电化学
第十章电位分析法
电化学分析（electrochemical analysis)：被测溶液呈现的电化学性质及其变化而建立的分析方法。
根据所测电池的电物理量性质不同分为：
电位分析法：直接电位法，电位滴定法
电导分析法
库仑分析法
极谱分析法
伏安分析法
第一节电位分析法基础
一、化学电池
化学能与电能相互转换的装置，包括原电池与电解电池。
（一）原电池构成
Daniell电池
负极：
正极：
（二）原电池的表示方法
IUPAC（international union of pure and applied chemistry) 规定：
称为半电池
（三）可逆电池
1.电极反应可逆
2.热力学可逆
二、电池电动势和电极电位
（一）电池电动势（electromotiveforce, EMF)等于电池各个相间界面电位代数和。（二）电极电位和双电层
金属与电解质溶液界面形成双电层，数值称为电极电位（electrode potential)，其大小可用Nernst方程计算。电极电位是相对值，根据IUPAC规定，以氢电极为基准，其它电极与氢电极比较而来。
氢标电极：
标准电极电位：组成该电极电位的氧化型活度和还原型活度相等且等于1mol/L时，气体分压等于101.325 kPa，温度25℃时，该电对相对于标准氢电极电位，用表示。
(三）Nernst方程
电极反应可以写成还原形式的通式，为半反应。合并常数得t =25℃，T=298.15时简化方程：
计算规则：
1.系数为方次
2.气体用分压表示
3.沉淀、固体、金属溶液、水的活度为1
三、液体接界电位（liquid junction potential)
（一）液接电位的产生
（二）液接电位的消除
第二节直接电位法
一、基本原理：
二、参比电极（reference eletrode)
定义：定温、定压下，电极电位准确已知，且不随待测溶液的组成改变而改变。
常用的是二级标准电极，甘汞电极与银-氯化银电极。
（一）甘汞电极
铂丝浸入Hg+Hg2Cl2的糊状物中，以KCl为内充液。
半电池、电极反应与电极电位：
（二）银-氯化银电极(常用作内参比电极)
半电池：
Ag AgCl，Cl (a)
电极反应：
电极电位：
三、指示电极-离子选择性电极
指示电极（indicator electrode)，主要是离子选择性电极（ion selective electrode，ISE) ，电极电位与相应离子活度符合 Nernst 方程。
（一）离子选择性电极的构造和分类
构成：
1. 敏感膜
2. 内导体系
IUPAC建议分类方法：
原电极：晶体膜电极，非晶体膜电极
敏化离子选择性电极：气敏电极，生物敏感电极
（二）离子选择性电极的
电极电位电极敏感膜两侧各有一界面，跨越膜的两侧界面产生电位差，称为膜电位。
膜外：
膜内：
膜电位
为定值
即：
考虑到离子的电荷符号，综合表达式为：
（三）常用离子选择性电极
1. pH玻璃电极（pH glass electrode)
结构：软质球状玻璃膜：含Na2O、CaO和SiO2对H+选择性响应，内部溶液：
0.1mol/LHCL；内参比电
极：Ag-AgCL，电极厚度<0.1mm。
电极表示式：
响应机制、电极电位：
玻璃敏感膜的组成：
Na2O： CaO： SiO2 22：6：72 响应范围 pH 1 ～ 9
Li2O： CaO ：SiO2 27：1：72 响应范围 pH 1 ～ 13
一般认为膜电位的产生原理为“离子交换理论”，玻璃电极经浸泡后，骨架中的Na+与水中的H+发生交换：水化层表面钠点位基本被氢离子占有，浸入待测液时：
膜内外均产生相间电位
不对称电位：当时，称不对称电位
电极电位式为：
选择性：对阳离子选择性
顺序：
2.氟离子选择性电极（fluoride electrode)
结构: LaF3单晶片制成，为增强导电性加入少量EuF2。
电极表示式及电极电位：
测定范围：10-1mol/L ～10-7mol/L。由LaF3溶度积知的饱和浓度约为10-7mol/L。
氟电极的选择性：膜电位的产生是F-直接与LaF3晶格中F-交换，使用前无需活化，只有F-大小半径才能进入晶格。1000倍Cl-、Br-、I-、Ac-、HCO3-、SO42-、NO3-、PO43-均不干扰。溶液中的Fe3+、Al3+和Th3+均与F-形成配合物，干扰。
pH对测定的影响：
测定结果偏低
测定结果偏高
3. 氨气电极：透气膜由偏聚四氟乙烯构成，选择性通过氨气，测定时：若NH4+的浓度足够大，则：
常用的气敏电极还有CO2、SO2、NO2、H2S、HF等。
（四）离子选择性电极的性能
1. 线性范围和检测限：
电极电位与待测离子活度有下列的直线关系：
但实际工作中作出的工作曲线并非全部直线，一般将工作曲线的直线部分称为线性范围。
2. 电极斜率：
理论值：一价离子59.16mv，二价离子29.58mv，即活度变化一个数量级所引起变化。S实常比S理低，且随使用时间斜率逐渐降低。为合格，<70%为不合格。
3. 选择性：待测离子i与干扰离子j共存时，j可能产生电极膜响应。
K ij为 I 离子对 j 离子电位选择性系数（potentiometric selectivity coefficient)。含义为产生相同电位时，待测离子活度a i 与干扰离子活度a j 之比。
4. 响应时间：电极接触试液至稳定值95%的时间t95。
影响因素：
浓度低，时间长
电极膜厚，时间长
干扰离子存在，时间长
搅拌速度快，时间短
温度高，时间短
5. 温度效应：
改变电极斜率
改变标准电极电位
改变电极其它性能如电活性物溶解度、化学平衡移动。
6. 膜电阻：晶体膜104～106Ω，玻璃膜106～109Ω。需使用高输入阻抗的毫伏计，以便获得零电流。
四、直接电位法的分析方法
除pH玻璃电极外，常用SCE为负极，指示电极为正极，与待测液构成原电池。
式中阳离子取“+”，阴离子取“-’。
（一）溶液中pH值测定
1.测定原理：
K值与电极、温度、试液有关。用“两次法”进行测定。
实际操作中常选用定位键，然后在pH计上直接读出待测溶液pH。pH标准缓冲溶液见下表。
(二）离子浓度的测定
1. 离子强度调节活度（activity) a= rc 若s 代表
则：
若离子强度恒定，则：
总离子强度缓冲剂（total ion strength adjustment butter，TISAB）：惰性强电解质、pH缓冲液、掩蔽剂。
例：测氟时：500ml水中溶入58g NaCl，57ml 冰醋酸，0.3g e二水合柠檬酸三钠，NaOH 调pH 5.0 ～5.5，加水至1L。
2. 离子浓度的定量方法：
标准曲线法：配制标准系列，加入TISAB液，绘制E-lgC i曲线。优点：线性范围宽，适用于测定批量样品，适用于水等简单体系，或血清、海水等组成较为恒定的样品中待测物质的测定。
标准比较法（两次法）：标液与试液中同时加TISAB。
标准加入法：当组成复杂，加入TISAB 难以消除离子强度的差别时，可采用此法。
整理后得：
五、直接电位法的准确度（Δc/c)
取通式：
微分：
一般E测量误差为1mv，25℃时：
因此一价离子的测量误差为±4%，二价离子的测定误差为8%。多价离子可转成一价离子进行测定。
B（III） BF4-
第三节电化学生物传感器简介
电化学传感器（chemical sensor)是将物质信息转化为电信号或光信号的装置，由化学敏感层、转换器、信号采集与数据处理组成。基于电化学的原理，用生物体成分或生物体本身作为敏感层，以电化学传感器为信号转换装置的传感器称为电化学生物传感器（electrochemical biosensor)。
特异性结合：酶-底物；抗原-抗体；激素-受体；
特点：
1.样品不需预处理
2.响应快，样品用量少
3.电极体积小，利于仪器小型化
（一）酶电极（enzyme sensor)
（二）免疫传感器（immunosensor）
1. 标记免疫传感器：酶标记抗原或抗体作膜，结合后引起氧通透性改变，由氧电极指示。
2. 非标记免疫传感器：抗原或抗体作膜，发生免疫反应后，结合物改变了膜表面的物理性质，离子传质速度的变化引起了电极电位的变化。
3. 脂质膜溶菌：抗原固定在脂质膜表面，季铵离子作标示物，抗原+抗体+补体蛋白时，引起脂质膜溶菌作用，标示物穿过脂质膜，受到离子选择性电极的检测。
四、电化学生物传感器进展
（一）微型化： < 10nm称为微型电极
（二）微阵列电极：多只微型电极并联。特点：提高信噪比，提高灵敏度。
（三）电化学基因传感器：电化学DNA探针，与靶序列选择性的杂交，导致电极表面结构改变，通过电活性杂交指示剂，确认结构差异。
第十一章电导分析和库仑分析法
第一节电导分析法（conductometry）
一、基本原理
（一）电导和电导率：
ρ为电阻率Ω·cm
电导（conductance)
κ的意义：电极面积为1cm2，两极间的距离为1cm时电解质溶液的电导，即1cm3溶液的电导(S/cm)。
（二）摩尔电导率(molar conductivity)
相距1cm的两个平行的电极之间含有1mol的电解质时溶液的电导。Λm(S·cm2/mol)。
电导率与摩尔电导率的关系：含有1mol 的电解质溶液的体积为V m(cm2)，极板距为
1cm，体积即为Vcm3。
则：
（三）无限稀释时的摩尔电导率
由于溶液中离子间的相互作用，离子的迁移受到牵制，浓度愈大，Λm值愈小。无限稀释下达最大值称：
例 11-1.计算25℃时纯水的电导率。
解：纯水中导电的是由水离解出来的H+和OH-离子，它们的浓度均为10-7mol/L。查表得：H+的为349.8，
OH-的为198.0，则纯水的电导率为：
二、电导的测量
（一）电导池
铂电极与光亮电极。低电导时用光亮铂电极。
电导池常数：
已知电导率的KCl标准溶液测定未知溶液的电导率。
（二）测量电源与电路
为防止极化常采用交流电。
1. 电桥平衡式：
2. 直读式：
若：则：
三、直接电导法的应用
1.水质监测：
κ：超纯水5.5×10-8S/cm；无离子水<1×10-6S/cm；
蒸馏水1×10-5S/cm；清洁淡水1×10-4S/cm。非电导物质对水纯度的影响无法测出。
2.水中溶解氧：
每1μg/L溶解氧增加0.035μS/cm电导率。测定前需用混合床离子交换树脂出去水中离子。
3. 大气中有害气体测定：
SO2、SO3、H2S、CO2、NH3。
测定吸收气体后溶液电导的增量。
四、电导滴定（conductometric titration)法简介
滴定分析中，离子浓度变化引起溶液电导变化，由此确定终点。为减少滴定剂加入引起的稀释作用，一般滴定剂浓度高10倍。使用于酸碱滴定和沉淀滴定，不适用于氧化还原与配位滴定，因加入的其他它试剂复杂。
（1）强碱滴定强酸： 0.1mol/LNaOH滴定0.1mol/L HCL
( 2 ) 强碱滴定混合酸： NaOH滴定 HCl与HAc，有2个转折点，第一点位盐酸，第二点为醋酸。
第二节库仑分析法（coulometry)
一、电解基础知识：
两极间施加直流电压，电解质在两极上发生氧化还原
反应，产生电流的过程称为电解。
例：电解0.1mol/LH2SO4+0.1mol/LCuSO4溶液，能在阳极发生反应的物质：H2O
2H2O - 4e O2 + 4H+
能在阴极反应的物质： H+、Cu2+
2H+ + 2e = H2
Cu2+ + 2e = Cu
>
则：阳极： 2H2O - 4e = O2 + 4H+
阴极： Cu2+ + 2e = Cu
如果切掉电源，则成为一个原电池：
正极（原阳极） 4H+ + O2 + 4e = 2H2O
负极（原阴极）Cu - 2e = Cu
（一）分解电压与析出电位
分解电压：是电解质溶液连续不断地发生电解反应所必需的最小外加电压，理论值等于电池的反电动势。
析出电位：在电极上发生反应所施加最小电位。
（二）极化作用与超电位
外加电压与电流的关系式为：
但上述示例中所需外加电压不是0.87V而是1.68V。二者之差为超电位η (overpotential) ，本质是电极实际电极电位偏离平衡电位，称为电极极化。阴极超电位阳极超电位。
1.浓差极化
2.电化学极化由于电极反应迟钝引起，当电解电流通过阴极时，由于电极反应速度慢，电活性物质来不及消耗
掉外电源送来的电子，致使电极上堆积过多电荷，电极表面自由电子数增多，相应阴极电位向更负的方向移动。
因此：
3. 影响超电位的主要因素：
电极材料：氢在汞上超电位大，在铁上超电位小
电流密度：随密度增加而增加
温度及析出物的形态：温度升高，超电位减小；析出气体超电位大。
二、库仑分析法基本原理（coulometric analysis)
根据电解过程中消耗电量的定量分析方法，包括恒电流分析(constant current coulometry) 和控制电位库仑分
析（controlled potential coulometry )。
（一）法拉第电解定律
1.物质析出量与流过电解池的电量成正比：
2. 相同的电量时，析出量与摩尔质量成正比，与反应电子数成反比：
合并后得：
上式意义：某物质电解时，每通过一个阿弗加德罗数即6.023×1023个电子即96485库仑时，析出质量为M/n g。
法拉第定律是自然科学中最严格定律之一，不受温度、压力、电解质浓度、电极材料和形状、溶剂等因素影响。
（二）电流效率
要求电流效率达99.9%。
三、控制电位库仑法
（一）基本原理
将工作电极电位调节到一个数值，并保持恒定，电解至电流为零，计算耗电量。
例：有一试液，含有0.1mol/LAg+与0.1mol/LCu2+，试用控制电位库仑分析对其进行分别测定。
计算析出电位：
当工作电极电位下降时，首先Ag+析出：
Ag ++ e = Ag
一般认为当浓度降至10-6mol/L时即认为已经电解完全，此时电位为：
此时Cu2+仍不能析出，因此可以将电位固定在0.445v
上分析Ag+，此时电流很大，分析的电位差为：
0.740 - 0.445 = 0.295v
随分析进行， [Ag+] ，电流也随之下降，伏安曲线渐趋于 x 轴。
因此，电位固定在0.445v可分析Ag+而Cu2+不干扰。等Ag+分析完后，再在0.163v 分析Cu2+。
（二）电量的测量
1. 化学库仑计：本身是电解池，串联入电路，与试样电解同时进行。重量式、体积式、比色式、滴定式。
滴定式库仑计：烧杯中放入0.03mol/LKBr和0.2mol/L的K2SO4，铂网为阳极，银丝为阴极。电解时，电极反应：
阴极： 2H2O + 2e = 2OH- + H2
阳极： 2Ag + 2Br- = 2AgBr + 2e
通电后溶液pH升高，用标准酸溶液滴定。
2. 氢氧库仑计：电解0.5mol/L Na2SO4或0.5mol/L K2SO4 ，每库仑电量生成0.1741ml混合气体。准确度可达0.1%，但灵敏度较低。
3.电子积分器：
测定过程：先通氮气除氧，在-0.3v～0.4v电位下预电解，直至电流降低到本底电流，在不切断电流的情况下加入试样，接上库仑计，电解至背景电流。
（三）特点和应用
1. 选择性好：可不经分离测定多种离子。
2. 灵敏度和准确度高：可测定μg/ml级，相对误差千份之几。
3. 应用范围广：可用于测定50多种元素及其化合物。
四、恒电流分析
（一）基本原理：
简称库仑滴定（coulometric titration)。在分析过程中保持电流恒定。
例：分析Fe2+，以阳极为工作电极。
电极反应为：
Fe2+ - e = Fe3+
电对的电极电位为：
随分析进行，[Fe3+] [Fe2+] ，，电流下降，为保持电流恒定，需提高工作电极工作电压，当提高到一定程度，水被氧化：
（二）仪器装置
1. 电解系统：恒电流源、计时器、滴定池
恒流源：45v～90v干电池串联，1mv～100mv电流。
计时器：秒表，电子计时器，0.01s
2. 指示系统：
化学指示剂法
电位法
永停法
（三）恒电流库仑滴定法特点和应用
1.特点：
灵敏度高、准确度好，比经典滴定法低1～2个数量级。不需标准溶液。范围广，可用来测定不起电极反应和不稳定的物质。
2. 应用：凡能以100%电流效率电解生成试剂，并迅速定量反应的任何物质都可以测定，目前用于无机测定的库仑滴定剂有60多种，用于测定有机化合物的亦有20余种。
示例：大气中SO2测定
测定时需除去臭氧、硫化氢、氧氮化物等氧化-还原物质，最小检出量0.05mg/m3。
电化学在环境保护中的应用
物理化学综述 综述题目：电化学在环境保护中的应用 电化学在环境保护中的应用 摘要 摘要概述了电化学在环境保护中的优越性,综述了电化学处理环境污染物 的基本方法, 总结了电化学技术在环境污染治理中的应用,分析了电化学 体系存在的问题,展望了电化学在环境治理领域的应用前景和发展方向。 电化学技术处理环境污染物的基本方法电化学技术处理环污染物常用的基本方法有电化学氧化、电化学还原、光电化学氧化、电渗析、电吸附、电凝聚、电沉积、电化学膜分离等。 关键词环境保护; 电化学技术; 环境污染物 Abstract Summarizes the advantages of electrochemistry in environmental protection, electrochemical process and the basic methods of environmental pollutants were reviewed, summarized the application of electrochemistry techno logy in
environmental pollution control, analyzes the existing problems of electrochemistry system, prospects the electrochemical application prospect and development direction in the field of environmental governance. Electrochemical technology processing the basic ways of environmental pollutants by electrochemical technology processing ring pollutants commonly used basic method has electrochemical oxidation, electrochemical reduction, photoelectrochemical oxidation, electrodialysis, the electric adsorption, electrocoagulation, electrodeposition, electrochemical membrane separation, etc. Key words environmental protection; The electrochemical technology; Environmental pollutants 前言 电化学含义 电化学是研究电和化学反应相互关系的科学。电和化学反应相互作用可通过电池来完成，也可利用高压静电放电来实现（如氧通过无声放电管转变为臭氧），二者统称电化学，后者为电化学的一个分支，称放电化学。由于放电化学有了专门的名称，因而，电化学往往专门指“电池的科学” 在物理化学的众多分支中，电化学是唯一以大工业为基础的学科。它的应用分为以下几个方面：①电解工业，其中的氯碱工业是仅次于合成氨和硫酸的无机物基础工业、耐纶66的中间单体己二腈是通过电解合成的；铝、钠等轻金属的冶炼，铜、锌等的精炼也都用的是电解法；②机械工业
电化学体会
学习液相传质步骤的收获 因为自己对电化学比较感兴趣并且决定要考电化学方向的研究生，所以这学期我选修了《电化学基础》这门课程。在苏老师耐心细致的讲述下，我不仅对以前在物理化学中学过的知识比如说两类电化学装置，极化曲线等有了更深入的理解而且学到了电化学极化以及气体电极过程等新的知识，下面将重点写写我自己对于学习电极过程中液相传质步骤的收获。 一、电极过程的步骤 在电极化中，人们习惯把发生在电极/溶液界面上的电极反应、化学转化和电极附近液层中的传质作用等一系列变化的总和统称为电极过程。电极过程是一种有电子参与的异相氧化还原过程，可看做一个连续的过程，包括以下几个步骤: 1 .反应物离子向电极表面迁移，称之为液相传质步骤。 2. 反应物离子在电极表面附近的液层中进行某种转化，如水化离子脱水在表面附近吸附或发生化学变化，但无电子转移，称为前置的表面转化步骤。 3. 电极/电解液界面上的电荷传递，称之为电化学步骤或电子转移步骤。 4. 反应物在电极表面或附近液层进行某种转化，如表面脱附，称后继的表面转化步骤。 5. 反应物从电极表面向溶液内部迁移，称液相传质步骤或生成新相，如结晶或生成气体。 二、研究液相传质步骤的重要意义 液相传质步骤是整个电极过程中的一个重要环节，因为液相中的反应粒子需要通过液相传质向电极表面不断地输送，而电极反应产物又需通过液相传质过程离开电极表面，只有这样，才能保证电极过程连续地进行下去。在许多情况下，可能成为电极过程的控制步骤，由它来决定整个电极过程动力学的特征。例如，当一个电极体系所通过的电流密度很大、电化学反应速度很快时，电极过程往往由液相传质步骤所控制，或者这时电极过程由液相传质步骤和电化学反应步骤共同控制，但其中液相传质步骤控制占有主要地位。由此可见，研究液相传质步骤动力学的规律具有非常重要的意义。 事实上，电极过程的各个单元步骤是连续进行的，并且存在着相互影响。因此，要想单独研究液相传质步骤，首先要假定电极过程的其他各单元步骤的速度非常快，处于准平衡态，以便使问题的处理得以简化，从而得到单纯由液相传质步骤控制的动力学规律，然后再综合考虑其他单元步骤对它的影响。液相传质动力学，实际上是讨论电极过程中电极表面附近液层中物质浓度变化的速度。这种物质浓度的变化速度，固然与电极反应的速度有关，但如果我们假定电极反应速度很快，即把它当作一个确定的因素来对待，那么这种物质浓度的变化速度就主要取决于液相传质的方式及其速度。因此．我们要先重点研究液相传质的几种方式。 三、液相传质的三种方式 1.电迁移 电极上有电流通过时，溶液中各种离子在电场作用下，均将沿着一定方向移动称为电迁移。溶液中各种离子均在电场下发生电迁移。
电化学工程教学大纲
《电化学工程》教学大纲 课程编号 ： 课程名称 ：电化学工程/ 学时/学分：40/2.5 先修课程 ：物理化学、有机化学、分析化学、电工学等 适用专业 ：化工、制药、生物工程、轻工等 开课学院（部）、系(教研室)：化工系化学工程系工艺研究所 一、课程的性质与任务 应用电化学是将有关电化学原理应用于与实际生产过程相关的领域，这些领域包括：电化学新能源、金属的表面精饰、无机、有机化合物的电解合成、金属的电化学腐蚀及防护、电化学传感器。课程的主要任务就是让学生掌握电化学理论基础知识，了解电化学理论如何应用在上述领域。使学生具备较强的理论基础和综合应用知识的能力。 二、课程的教学内容、基本要求及学时分配 （一）教学内容 1电化学理论基础：电化学体系的基本单元；电化学过程热力学；电极/溶液界面的性能；电极反应动力学；电化学研究方法介绍 2电催化过程：电催化原理；氢电极反应的电催化；氧电极反应的电催化；有机反应的电催化 3化学电源：化学电源的主要性能、选择及应用；一次电池；二次电池；燃料电池。 4金属的表面精饰：金属电沉积和电镀原理；电镀过程；电泳涂装 5电解工业：无机物的电解，工业氯碱工业；水的电解 有机物的电解合成，有机电解合成的发展方向，乙二氰的电解合成 6电化学传感器：控制电位电解型气体传感器；生物电化学传感器 7电化学腐蚀与防护：金属的电化学腐蚀；腐蚀电池；电位-PH图及其在金属防护中的应用；金属的电化学防护方法 （二）基本要求 1电化学理论基础：了解电解池的组成；可逆电化学过程与不可逆电化学过程；双电层理论；金属的零电荷电位；电极反应的种类、机理及影响因素。学会电化学研究的几种基本方法。 2电催化过程：电催化的类型、原理、影响因素及性能评价；氧电极反应的电催化；有机反应的电催化的机理 3化学电源：了解化学电源的主要性能、选择及应用；掌握一次电池；二次电池；燃料电池的机理，了解它们的结构、应用及研究现状。 4金属的表面精饰：掌握金属电沉积和电镀、电泳涂装的原理，了解电镀；电泳涂装工艺过程及相关技术。 5电解工业：掌握工业氯碱工业、水的电解、乙二氰的电解合成几个有代表性的电解工艺和机理。 6电化学传感器：了解控制电位电解型气体传感器；生物电化学传感器的电化学原理及两种传感器的应用。 7电化学腐蚀与防护：了解金属的电化学腐蚀的基本理论和过程，腐蚀倾向判断及电化学防护方法。
污水处理电化学处理技术
污水处理电化学处理技术 高级氧化技术一般针对难降解有机废水，如医药、化工、染料工业废水以及含有难处理的有毒物质物质等。 第一节电化学处理技术 一、基本原理与特点 1. 原理 电化学氧化法主要用于有毒难生物降解有机废水的处理，电化学水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或间接电化学而得到转化，从而达到削减和去除污染物的目的。根据不同的氧化作用机理，可分为直接电解和间接电解。 1 ) 直接电解 直接电解是指污染物在电极上直接被氧化或还原而从废水中去除今直接电解可分为阳极过程和阴极过程。阳极过程就是污染物在阳极表面氧化而转化成毒性较小的物质或易生物降解的物质，甚至发生有机物无机化，从而达到削减、去除污染物的目的。阴极过程就是污染物在阴极表面还原而得以去除，阴极过程主要用于卤代经的还原脱卤和重金属的回收，如卤代有机物的卤素通过阴极还原发生脱卤反应，从而可以提高有机物的可生化性。 直接电解过程伴随着氧气析出，氧的生成使氧化降解有机物的电流效率降低，能秏升高，因此，阳极材料对电解的影响很大。 2 ) 间接电解 间接电解是指利用电化学产生的氧化还原物质作为反应剂或催化剂，使污染物转化成毒性小的物质。间接电解分为可逆过程和不可逆过程。可逆过程（媒介电化学氧化）是指氧化还原物在电解过程中可电化学再生和循环使用。不可逆过程是指利用不可逆电化学反应产生的物质，如具有强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、H202和O2等氧化有机物的过程，还可以利用电化学反应产生强氧化性的中间体，包括溶剂化电子、?HO、?H02/02 等自由基。 2. 电化学水处理技术的特点 1) 电化学方法既可以单独使用，又可以与其他处理方法结合使用，如作为前处理方法，可以提高废水的生物降解性； 2) 一般电化学处理工艺只能针对特定的废水，处理规模小，且处理效率不高； 3)有的电化学水处理工艺需消耗电能，运行成本大。 二、电化学反应器与电极 电化学反应器按反应器的工作方式分类可分为：间歇式、置换流式和连续搅拌箱式电化学反应器。按反应器中工作电极的形状分类可分为二维电极反应器、三维电极反应器。二维电极呈平面或曲面状，电极的形状比较简单，如平板、圆柱电极。电极反应发生于电极表面上，其电极表面积有限，比表面积极小，但电势和电流在表面上分布比较均匀。三维电极的结构复杂，通常是多孔状。电极反应发生于电极内部，整个三维空间都有反应发生。特点是比表面积大，床层结构紧密，但电势和电流分布不均匀。下列出了常见电化学反应器的电极类型。
污水处理电化学处理技术
污水处理电化学处理技术Last revision on 21 December 2020
污水处理电化学处理技术高级氧化技术一般针对难降解有机废水，如医药、化工、染料工业废水以及含有难处理的有毒物质物质等。 第一节电化学处理技术 一、基本原理与特点 1. 原理 电化学氧化法主要用于有毒难生物降解有机废水的处理，电化学水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或间接电化学而得到转化，从而达到削减和去除污染物的目的。根据不同的氧化作用机理，可分为直接电解和间接电解。 1 ) 直接电解 直接电解是指污染物在电极上直接被氧化或还原而从废水中去除今直接电解可分为阳极过程和阴极过程。阳极过程就是污染物在阳极表面氧化而转化成毒性较小的物质或易生物降解的物质，甚至发生有机物无机化，从而达到削减、去除污染物的目的。阴极过程就是污染物在阴极表面还原而得以去除，阴极过程主要用于卤代经的还原脱卤和重金属的回收，如卤代有机物的卤素通过阴极还原发生脱卤反应，从而可以提高有机物的可生化性。 直接电解过程伴随着氧气析出，氧的生成使氧化降解有机物的电流效率降低，能秏升高，因此，阳极材料对电解的影响很大。 2 ) 间接电解 间接电解是指利用电化学产生的氧化还原物质作为反应剂或催化剂，使污染物转化成毒性小的物质。间接电解分为可逆过程和不可逆过程。可逆过程（媒介电化学氧化）是指氧化还原物在电解过程中可电化学再生和循环使用。不可逆过程是指利用不可逆电
化学反应产生的物质，如具有强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、H202和 O2等氧化有机物的过程，还可以利用电化学反应产生强氧化性的中间体，包括溶剂化电子、HO、 H02/02 等自由基。 2. 电化学水处理技术的特点 1) 电化学方法既可以单独使用，又可以与其他处理方法结合使用，如作为前处理方法，可以提高废水的生物降解性； 2) 一般电化学处理工艺只能针对特定的废水，处理规模小，且处理效率不高； 3)有的电化学水处理工艺需消耗电能，运行成本大。 二、电化学反应器与电极 电化学反应器按反应器的工作方式分类可分为：间歇式、置换流式和连续搅拌箱式电化学反应器。按反应器中工作电极的形状分类可分为二维电极反应器、三维电极反应器。二维电极呈平面或曲面状，电极的形状比较简单，如平板、圆柱电极。电极反应发生于电极表面上，其电极表面积有限，比表面积极小，但电势和电流在表面上分布比较均匀。三维电极的结构复杂，通常是多孔状。电极反应发生于电极内部，整个三维空间都有反应发生。特点是比表面积大，床层结构紧密，但电势和电流分布不均匀。下列出了常见电化学反应器的电极类型。 常见电化学反应器的电极类型 三、电化学处理技术在废水处理中的应用 （一）微电解 1. 原理 微电解技术是目前处理高浓度有机废水的一种理想工艺，又称内电解法，它是在不通电的情况下，利用填充在废水中的微电解材料自身产生的电位差对废水进行电解处
浅谈电化学在环境工程中的应用
浅谈电化学在环境工程中的应用 摘要： 概述了电化学在环境保护中的优越性,综述了电化学处理环境污染物的基本方法及原理, 简单介绍了电化学技术在环境工程特别是在处理环境污染物中的应用 ,展望了电化学在环境治理领域的应用前景和发展方向。 关键词：电化学环境工程环境污染物 正文： 电化学是物理化学中的一个重要组成部分。电化学主要是研究电能与化学能之间的相互转化及转化过程中有关规律的科学。它是一门重要的边缘学科，应用范围很广。随着全球环境状况的日益严峻,环境保护及污染物处理问题引起了全世界人们的高度重视。电化学技术由于其自身的优点和特性, 近年来在环境工程中也得到了广泛的应用。 1 电化学在环境保护方面的优越性体现在以下几点：1)在电化学过程中使用高效、清洁的电子作为强氧化还原试剂,是一种基本上对环境无污染的绿色技术,环境兼容性高。2)由于电化学过程使用电场能为反应动力, 所以能量利用率高。 3)电化学利用电流和电压的变化就能对物质进行氧化或还原,易测定和自动控制。4)多功能性电化学过程具有直接或间接氧化与还原、相分离、浓缩与稀释、生物杀伤等功能。同时，与生化法相比,电化学方法一般不受反应物生物毒性的影响,可以作为高毒性、高腐蚀性有机物的有效处理方法,也可以作为生化方法的预处理。5)电化学技术仪器设备简单,易自动化,便于携带,灵敏度和准确度高,选择性好。 2 电化学技术处理环境污染物常用的基本方法及原理 (1)电化学氧化 电化学氧化分为直接氧化和间接氧化两种,属于阳极过程。直接氧化是通过阳极氧化使污染物直接转化为无害物质;间接氧化则是通过阳极反应产生具有强氧化作用的中间物质或发生阳极反应之外的中间反应,使被处理污染物氧化,最终转化为无害物质。
电化学原理之浓差极化和电化学极化
电化学极化和浓差极化的动力学研究 摘要：电极过程的进行速度在金属保护、腐蚀分析等电化学实践领域有重要应用，加深对它的理解很有必要。电极反应速度由控制步骤，即速度最慢的单元步骤决定。本文讨论了电化学反应和液相传质这两个单元步骤的动力学规律，以及当整个电极反应由电化学极化控制、浓差极化或者是两类极化共存时的极化规律。 关键词：控制步骤；电化学极化；浓差极化；过电位；极化电流 引言 电极过程是由一系列性质不同的单元步骤串联组成的复杂过程，一般有液相传质、前置转化、电化学反应、随后转化和反应后的液相传质五个步骤。每一步骤都有不同的特性，步骤的反应速度取决于其活化能，当某一步骤的速度远远小于其他步骤，则整个电极反应速度等于这个最慢步骤，一般称之为控制步骤。文献指出，只要整个反应中有一个步骤的活化能比其余高出8~10KJ/mol以上，则能成为控制步骤；而当两个单元步骤的活化能相差不到4KJ/mol时，它们的反应速度相差不到5倍，则可能同时成为控制步骤，称为混合控制。混合控制的规律比较复杂，但仍会有一个控制步骤起较主要的作用。因此研究控制步骤的规律对于了解整个电极反应的速度规律，以及控制电极反应的速度和反应进行的方向均有重要意义。本文中主要讨论的是电化学反应步骤和液相传质步骤的动力学规律，并讨论当其成为控制步骤时的极化规律。 电化学反应步骤指反应物质在电极/溶液界面得失电子，从而发生还原或氧化反应的过程。这一单元步骤包括了化学反应和电荷传递两步，是整个电极过程的核心步骤。当电化学反应步骤成为电极过程的控制步骤时，电极反应的速度就取决于电化学反应步骤。电极过程最重要特征之一就是由于电子参与反应，电极电位的改变将对反应速度将从热力学和动力学两个方面产生影响，因此讨论电化学反应步骤时先从电极电位的影响谈起。 由于液相中的反应粒子需要通过传质过程输送至电极表面，反应产物也需要
现代电化学研究方法
第二篇 Techniques Used for The Study of Structure and Dynamics of Elecrode/Solution Interface In Situ methods: 1. Transmission Through Optically Transparent Electrodes; 2. Ultraviolet-Visible Reflectance Spectroscopy; Ellipsometry as a spectroscopic tool; 3. Infrared Vibrational Reflectance Spectroscopy; 4. Raman Vibrational Spectroscopy; 5. Photoelectrochemistry or Photocurrent Spectroscopy; Acoustoelectrochemical methods (Photoacoustic Spectroscopy; 6. Ultrasonic Vibration Potentials); 7. Electron Spin Resonance (ESR); 8. M?ssbauer Spectroscopy; 9. Scanning Probe Microscope (SPM) e.g. Scanning Tunneling Spectroscope (STM), Atomic Force Microscope (AFM); 10. EXAFS, X-ray diffraction (X-ray Spectroscopy); 11. Nonlinear Optical Techniques (SHG, SFG, SEHRS); 12. Neutron Diffraction 13. EQCM;
8种电化学水处理方法
8种电化学水处理方法 电化学水处理- 世间万物，都是有一利就有一弊。社会的进步和人们生活水平的提高，也不可避免地对环境产生污染。废水就是其中之一。随着石化、印染、造纸、农药、医药卫生、冶金、食品等行业的迅速发展，世界各国的废水排放总量急剧增加，且由于废水中含有较多的高浓度、高毒性、高盐度、高色度的成分，使其难以降解和处理，往往会造成非常严重的水环境污染。 为了处理每天大量排出的工业废水，人们也是蛮拼的。物、化、生齐用，力、声、光、电、磁结合。今天笔者为您总结用电’ 来处理废水的电化学水处理技术。 电化学水处理技术，是指在电极或外加电场的作用下，在特定的电化学反应器内，通过一定的化学反应、电化学过程或物理过程，对废水中的污染物进行降解的过程。电化学系统设备相对简单，占地面积小，操作维护费用较低，能有效避免二次污染，而且反应可控程度高，便于实现工业自动化，被称为环境友好’ 技术。 电化学水处理的发展历程 1799 年 Valta制成Cu-Zn原电池，这是世界上第一个将化学能转化为电能的化学电源 1833 年 建立电流和化学反应关系的法拉第定律。 19世纪70年代 Helmholtz提出双电层概念。任何两个不同的物相接触都会在两相间产生电势，这是因电荷分离引起的。两相各有过剩的电荷，电量相等，正负号相反，相互吸引，形成双电层。 1887 年 Arrhenius提出电离学说。 1889 年 Nernst提出电极电位与电极反应组分浓度关系的能斯特方程。 1903 年 Morse 和Pierce 把两根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中，发现带电杂质能迅速地从凝胶中除去。 1905年 提出Tafel 公式，揭示电流密度和氢过电位之间的关系。 1906年
电化学技术在环保领域的应用
电化学技术在环保领域的应用 [摘要]详细介绍了电化学技术的各种类型,并综述了电化学技术在环保领域的研究、应用及发展状况。 [关键词]电化学;废水处理;废气处理;环境保护 [引言]电化学技术通过方便地控制电极电势就可以实现物质的氧化或还原。该技术可以用于工业产品的生产,是一种基本上对环境无污染的“绿色”生产技术,同时可应用于环境污染治理,通过氧化或还原反应除去对环境有害的物质[1] 。电化学技术在国内外都得到了重视,尤其是对难生物降解且对人类危害极大的“三致”(致癌、致畸、致突变)有机污染物的电化学处理技术的研究。此外,应用电化学技术进行环境污染物监测以及开发化学电源,在环境保护中都具有广泛的应用前景。 1 基本类型 主要的电化学处理技术包括: (1)电凝聚(或电气浮)法:电凝聚法也叫电气浮法,即在外电压作用下利用可溶性阳极(铁或铝)产生大量阳离子,对胶体污染物进行凝聚,同时阴极上析出大量氢气微气泡,与絮体粘附在一起上浮,从而实现污染物的分离[2] 。 (2)电化学氧化法:该法分为直接氧化法和间接氧化法两种,均属于阳极过程。直接氧化法是通过阳极氧化使污染物直接转化为无害物质;间接氧化法则是通过阳极反应之外的中间反应,使污染物氧化,最终转化为无害物质[3] 。 (3)电沉积法:该法利用电解液中不同金属组分的电势差,使自由态或结合态的溶解性金属在阴极析出。适宜的电势是电沉积发生的关键。 (4)内电解法:该法作为一种新兴的技术,是利用活性金属填料在废水中形成原电池的原理,通过填料表面电化学反应和后絮凝作用达到净化废水的目的。 (5)其它电化学工艺:电吸附、电渗析、离子交换辅助电渗析以及电化学膜分离等技术[4] 不仅可以用作清洁生产工艺,预防环境污染,而且它们也是有效的工业废水处理方法。电吸附法可以用来分离水中低浓度的有机物和其它物质。电渗析法可处理含Ni2+、CrO2-4、Sn2+、PO3-3和PO3-2等污染物的工业废水。离子交换辅助电渗析法具有可多样化设计、适用范围广等优点,已成为环保开发应用热点技术。电化学膜分离技术是利用膜两侧的电势差进行物质分离,常用于气态污染物的分离。 2 应用现状及发展趋势 2.1 废水处理 电化学法处理废水是近年发展起来的颇具竞争力的废水处理工艺。长期以来由于电化学法存在能耗大、电流效率低、成本高及易发生析氧、析氢等副反应的特点,一直没有得到很好的发展。近年来,随着电极材料的开发、反应器的研制及对传统电化学工艺的改进,电化学水处理技术得到了广泛应用。 2.1.1 电凝聚(或电气浮)法 国内外有大量利用该技术治理印染废水、含油废水、化纤废水等多种行业废水的报道。电凝聚法中,通常采用的阳极材料为金属铝或铁。由于该方法消耗铝材的同时还消耗大量的能源,因而它的应用受到了一定的限制。该技术当前的发展方向是,通过改进电源技术、研究新型电极材料及结构,使电能消耗和材料消耗进一步降低[5] 。新发展的电源技术主要是脉冲电源。此外,周期换向的脉冲电解新概念在电镀领域已有应用,在废水治理领域尚未见报道[6] 。
电化学
1.什么是电池的循环寿命？ 指在二次电池报废之前，在一定放电条件下，电池经历充放电循环的次数，循环寿命越长，电池的可逆性能就越好。使用寿命：在一定条件下，电池工作到不能使用的工作时间。贮存寿命：指电池性能或电池容量降低到额定指标以下时的贮存时间。 2.什么是容量效率？ A.容量效率：蓄电池放电输出的电量和充电至原始状态时所需的电量之比。 B.伏特效率：蓄电池放电和充电过程的工作电压之比。 C.指容量效率和伏特效率的乘积，它是评价电池能量瞬时和极化行为的综合指标。 3.按使用的电解液分，一次电池分为哪些类别？ 可分为碱或酸性电池，盐类电解质电池，有机电解质溶液电池和固体电解质电池。 4.什么是容量效率？ 蓄电池放电输出的电量和充电至原始状态时所需电量的比。 5.对于镍氢电池，过充产生的气体怎样去除？生产中采用什么样的方法？ A.负极容量比正极容量大，过充电时，正极产生的氧气在贮氢负极上还原。 B.生产中一般采用负极过量的办法，过充电时，正极产生的氧气经过扩散在负极重新化合成水，这样既保持了电池内压的恒定同时使电解液浓度保持不大变化。 6.燃料电池的原理是什么？试以质子交换膜燃料电池进行说明。 在原理上相当于水电解的逆装置，其单电池有阳极阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜为电解液当电池工作时，膜电极内发生下列过程a.反应气体在扩散层内扩散b.反应气体在催化层内被催化剂吸附并发生电催化反应 c.阳极生产的质子在固体电解质内传递到对侧，电子经外电路到达阴极。阳极：H2→ 2H+ + 2e .阴极：1/2O2 + 2H++ 2e → H2O 7.什么是电镀？ 金属电沉积过程的一种，它是由改变固体表面特性从而改善外观，提高腐蚀性、抗摩性，增强硬度，提供特殊的光电磁热等表面性质的金属电沉积过程。 8.在电镀的过程中，为什么要增大阴极极化，途径有哪些？ 对镀层的质量起着十分重要的作用。在极化很小的电镀液中镀出的镀层是十分粗糙的，甚至会出现海绵状，只有当阴极极化较大时才能镀出优质的镀层。在电沉积过程中，主要靠提高阴极极化的办法来实现结晶细密的目的。阴极极化程度大，相对而言，电沉积的晶核形成速度要比晶核生成速度快，镀层晶粒就细。 (1)提高阴极电流密度(2)络合剂和添加剂
电化学处理大气污染物的现状与展望
电化学处理大气污染物的现状与展望摘要：对电化学技术在处理大气污染物治理中的应用现状与展望进行了综述，主要从电化学烟气脱硫技术、电化学反应器去除氮氧化物废气、电化学法处理挥发性有机废气（VOCs）、电催化氧化降解大气中甲醛四个方面进行了论述，同时总结了电化学处理大气污染物过程中的问题及展望。 关键词：电化学、二氧化硫、硫化氢、甲醛、氮氧化物 前言：由于目前对工业中排放的有毒废气的控制指标越来越严格，寻找新的、更有效的除去废气的技术已日益受到重视。大型火力发电厂普遍使用常规的湿法和干法来除去SO2和NOx，但对那些不是连续操作的小型加热燃烧器，化工厂或含尘量非常高的废气来说，这两种常规方法并不是很适用。例如玻璃厂、水泥厂、金属热处理与表面加工过程，硝酸的生产或矿物油的精炼等过程排放的废气的处理。这种状况促使人们从电化学的角度研究气体纯化的新技术，以替代通常的化学法[1]。 电化学技术利用外加电场的作用，在特定的电化学反应器内，通过一系列设计的化学反应、电化学过程或物理过程，达到预期设计的目的和效果。它使用电子这一无毒、无害且价格低廉的强氧化还原剂，可以很方便地通过控制电极电势，实现物质的氧化或还原。一方面，电化学技术可用于工业产品的生产，是一种基本上对环境无污染的“环境友好”技术；另一方面，应用电化学技术治理环境污染，通过氧化还原反应去除环境污染物，对环境起间接保护作用，在国内外都受到广泛重视[2-4]。气态污染物的电化学净化电化学方法去除气态污染物包含两个步骤：首先通过吸附或吸收过程将气态污染物转移到液相(多为水溶液)，然后用电化学还原或氧化将其转化为无害物质[5] 。 1 电化学脱硫技术 1.1碱液吸收法 碱液吸收法是先通过碱性吸收液吸收酸性的SO2，再用电解池将亚硫酸根离子还原转化为连二硫酸根，一般所用的碱液是NaOH。吸收SO2形成NaHSO3和Na2SO3，其反应如下：
电化学发展史
电化学发展史 作者：李京遥 院系：测绘学院 专业：测绘工程 年级：测绘1304 学号：311305010414 日期：2014年12月12日
摘要： 电化学是物理化学的一个重要组成部分，它不仅与无机化学、有机化学、分析化学和化学工程等学科相关，还渗透到环境科学、能源科学、生物学和金属工业等领域。 电化学作为化学的分支之一，是研究两类导体（电子导体，如金属或半导体，以及离子导体，如电解质溶液）形成的接界面上所发生的带电及电子转移变化的科学。 关键词：电化学的产生、电化学的发展、电化学的前景 一、16-17世纪：早期的相关研究 公元16世纪标志着对于电认知的开始。在16世纪50年代，英国科学家William Gilbert （威廉·吉尔伯特，1540-1605）花了17年时间进行磁学方面的试验，也或多或少地进行了一些电学方面的研究。吉尔伯特由于在磁学方面的开创性研究而被称为“磁学之父”，他的磁学研究为电磁学的产生和发展创造了条件。 吉尔伯特按照马里古特的办法，制成球状磁石，取名为“小地球”，在球面上用罗盘针和粉笔划出了磁子午线。他证明诺曼所发现的下倾现象也在这种球状磁石上表现出来，在球面上罗盘磁针也会下倾。他还证明表面不规则的磁石球，其磁子午线也是不规则的，由此认为罗盘针在地球上和正北方的偏离是由陆地所致。他发现两极装上铁帽的磁石，磁力大大增加，他还研究了某一给定的铁块同磁石的大小和它的吸引力的关系，发现这是一种正比关系。吉尔伯特根据他所发现的这些磁力现象，建立了一个理论体系。他设想整个地球是一块巨大的磁石，上面为一层水、岩石和泥土覆盖着。他认为磁石的磁力会产生运动和变化。他认为地球的磁力一直伸到天上并使宇宙合为一体。在吉尔伯特看来，引力无非就是磁力。吉尔伯特关于磁学的研究为电磁学的产生和发展创造了条件。在电磁学中，磁通势单位的吉伯（gilbert）就是以他的名字命名，以纪念他的贡献。 1663年，德国物理学家Otto von Guericke（奥托·冯·格里克1602-1686）发明了第一台静电起电机。这台机器由球形玻璃罩中的巨大硫磺球和转动硫磺球用的曲轴组成的。当摇动曲轴来转动球体的时候，衬垫与硫磺球发生摩擦产生静电。这个球体可以拆卸并可以用作电学试验的来源。 二、18世纪：电化学的诞生 在18世纪中叶，法国化学家夏尔·杜菲发现了两种不同的静电，他将两者分别命名为“玻璃电”和“松香电”，同种相互排斥而不同种相互吸引。杜菲因此认为电由两种不同液体组成：正电“vitreous”（玻璃），以及负电“resinous”（树脂），这便是电的双液体理论，这个理论在18世纪晚期被本杰明·富兰克林的单液体理论所否定。 1781年，法国物理学家Charles Augustin de Coulomb (夏尔·奥古斯丁·库仑1736-1806)在试图研究由英国科学家Joseph Priestley (约瑟夫·普利斯特里1733－1804)提出的电荷相斥法则的过程中发展了静电相吸的法则。 1771年，意大利生理学家、解剖学家Luigi Galvani(路易吉·伽伐尼1737-1798)发现蛙腿
电化学技术在新能源中的利用
本文由heshuquan_0贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 电化学技术在新能源研发中的应用 陆天虹 中国科学院长春应用化学研究所南京师范大学化学与环境科学学院 一.能源的概况 1.能源的重要性 1.能源的重要性 自古以来,人类就为改善生存条件和促进社会经济的发展而不停地进行奋斗.在这一过程中,能源一直扮演着重要的角色. 从世界经济发展的历史和现状来看,能源问题已成为社会经济发展中一个具有战略意义的问题,能源的消耗水平已成为衡量一个国家国民经济发展和人民生活水平的重要标志,能源问题对社会经济发展起着决定性的作用. 2.能源的种类 2.能源的种类 大自然赋予人类的能源是多种多样的,一般可分为常规能源和新能源两大类.常规能源包括煤炭,石油, 天然气和水能,而新能源有生物质能,核能,风能,地热能,海洋能, 太阳能和氢能等.其中煤炭,石油, 天然气被成为化石能源,水能,生物质能,风能,太阳能和氢能等是可再生能源. 3.化石能源的问题 (1)化石能源的短缺化石能源的短缺能源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础,是国民经济发展的命脉,但目前主要使用的化石能源的储量不多. 据2002年世界探明的化石能源的储量和使用量统计,世界上煤,石油和天然气的储 采比分别为204,40和60年,中国的情况更为严峻,据2002年统计,中国煤, 石油和天然气的储采比只有82,15和46 年.这表明在人类历史的长河中,只有很短的 一段时间能使用化石能源. 随着我国经济的持续高速增长,对能源的需求也持续攀升.我国一次能源消费总量从1978年的5.3亿吨标准煤,上升到2002年的14.3亿吨.据估计,我国在2004,2020和2050年的石油消费量达3, 4.5和6亿吨,其中进口量分别为1,2.7 和4亿吨.4亿吨的进口量相当于目前美国的石油进口量,这不但会制约我国经济的可持续发展,而且对国家的安全也十分不利. (2)化石燃料造成严重环境污染和气候异常化石燃料造成严重环境污染和气候异常化石燃料的使用引起的环境污染,排放的 CO2会造成温室效应,使全球气候变暖.有关机构已向联合国发出警告,如再不对CO2 的排放采取严厉措施,在10年内,世界的气候将产生不可逆转的变化.我国的环境污染问题更是日趋严重,目前,我国CO2排放量占世界总排放量的14%,在美国之后位居第二,估计到2025年,将位居第一. 在本世纪初联合国关于环境污染的调查中, 发现在世界上十个环境污染最严重的城市中,七个在中国.它们是太原,北京,乌鲁木齐,兰州,重庆,济南和石家庄. 4. 21世纪世界能源发展趋势世纪世界能源发展趋势 (1)节能技术将备受重视节能技术将备受重视节能就是提高能源利用率,减少能源的浪费. 目前节能技术水平已是一个国家能源利用情况的综合性指标,也是一个国家总体科学技术水平的重要标志.许多研究报告指出,依靠节能可以将能源需
电化学工程
电化学工程 一、专业介绍 1、学科简介 电化学工程属于自设专业（自设专业是指在教育部专业目录中没有、而学校根据自己的特点和社会发展的需要设立的专业）、属于冶金工程一级学科下的二级学科。本专业学生主要学习电化学工业生产中所必需的基础理论和各种类型电化学反应器的设计方法，学习将小型实验成功地向电化学过程实现工业化生产的方法，优化生产条件以取得最佳经济效益的途径。 2、研究方向 01电化学基础理论02冶金过程电化学03化学电源 04材料电化学05电化学腐蚀与防腐06电镀与化学镀 07新型电池材料（含锂离子电池、镍氢电池、燃料电池、太阳能电池等电池材料）08新型电极材料09环境电化学 10电化学合成11电催化与电化学节能 12电化学过程的计算机仿真、优化与控制 3、考试科目 ①101政治②201英语 ③301数学一④912无机化学或976冶金原理 （注：研究方向及考试科目以中南大学为例） 二、专业培养目标 1．掌握物理化学、化学工程学、工程力学、电工学与工业电子
学、理论电化学与应用电化学等电化学工程的必需的基础理论、基础知识和基本技能； 2．具有设计电化学反应器和设计工艺流程的能力； 3．具有组织与管理电化学过程的生产与监控和解决生产中出现的问题的能力； 4．具有电化学产品性能检测及产品质量控制的能力； 5．具有对新工艺、新技术、新材料研究与开发的能力； 三、与此专业相近的自设专业 应用电化学工程 四、相同一级学科下的其他专业 冶金物理化学、钢铁冶金、有色金属冶金 五、招收此自设专业的院校及开设年份 中南大学（2002年） 六、就业方向 毕业生既可从事电化学（化学电源、电镀、电解等）金属腐蚀与防护等领域内的生产教学科学研究工作，又可从事与电化学结合的边缘科学的研究工作，如光电化学、生物电化学等。 七、就业前景 电化学是国民工业的一个主题技术之一，涉及到生活的很多方面。该专业毕业生不用怕找工作难，而且待遇也还行，不过化学这东西始终是有毒的，如果是女生最好不要选择该专业，而且该专业的女生相对于男生来说就业比较困难。但该专业相对有机来说还算好一
电化学保护
三、电化学保护 1．阳极保护（适用有钝化曲线的金属） 凡是在某些化学介质中，通过一定的阳极电流，能够引起钝化的金属，原则上都可以采用阳极保护法防止金属的腐蚀。 例如我国化肥厂在碳铵生产中的碳化塔已较普遍地采用阳极保护法，取得了良好效果，有效地保护了碳化塔和塔内的冷却水箱。 使用此法注意点：钝化区的电势范围不能过窄，否则容易由于控制不当，使阳极电势处于活化区，则不但不能保护金属，反将促使金属溶解，加速金属的腐蚀。 ．阴极保护就是在要保护的金属构件上外加阳极，这样构件本身就成为阴极而受到保护，发生还原反应。阴极保护又可用两种方法来实现。 （1）称为牺牲阳极保护法：它是在腐蚀金属系统上联结电势更负的金属，即更容易进行阳极溶解的金属(例如在铁容器外加一锌块)作为更有效的阳极，称为保护器。这时，保护器的溶解基本上代替了原来腐蚀系统中阳极的溶解，从而保护了原有的金属。此法的缺点是用作保护器的阳极消耗较多。 （2）外加电流的阴极保护法：目前在保护闸门、地下金属结构(如地下贮槽、输油管、电缆等)、受海水及淡水腐蚀的设备、化工设备的结晶槽、蒸发罐等多采用这种方法，它是目前公认的最经济、有效的防腐蚀方法之一。该法是将被保护金属与外电源的负极相连，并在系统中引入另一辅助阳极，与外电源的正极相连(见图10—11)。 电流由辅助阳极(由金属或非金属导体组成)进入腐蚀电池的阴极和阳极区，再回到直流电源B。当腐蚀电池中的阴极区被外部电流极化到腐蚀电池中阳极的开路电势，则所有金属表面处于同一电势，腐蚀电流消失。因此，只要维持一定的外 电流，金属就可不再被腐蚀。 （3）气相中阴极保护。电化学方法能否在气相环境中使用是人们一直希望解决的问题。1988年，中国研究出了气相环境中的阴极保护技术，用于架空金属管道、桥梁、铁轨、海洋工程构件上的飞溅区保护，并在架空金属管道的实际试验中取得了非常好的保护效果，使材料的寿命延长了20多倍，为气相环境中的构件保护提供了一个崭新的途径。气相阴极保护原理与溶液中的阴极保护原理相同，只是用固体电介质代替溶液，成为阴极保护电流从阳极层流向阴极层的主要离子迁移通道。外加阴极电流从辅助阳极流入，经过固体电介质至阴极(即被保护的结构材料)，从而使处于气相环境中的结构得到保护。
电化学工程课程复习思考题 - 2013
《电化学工程》复习思考题---电化2010级 1、⑴离子淌度、离子迁移数的基本概念？（7） ⑵电解液电导率（7）、摩尔电导的基本概念？（10） ⑶影响电解液电导率的因素有哪些？（8-9） 2、⑴平衡电极电位基本含义是什么？（14） ⑵标准平衡电极电位的基本含义是什么（14）？ 3、电极电位的测量中参比电极应如何选择？（14） 4、⑴何谓电池的电动势？（11） ⑵电解池的理论分解电压？（12） ⑶电池标准电动势如何计算？（12） ⑷“电动势的温度系数”与“电化学反应器工作时的热效应”有什么关系？（13） 5、一个完整的电极过程包括哪些基本单元步骤？何为电极过程的速率控制步骤？（25） 6、电极过程的基本特征是什么？（26） 7、为什么可以用电流密度来表示电解过程的反应速率？（27） 8、⑴电极极化的基本含义是什么？（24） ⑵何为理想极化电极（19）、不极化电极（20）？ ⑶阳极极化与阴极极化的特征有什么区别？ ⑷何为电极的过电位？（25） 9、何为极化曲线？（25）电化学中通常采用哪几种极化曲线？（25） 10、⑴“电化学极化”基本动力学方程（Butler-V olmer方程）是什么？如何理解？（29） ⑵“电化学极化”的基本动力学方程在强极化区、弱极化区的简化方式？（29） ⑶浓差极化条件下的动力学方程？（49） ⑷电化学极化、浓差极化共同作用下的动力学方程？（50） 11、⑴液相传质的基本方式有哪几种？其对应的质量传递方程式？（93-94） ⑵稳态扩散的基本概念？（33） 理想稳态扩散条件下，电流密度如何计算？（34） ⑶对于O + ne→ R 的电极反应，当R的活度为1 时，电极的浓差极化方程式？（35） ⑷何为对流扩散？（35）
电化学工艺处理废水
摘要:介绍了电化学处理废水的基本原理和影响电化学法处理废水效果的因素，同时指出了在电化学处理废水领域还需研究的问题。 关键词:电化学氧化; 内电解法; 光电化学氧化; 废水处理 1 引言 工业经济的发展以大量资源和能源的消耗为代价，同时也造成了环境污染的严重恶果。加速企业技术进步，采用先进工艺，实施清洁生产，不但可以提高资源利用率，还能够减轻环境污染。把污染消除在工艺过程之中，实施全过程控制是企业持续发展的正确道路。目前世界各国对工业废水的处理研究甚多，其中电化学法设备占地面积小，操作灵活，排污量小，不仅可以处理无机污染物，也可以处理有机污染物，甚至连一些无法生物降解的有毒有机物与某些含重金属污水都可用此方法进行处理; 再加上风力、核电等新兴发电技术的大力发展和推广应用带来的电能成本降低，使得电化学方法在治理废水方面具有更大的优势。 2 电化学法处理废水的应用分类 电化学处理法包括电化学氧化还原、电凝聚、电气浮、光电化学氧化、内电解等方法。电化学法在废水处理中的应用主要包括重金属的去除与回收、生物难降解的有机废水处理、饮用水杀菌消毒以及与其他方法的联合使用。 3 电化学法处理废水的基本原理 3．1 电化学氧化还原法 电化学氧化还原法是指电解质溶液在电流的作用下，在阳极和电解质溶液界面上发生反应物粒子失去电子的氧化反应、在阴极和电解质溶液界面上发生反应物粒子与电子结合的还原反应的电化学过程。电化学的氧化原理分为两类: 一种是直接氧化，即让污染物直接在阳极失去电子而发生氧化，在含氰化物、含酚、含醇、含氮的有机废水处理中，直接电化学氧化发挥了十分有效的作用; 另一种则是间接氧化，即通过阳极反应生成具有强氧化作用的中间产物或发生阳极反应之外的中间反应来氧化污染物，最终达到氧化降解污染物的目的［1］。这种方法占地面积少、易操作; 但是效率低，影响的因素多(pH、电解质、电极材料等)。 3．2 电凝聚法 在电解过程当中，采用铝质或铁质的可溶性阳极通以直流电后，阳极材料会在电解过程当中发生溶解，形成的金属阳离子Fe3 + 和Al3 + 等与溶液中的OH-形成Fe(OH)3和Al(OH)3等具有絮凝作用的胶体物质，可促使水中的胶态杂质絮凝沉淀，从而实现污染物的去除［2］。 3．3 电气浮法