應(yīng)用電化學(xué) 科學(xué)出版社 第一章 諸論

應(yīng)用電化學(xué)

第一章諸論應(yīng)用化學(xué)教研室12畢業(yè)實(shí)習(xí)掠影3鉛酸電池制備工藝4什么是電化學(xué)1應(yīng)用電化學(xué)涉及的領(lǐng)域2本課程學(xué)習(xí)要求3主要內(nèi)容緒論古老的定義：電化學(xué)是化學(xué)的一部分，是研究物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)或化學(xué)反應(yīng)與電的關(guān)系的科學(xué)。

JohnO’MBockris則把電化學(xué)體系分成電子相（electrodics）和離子相（ionics）從而將電化學(xué)定義為：電化學(xué)就是研究帶電界面上所發(fā)生現(xiàn)象的科學(xué)。當(dāng)代電化學(xué)已經(jīng)成為邊緣學(xué)科(interdisciplinary)，向不同的研究領(lǐng)域滲透，形成了量子電化學(xué)，光電化學(xué)，生物電化學(xué)，分子電化學(xué)及有機(jī)電化學(xué)等新的研究方向，在有關(guān)學(xué)科占重要地位。什么是電化學(xué)？6廣義的來說電化學(xué)可以指控制離子、電子、量子、導(dǎo)體、半導(dǎo)體、介電體的界面及本體溶液中荷電粒子的存在和移動(dòng)的科學(xué)技術(shù)電化學(xué)的定義原電池電解池電化學(xué)電化學(xué)工業(yè)電化學(xué)工程電化學(xué)理論電化學(xué)工業(yè)與其它工業(yè)相關(guān)聯(lián)近代電化學(xué)的發(fā)展1791年Galvani發(fā)現(xiàn)生物電現(xiàn)象1800年Volta發(fā)明電池Cu|H2SO4|Zn1800年Nicholson、Carlisle利用Volta電池進(jìn)行了水的電解1833年Faraday提出FaradaicLaw1836年Diannill電池，Cu|CuSO4||ZnSO4|Zn最初的實(shí)用電池，電化學(xué)工業(yè)誕生（電解、金屬精煉）1887年Arrhenius電離理論1923年Debye-Hückel強(qiáng)電解質(zhì)理論……1979年Heeger、MacDiarmid、白川英樹導(dǎo)電性聚合物的發(fā)現(xiàn)2001年上述三人獲2000年度Nobel化學(xué)獎(jiǎng)電化學(xué)工業(yè)概況（2）金屬的提取和精煉

主要熔鹽電解產(chǎn)品：Al,Na,K,Mg,Li,濕法電冶金產(chǎn)品：Cu,Zn,Pb,Ni,Co,Sn,Ag,Au等。

電化學(xué)工業(yè)已經(jīng)為現(xiàn)代社會(huì)提供大量的物質(zhì)產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟(jì)中占重要地位電化學(xué)工業(yè)大致可分為如下部分：

（1）化學(xué)品合成無機(jī)產(chǎn)品：Cl2,NaOH,H2,F2,KMnO4,K2Cr2O7等強(qiáng)氧化劑；有機(jī)產(chǎn)品：己二腈，鄰苯二甲酸，葡萄糖酸等。（3）化學(xué)電源

常見的有鉛酸電池、鎳鎘電池，錳鋅電池，此外有鋅、空氣電池、銀鋅電池，常溫鋰電池，鈉硫電池和氫－氧燃料電池等。（4）表面精飾

包括電鍍、陽極氧化和電泳涂漆等。鍍層品種有單金屬如Zn，Sn等，二元合金Cu-Zn,Cu-Sn,Pb-Sn等合金以及含WC等固體的復(fù)合材料。陽極氧化處理的金屬主要是Al，此外有Ti,Cu和鋼。（5)金屬加工包括電成型(電鑄)、電切削和電拋光，這些技術(shù)用于制造傳統(tǒng)機(jī)械方法無法加工的金屬構(gòu)件。陽極：Zn=Zn2++2e-陰極：Zn2++2e-=Zn[Zn(OH)4]2-=4OH-+Zn2+總反應(yīng)：Zn=Zn陽極陰極②陽極氧化①電鍍陽極陰極陽極：2Al+3H2O=Al2O3+6H++6e-

陰極：6H2O+6e-=3H2+6OH-總反應(yīng)：2Al+3H2O=Al2O3+3H2③電化學(xué)合成—如烯烴氯化陽極：RHC=CHR’+2Cl-=RHC-CHR’+2e-陰極：Cl2+2e-=2Cl-ClClCl2Cl-Cl2④電刷鍍

電刷鍍可對(duì)工件進(jìn)行修補(bǔ)。鍍筆的棉花包套部分與工件接觸，使電鍍液刷于工件表面，將金屬鍍到工件上。⑤電化學(xué)拋光

工件作為陽極，通電時(shí)，發(fā)生選擇性溶解。凸處溶解速率將大于凹處，從而起到平整工件表面的作用。金屬工件粘性薄膜電解拋光液⑥電解加工工件作陽極，模件(工具)作陰極。根據(jù)電流分布不均勻性，隨著溶解進(jìn)行，將工件加工成與模件的工作表面完全吻合。泵電解液陰極(模具)陽極(工件)

近20年來，電化學(xué)在高新技術(shù)領(lǐng)域，如新能源、新材料、微電子技術(shù)、生物化學(xué)等方面扮演了重要角色。與此同時(shí)，由于電化學(xué)理論與方法的發(fā)展，在其它學(xué)科邊緣地域形成了熔鹽電化學(xué)、半導(dǎo)體電化學(xué)、催化電化學(xué)、腐蝕電化學(xué)、生物電化學(xué)等新興學(xué)科。電化學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出化學(xué)領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟(jì)很多部門發(fā)揮了巨大作用。電化學(xué)發(fā)展趨勢(shì)(1)腐蝕電化學(xué)

簡(jiǎn)單說來，就是以腐蝕金屬電極為研究對(duì)象的電化學(xué)。腐蝕金屬電極具有一些特點(diǎn)，如：在沒有外電流的自然電位（腐蝕電位）下，腐蝕金屬電極表面上有兩個(gè)或更多個(gè)電極反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，腐蝕電位是兩個(gè)或多個(gè)電極反應(yīng)相耦合的非平衡電位。陽極區(qū)（負(fù)極）陰極區(qū)（正極）IMn+DD·ne-ne-ne-電解質(zhì)氧化性物質(zhì)-“去極化劑”金屬基體電位低電位高(2)熔鹽電化學(xué)

主要研究包括熔鹽物理化學(xué)性質(zhì)、熔鹽電解、熔鹽電池、熔鹽電鍍、金屬在熔融鹽中的溶解等基本概念和理論；并能理論與應(yīng)用相結(jié)合，掌握國內(nèi)外在熔鹽電化學(xué)方面的最新研究成就。17(3)半導(dǎo)體電化學(xué)半導(dǎo)體電化學(xué)則研究半導(dǎo)體即電子和空穴兩種載流子的電極體系以及在此體系中電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)換。它是電化學(xué)的一個(gè)新興研究領(lǐng)域。(4)環(huán)境電化學(xué)

環(huán)境電化學(xué)是聯(lián)系電化學(xué)與環(huán)境科學(xué)的基礎(chǔ)，闡述環(huán)境電化學(xué)防治污染的原理、方法，討論采用水合離子和氫氧自由基等電化學(xué)凈化劑處理環(huán)境有機(jī)物、無機(jī)物以及微生物污染物的作用機(jī)理及其特點(diǎn)。探討污染物防治的電化學(xué)與光電化學(xué)方法，包括采用電滲析、電絮凝、電化學(xué)修復(fù)和光電氧化等。(5)生物電化學(xué)生物電化學(xué)是20世紀(jì)70年代由電生物學(xué)?生物物理學(xué)?生物化學(xué)以及電化學(xué)等多門學(xué)科交叉形成的一門獨(dú)立的學(xué)科?生物電的起因可歸結(jié)為細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電勢(shì)差?人和動(dòng)物的代謝作用以及各種生理現(xiàn)象,處處都有電流和電勢(shì)的變化產(chǎn)生?人或其它動(dòng)物的肌肉運(yùn)動(dòng)?大腦的信息傳遞以及細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能機(jī)制等無不涉及電化學(xué)過程的作用?（6）電化學(xué)傳感器20212006年上海應(yīng)用物理所研制出新型電化學(xué)DNA納米生物傳感器：其特色是通過對(duì)電極界面納米尺度的精細(xì)調(diào)控，同時(shí)引入金納米粒子進(jìn)行電化學(xué)信號(hào)放大，從而顯著提高了DNA檢測(cè)的靈敏度。該生物傳感器可在1－2小時(shí)內(nèi)快速檢測(cè)到約2萬多個(gè)DNA分子22國際電化學(xué)學(xué)會(huì)的專業(yè)分會(huì)(1)基礎(chǔ)界面電化學(xué)(2)電極和電解材料(3)分析電化學(xué)(4)分子電化學(xué)(5)電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換(6)腐蝕、電沉積和表面處理(7)工業(yè)電化學(xué)和電化學(xué)工藝學(xué)(8)生物電化學(xué)23美國電化學(xué)學(xué)會(huì)的專業(yè)分會(huì)(1)電池(2)腐蝕(3)介電體科學(xué)和技術(shù)(4)沉積(5)電子學(xué)(6)能源技術(shù)(7)高溫材料(8)工業(yè)電解和電化學(xué)工藝(9)熒光和顯示材料(10)有機(jī)生物電