应用电化学-1-1-基础知识.ppt

1、应用电化学，教材：应用电化学，杨辉、鲁文青主编，科学出版社，2011年春季学期，参考书目，电极过程动力学导论(第三版)，查全兴电化学原理(修订版)或(第三版)，李迪3。电化学方法：原理和应用(第二版)，巴德等4。电化学化学工业出版社5。电化学测量方法，贾政等主编，化学工业出版社，第6版。应用电化学，杨等主编，中山大学出版社，7。应用电化学，齐鲁生等主编，华中科技大学出版社，8。应用电化学，贾、主编，高等教育出版社，课程内容和课时安排。(0)导论1课时(1)电化学理论基础10课时(2)电催化过程4课时(3)化学电源10课时(4)金属表面处理8课时(5)无机物质电解工业2课时(6)电化学腐蚀与防护

2、5课时，分数构成，平时分数：30(课堂表现，作业)期末考试：70，闭卷本电化学是一门研究化学能与电能相互转化及相关规律和规则的科学。电化学是一门研究离子导体的物理和化学性质以及在电极导体(金属、半导体)和离子导体(电解质、熔盐、固体电解质)之间的界面上发生电现象的各种反应过程的科学。电化学，经典电化学电解质溶液理论，现代电化学电子/离子导体界面效应，两种导体，a .自由电子定向运动导电，b .导体本身在导电过程中不发生变化，c .温度升高，电阻也升高，d .导电总量由电子承担，a .正负离子反向运动导电，b .导电过程中发生化学反应。总导电量分别由正离子和负离子共享。*固体电解质，如，也属于离

3、子导体，但其导电机理复杂，导电能力不高，所以一般主要讨论电解质水溶液。正电极，负电极，阴极，阳极，离子迁移方向：阴离子迁移到阳极，阳离子迁移到阴极，原电池，电解池，法拉第定律，化学变化物质在电极界面的质量与带电成正比。它与几个串联的电解池串联通电。当所取的基本粒子的带电数相同时，在每个电极上反应的物质的量也相同，沉淀物质的质量与其摩尔质量成正比。法拉第定律，法拉第定律的数学表达式，以电子的增益和损耗为z，引入的电量为q，在电极上反应的物质的量n为：在电极上反应的物质的质量m为：或法拉第常数，F=NAe，在数值上等于1摩尔元电荷的电量。基本电荷量已知为=6.0221023 mol-11.6022

4、10-19 c，96484.6 cmol-1，96500 cmol-1。根据法拉第定律，带电粒子的基本单位是在几个串联的电解池中选择和带电的，并且在每个电极上沉淀的物质的量是相同的。此时，带电粒子的绝对值必须相同。例如，带电粒子基本单位的选择，例如：溶液中的带电，电流强度，沉淀。众所周知。提问：传电；激励时间；阳极上放出氧气的物质的量。带电粒子基本单位的选择，溶液一，取带电粒子基本单位电荷：即带电粒子基本单位的选择，溶液二，t同上，取三种基本单位电荷：即Au，法拉第定律，这是电化学中最早的定量基本定律，揭示了引入的电量与沉淀物质之间的定量关系。这个定律可以在任何温度和压力下使用。这项法律的使用

5、没有任何限制。电流效率，0.2电化学发展简史1。1791年，当加尔瓦尼从事青蛙生理功能的研究时，他意外地形成了一种电化学2.1799年，沃尔特(Volta)将锌片和铜片叠放在一起，用浸有硫酸的呢绒将它们分开，形成一个电堆，这是世界上第一个将化学能转化为电能的化学能源。3.1800年，英国的尼科尔森和卡莉斯用伏特电池电解水。1807年，戴维电解熔融的氢氧化钠和氢氧化钾来生产金属钾和钠。5.大量生产实践和科学实验知识的积累促进了电化学理论的发展。1833年，法拉第提出了法拉第定律。6.1889年，Nerst建立了电极电位公式，并提出了电极电位与电极反应中各组分浓度关系的Nerst公式。7.20世纪

6、70年代，亥姆霍兹首次提出了双电层的概念。8.1905年，Tafel测量了各种金属上氢析出的电化学反应速率，确定了氢过电位与电流密度之间的关系，从而提出Tafel方程作为电化学动力学的第一定律。20世纪40年代，前苏联科学家Flum King从化学动力学的角度做了大量工作，后来英美科学家在这一领域做了一些开创性的工作，推动了电化学理论的发展，开始形成以电极反应速率及其影响因素的研究为主要对象的电极过程动力学，被称为当前电化学的主体。10世纪下半叶和20世纪，电化学科学发展迅速，出现了量子电化学和生物电化学等子学科。11.中国对电化学做出重要贡献的科学家：中国科学院院士查全荃、中国工程院院士田昭

7、武、田忠群、易宝莲等。0.3电化学反应的主要特征：1。特殊氧化还原反应；2.特殊的非均相催化反应：不同的电极电位和不同的催化能力，可以极大地影响催化能力。电极电位连续可调，催化活性连续变化。3.氧化和还原是等量进行的，获得和损失的电子数是相同的；4.电极反应一般在常温常压下进行，反应中使用的氧化剂或还原剂为电子，对环境污染小。电化学应用是一门应用领域广泛的重要交叉学科，在解决能源、材料、生命和环境等重大问题中发挥着重要作用。化学电源(电池、燃料电池)金属腐蚀与防护(牺牲阳极镁保护铁管)电化学表面处理(电镀、抛光)电解冶金(提取铝、镁、精炼铜)无机和有机电合成(氯碱工业)环境保护电化学(废水处理

8、)生物电化学(处理与诊断)电化学分析(传感器、痕量分析)、手机电池、计算器、笔记本电脑、照相机、摄像机等。汽车蓄电池、燃料电池的化学电源、通过电化学原理制备的电化学化学品、电、它们周围的电化学、手表外壳、移动电话外壳、自行车轮圈和芯片电路的电镀、铝、锌和铜(电线、家用锅、各种电气部件、飞机外壳等)的电解制备。)，以及铁生锈的电化学过程。防腐电化学方法，重氢化学合成氢氧化钠，漂白次氯酸钠，过氧化氢，高锰酸钾，重铬酸钾，二氧化锰，原子弹等。气体报警器、交通警察检测司机饮酒量的检测器、检测糖尿病患者血液中葡萄糖含量的电化学传感器、钢铁厂、纺织厂、化工厂、制药厂、矿山废水中氰化物和砷的处理；生活污水、

9、造纸厂、印染厂、食品和啤酒废水中有机耗氧物质的处理，医院污水中细菌、病毒和寄生虫卵等病原微生物处理的环境电化学，问题：在神舟六号、嫦娥登月飞船、舰船和潜艇中使用了什么电化学知识？脑电图、心电图等诊断技术；尿毒症人工肾的治疗、癌症的电化学治疗、药物释放的电化学控制和电化学在医学中的应用，自然，448，600-603(2007年8月2日)，在严重创伤性脑损伤后通过丘脑刺激改善行为，一名38岁的男子在一次发作中遭受脑损伤，他的四肢已经6年没有进行任何有意义的运动。由美国威尔康奈尔医学院的尼古拉斯希夫博士领导的研究小组将几个电极植入人体大脑，并通过打开和关闭电极进行深度大脑刺激治疗。经过六个月的治疗，

10、他能够用一种简短但听得见的声音说话。电化学在生物和医学中的应用取得突破，燃料电池装备了德国212潜艇(西门子公司)，特点：具体的研究体系有了很大的拓展，加工方法和理论模型已经深化到分子水平，实验技术得到了迅速的改进和创新，0.5电化学的发展趋势，0.5电化学的发展趋势，1，与纳米技术相结合，2，与生物和生命科学相结合，信息科学，生命科学，能源科学，环境科学和材料科学相结合，1。1电化学系统的基本单元，一次电池的化学能，电解池的电能和化学能，电极(电子导体)，离子导体，丹尼尔电池，溶液(无机、有机)熔盐(氢氧化钠、碳酸钾等)。)固体氧化物(Y2O3-ZrO2)导电离子聚合物(Nafion)，第1

11、章：电化学理论基础，工作电极，WE)，液体电极汞电极固体电极惰性电极(铂，金，碳)和氧化还原电极(铜，铅，镁等)。)，电极常用的液态汞电极有：(1)滴汞电极(二甲醚)；(2)静态汞滴电极(SMDE)；(3)悬挂式汞滴电极(HMDE)、1.1.1电极、金属电极铂、金、银等。导电性好，背景电流可以忽略不计，表面修饰方便，制备简单；但表面不平整，实际面积不宜控制，易吸附的污染物被污染(杂质敏感)，表面可能被腐蚀或钝化。固体电极、金属电极和碳电极，浸入有机溶剂(如甲醇、丙酮等)中。)以去除有机吸附物。将用于机械抛光的金刚砂或氧化铝抛光膏从粗到细(常用粒度为1米、0.3米、0.05米)研磨，去除表面的有

12、机和无机吸附物，获得干净、新鲜的金属表面，并确保高表面光洁度(均匀性)。电化学抛光反复阳极化(产生氧气)和阴极化(产生氢气)，氧化吸附的有机物，并还原表面金属氧化物(去除氧化物层以获得干净的金属表面)。电极表面预处理方法：碳电极：廉价，正电位方向电位窗口大(缓慢氧化)，化学修饰改变表面活性等。热解石墨、高度有序石墨、玻碳、碳纤维、碳纳米管、碳纳米管、石墨、玻碳、辅助电极、导电电流需要(1)良好的电子导体(2)在电位范围内呈惰性(3)面积大于工作电极(4)形状与工作电极一致(5)镀铂黑、玻碳、石墨等的铂或镍。和参比电极(5)。对参比电极的要求：参比电极应具有良好的可逆性，电极电位符合能斯特方程，

13、参比电极不应容易极化；参比电极应具有良好的可恢复性和稳定性，参比电极应具有良好的再现性。当电流或温度改变时，电极的势能迅速恢复到其原始状态，并且势能总是保持恒定。普通参比电极和标准氢电极：国际上首选的参比电极，但在实际测试中使用不方便(需要气体)。甘汞电极：hg2cl 2(s)KCl(AQ)hg2cl 22 e-2hg 2cl 2 e-饱和KCl，Eo=0.242V 70oC氯化银电极：AgAgCl(s)KCl(aq) AgCl e-Ag Cl-饱和KCl，Eo=0.197V，由不同参比电极测得的电位，用于碱性溶液中，1.1.2隔膜，功能：将阳极区与阴极区分开，并确保阴极和阳极上的氧化还原反应

14、的反应物和产物不接触类型：玻璃过滤板膜、盐桥、离子交换膜(阳离子交换膜、阴离子交换膜)、多孔膜。缺点：阻力显著增加，能耗增加。1.1.3电解质溶液、水溶液体系、有机溶剂体系、熔盐体系、电子传递介质、电解质溶液、电解质：溶解在溶剂中或熔化时能导电的物质。增溶剂，络合剂，缓冲剂，惰性电活性，支持电解质，生成电解质，选择原则：(1)互溶性(2)使电解质解离度大(3)常温下液体，低粘度和低毒性(4)宽工作电位窗，1.1.4电解池(电化学池)的设计和安装，1 Eapl-0.64V，无电流，Eapl=-0.84V，电流，额外的0.2V包括两部分：由过电位和溶液电阻引起的电位降(iR，欧姆降)，欧姆降三电极电解槽，工作(2)工作电极和辅助电极应分开