应用电化学课件.
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电化学与应用课件
（1）必须自发进行氧化还原反应 （2）必须有两种活泼性不同的导电材料作电极:
①活动性不同的金属（或一种金属和一种非金属导
体石墨），活泼金属为负极。
②两惰性电极——石墨或Pt等（燃料电池电极）。
（3）两个电极必须插入电解质溶液中或熔融的电解质中；
（4）两个电极必须相连并形成闭合回路。
电化学与应用
3
[习题]发生原电池的反应通常是放热反应，在理 论上可设计成原电池的化学反应是 （ D ）
技巧：写出容易写的一极反应，然后用总反应式 减去这一极反应。
电化学与应用
15
讨论二: 若右图原电池中的稀H2SO4改 为NaCl溶液，能否构成原电池， 若能，请写出电极反应式。
负极（Fe) Fe - 2e = Fe2+
A
Fe
C
NaCl溶液
稀硫酸
正极（C) 2H2O + O2 + 4e = 4OH-
Fe2+ + 2OH- =Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
电化学与应用
16
原电池原理的应用
(1)制做化学电源； (2)比较金属的活泼性；
构建原电池，测出正负极，负极金属活泼性 > 正极
(3)加快某些化学反应的反应速率；
_C_u__作负极 电极反应式是：负极__C__u_-_2_e_-_=_C__u2+
浓硝稀酸硫酸
正极_2_N__O__3-_+__4_H_+_+__2_e_-_=__2__NO2↑+2H2O 总反应式是_C_u_+__4_H__+_+__2_N__O_3___=__C_u__2+_+__2_N__O_2_↑_ +2H2O
①活动性不同的金属（或一种金属和一种非金属导
体石墨），活泼金属为负极。
②两惰性电极——石墨或Pt等（燃料电池电极）。
（3）两个电极必须插入电解质溶液中或熔融的电解质中；
（4）两个电极必须相连并形成闭合回路。
电化学与应用
3
[习题]发生原电池的反应通常是放热反应，在理 论上可设计成原电池的化学反应是 （ D ）
技巧：写出容易写的一极反应，然后用总反应式 减去这一极反应。
电化学与应用
15
讨论二: 若右图原电池中的稀H2SO4改 为NaCl溶液，能否构成原电池， 若能，请写出电极反应式。
负极（Fe) Fe - 2e = Fe2+
A
Fe
C
NaCl溶液
稀硫酸
正极（C) 2H2O + O2 + 4e = 4OH-
Fe2+ + 2OH- =Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
电化学与应用
16
原电池原理的应用
(1)制做化学电源； (2)比较金属的活泼性；
构建原电池，测出正负极，负极金属活泼性 > 正极
(3)加快某些化学反应的反应速率；
_C_u__作负极 电极反应式是：负极__C__u_-_2_e_-_=_C__u2+
浓硝稀酸硫酸
正极_2_N__O__3-_+__4_H_+_+__2_e_-_=__2__NO2↑+2H2O 总反应式是_C_u_+__4_H__+_+__2_N__O_3___=__C_u__2+_+__2_N__O_2_↑_ +2H2O
《应用电化学》课件
主要为便携式电子设备、电动车 和混合动力汽车等提供动力。
燃料电池应用
主要用于为电动车和无人机等提 供长续航能力。
电池与燃料电池的优化
电池优化
提高能量密度、降低成本、提高安全 性是当前的研究重点。
燃料电池优化
提高效率和降低成本是主要的研究方 向，同时还需要解决氢储存和运输的 问题。
THANKS
感谢观看
通过优化电化学检测器件的响应范围，拓 宽电化学生物传感器的检测范围，使其能 够检测更多种类的目标物质。
降低交叉干扰
微型化和便携化
在生物分子识别元件的设计和制备过程中 ，应尽量避免交叉干扰，提高电化学生物 传感器的特异性。
通过改进制造工艺和材料选择，实现电化 学生物传感器的微型化和便携化，使其更 适用于现场检测和实时监测。
电流流动
02
03
腐蚀速率
在腐蚀过程中，电流在金属表面 流动，导致金属原子或分子的损 失或转移。
腐蚀速率取决于电流密度、电极 反应动力学和反应物质的扩散速 度等因素。
电化学腐蚀类型
宏电池腐蚀
由于金属表面存在电位差异， 形成微电池，导致金属的损失
。
微电池腐蚀
金属表面微小的电位差异导致 微小的电流流动，引起金属的 损失。
质。
电解反应原理
电解反应涉及电子的传递和离子 的迁移，在电极上发生氧化或还
原反应，生成相应的产物。
电解过程的分类
根据电解反应的类型和电极反应 的不同，电解过程可分为分解、
合成、电镀、电解冶炼等。
电解过程的应用
工业生产
电解过程广泛应用于工业生产中，如电解炼铜、电解铝、氯碱工 业等，通过电解反应将原料转化为产品。
应用电化学的原理
燃料电池应用
主要用于为电动车和无人机等提 供长续航能力。
电池与燃料电池的优化
电池优化
提高能量密度、降低成本、提高安全 性是当前的研究重点。
燃料电池优化
提高效率和降低成本是主要的研究方 向，同时还需要解决氢储存和运输的 问题。
THANKS
感谢观看
通过优化电化学检测器件的响应范围，拓 宽电化学生物传感器的检测范围，使其能 够检测更多种类的目标物质。
降低交叉干扰
微型化和便携化
在生物分子识别元件的设计和制备过程中 ，应尽量避免交叉干扰，提高电化学生物 传感器的特异性。
通过改进制造工艺和材料选择，实现电化 学生物传感器的微型化和便携化，使其更 适用于现场检测和实时监测。
电流流动
02
03
腐蚀速率
在腐蚀过程中，电流在金属表面 流动，导致金属原子或分子的损 失或转移。
腐蚀速率取决于电流密度、电极 反应动力学和反应物质的扩散速 度等因素。
电化学腐蚀类型
宏电池腐蚀
由于金属表面存在电位差异， 形成微电池，导致金属的损失
。
微电池腐蚀
金属表面微小的电位差异导致 微小的电流流动，引起金属的 损失。
质。
电解反应原理
电解反应涉及电子的传递和离子 的迁移，在电极上发生氧化或还
原反应，生成相应的产物。
电解过程的分类
根据电解反应的类型和电极反应 的不同，电解过程可分为分解、
合成、电镀、电解冶炼等。
电解过程的应用
工业生产
电解过程广泛应用于工业生产中，如电解炼铜、电解铝、氯碱工 业等，通过电解反应将原料转化为产品。
应用电化学的原理
应用电化学基础理论PPT课件
04
燃料电池的燃料可以是氢气、甲烷、乙醇等，氧化剂可以是氧气或空 气，通过控制反应条件可以实现高效、清洁的能源利用。
电镀与金属的电化学腐蚀防护
电镀是利用电解原理在金属表面镀上一层金属或合金 的过程，以提高金属的耐腐蚀性、耐磨性、装饰性和
功能性。
输标02入题
电镀过程中，阳极上的金属离子会通过电解作用沉积 在阴极表面形成镀层，可以控制镀层的厚度和成分。
反应和电解池反应。
电极反应
电子转移
电化学反应中，电极与电 解质溶液界面上的反应， 包括氧化和还原反应。
电化学反应中，电子从一 个原子或分子转移到另一 个原子或分子的过程。
离子转移
电化学反应中，离子在 电解质溶液中的迁移过
程。
电解质溶液
电解质
在水溶液或熔融状态下能导电的化合物。
电导率
衡量电解质溶液导电能力的物理量，与溶液 中离子的浓度和迁移率有关。
详细描述
电化学反应速率常数的大小反映了电化学反 应的快慢程度，其值越大，反应速率越快。 在一定条件下，可通过实验测定电化学反应 速率常数。
总结词
电化学反应的活化能是影响电化学反应 速率的重要因素之一，其大小与反应物
质的性质和温度等因素有关。
详细描述
活化能的大小决定了电化学反应的难易程度，活化能越高，反应越难以进行。在一定条件下，可通过实验测定电 化学反应的活化能。
目的
通过本PPT课件的学习，使学习者掌 握电化学的基本原理和应用，了解电 化学在解决实际问题中的重要性和作 用。
意义
通过深入了解电化学的应用，为解决 能源、环境、材料等领域的实际问题 提供理论支持和实践指导，促进相关 领域的发展和进步。
02 电化学基本概念
燃料电池的燃料可以是氢气、甲烷、乙醇等，氧化剂可以是氧气或空 气，通过控制反应条件可以实现高效、清洁的能源利用。
电镀与金属的电化学腐蚀防护
电镀是利用电解原理在金属表面镀上一层金属或合金 的过程，以提高金属的耐腐蚀性、耐磨性、装饰性和
功能性。
输标02入题
电镀过程中，阳极上的金属离子会通过电解作用沉积 在阴极表面形成镀层，可以控制镀层的厚度和成分。
反应和电解池反应。
电极反应
电子转移
电化学反应中，电极与电 解质溶液界面上的反应， 包括氧化和还原反应。
电化学反应中，电子从一 个原子或分子转移到另一 个原子或分子的过程。
离子转移
电化学反应中，离子在 电解质溶液中的迁移过
程。
电解质溶液
电解质
在水溶液或熔融状态下能导电的化合物。
电导率
衡量电解质溶液导电能力的物理量，与溶液 中离子的浓度和迁移率有关。
详细描述
电化学反应速率常数的大小反映了电化学反 应的快慢程度，其值越大，反应速率越快。 在一定条件下，可通过实验测定电化学反应 速率常数。
总结词
电化学反应的活化能是影响电化学反应 速率的重要因素之一，其大小与反应物
质的性质和温度等因素有关。
详细描述
活化能的大小决定了电化学反应的难易程度，活化能越高，反应越难以进行。在一定条件下，可通过实验测定电 化学反应的活化能。
目的
通过本PPT课件的学习，使学习者掌 握电化学的基本原理和应用，了解电 化学在解决实际问题中的重要性和作 用。
意义
通过深入了解电化学的应用，为解决 能源、环境、材料等领域的实际问题 提供理论支持和实践指导，促进相关 领域的发展和进步。
02 电化学基本概念
应用电化学全套课件243p
阐述电化学传感器在生物医学、环境 监测等领域的应用及生物电化学的最
新研究进展。
电化学能源存储与转换
介绍电化学能源存储与转换技术的最 新研究成果，如超级电容器、电化学 燃料电池等。
电化学合成与绿色化学
探讨电化学合成在绿色化学中的应用 及最新研究成果，如电催化合成氨、 电化学还原二氧化碳等。
未来发展趋势预测及挑战分析
燃料电池汽车发展现状与挑战
发展现状
燃料电池汽车采用氢气作为燃料，通过电化学反应产生电能 驱动汽车行驶，具有零排放、高效率等优点。目前，燃料电 池汽车在技术、产业化和商业化方面取得了一定进展。
挑战
燃料电池汽车仍面临着氢气储存和运输、催化剂成本、基础 设施建设等方面的挑战，需要进一步加大研发和推广力度。
02
应用电化学原理
电化学能量转换与储存
03
能量转换基本原理
电池工作原理及分类
超级电容器
阐述电化学系统中电能与化学能之间的转 换关系及效率。
详细介绍各类电池（如原电池、蓄电池、 燃料电池等）的工作原理、性能特点及应 用领域。
阐述超级电容器的储能原理、优缺点以及 在快速充放电领域的应用。
电化学合成与分解
电化学合成方法
介绍通过电解、电沉积、有机电化学合成等手 段制备新材料或化合物的原理和方法。
电化学分解原理
阐述利用电解作用将复杂化合物分解为简单物 质的过程及原理。
电化学合成与分解的应用
举例说明电化学合成与分解在有机合成、无机材料制备等领域的应用实例。
电化学传感器与检测
1 2
电化学传感器原理
介绍电化学传感器的工作原理、分类及特点，如 电位型、电流型和电导型传感器等。
通过改进电极材料、电解质和电池结构等方式，可以提高锂离子电池 的能量密度、功率密度、循环寿命和安全性能。
新研究进展。
电化学能源存储与转换
介绍电化学能源存储与转换技术的最 新研究成果，如超级电容器、电化学 燃料电池等。
电化学合成与绿色化学
探讨电化学合成在绿色化学中的应用 及最新研究成果，如电催化合成氨、 电化学还原二氧化碳等。
未来发展趋势预测及挑战分析
燃料电池汽车发展现状与挑战
发展现状
燃料电池汽车采用氢气作为燃料，通过电化学反应产生电能 驱动汽车行驶，具有零排放、高效率等优点。目前，燃料电 池汽车在技术、产业化和商业化方面取得了一定进展。
挑战
燃料电池汽车仍面临着氢气储存和运输、催化剂成本、基础 设施建设等方面的挑战，需要进一步加大研发和推广力度。
02
应用电化学原理
电化学能量转换与储存
03
能量转换基本原理
电池工作原理及分类
超级电容器
阐述电化学系统中电能与化学能之间的转 换关系及效率。
详细介绍各类电池（如原电池、蓄电池、 燃料电池等）的工作原理、性能特点及应 用领域。
阐述超级电容器的储能原理、优缺点以及 在快速充放电领域的应用。
电化学合成与分解
电化学合成方法
介绍通过电解、电沉积、有机电化学合成等手 段制备新材料或化合物的原理和方法。
电化学分解原理
阐述利用电解作用将复杂化合物分解为简单物 质的过程及原理。
电化学合成与分解的应用
举例说明电化学合成与分解在有机合成、无机材料制备等领域的应用实例。
电化学传感器与检测
1 2
电化学传感器原理
介绍电化学传感器的工作原理、分类及特点，如 电位型、电流型和电导型传感器等。
通过改进电极材料、电解质和电池结构等方式，可以提高锂离子电池 的能量密度、功率密度、循环寿命和安全性能。
应用电化学全套课件243p
理论方面的进展：
在伏特电池出现后对电流通过导体时发生的现象进 行了两方面的研究： 从物理方面的研究得到Ohm定律； 从化学方面研究得到Faraday定律； 1887年Arrhenius提出了电离学说； 1889年Nerst提出了电极电位公式； 1905年Tafel找到了过电位和电流密度的关系式； 20世纪50年代弗鲁姆金等发展了电极过程动力学，成 为现代电化学的主体。
第一章 电解质溶液的物理化学性质
第一节 离子导体 根据电荷的载体不同，可将导体分为电子 导体和离子导体，电子导体如金属、石墨、金 属氧化物和碳化物等；离子导体如电解质水溶 液，熔盐和固体电解质，其中最常见的是电解 质水溶液。电化学反应基本上发生在电解质水 溶液中。 一、电解质水溶液
电解质水溶液是有水和溶解在水中的离子构成的，水 是极性分子，对其中的离子有溶剂化作用 二、熔融电解质 熔融电解质一般指熔盐，熔盐是完全解离的离子液体。 熔盐可分为高温熔盐、低温熔盐和室温熔盐 高温熔盐，如NaCl/KCl，mp=663℃ 低温熔盐，如CO（NH2)2-NH4NO3,mp=45 ℃ 室温熔盐，如AlCl3-正丁基吡啶 熔盐的应用范围很广包括以下几个方面：电解冶金及 材料科学；能源技术如电池；固态化学技术如单晶生 长、熔盐半导体、固体电解质；环境技术，如净化大 气、废物处理、无硫金属提取；化学工业，化学反应 介质
∞= λ∞ + λ∞ Λm mm+
∞ ∞ ∞ λm+ =U∞ F λ =U m+ -F
∞ Λm
称为无限稀释时的摩尔电导率
∞
∞ λ λm+ m-
称正、负离子无限稀释为摩尔电导
Hale Waihona Puke 第四节扩散系数及其与淌度、粘度的关系
应用电化学PPT课件
应用电化学发展趋势与挑战
发展趋势
随着新能源、环保等领域的快速发 展，应用电化学在能源存储与转换、 环境电化学等方面呈现出广阔的应 用前景。
挑战
应用电化学面临着电极材料性能、 反应机理、稳定性等方面的挑战， 需要加强基础研究和应用创新。
学生自我评价与建议
自我评价
通过本课程的学习，我对应用电化学有了更深入的了解，掌握了基本的电化学 知识和实验技能，但在理论理解和实践应用方面还需加强。
03
CATALOGUE
电化学应用技术
电镀与电沉积技术
电镀原理
通过电解作用在金属表面沉积一层金属或合金，以改善其表面性 能。
电镀种类
包括镀铬、镀锌、镀金、镀银等多种类型，广泛应用于机械制造、 电子电器等领域。
电沉积技术
利用电化学原理在导体或半导体表面沉积金属、合金或化合物，制 备具有特定功能的薄膜材料。
通过测量电解过程中电流-电压曲线 变化，对环境中的污染物进行定性和 定量分析。
06
CATALOGUE
电化学实验方法与技术
电化学实验安全知识
实验室安全规则
必须遵守实验室各项安 全规定，注意防火、防 爆、防毒等。
仪器安全使用
使用电器设备时，应注 意防止触电和短路；使 用高温设备时，应防止 烫伤和火灾。
应用电化学PPT课件
CATALOGUE
目 录
• 引言 • 电化学基础知识 • 电化学应用技术 • 电化学在能源领域的应用 • 电化学在环境领域的应用 • 电化学实验方法与技术 • 课程总结与展望
01
CATALOGUE
引言
电化学概述
电化学是研究电与化学变化之间 相互关系的科学，涉及电能与化
学能之间的转换。
应用电化学(课堂PPT)
formation & transformation
of matters
Electric power
Chemical
Energy
power
conversion
6
电化学作为基础科学的研究范围
Solid-liquid interface
Interfacial charge transfer
Mass transport
分类 ①金属电极：由金属及相应离子组成，其特点是氧化还原对可 以迁越相界面，如Cu2+｜Cu。 ②氧化还原电极：由惰性金属电极及溶液中氧化还原离子对组 成，特点是氧化还原对不能迁越相界面。如，Pt｜Fe2+，Fe3+等。
15
③气体电极：由惰性金属电极及氧化还原对 中一个组元为气体组成的 ，如氢电极Pt｜ H2(g)｜H+(aq)。
9
两类导体
Electronic conductors（Metals、Semiconductors);
Ionic conductors (electrolyte solutions, solid electrolyte, ionic liquid, melted salts);
Note: Ionic conductors alone can not constitute a closed circuit to conduct current.
How? --- The reaction mechanism and kinetics (rates)
主要研究内容:
• 反应速率~电势间的依赖关系（The Reaction rate ~ Potential dependence and the nature behind）
第10章 应用电化学2 优质课件
即溶液pH应控制在大于2.72
第十章 应用电化学
§10.3金属的电化学腐蚀和防护
金属的腐蚀:
金属的表面和周围介质发生了化学作用 或电化学作用,因而使金属受到损坏的现象, 通常称为金属的腐蚀.
金属腐蚀造成的废旧钢铁
金属腐蚀造成的水污染
金属腐蚀分两类： （1）化学腐蚀 金属表面与介质如气体或非电 解质液体等因发生化学作用而引起的腐蚀，称为 化学腐蚀。化学腐蚀作用进行时无电流产生。
氧电极的E(Ox|Red)- pH图
氧电极的E(Ox|Red)- pH图
H2(pH2)|H2SO4(aq)|O2(pO2) 氧电极：O2+4H++4e - →2H2O
E(O2，H 2 O)
=E $
(O2，H
2 O)+
RT 4F
ln(aO2
a4 H+
)
1.229V+ RT ln( pO2 ) 0.0592pH 4F p$
1
2
0.41V
两种二价金属离子
M
2
,
M
2 2
,
c
1mol
dm3 ,
1
2
0.21V
四、两种离子共同析出
条件： 1，析 2，析
1
RT nF
ln c1
1
2
RT nF
ln c2
2
例： Sn2
0.136V
,
第十章 应用电化学
§10-2 实际电解过程
一、电解定律和电能效率 1.电解定律：
m MQ M It nF nF
第十章 应用电化学
§10.3金属的电化学腐蚀和防护
金属的腐蚀:
金属的表面和周围介质发生了化学作用 或电化学作用,因而使金属受到损坏的现象, 通常称为金属的腐蚀.
金属腐蚀造成的废旧钢铁
金属腐蚀造成的水污染
金属腐蚀分两类： （1）化学腐蚀 金属表面与介质如气体或非电 解质液体等因发生化学作用而引起的腐蚀，称为 化学腐蚀。化学腐蚀作用进行时无电流产生。
氧电极的E(Ox|Red)- pH图
氧电极的E(Ox|Red)- pH图
H2(pH2)|H2SO4(aq)|O2(pO2) 氧电极：O2+4H++4e - →2H2O
E(O2，H 2 O)
=E $
(O2，H
2 O)+
RT 4F
ln(aO2
a4 H+
)
1.229V+ RT ln( pO2 ) 0.0592pH 4F p$
1
2
0.41V
两种二价金属离子
M
2
,
M
2 2
,
c
1mol
dm3 ,
1
2
0.21V
四、两种离子共同析出
条件： 1，析 2，析
1
RT nF
ln c1
1
2
RT nF
ln c2
2
例： Sn2
0.136V
,
第十章 应用电化学
§10-2 实际电解过程
一、电解定律和电能效率 1.电解定律：
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应用电化学PPT课件
• 对环境污染小：没有硫氧化物和氮氧化物的
排放，也降低了二氧化碳的排放，噪音排放 也因无机械振动而降低。
• 燃料使用范围广，电池负荷反应快，响应高
等优点。
13
金属腐蚀防护
• 金属腐蚀在生活中十分常见，全世界每年因
腐蚀而造成的金属损失相当于全世界金属产 量的1/4以上，我国因腐蚀造成的经济损失 达200亿以上。因此金属腐蚀防护研究具有 很高的现实意义。
促进了社会经济的发展,对解决人类社会面 临的能源、交通、材料、环保、信息、生命 等问题,已经作出并正在作出巨大的贡献。
2
应用电化学在国民经济中的应用 • 化学电池与燃料电池 • 金属腐蚀保护 • 金属精炼与表面精饰 • 电化学传感器
3
化学电池与燃料电池
• 一、燃料电池基本介绍 • 二、燃料电池工作原理 • 三、燃料电池应用举例 • 四、燃料电池前景展望
15
阴极保护
• 当PH在0~9之间时，可
以通过将铁的电势降低 到Fe2+/Fe的平衡电位 0.6V以下，使之进入稳 定区（虚线位置）来避 免腐蚀。具体是将金属 与直流电源阴极相连， 从而保护金属，这种方 法称为阴极保护。在防 护金属设备被海水腐蚀 上非常有效。
16
阳极保护
• 将金属与直流电源阳极连
11
• 索尼公司研发出一种锂燃料电池，利用甲醇作燃料，
可用于手机、MP3等电子设备的瞬间充电，用锂聚合 物控制作用，克服了传统燃料电池功率不足的缺点， 瞬间电流可达3W。
12
燃料电池的展望
• 燃料电池作为新型燃料电池，具有以下优势： • 能量转化效率高：不经过燃烧，直接将化学
能转化为电能，不受卡诺循环节制，效率可 达45%~60%，而火力发电站和核电站只有 30%~40%
排放，也降低了二氧化碳的排放，噪音排放 也因无机械振动而降低。
• 燃料使用范围广，电池负荷反应快，响应高
等优点。
13
金属腐蚀防护
• 金属腐蚀在生活中十分常见，全世界每年因
腐蚀而造成的金属损失相当于全世界金属产 量的1/4以上，我国因腐蚀造成的经济损失 达200亿以上。因此金属腐蚀防护研究具有 很高的现实意义。
促进了社会经济的发展,对解决人类社会面 临的能源、交通、材料、环保、信息、生命 等问题,已经作出并正在作出巨大的贡献。
2
应用电化学在国民经济中的应用 • 化学电池与燃料电池 • 金属腐蚀保护 • 金属精炼与表面精饰 • 电化学传感器
3
化学电池与燃料电池
• 一、燃料电池基本介绍 • 二、燃料电池工作原理 • 三、燃料电池应用举例 • 四、燃料电池前景展望
15
阴极保护
• 当PH在0~9之间时，可
以通过将铁的电势降低 到Fe2+/Fe的平衡电位 0.6V以下，使之进入稳 定区（虚线位置）来避 免腐蚀。具体是将金属 与直流电源阴极相连， 从而保护金属，这种方 法称为阴极保护。在防 护金属设备被海水腐蚀 上非常有效。
16
阳极保护
• 将金属与直流电源阳极连
11
• 索尼公司研发出一种锂燃料电池，利用甲醇作燃料，
可用于手机、MP3等电子设备的瞬间充电，用锂聚合 物控制作用，克服了传统燃料电池功率不足的缺点， 瞬间电流可达3W。
12
燃料电池的展望
• 燃料电池作为新型燃料电池，具有以下优势： • 能量转化效率高：不经过燃烧，直接将化学
能转化为电能，不受卡诺循环节制，效率可 达45%~60%，而火力发电站和核电站只有 30%~40%
应用电化学电化学理论基础PPT课件
电化学脱硝技术
利用电化学方法将废气中的氮氧化物转化为氮气和水等无害物质。
重金属离子回收技术展示
01
电镀废液处理
通过电解作用将废液中的重金属 离子还原为金属单质，实现重金 属的回收和废液的净化。
02
电池回收技术
03
电化学冶金技术
利用电化学方法将废旧电池中的 重金属离子提取出来，实现资源 的再利用。
通过电解作用从矿石或冶金废渣 中提取金属或其化合物，实现资 源的综合利用。
燃料电池类型
详细介绍质子交换膜燃料电池 （PEMFC）、固体氧化物燃料电池 （SOFC）、碱性燃料电池（AFC）等 主流燃料电池的特点及应用领域。
锂离子电池工作原理及性能评估
锂离子电池工作原理
深入解析锂离子电池的充放电过程，包括锂离子在正负极之间的 嵌入和脱出机制。
电池性能评估指标
介绍锂离子电池性能评估的主要指标，如能量密度、功率密度、 循环寿命、安全性等。
迁移过程
离子在电场作用下的定向移动，形成 电流。
界面现象及双电层结构
界面现象
不同相之间的界面上发生的特殊现象，如吸附、润湿、电毛细现象 等。
双电层结构
电极与电解质溶液界面上的电荷分布结构，包括紧密层和分散层。 紧密层内电荷密度高，分散层内电荷密度逐渐降低。
02
应用电化学领域概述
能源转换与储存技术
06
总结回顾与拓展思考
关键知识点总结回顾
电化学基本概念
包括电解质、电极、电位等核心概念的定义与性 质。
电化学体系分析
介绍不同类型电化学体系的组成、工作原理及应 用，如原电池、电解池和腐蚀电池等。
电化学反应原理
阐述电化学反应的基本过程，包括电荷转移、物 质传递和界面反应等。
利用电化学方法将废气中的氮氧化物转化为氮气和水等无害物质。
重金属离子回收技术展示
01
电镀废液处理
通过电解作用将废液中的重金属 离子还原为金属单质，实现重金 属的回收和废液的净化。
02
电池回收技术
03
电化学冶金技术
利用电化学方法将废旧电池中的 重金属离子提取出来，实现资源 的再利用。
通过电解作用从矿石或冶金废渣 中提取金属或其化合物，实现资 源的综合利用。
燃料电池类型
详细介绍质子交换膜燃料电池 （PEMFC）、固体氧化物燃料电池 （SOFC）、碱性燃料电池（AFC）等 主流燃料电池的特点及应用领域。
锂离子电池工作原理及性能评估
锂离子电池工作原理
深入解析锂离子电池的充放电过程，包括锂离子在正负极之间的 嵌入和脱出机制。
电池性能评估指标
介绍锂离子电池性能评估的主要指标，如能量密度、功率密度、 循环寿命、安全性等。
迁移过程
离子在电场作用下的定向移动，形成 电流。
界面现象及双电层结构
界面现象
不同相之间的界面上发生的特殊现象，如吸附、润湿、电毛细现象 等。
双电层结构
电极与电解质溶液界面上的电荷分布结构，包括紧密层和分散层。 紧密层内电荷密度高，分散层内电荷密度逐渐降低。
02
应用电化学领域概述
能源转换与储存技术
06
总结回顾与拓展思考
关键知识点总结回顾
电化学基本概念
包括电解质、电极、电位等核心概念的定义与性 质。
电化学体系分析
介绍不同类型电化学体系的组成、工作原理及应 用，如原电池、电解池和腐蚀电池等。
电化学反应原理
阐述电化学反应的基本过程，包括电荷转移、物 质传递和界面反应等。
应用电化学课件
应用电化学课件目录•电化学基础•电化学应用•电极材料•电化学性能测试与表征•电化学在能源领域的应用•电化学在环境领域的应用•电化学在生物医学领域的应用01电化学基础电化学体系原电池将化学能转变为电能的装置，如丹尼尔电池、铅蓄电池等。
电解池通过外加电源使电解质溶液或熔融电解质发生电解反应的装置，如电解水、电解熔融氯化钠等。
电镀池利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程，如镀锌、镀银等。
电极上发生的氧化或还原反应，决定电池的电压和电流。
电极反应电极电位电极极化电极反应的趋势和程度，受温度、压力、浓度等因素影响。
电极上有电流通过时，电极电位偏离平衡电位的现象。
030201电极过程在水溶液中或熔融状态下能够导电的化合物，如酸、碱、盐等。
电解质电解质溶液中正负离子在电场作用下的定向移动。
离子迁移衡量电解质溶液导电能力的物理量，与溶液中离子浓度和迁移率有关。
电导率电解质溶液02电化学应用1 2 3介绍干电池、铅酸电池、锂离子电池等常见电池的工作原理、性能特点及应用领域。
电池种类与工作原理阐述燃料电池的工作原理，包括氢氧燃料电池、直接甲醇燃料电池等，以及关键技术和挑战。
燃料电池原理与技术讲解电池性能的主要评价指标，如电压、容量、能量密度、功率密度等，以及测试方法和标准。
电池性能评价电池与燃料电池03电镀层性能评价讲解电镀层性能的主要评价指标，如结合力、耐腐蚀性、硬度等，以及测试方法和标准。
01电解原理及应用阐述电解的基本原理，包括电解质的选择、电极反应和电解过程控制等，以及电解在冶金、化工等领域的应用。
02电镀原理及技术介绍电镀的基本原理，包括电镀液的组成、电极过程、镀层结构和性能等，以及电镀工艺和设备。
电解与电镀阐述电化学传感器的工作原理，包括离子选择性电极、气敏电极、生物传感器等，以及传感器的响应机制和选择性。
电化学传感器原理介绍电化学传感器在环境监测、生物医学、食品安全等领域的应用，如pH 计、血糖仪、气体检测仪等。
电化学应用ppt课件
电镀技术原理及应用领域
电镀技术原理
电镀是利用电解原理在某些金属表面 上镀上一薄层其它金属或合金的过程， 利用电解作用使金属或其它材料制件 的表面附着一层金属膜的工艺。
电镀技术应用领域
电镀技术广泛应用于机械制造、轻工、 电子等行业，如提高零件的耐磨性、 导电性、抗腐蚀性及增进美观等作用。
电化学沉积技术制备薄膜材料
应用
金属元素测定，有机物分析等。
库仑分析法
原理
通过测量电解过程中所消耗的电量进行定量 分析。
特点
准确度高，重现性好，但仪器价格较高。
分类
恒电流库仑法和恒电位库仑法。
应用
痕量物质测定，环境监测等。
伏安法与极谱法
原理
通过测量电解过程中电流-电压曲线 进行定量分析。
分类
线性扫描伏安法、循环伏安法、方波 伏安法等；经典极谱法和现代极谱法 （如示波极谱法）。
电化学合成纳米材料是利用电化学方法在 电极表面或溶液中合成纳米材料的过程， 通过控制电位、电流、温度等参数，可以 制备出不同形貌和尺寸的纳米材料。
VS
纳米材料制备方法
电化学合成纳米材料的方法包括模板法、 脉冲电沉积法、循环伏安法等，这些方法 具有操作简单、反应条件温和、易于控制 等优点。
其他新型电化学合成技术介绍
通过电场作用，驱动土壤中的污染物向电极移动并富集，实现土 壤修复的效果。
电热修复技术
利用电加热原理，提高土壤温度并促进污染物挥发或降解，达到 土壤修复的目的。
电化学淋洗技术
通过电化学反应产生的淋洗液对土壤进行淋洗，去除土壤中的污 染物并实现土壤修复。
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电解质
含有自由离子的导体，可以是固体、 液体或气体。
电化学及应用 ppt课件
共同点 金属原子失去电子变成阳离子而损耗
是否构成原电池
无原电池
构成无数微小原电池
有无电流
无电流
有弱电流
实 质 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀
电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多
钢铁的电化学腐蚀
比较项目
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
发生条件
钢铁外表吸附的水膜酸 性较強时
钢铁外表吸附的水膜酸 性较弱或呈中性时
电 负极 极
Fe - 2e- =
〔Pt、Au、石墨〕 阴离子优先放电
Rn- - ne = R
阴极 一定是溶液中易得电子的阳离子优先放电
Rn+ + ne = R
用惰性电极电解电解质溶液的规律
〔1〕电解水型 〔NaOH、H2SO4、K2SO4等〕的电解
阴极：4H+ + 4e-
2H2
阳极：4OH- - 4e-
O2 + 2H2O
总反响式： 2H2O 电解 2H2 + O2
电极反应
阴极 接电源负极
电子流入 Nm+ + me－ = N
(还原反应)
阳极 接电源正极
电子流出
Rn－ – ne－= R M – ne－= Mn+
(氧化反应)
电极质量变化 增大或不变
减小或不变
离子移动方向 阳离子移向该极 阴离子移向该极
电解池的任务原理
氧化反响 Rn－－ne－＝R
e－＋ － e －
(4)反响原理: 正极: 2H2+4OH － －4e-＝4H2O 负极: O2＋2H2O ＋ 4e-＝4OH －
总反响：2H2＋O2＝2H2O
以甲烷作燃料的燃料电池
电极为金属铂，电解质为KOH，在两极分别通入甲烷和氧气。
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2020/5/23
§5.2 氯碱工业
电解氯化钠水溶液生产烧碱、氯气、氢气，是电解工 业中生产规模最大的，又称氯碱工业。
产品主要用作工业原料，氯碱工业在产量上仅次于硫 酸和化肥的重要无机化学工业。目前存在三种电解生产方 法。三种方法采用的电解槽式样分别为隔膜槽、汞槽和离 子膜槽，其中离子膜槽是最新的一种。现在重点介绍隔膜 槽电解法。
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2020/5/23
§5.1 概述
温升高300K以上。因此，一般的电化学工业过程均可在 常温常压下进行。
（3）易控制反应的方向。通过控制电势，选择适当的 电极等方法，易实现电解反应的控制，避免副反应，得到 所希望的产品。
（4）环境污染少，产品纯净。电合成中一般不外加化 学氧化剂或还原剂，杂质少，产品纯。且化学工业易实现 自动、连续、密闭生产，对环境造成的污染少。
ηI = (Q/Qr) ×100% Q：理论电量，Qr：实际消耗电量
Q = (m/M) ×zF Qr = It
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2020/5/23
§5.1 概述
电能效率ηE是为获得一定量产品，根据热力学计算 所需的理论能耗与实际能耗之比。电功W等于电压V和电 量Q的乘积，即：
W = V·Q 理论能耗为理论分解电压Ee和理论电量Q的乘积，即：
难点：氯碱工业中的电解槽构造
课后作业：课后习题25、27、30
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2020/5/23
第五章 无机物的电解工业
§5.1 概述 §5.2 氯碱工业 §5.3 氯酸盐和高氯酸盐的电合成 §5.4 锰化合物的电解合成（自学） §5.5 电解法生产过氧化氢 §5.6 水的电解
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W = Ee ·(m/M)zF 实际能耗Wr为实际槽电压V与实际消耗电量Qr的乘积，即
Wr = V·Qr 则ηE = (W/Wr) ×100% = (EeQ/VQr) = (Ee/V) ηI = ηV·ηI 式中，ηV = Ee/V，称为电压效率。
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1 概述
应用电化学电子教案—第五章
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2020/5/23
学习内容与任务
上次课复习：电化学原理在工业上的应用，由在化工 中经常使用的化学试剂的来源引入本次课程内容
教学要求：了解电解合成法的优缺点，掌握电解合成 中的基本概念和术语，掌握氯碱工业中的电解反应和原理 ，了解电解槽构造
重点：电解合成中的基本概念和术语，氯碱工业中的 电解反应和原理
成正比，因此它与电流密度（超电势、电活性物质的浓度 和质量传输方式）、电流效率和单位体积电极的活性表面 积有关。
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2020/5/23
§5.2 氯碱工业
§5.2.1 隔膜槽电解法 §5.2.2 汞槽电解法（自学） §5.2.3 离子膜槽电解法（自学） §5.2.4 氯碱工业未来发展的展望（自学）
电解时，阴极溶液约含NaCl 4.53mol/L，NaOH 2.5mol/L， 在阳极可能放电的离子有Cl–、OH–，在阴极可能放电的有 Na+和H+，以下分别计算其平衡电极电势和析出电势：
ψ Cl2/2Cl– = 1.36 – 0.05915㏒αCl–
V = Ee + ∣ηA∣ + ∣ηC∣ + IRsol + IR
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2020/5/23
§5.1 概述
（3）时空产率（space time yield，STY） 时空产率指单位体积的电解槽在单位时间内所生产的
产品的数量。通常以mol·L–1·h–1为单位。 时空产率（STY）与流过单位体积反应器的有效电流
（2）槽电压V 要是电流通过电解槽，外电源必须对电解槽的两极施
加一定的电压（或称电势），这就是槽电压V。 理论分解电压（没有电流流过电解槽时的槽电压）：
Ee = ψ+ –ψ– 实际电解时，一定有电流流过电解槽，电极发生极化 出现了超电势η，还有溶液电阻引起的电位降IRsol和电解 槽的各种欧姆损失，其中包括电极本身电阻、隔膜电阻、 导线与电极接触的电阻等。因此，实际槽压为：
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2020/5/23
§5.2.1 隔膜槽电解法
1. 电解反应
阳极： 2Cl– →Cl2 + 2e
ψθ = 1.36V
阴极： 2H2O + 2e →H2 + 2OH– ψθ = – 0.83V
则理论分解电压：
θ
E e = 1.36 + 0.83 = 2.19V
总反应： 2NaCl + 2H2O ＝2NaOH + Cl2 + H2
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2020/5/23
§5.1 概述
2. 电化学合成的不足
（1）消耗大量电能。例如每生产1吨铝耗电18500kW·h 生产1吨氢氧化钠耗电3150kW·h，电解锌每吨耗电 6000kW·h。故在电能供给不足的地区难以大规模发展电 化学生产工艺。
（2）占用厂房面积大。由于生产中要同时用许多电解 槽，一些前处理还要占用厂房等。另外，要实现各槽在相 同条件下运行，需较高的技术水平和管理水平。
（3）有些电解槽结构复杂，电极间电器绝缘，隔膜的 制造、保护和调换比较困难。
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2020/5/23
§5.1 概述
（4）电极易受污染，活性不易维持，阳极尤易受到腐 蚀。
3. 几个重要的基本概念和术语 （1）电流效率ηI与电能效率ηE
电流效率ηI是制取一定量物质所必需的理论消耗电 量与实际消耗电量的比值：
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2020/5/23
§5.1 概述
1. 电解合成法的优点 （1）许多用化学合成法不能生产的物质，往往可用电 解合成法生产。它通过调节电位的方法，给在电极上发生 的分子提供足够的能量，因而可以生产某些氧化性或还原 性很强的物质。若采用非水溶剂或熔盐电解，则阳极电位 可达+3V，阴极电位可达–3V。 （2）可在常温常压下进行，电合成主要通过调节电位 区改变反应的活化能，据计算，超电势改变1V，可使反 应活化能降低40kJ·mol–1左右，从而使反应速率增加约107 倍。如果通过升温的办法达到此目的，则必须把温度从室