最新2012能源师培训课件(电气-下)---第12章——电化学节能技术幻灯片

（一）电流效率的定义
电流效率的定义可以从以下两个方面来表述：
1.对于一定的电量，实际获得所需产物质量与根据法拉第定 律计算应得所需产物质量的比值，通常以%表示。
2.对于一定量的物质，根据法拉第定律计算所需的电量与实 际消耗的电量的比值，通常以%表示。
（二）影响电流效率的因素
1.电极上有副反应，消耗了部分电量。
2012能源管理师培训课件( 电气-下)---第12章——电
化学节能技术
§12.1 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 规律学科。电化学多讨论的是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。电子通过 导体的流动就是电流，因此电化学这一术语严格地应用于那些与 电流相联系而发生的化学反应。
为了使用方便，电化学中将96485C电量定义为一个电量单位， 称为一个法拉第。
即1F=96485C=26.8Ah。
1F电量通过电极时得到的反应物虽然都是1mol,但反应物不同， 重量不同。因此将单位电量通过电极时所形成反应物的质量称为 电化学当量。
三、电流效率
法拉第定律是从大量的实践中总结出来的，是自然界最严格 的定律之一(对原电池也同样适用)。该定律不受温度、压力、电 解质溶液的组成和浓度、电极的材料和形状等任何因素的影响， 在水溶液中、非水溶液中或熔融盐中均可使用。但是，在电化学 生产中，却往往会出现看起来不符合法拉第定律的现象，例如镀 锌时，通过的电量是1F，但得到的镀锌层的量却不到1 mol。这 是因为在锌反应的同时，还发生有其他反应，产生了氢，两种反 应物加起来的和仍为1 mol。但在这里我们需要的是镀锌，而不 需要氢。得到的所需产物镀锌层的量比根据电量消耗按法拉第定 律计算出来的镀锌层的量要少，为了便于说明这个问题，提出了 电流效率的概念。
2.电解质溶液的导电过程
电解质溶液的导电过程，必须既有电解质溶液中离子的定 向迁移过程，又有电极上物质发生化学反应的过程，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
第二类反应必须依靠外界能量(电能)强迫使之发生(对体系 做功)，由外加电能引起化学反应，将电能转化为化学能的这 种装置称为电解池，它是一种消耗电能的装置，而且电能消耗 非常大，研究其节能的规律与方法有重要的现实意义。
二、主要应用
随着电化学科学的不断发展，电化学理论与电化学方法也 广泛应用于工业生产的多个领域，形成了应用电化学的多个工 业领域。如化工、冶金、金属材料的加工等。
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。电子通过 导体的流动就是电流，因此电化学这一术语严格地应用于那些与 电流相联系而发生的化学反应。
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)。
第一类反应是自发的，通过电化学反应使化学能变为电能， 进而产生电流的装置称为化学电池或原电池(体系做功)。
2.所需的产物因一部分发生次级反应（如分解、氧化、与电 极物质或溶液中的物质反应等）而被消耗掉。
因此，要提高电流效率，就需要采取措施，促使主反应，抑 制副反应的进行。
四、电解质溶液的导电能力
不同的导体具有不同的导电能力。同样，不同的电解质溶 液也有不同的导电能力。电解质溶液的导电能力与离子浓度、 离子运动速度以及电解质溶液的温度有关。溶液中离子数量多、 电场力强、溶液豁度小，则导电能力强;溶液温度升高使得溶 液年黏稠度下降，离子运动阻力减小，也会提高溶液的导电能 力。由于离子的质量远大于电子质量，使得离子的运动速度远 小于电子运动速度，所以，电解质溶液的导电能力远小于金属 的导电能力。
（一）原电池
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§12.2 电化学基础知识
一、电解质溶液
（一）定义
电化学过程中，电流导电需要导体。导体通常分为两类:一 是电子导体，靠自由电子定向流动导电，如大多数金属，石墨 等;二是离子导体，靠正负离子的电迁移导电。
在水或其他溶液中，某些物质，如HCl， H2S04, NaOH, NH4OH, NaCl, NaNO3,NaCO3等，会分解成为带正电荷的阳离 子和带负电荷的阴离子，这种现象叫做电离。能够电离的物质 称为电解质。含有电解质的溶液称为电解质溶液。某些电解质 处于熔融状态。
在电解质溶液中，阳离子带正电荷，阴离子带负电荷，它 们的总数是相等的。而且正负离子在溶液中均匀分布，因此，
溶液本身是电中性的。
将两块电极插入电解液中，与直流电源接通。接直流电源正 极的电极称为阳极，接负极的称为阴极。接通直流电源后，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
如果离子是在外电场力作用下发生的定向移动，称为电迁移。 离子的电迁移不但是物质的迁移，而且也是电荷的迁移，所以离 子的电迁移可以在溶液中形成电流。由于正负离子沿着相反的方 向迁移，所以它们的导电效果是相同的，也就是说正负离子沿着 同一方向导电。
离子的电迁移速率除了与离子的本性（离子半径，所带 电荷），溶液的浓度、黏度及温度等有关外，还与电场的电 势梯度有关。在其他条件一定时，离子电迁移的速率与电势 梯度成正比。
活度即某物质的“有效浓度”，或称为物质的“有效摩尔 分数”。
二、法拉第定律
在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。即当两个电极之间有 96485C电量（相当于1mol电子的电量）通过不同的电解质溶液时， 会有1mol的电解产物生成。