应用电化学 科学出版社 第一章 诸论

应用电化学

第一章诸论应用化学教研室12毕业实习掠影3铅酸电池制备工艺4什么是电化学1应用电化学涉及的领域2本课程学习要求3主要内容绪论古老的定义：电化学是化学的一部分，是研究物质化学性质或化学反应与电的关系的科学。

JohnO’MBockris则把电化学体系分成电子相（electrodics）和离子相（ionics）从而将电化学定义为：电化学就是研究带电界面上所发生现象的科学。当代电化学已经成为边缘学科(interdisciplinary)，向不同的研究领域渗透，形成了量子电化学，光电化学，生物电化学，分子电化学及有机电化学等新的研究方向，在有关学科占重要地位。什么是电化学？6广义的来说电化学可以指控制离子、电子、量子、导体、半导体、介电体的界面及本体溶液中荷电粒子的存在和移动的科学技术电化学的定义原电池电解池电化学电化学工业电化学工程电化学理论电化学工业与其它工业相关联近代电化学的发展1791年Galvani发现生物电现象1800年Volta发明电池Cu|H2SO4|Zn1800年Nicholson、Carlisle利用Volta电池进行了水的电解1833年Faraday提出FaradaicLaw1836年Diannill电池，Cu|CuSO4||ZnSO4|Zn最初的实用电池，电化学工业诞生（电解、金属精炼）1887年Arrhenius电离理论1923年Debye-Hückel强电解质理论……1979年Heeger、MacDiarmid、白川英树导电性聚合物的发现2001年上述三人获2000年度Nobel化学奖电化学工业概况（2）金属的提取和精炼

主要熔盐电解产品：Al,Na,K,Mg,Li,湿法电冶金产品：Cu,Zn,Pb,Ni,Co,Sn,Ag,Au等。

电化学工业已经为现代社会提供大量的物质产品，在国民经济中占重要地位电化学工业大致可分为如下部分：

（1）化学品合成无机产品：Cl2,NaOH,H2,F2,KMnO4,K2Cr2O7等强氧化剂；有机产品：己二腈，邻苯二甲酸，葡萄糖酸等。（3）化学电源

常见的有铅酸电池、镍镉电池，锰锌电池，此外有锌、空气电池、银锌电池，常温锂电池，钠硫电池和氢－氧燃料电池等。（4）表面精饰

包括电镀、阳极氧化和电泳涂漆等。镀层品种有单金属如Zn，Sn等，二元合金Cu-Zn,Cu-Sn,Pb-Sn等合金以及含WC等固体的复合材料。阳极氧化处理的金属主要是Al，此外有Ti,Cu和钢。（5)金属加工包括电成型(电铸)、电切削和电抛光，这些技术用于制造传统机械方法无法加工的金属构件。阳极：Zn=Zn2++2e-阴极：Zn2++2e-=Zn[Zn(OH)4]2-=4OH-+Zn2+总反应：Zn=Zn阳极阴极②阳极氧化①电镀阳极阴极阳极：2Al+3H2O=Al2O3+6H++6e-

阴极：6H2O+6e-=3H2+6OH-总反应：2Al+3H2O=Al2O3+3H2③电化学合成—如烯烃氯化阳极：RHC=CHR’+2Cl-=RHC-CHR’+2e-阴极：Cl2+2e-=2Cl-ClClCl2Cl-Cl2④电刷镀

电刷镀可对工件进行修补。镀笔的棉花包套部分与工件接触，使电镀液刷于工件表面，将金属镀到工件上。⑤电化学抛光

工件作为阳极，通电时，发生选择性溶解。凸处溶解速率将大于凹处，从而起到平整工件表面的作用。金属工件粘性薄膜电解抛光液⑥电解加工工件作阳极，模件(工具)作阴极。根据电流分布不均匀性，随着溶解进行，将工件加工成与模件的工作表面完全吻合。泵电解液阴极(模具)阳极(工件)

近20年来，电化学在高新技术领域，如新能源、新材料、微电子技术、生物化学等方面扮演了重要角色。与此同时，由于电化学理论与方法的发展，在其它学科边缘地域形成了熔盐电化学、半导体电化学、催化电化学、腐蚀电化学、生物电化学等新兴学科。电化学的应用已经远远超出化学领域，在国民经济很多部门发挥了巨大作用。电化学发展趋势(1)腐蚀电化学

简单说来，就是以腐蚀金属电极为研究对象的电化学。腐蚀金属电极具有一些特点，如：在没有外电流的自然电位（腐蚀电位）下，腐蚀金属电极表面上有两个或更多个电极反应同时进行，腐蚀电位是两个或多个电极反应相耦合的非平衡电位。阳极区（负极）阴极区（正极）IMn+DD·ne-ne-ne-电解质氧化性物质-“去极化剂”金属基体电位低电位高(2)熔盐电化学

主要研究包括熔盐物理化学性质、熔盐电解、熔盐电池、熔盐电镀、金属在熔融盐中的溶解等基本概念和理论；并能理论与应用相结合，掌握国内外在熔盐电化学方面的最新研究成就。17(3)半导体电化学半导体电化学则研究半导体即电子和空穴两种载流子的电极体系以及在此体系中电能和化学能的相互转换。它是电化学的一个新兴研究领域。(4)环境电化学

环境电化学是联系电化学与环境科学的基础，阐述环境电化学防治污染的原理、方法，讨论采用水合离子和氢氧自由基等电化学净化剂处理环境有机物、无机物以及微生物污染物的作用机理及其特点。探讨污染物防治的电化学与光电化学方法，包括采用电渗析、电絮凝、电化学修复和光电氧化等。(5)生物电化学生物电化学是20世纪70年代由电生物学､生物物理学､生物化学以及电化学等多门学科交叉形成的一门独立的学科｡生物电的起因可归结为细胞膜内外两侧的电势差｡人和动物的代谢作用以及各种生理现象,处处都有电流和电势的变化产生｡人或其它动物的肌肉运动､大脑的信息传递以及细胞膜的结构与功能机制等无不涉及电化学过程的作用｡（6）电化学传感器20212006年上海应用物理所研制出新型电化学DNA纳米生物传感器：其特色是通过对电极界面纳米尺度的精细调控，同时引入金纳米粒子进行电化学信号放大，从而显著提高了DNA检测的灵敏度。该生物传感器可在1－2小时内快速检测到约2万多个DNA分子22国际电化学学会的专业分会(1)基础界面电化学(2)电极和电解材料(3)分析电化学(4)分子电化学(5)电化学能量转换(6)腐蚀、电沉积和表面处理(7)工业电化学和电化学工艺学(8)生物电化学23美国电化学学会的专业分会(1)电池(2)腐蚀(3)介电体科学和技术(4)沉积(5)电子学(6)能源技术(7)高温材料(8)工业电解和电化学工艺(9)荧光和显示材料(10)有机生物电