电化学原理与应用_课件

（saturated calomel electrode，SCE） 6.导线；7. Hg；8.纤维
以标准氢电极的电极电势为标准，
可以测得SCE的电势为0.2415V。
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对电极（辅助电极）
对电极一般使用惰性贵金属材料如铂丝等， 以免在此表面发生化学反应，用于与工作 电极形成回路。
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电化学工作站
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电化学三电极系统
• 工作电极（Working electrode） • 参比电极（Reference electrode） • 对电极（Auxiliary electrode）
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工作电极
滴汞电极（极谱法） 铂电极 金电极 碳电极 热解石墨(PG)
玻碳(GC) 碳糊 碳纤维
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参比电极
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电分析成为独立的方法学
• 三大定量关系的建立 1833年法拉第定律Q=nFM 1889年能斯特W.Nernst提出能斯特方程
1934年尤考维奇D.Ilkovic提出扩散电流方程 Id = kC
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近代电分析方法
(1) 电极的发展：化学修饰电极、超微电极 (2) 多学科参与：生物电化学传感器 (3)与其他方法联用：光谱-电化学、HPLC-EC、
1753年，俄国著名电学家利赫曼为了验证
富兰克林的实验，不幸被雷电击死，这是
做电实验的第一个牺. 牲者。
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电化学的发展史
1791年, 意大利伽伐尼的青蛙实验 (电化学的起1799年, 伏特堆 (伏特电池/原电池的雏形)
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电化学的发展史
1807年, 戴维电解木灰(potash)和苏打(soda)， 分别得到钾(potassium)和钠(sodium)元素

主要为便携式电子设备、电动车 和混合动力汽车等提供动力。
燃料电池应用
主要用于为电动车和无人机等提 供长续航能力。
电池与燃料电池的优化
电池优化
提高能量密度、降低成本、提高安全 性是当前的研究重点。
燃料电池优化
提高效率和降低成本是主要的研究方 向，同时还需要解决氢储存和运输的 问题。
THANKS
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通过优化电化学检测器件的响应范围，拓 宽电化学生物传感器的检测范围，使其能 够检测更多种类的目标物质。
降低交叉干扰
微型化和便携化
在生物分子识别元件的设计和制备过程中 ，应尽量避免交叉干扰，提高电化学生物 传感器的特异性。
通过改进制造工艺和材料选择，实现电化 学生物传感器的微型化和便携化，使其更 适用于现场检测和实时监测。
电流流动
02
03
腐蚀速率
在腐蚀过程中，电流在金属表面 流动，导致金属原子或分子的损 失或转移。
腐蚀速率取决于电流密度、电极 反应动力学和反应物质的扩散速 度等因素。
电化学腐蚀类型
宏电池腐蚀
由于金属表面存在电位差异， 形成微电池，导致金属的损失
。
微电池腐蚀
金属表面微小的电位差异导致 微小的电流流动，引起金属的 损失。
质。
电解反应原理
电解反应涉及电子的传递和离子 的迁移，在电极上发生氧化或还
原反应，生成相应的产物。
电解过程的分类
根据电解反应的类型和电极反应 的不同，电解过程可分为分解、
合成、电镀、电解冶炼等。
电解过程的应用
工业生产
电解过程广泛应用于工业生产中，如电解炼铜、电解铝、氯碱工 业等，通过电解反应将原料转化为产品。
应用电化学的原理

【变式1】(2010·江苏卷)下图是 一种航天器能量储存系统原理 示意图。下列说法正确的是( )
A．该系统中只存在3种形式的能量转化 B．装置Y中负极的电极反应式为： O2＋2H2O＋4e－ 4OH－ C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 D．装置X、Y形成的子系统能实 现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转 化
解析：图2是原电池，其中A(负极)电极反应式为： BH－—8e－＋8OH－ BO＋6H2O，B(正极)电极反应式为： H2O2＋2e－ 2OH－，故Na＋应往正极区迁移，A错B对；
C 项 所 对 应 的 情 况 是 Zn － C － ZnSO4 原 电 池 ( 吸 氧 腐 蚀)，负极(Zn板)电极反应式为：Zn－2e－ Zn2＋，正极 (铅笔)电极反应式为：O2＋4e－＋2H2O 4OH－，C对；
3．对于二次电池反应，需要看清“充电、放电” 的方向，放电的过程为原电池，充电的过程为电 解池。 4．电解质溶液中的离子(如H+、OH-)，若电极反 应的产物能与之反应，则要写在反应式中。
【典型例题1】 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结 构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是( B) A．该电池能够在高温下工作 B．电池的负极反应为： C6H12O6＋6H2O－24e－ 6CO2↑＋24H＋ C．放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移 D．在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成 标准状况下CO2 44.8 L
答案：A、B
与原电池正极相连的电极为电解池的 阳极，与负极相连的电极为电解池的阴极。 在阳极处为阴离子放电，在阴极处为阳离 子放电，根据题中的现象，可以得出阴、 阳极，进而得出正、负极。
【变式2】(2011·苏锡常镇二模)图1是在金属锌板上贴 上一张用某溶液浸湿的滤纸，图2是NaBH4/H2O2燃料 电池；

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电极电势测量
将待测电极与原则氢电极构成原电池, 测定 其电动势, 即可拟定待测电极电极电势；若 构成电极各种物质皆处于原则态, 则称为原 则电极电势, 记为E
Pt|H2(g, 105Pa)|H+(1mol.dm-3)¦¦待测定电极
原则态:
固体、液体为P 下纯物质；气体P=P 并表现出抱负气体性质纯气体；溶液C
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2.电极电势产生——双电层理论
M(s)
溶解 沉积
当溶解与沉积速
Mn+(aq) + ne 度相等时, 达到动态
平衡, 形成双电层
(double electric
溶液 金属板 layer)。
在金属与溶液间
由于电荷不均等产 生了电势差。事实 上双电层结构溶液 一侧, 由于离子热运 动而呈现一个梯次 分布, 即形成扩散双 电层结构。
电池反应: Cu2++ Zn ＝ Cu+ Zn2+
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原电池反应特点:
• 氧化剂与还原剂不直接接触, 氧化半反应 和还原半反应在空间上分开进行, 通过外 部导体传导电子, 产生电流。
• 在原电池中发生氧化反应电极称之为负极； 发生还原反应电极称之为正极。
• 在电化学中但凡发生氧化反应电极都称之 为阳极, 发生还原反应电极称之为阴极。
要求E(H+ / H2 )＝0
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原则氢电极构成
P(H2)=105Pa 纯氢气
H2
H+ C(H+)= 1mol.dm-3
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2. 原则电极电势
待测电极处于原则态
物质皆为纯净物 相关物质浓度为1mol·L-1 涉及到气体分压为100kPa