中科院應化所電極過程課件電化學與電分析基礎ECKeCh

電化學與電分析化學基礎電化學基本概念電極電極是電化學反應發(fā)生的地方。它可以是金屬、半導體或導電材料。電解質電解質是一種可以導電的物質。它可以是溶液、熔融鹽或固體。電解池電解池是一個用于電解的裝置，它可以將電能轉化為化學能。原電池原電池是一個用于將化學能轉化為電能的裝置。電勢與標準電極電位電勢衡量電極反應中電子傾向的指標標準電極電位在標準條件下測得的電極電位電極電位的測定1標準氫電極標準氫電極(SHE)作為電極電位的參考點，其電位被定義為0伏特。2測量方法通過測量與SHE之間的電勢差來測定電極電位，這需要一個測量電極和一個參考電極。3儀器使用高阻抗伏特計或pH計進行測量。半電池與電池半電池由一個金屬電極和與其接觸的電解質溶液組成。電池由兩個半電池組成，通過鹽橋或多孔隔膜連接，形成閉合回路。法拉第電化學定律1電解電解是利用電流驅動非自發(fā)化學反應的過程2電量電解過程中，通過電極的電量與發(fā)生電化學反應的物質的量成正比3法拉第常數(shù)法拉第常數(shù)是電解過程中電量與電化學反應物質的量的比例常數(shù)4應用法拉第電化學定律在電化學分析、電鍍、電解制備等領域有廣泛應用電解過程1電解池電解池是一個包含兩個電極和電解質溶液的裝置，用于通過電解實現(xiàn)化學反應。2電流通過當電流通過電解池時，在電極表面發(fā)生氧化還原反應，導致化學物質的分解或合成。3陽極與陰極陽極是氧化反應發(fā)生的電極，陰極是還原反應發(fā)生的電極。4電解產(chǎn)物電解過程會產(chǎn)生各種電解產(chǎn)物，取決于電解質溶液的成分和電極材料。電化學反應動力學1電化學反應速率反應速率受電極電位、濃度和溫度影響.2電極過程電子轉移、物質傳遞和表面反應相互影響.3電極反應機制研究反應步驟、速率常數(shù)和控制步驟.Butler-Volmer方程電極過程電化學反應速率與電極電位之間的關系描述了電極反應的凈電流核心概念描述了電極過程的正向和反向電流包含交換電流密度和傳遞系數(shù)電極表面過程1電子轉移電極和溶液之間電子傳遞2物質傳遞反應物和產(chǎn)物在電極和溶液之間擴散3化學反應電極表面發(fā)生的化學反應電極動力學方程1電流密度反應速率與過電位成正比2電子傳遞涉及電子轉移步驟3質量傳遞反應物和產(chǎn)物在電極表面上的擴散阻抗譜分析頻率響應測量不同頻率下的電化學系統(tǒng)阻抗。界面信息揭示電極/電解質界面過程，如電荷轉移、擴散、雙電層等。參數(shù)分析提取電化學參數(shù)，如電荷轉移電阻、雙電層電容等。線性掃描伏安法電位掃描電位以恒定速率線性變化，從起始電位到最終電位。電流響應記錄對應電位下的電流變化，得到伏安曲線。峰值分析分析伏安曲線的峰值位置、峰值電流和峰值形狀。循環(huán)伏安法1電極電位在特定范圍內線性掃描2電流響應記錄電流變化3伏安曲線描繪電位與電流關系計量電量滴定法時間控制通過控制電解時間來實現(xiàn)電解的定量控制。電流控制電解過程中，保持電流恒定，并通過測量電解時間來確定電解量。滴定方式通過電解生成的物質滴定待測物質，實現(xiàn)定量分析。電位滴定法原理電位滴定法是基于測量滴定過程中溶液電位的變化來確定滴定終點的方法用已知濃度的滴定液滴定待測液，并用指示電極和參比電極測量溶液電位的變化應用適用于各種物質的滴定，例如酸堿滴定、沉淀滴定、絡合滴定和氧化還原滴定電導滴定法原理基于溶液電導率變化的滴定方法。應用用于測定弱酸、弱堿、鹽類等物質的濃度。優(yōu)勢快速、簡便、靈敏度高。電位串聯(lián)法測量原理電位串聯(lián)法是利用電位差測量來確定溶液中某一離子濃度的方法.應用范圍適用于測定溶液中多種離子的濃度,特別適用于分析混合體系.優(yōu)勢高靈敏度,可用于痕量分析;操作簡便,不需要復雜的儀器.庫侖法電解池庫侖法是在恒電流條件下，通過測量電解過程中通過的電量來確定物質的量。電化學傳感器庫侖法廣泛應用于電化學傳感器領域，用于檢測和量化各種物質。電流積分法計時精確測量電解時間。電流積分對電解過程中電流進行積分。物質定量根據(jù)法拉第定律計算電解產(chǎn)物的量。電位靜止法測量時間長，可達幾十分鐘或幾小時使用高阻抗伏特計，不產(chǎn)生明顯的電流適用于各種體系，特別是難溶鹽的測定電位差滴定法電位計用于測量溶液的電位，并用于滴定終點的指示。滴定曲線通過繪制電位與滴定劑體積的關系圖來進行滴定終點判斷。離子選擇電極敏感性離子選擇電極對特定離子具有高度選擇性，能夠區(qū)分溶液中各種離子。應用范圍廣泛應用于水質監(jiān)測、環(huán)境分析、食品安全、臨床診斷等領域，可用于測定各種離子的濃度。操作簡便離子選擇電極操作簡單，易于使用，可用于現(xiàn)場分析，提供快速、準確的結果?；瘜W傳感器化學傳感器是一種將化學信息轉化為可測量電信號的裝置，可以用于檢測各種化學物質，包括氣體、液體和固體?；瘜W傳感器通常包含一個敏感元件和一個轉換元件。敏感元件負責識別目標分析物，并產(chǎn)生相應的化學信號。轉換元件將化學信號轉化為電信號，以便進行測量和分析。電化學檢測靈敏度高電化學檢測技術可以檢測到痕量物質，甚至可以達到ppb級。選擇性強電化學檢測技術可以針對特定物質進行檢測，減少干擾信號。實時監(jiān)測電化學檢測技術可以實時監(jiān)測物質的變化，實現(xiàn)動態(tài)分析。電化學分析原理1電化學反應電化學分析是基于電化學反應進行物質定量分析的方法，通過測量電化學信號來確定物質的濃度或性質。2電化學信號常見的電化學信號包括電流、電壓、電阻等，這些信號的變化與物質的濃度或性質密切相關。3分析方法電化學分析方法包括伏安法、庫侖法、電位法、電導法等，可用于定量分析、定性分析、結構分析等。電分析化學技術伏安法伏安法是一種通過測量電流和電位的變化來研究電化學反應的技術。庫侖法庫侖法是基于法拉第定律，通過測量電解過程中消耗的電量來測定物質的量。電位法電位法利用電極電位變化來測定溶液中物質的濃度或活度。電導法電導法通過測量溶液的電導率來測定溶液中物質的濃度。電化學分析技術應用環(huán)境監(jiān)測監(jiān)測水體、土壤和空氣中的污染物，如重金屬、農(nóng)藥和有機污染物。食品安全檢測食品中的添加劑、農(nóng)藥殘留、細菌和重金屬，保障食品安全。醫(yī)藥分析藥物分析、藥物代謝研究、生物傳感器開發(fā)等，推動醫(yī)藥科學發(fā)展。材料科學研究材料的電化學性質，例如腐蝕、電鍍、電池和燃料電池等。電化學分析新進展納米材料納米材料在電化學分析中的應用為提高靈敏度和選擇性提供了新的途徑。人工智能人工智能技術正在推動電化學分析的自動化和智能