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12 电化学节能技术
第十二章 电化学节能技术
1、电化学简介
2、电化学基础知识
3、电化学工业的主要节能技术
第一节 电化学简介
一、概述
电化学是研究化学能与电能相互转化以及与这
个过程有关的规律的学科。
在消耗电能情况下进行的反应,或通过反应产
生电能,这种化学反应称为电化学反应。
电化学反应的特点是:发生反应时氧化剂与还
原剂并不直接接触,它们之间电子的转移是通过
金属导体来实现的。
电化学反应可分成两类:产生电流的反应(发生在
电池里的过程)和借助电流而发生的反应(电解)。
二、主要应用
化工:氯碱工业 等
冶金:利用电解提取的方法可以从溶液或熔体中
提取金属。
电镀、材料加工等工业。
(一)原电池
1. 定义
原电池是将化学能转变成电能的装置。
它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,又称非蓄电池。
电化反应不能逆转
干电池、燃料电池都可以称为原电池
2. 组成原电池的基本条件
两种活泼性不同的金属电极用导线连接后插入电
解质溶液中,形成闭合回路。
金属-金属离子电极(Zn|Zn2+;Cu|CuSO4)、气
体-离子电极(Pt|H2(g)|H+)、离子-离子电极
(Pt|Fe3+,Fe2+ )、金属-金属难溶盐-负离子
电极(Ag-AgCl(s)|Cl- )。
3. 原电池的工作原理
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,
从而在外电路上产生电流。
(二)电解
1. 定义
直流电通过电解液(电解质的溶液或熔融液)而在
电极上发生氧化还原反应的化学变化叫做电解。
2. 电解的应用
(1)电镀。
(2)电解加工。
(3)电解磨削。
(4)电化学抛光。又称电解抛光。
(5)电铸。
(6)电泳涂漆法。
第二节 电化学基础知识
一、电解质溶液
(一)定义
导电:电子导体、离子导体。
盐的水溶液含正、负离子,如HCl、H2SO4、NaOH、
NH4OH、NaCl、NaNO3、NaClO3等,这种现象叫作电离。
将两块电极插入电解液中,与直流电源接通。在电
场作用下,阳离子向阴极迁移,阴极表面得到了电
子而发生还原反应;阴离子向阳极迁移,阳极表面
失去电子而发生氧化反应。
正负离子在迁移的过程中完成了导电。
(二)电解质溶液的基本性质
1. 电解质溶液离子的电迁移
不加电极,杂乱无章。
加电极,电场作用下定向运动。
2. 电解质溶液的导电过程
即在电场作用下,阳离子向阴极迁移,阴极表面得
到了电子而发生还原反应;
阴离子向阳极迁移,阳极表面失去电子而发生氧化
反应,两者缺一不可,否则就不可能形成持续的电流。
3. 电解液的活度及活度系数
活度即某物质的“有效浓度”,或称为物质的“有效
摩尔分数”。
a+ 电解质的平均活度;
a γ m γ+ 电解质的平均活度系数;
+ + +
m 电解质的平均浓度。
+
二、法拉第定律
电解质导电的过程中,外加一定的电量,在两个电
极上就会消耗或析出一定量的物质。消耗或析出物
质的数量与外加电量成正比,这种数量关系符合法
拉第定律。 m—— 电极上析出的电解产物的量;
M——该物质的摩尔质量;
Q——通过电解质溶液的电量;
MQ Z—— 电极反应进行了1 mol反应
m
ZF 进度时所得到或失去的电子的
物质的量;
F——法拉第常数,相当于1 mol质子
的电量。其值约
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