酸法。草酸对膜层溶解力小，容易获得硬而厚的膜层。膜孔隙小，耐蚀、耐磨和绝缘性比硫酸法高，但不容易着色。草酸法成本高，电耗大且有毒性，应用受到局限。主要用作绝缘保护膜，外观呈淡草黄色，也常作日用品的防护-装饰用。 (4)混酸法。以硫酸为主，加入少量草酸等二元酸，以获得较厚的膜，同时扩大使用温度的上限值，氧化膜的特性与硫酸相似。 (5)瓷质阳极化。在特殊的电解液中，在硬铝的抛光表面上可获得光滑的，类似搪瓷般的不透明白色膜而得名。其特点是有瓷质感、硬度高、耐磨性好。其绝热、绝缘、耐蚀性优于硫酸膜。有良好的吸附活性，可染成各种颜色，在仪器仪表和日用品方面有广泛的应用前景。缺点是成本高，生产控制较难。 二、铝硫酸阳极氧化机理 (一)电极反应 铝阳极反应是相当复杂的，至今仍有不少问题未弄清楚。这里描述两种观点，仍然不是定论。早期的观点认为阳极上产生的活性氧直接氧化铝，其反应为 现代应用电子显微镜，示踪原子等手段研究后，对氧化膜形成过程，生成膜的地点提出了新的观点。 在阳极上铝原子失去电子而氧化 与铝结合的氧离子来源于哪个原子团或离子呢?仍不得而知，一种假说认为由OH-电离而来 在硫酸电解液中用180和160同位素进行实验表明，在电场下氧离子的扩散速度比铝离子扩散速度快，氧化膜是由于氧离子扩散到阻挡层内部与铝离子结合而形成的，新的氧化膜在铝基／阻挡层界面上生长，氧化膜内的离子电流60％由氧离子、40％由铝离子输送的。 氧化膜为双层结构，内层为致密无孔的Al2O3，称为阻挡层；外层是由孔隙和孔壁组成的多孔层。在氧化膜／溶液界面上(即孔底和外表面)则发生氧化膜的化学溶解： 阴极上发生氢离子的还原反应： 化学分离法知识点总结 第二章化学分离前的预处理 1.组分分离的概念 1)富集：对摩尔分数小于0.1组分分离。 2)浓缩：对摩尔分数处于0.1到0.9范围内组分的分离。 3)纯化：对摩尔分数大于0.9组分分离。 4)回收因子Ri：Ri为分离后所测得的回收量Q占样品 总量Q o的比值。Ri=Q/Qo 5)分离因子S B/A：对于A、B两种组分而言。分离程 度可从用分离因子表示。在分析分离中是表示被测 组分A与干扰组分B的分离程度。其定义式为：S B/A= （QB/QA）/(QOB/Q OA)=RB/RA 在分离过程中要求分离因子越小越好 6)纯度：纯度系指分离产物中含杂质的多少。对于在 常量范围的无机物定量分析而言，纯度要求99.9%以 上，对于高纯物质则要求高达99.999%甚至更高。2.化学分离前的预处理： 为了从固体混合物中得到单一组分物质，通常要先将其溶 解或分解、熔融、浸出等，转变为溶液状态，最后才进行 化学分离。因此把在化学分离之前将固体混合物处理成溶 液这一过程，称为化学分离前的预处理。 预处理方法：溶解法（酸融法、碱融法），熔融法（酸熔 法、碱熔法、半熔法或烧结法），物质的浸出（直接法、 转换法、细菌浸出法），有机物分解五种。 3.分离目的： 分析操作的样品前处理、确认目标物质的结构、获取单一 纯物质、去除有毒或有害物质。 第三章沉淀分离法 1．沉淀分离法：是在溶液中加入溶剂或沉淀剂, 通过化学反应或者改变溶液的pH值、温度、压力等条件, 使分离物以固相物质形式沉淀析出的一种方法。 沉淀分离法分为：常规沉淀分离法、均相沉淀分离法和共沉淀分离法。 2. 均相沉淀法： 1)概念：借助于化学反应使溶液中缓慢而均匀地产生 沉淀剂以获得较纯净的晶形或非晶形沉淀的方法。 2)沉淀按其物理性质不同，可粗略分为两类：晶型沉 淀和不定形沉淀。 不定形沉淀又称非晶型沉淀或胶体沉淀。晶型沉淀 中又分为细晶型和粗晶型。 3)如果要获得晶体沉淀，一般认为首先是构晶粒子在 过饱和，然后进一步成长为按一定晶格排列的沉淀。 晶核的形成有两种情况：一是均相成核，另一种是 异相成核。 均相成核是构晶粒在过饱和溶液中，通过离子缔合 作用自发地形成晶核。异相成核是溶液中混有固体 微粒，这些微粒起着晶种的作用，诱导沉淀形成。 4)均相沉淀法的途径： a)可以通过改变溶液pH值，使欲沉淀物质的溶 解度慢慢降低，令沉淀析出。 b)利用适当的反应在溶液中缓缓地产生出沉淀 剂。 c)逐渐出去溶剂。将试液与有机沉淀剂在某种与 水混合的溶剂中混合，然后慢慢蒸发出去溶 剂。 d)破坏可溶性络合物。用加热的方法破坏络合物 或用一种离子从络合物中置换出被测离子，从 破坏北侧例子的络合物从而进行均相沉淀。3．共沉淀分离法： 1)共沉淀现象：当沉淀从溶液中析出时，溶液中的某 些原本可溶的组分被沉淀夹带而混杂于沉淀中，这 种现象被成为共沉淀现象。 2)定义：加入某种离子同沉淀剂生成沉淀作为载体沉 淀剂，将痕量组分定量地沉淀下来，然后将沉淀分 离（溶解在少量溶剂中、灼烧等方法），以达到分离 和富集目的的一种分析方法。 3)利用共沉淀剂进行分离的方法很多。一般分为无机 共沉淀剂沉淀分离法和有机共沉淀剂沉淀分离法。 4)无机共沉淀剂沉淀分离法特点： a)无机共沉淀剂比表面积大，吸附富集效率高。 b)选择性不高，但犹豫痕量组分经富集后可用原 子光谱分析，因此不影响测定结果。 5)无机共沉淀剂沉淀分离法三种形式： a)吸附共沉淀分离可分为夹带沉淀和后沉淀两种 沉淀方式。 i.夹带沉淀：这种方法基于物化效应，在沉 淀表面未达到平衡时，机械吸附溶液中的 异电荷离子，从而将痕量组分夹带下来的 分离方法。 ii.后沉淀：后沉淀又称继沉淀。溶液中某些 组分沉淀之后，另一种本来难以沉淀的组 分在该沉淀表面上继续析出沉淀的现象。 特征：富集物质的量随沉淀在溶液中放置 时间的增长而增多。 b)混晶共沉淀分离 c)形成晶核共沉淀分离法 6)以有机试剂来富集分离微量组分的分离方法称为有 机共沉淀分离法。 7）与无级共沉淀分离法相比，有机共沉淀分离法具有共沉淀分离法分离具有的优点：高效性和高选择性，有 机共沉淀剂可用强酸、强氧化剂破坏或用灼烧挥发方 法除去。 第四章萃取分离法 第四节电化学法 (一)基础知识 分类号：W4-0 一、填空题 1．电化学电池中，发生氧化反应的电极称为极，发生还原反应的电极称为极。 答案：阳阴 2．电化学电池的电极电位大小决定于溶液中氧化还原体系的能力。 答案：氧化还原 二、判断题 1．电化学分析法大致可分成5类：电位分析法、电导分析法、电解分析法、库仑分析法、伏安法和极谱法。( ) 答案：正确 2．标准氢电极是参考电极的二级标准。( ) 答案：错误 正确答案为：标准氢电极是参考电极的一级标准。 3．由外界电能引起化学反应的电池称作原电池。( ) 答案：错误 正确答案为：由外界电能引起化学反应的电池是电解电池。 4．电化学分析是利用物质的电化学性质测定物质成分的分析方法，它以电导、电位、电流和电量等电化学参数与被测物质含量之间的关系作为计量的基础。( ) 答案：正确 三、选择题 1．属于电位分析法。( ) A．离子选择电极法B．电导法C．电解法 答案：A 2．国际上规定：以标准氢电极作为标准参比电极，在任何温度下，标准氢电极的相对平衡电势都为。( ) A． 2 B． 1 C．0 答案：C 四、问答题 水质监测项目中有许多是应用电化学分析方法进行测定的。试写出5个分别应用不同电化学分析方法进行测定的水质监测项目名称以及电化学方法名称。 答案：pH，玻璃电极法；氟化物，离子选择电极法；电导率，电导率仪法；化学需氧量，库仑法；酸碱度，电位滴定法；铜铅锌镉，阳极溶出伏安法；铜铅锌镉，极谱法。 参考文献 [1]国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会．水和废水监测分析方法．4版．北京：中国环境科学出版社，2002． [2] 夏玉宇．化验员实用手册．2版．北京：化学工业出版社，2004‘ 命题：袁力 审核：夏新孔福生 (二)氟化物 分类号：W4-1 一、填空题 1．用离子选择电极法测定水中氟化物时，需要控制水样的pH值，氟化物含量愈低，其适宜的pH范围愈宽，一般测定溶液的pH应在范围。 答案：5～8 2．《水质氟化物的测定离子选择电极法》(GB／T 7484—1987)中所有试剂，除另有说明外，均为纯试剂，所用水为水或水。 答案：分析去离子无氟蒸馏 3．测定氟的水样应使用(材质)瓶采集和贮存。如果水样中氟化物含量不高、pH 值在7以上，也可以用(材质)瓶存放。 答案：聚乙烯硬质玻璃瓶 二、判断题 1．氟电极对氟硼酸盐离子(BF4-)不响应，如果水样中含有氟硼酸盐或者污染严重，则应先进行蒸馏。( ) 答案：正确 2．离子选择电极法测定水中氟化物时，水样有颜色或浑浊都影响测定。( ) 答案：错误8种电化学水处理方法
电化学读书笔记全解
人教版大纲
电化学知识
电化学工艺处理废水
8种电化学水处理方法
高三化学 电化学方法与原理
第三节 氧化还原反应（第 1 课时）
主备人：王兰芳
时间：10 月 16 日
课程标准：根据实验事实了解氧化—还原反应的本质是电子的转移，举例说明生产、生活中常见的
氧化—还原反应
省教学要求：判断反应是否为氧化—还原反应；根据实验事实了解氧化—还原反应的本质 教学目标：
知识与技能：
1.知道氧化还原反应、氧化反应和还原反应的概念
2.能根据反应中的元素化合价是否升降来判断氧化还原反应和非氧化还原反应
3.能用电子转移的观点判断、分析氧化还原反应，并能举例说明化学反应中元素化
合价升降与电子转移的关系。
过程与方法：
1、复习巩固初中四种基本反应类型以及从得氧、失氧角度划分氧化反应和还原反应，进一步了
解化学反应的多种分类方法，并由此得出划分的依据不同而有不同的使用范围的
2、培养学生思考及分析，解决问题的能力 情感态度与价值观：理解氧化跟还原的相互依存和对立统一的辩证关系
教学重点：氧化还原反应的判断方法
教学难点：用化合价升降和电子转移的观点理解氧化还原反应关系。
教学过程：
Ⅰ、课前检测：
1、 写出下列反应的离子方程式：
二氧化碳通入澄清的石灰水中：__________________________
用稀盐酸除铁锈：_____________________________________
2、标出下列物质中元素的化合价：
CO2 NaOH Fe2O3 KClO3 Na2SO4
化合物中正负化合价的代数和
0 （＞、等于、＜）。
3、 从化合价角度看：氧化剂是指：_______________________________________ 还原剂是指：__________________________________________
Ⅱ、课堂新授：
【思考】同学们我们在初中学习了四种基本反应类型，请问具体是哪几种？思考、回答 下列四个化学反应分别属于哪种基本反应类型？
反应类型
实例
C＋O2 点燃 CO2
CaCO3 高温 CaO＋CO2↑
C＋2CuO 高温 2Cu＋CO2↑
表示式 A+B+… AB AB A+B+… A+BC AC+B
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电化学氧化处理
化学分离法知识点
第四节 电化学法(环境监测岗位专业考试)
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