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电化学包括哪些方面

发布时间:2023-01-23 20:04:57

⑴ 电化学方法原理和应用

电化学(Electrochemistry)是研究电和化学反应相互关系的科学,即研究两类导体形成的带电界面现象及其上所发生的变化的科学。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”。 电化学如今已形成了合成电化学、量子电化学、半导体电化学、有机导体电化学、光谱电化学、生物电化学等多个分支。电化学在化工、冶金、机械、电子、航空、航天、轻工、仪表、医学、材料、能源、金属腐蚀与防护、环境科学等科技领域获得了广泛的应用。电化学是研究电和化学反应相互关系的科学。

物理化学众多分支中,电化学是唯一以大工业为基础的学科。其应用分为以下几个方面:①电解工业:其中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:要用电镀、电抛光、电泳涂漆等来完成部件的表面精整;③环境保护:用电渗析的方法除去氰离子、铬离子等污染物;④化学电源;⑤金属防腐蚀:大部分金属腐蚀是电化学腐蚀问题;⑥许多生命现象如肌肉运动、神经的信息传递都涉及到电化学机理;⑦应用电化学原理发展起来的各种电化学分析法,已成为实验室和工业监控不可缺少的手段。现在电化学热点问题多,如电化学工业、电化学传感器、金属腐蚀、生物电化学、化学电源等。

一、电化学两种原理

原电池是将化学能转变成电能的装置。根据定义,普通的干电池、燃料电池等都可以称为原电池。原电池,与蓄电池相对,又称非蓄电池,是利用两个电极之间金属性的不同,产生电势差,从而使电子流动,产生电流,是电化电池的一种,其电化反应不能逆转,只能将化学能转换为电能,简单来讲就是不能重新储存电力。原电池工作原理:原电池是将一个能自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生,从而在外电路中产生电流。

电解池是将电能转化为化学能的装置。电解是使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。

二、电化学的发展

电学最早起源于静电起电,1791年伽伐尼发表了金属能使蛙腿肌肉抽缩的“动物电”现象,一般认为这是电化学起源。1799年伏打在伽伐尼工作的基础上发明了用不同的金属片夹湿纸组成的“电堆”,即现今所谓“伏打堆”,这是化学电源的雏型。在直流电机发明以前,各种化学电源是唯一能提供恒稳电流的电源。1834年法拉第电解定律的发现为电化学奠定了定量基础。

19世纪下半叶,赫尔姆霍兹和吉布斯的工作,赋于电池的“起电力”(今称“电动势”)以明确的热力学含义;1889年能斯特用热力学导出了参与电极反应的物质浓度与电极电势的关系,即着名的能斯脱公式;1923年德拜和休克尔提出了人们普遍接受的强电解质稀溶液静电理论,大大促进了电化学在理论探讨和实验方法方面的发展。

20世纪40年代以后,电化学暂态技术的应用和发展、电化学方法与光学和表面技术的联用,使人们可以研究快速和复杂的电极反应,可提供电极界面上分子的信息。电化学一直是物理化学中比较活跃的分支学科,它的发展与固体物理、催化、生命科学等学科的发展相互促进、相互渗透。

三、电化学研究内容

电池由两个电极和电极之间的电解质构成,因而电化学的研究内容应包括两个方面:一是电解质的研究,即电解质学,其中包括电解质的导电性质、离子的传输性质、参与反应离子的平衡性质等,其中电解质溶液的物理化学研究常称作电解质溶液理论;另一方面是电极的研究,即电极学,其中包括电极的平衡性质和通电后的极化性质,也就是电极和电解质界面上的电化学行为。电解质学和电极学的研究都会涉及到化学热力学、化学动力学和物质结构。

四、电化学分析方法

电化学分析法(electrochemical analysis)也称电分析化学法,是基于物质在溶液中的电化学性质基础上的一类仪器分析方法,由德国化学家C.温克勒尔在19世纪首先引入分析领域,仪器分析法始于1922年捷克化学家 J.海洛夫斯基建立极谱法。通常将试液作为化学电池的一个组成部分,根据该电池的某种电参数(如电阻、电导、电位、电流、电量或电流-电压曲线等)与被测物质的浓度之间存在一定的关系而进行测定的方法。

电分析化学是利用物质的电学和电化学性质进行表征和测量的科学,它是电化学和分析化学学科的重要组成部分,与其它学科,如物理学、电子学、计算机科学、材料科学以及生物学等有着密切的关系。电分析化学已经建立了比较完整的理论体系。电分析化学既是现代分析化学的一个重要分支,又是一门表面科学,在研究表面现象和相界面过程中发挥着越来越重要的作用。

电化学分析法是应用电化学原理和技术,利用化学电池内被分析溶液的组成及含量与其电化学性质的关系而建立起来的一类分析方法,其操作方便。许多电化学分析法既可定性,又可定量;既能分析有机物,又能分析无机物,并且许多方法便于自动化,在生产等各个领域有着广泛的应用。

⑵ 电化学有哪些应用领域

电化学的应用领域:
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、机械工业要用电镀、电抛光、电泳涂漆等来完成部件的表面精整;
3、环境保护可用电渗析的方法除去氰离子、铬离子等污染物;
4、化学电源;
5、金属的防腐蚀问题,大部分金属腐蚀是电化学腐蚀问题;
6、许多生命现象如肌肉运动、神经的信息传递都涉及到电化学机理;
7、应用电化学原理发展起来的各种电化学分析法已成为实验室和工业监控的不可缺少的手段。
电化学(electrochemistry)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。传统观念认为电化学主要研究电能和化学能之间的相互转换,如电解和原电池。但电化学并不局限于电能出现的化学反应,也包含其它物理化学过程,如金属的电化学腐蚀,以及电解质溶液中的金属置换反应。
利用电化学手段分离溶液中的金属离子、有机分子的方法,共分四类:

1、控制电位的电解分离法
当溶液中存在两种或两种以上的金属离子时,如果它们的还原电位相近,□例如Cu□(标准电极电位□□=+0.345伏)和Bi□(□□=0.2伏),则在电解时都会还原析出,达不到分离的目的。图1两种金属离子A和B的分解电位表示,如果控制阴极电位为□,则金属离子A可产生强度为□的电流,即可被还原;而金属离子B的电流强度极小,即几乎不能被还原,这样即可达到分离目的,并分别测定A和B。在电解过程中,阴极电位□□□是在不断变化的,□□=□式中□□为标准电极电位;□□为气体常数;□为热力学温度;□为电极过程电子转移数;□为法拉第常数;□为离子活度;□□为阴极超电压。电解时,离子浓度不断降低,□□的负值不断增加,以致B也被电解出来。为了控制阴极电位,要用图2控制电位的线路的线路随时调整外加电压。,e□是铂丝对电极,e□是参比电极(饱和甘汞电极)。选定的e□的电位(相对于e□)可从电位计V读出,电解电流从毫安计A读出,在电解过程中不断调整电阻□以保持阴极电位不变。
至于选择什么电位要看实验条件,例如在分别测定Cu□和Bi□时,由于两者电位太相近,需要在溶液中加入酒石酸,调节pH=5.8~6.0,Bi□与酒石酸生成的络合物比Cu□的稳定得多,使两者的分解电压相差得大一些,然后再加入适量的肼,以加速Cu□的还原。在这种条件下,控制阴极电位为-0.30伏,铜先电解出来,称出阴极的增重后,调节pH为4.5~5.5,控制阴极电位为-0.40伏,可将铋全部电解出来。如果溶液中还有Pb□,可将电位控制在-0.50伏,进行电解。应用此法时,后被电解的离子的浓度不能超过先被电解的离子的浓度。

2、汞阴极电解分离法
H□在汞阴极上被还原时,有很大的超电压,所以在酸性溶液中可以分离掉一些容易被还原的金属离子,使一些重金属(如铜、铅、镉、锌)沉积在汞阴极上,形成汞齐,同时保留少量不容易被还原的离子,如碱金属、碱土金属、铝、铁、镍、铬、钛、钒、钨、硅等。

3、内电解分离法
在酸性溶液中,利用金属氧化-还原电位的不同,可以组成一个内电解池,即不需要外加电压就可以进行电解。例如要从大量铅中分离微量铜,在硫酸溶液中Cu□比Pb□先还原,因此可将铅板作为一个电极,与铂电极相连,组成一个内电解池,它产生一个自发的电动势,来源于Pb的氧化和Cu□的还原。这个电动势使反应能够进行,直到电流趋近于零时,内电解池就不再作用了。内电解可以分离出微量的容易还原的金属离子,缺点是电解进行缓慢,因此应用不广。

4、电渗析法
液体中的离子或荷电质点能在电场的影响下迁移。由于离子的性质不同,迁移的速率也不同,正负电荷移动的方向也不同。当在电池的两极加上一个直流电压时,可以把一些有机物的混合物分离。如临床实验中常用此法研究蛋白质,将试样放在一个载器上,外加电场后,荷电质点沿着载器向电荷相反的电极迁移,因它们移动的速率不同而分离,一般能把血清蛋白分成五部分。改进实验技术可使浓缩斑点的宽度达到25微米左右,然后进行电渗析,可将血清蛋白分成二十个很清晰的部分。

⑶ 电化学是什么专业

电化学是研究两类导体形成的带电界面现象及其上所发生的变化的科学。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。那么网友们知道电化学是什么专业吗?

1、 无机化学。元素化学、无机合成化学、无机高分子化学、无机固体化学、配位化学(即络合物化学)、同位素化学、生物无机化学、金属有机化学、金属酶化学等。

2、 有机化学。普通有机化学、有机合成化学、金属和非金属有机化学、物理有机化学、生物有机化学、有机分析化学。

3、 物理化学。结构化学、热化学、化学热力学、化学动力学、电化学、溶液理论、界面化学、胶体化学、量子化学、催化作用及其理论等。

4、 分析化学。化学分析、仪器和新技术分析。包括性能测定、监控、各种光谱和光化学分析、各种电化学分析方法、质谱分析法、各种电镜、成像和形貌分析方法,在线分析、活性分析、实时分析等,各种物理化学性能和生理活性的检测方法,萃取、离子交换、色谱、质谱等分离方法,分离分析联用、合成分离分析三联用等。

5、 高分子化学。天然高分子化学、高分子合成化学、高分子物理化学、高聚物应用、高分子物理。

6、 核化学。放射性元素化学、放射分析化学、辐射化学、同位素化学、核化学。

7、 生物化学。一般生物化学、酶类、微生物化学、植物化学、免疫化学、发酵和生物工程、食品化学、煤化学等。

8、 其它与化学有关的边缘学科还有:地球化学、海洋化学、大气化学、环境化学、宇宙化学、星际化学等。

以上就是对于电化学是什么专业的全部内容。

⑷ 电化学研究内容和原理

原理就是氧化还原反应,得失电子,当电子定向移动就可以产生电流
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“
电化学是研究两类导体形成的带电界面现象及其上所发生的变化的科学.如今已形成了合成电化学、量子电化学、半导体电化学、有机导体电化学、光谱电化学、生物电化学等多个分支.电化学在化工、冶金、机械、电子、航空、航天、轻工、仪表、医学、材料、能源、金属腐蚀与防护、环境科学等科技领域获得了广泛的应用.当前世界上十分关注的研究课题,如能源、材料、环境保护、生命科学等等都与电化学以各种各样的方式关联在一起.
电化学(Electrochemistry),电池由两个电极和电极之间的电解质构成,因而电化学的研究内容应包括两个方面:一是电解质的研原电池和电解池的比较究,即电解质学,其中包括电解质的导电性质、离子的传输性质、参与反应离子的平衡性质等,其中电解质溶液的物理化学研究常称作电解质溶液理论;另一方面是电极的研究,即电极学,其中包括电极的平衡性质和通电后的极化性质,也就是电极和电解质界面上的电化学行为.电解质学和电极学的研究都会涉及到化学热力学、化学动力学和物质结构.

⑸ 电化学热力学包括哪些方面

电化学指的是,研究两类导体界面现象的化学
电化学热力学研究的是平衡电位,也就是电流为0,主要就是能斯特方程
电化学的动力学主要研究的是过电位,也就是当电极的电流不是0时,电极电位偏离平衡电极电位的情况,研究过电位与电流密度的关系

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