第1章 电化学基础介绍
电化学基础知识点(大全)
【知识点】装置特点：化学能转化为电能。
①、两个活泼性不同的电极；形成条件：②、电解质溶液（一般与活泼性强的电极发生氧化还原反应）； 原 ③、形成闭合回路（或在溶液中接触）电 负极：用还原性较强的物质作负极，负极向外电路提供电子；发生氧化反应。
池 基本概念： 正极：用氧化性较强的物质正极，正极从外电路得到电子，发生还原反应。
原 电极反应方程式：电极反应、总反应。
理氧化反应 负极 铜锌原电池 正极 还原反应反应原理：Zn-2e -=Zn 2+ 2H ++2e -=2H 2↑电解质溶液电极反应： 负极（锌筒）Zn-2e -=Zn 2+正极（石墨）2NH 4++2e -=2NH 3+H 2↑①、普通锌——锰干电池 总反应：Zn+2NH 4+=Zn 2++2NH 3+H 2↑干电池： 电解质溶液：糊状的NH 4Cl特点：电量小，放电过程易发生气涨和溶液②、碱性锌——锰干电池 电极：负极由锌改锌粉（反应面积增大，放电电流增加）；电解液：由中性变为碱性（离子导电性好）。
正极（PbO 2） PbO 2+SO 42-+4H ++2e -=PbSO 4+2H 2O 负极（Pb ） Pb+SO 42--2e -=PbSO 4铅蓄电池：总反应：PbO 2+Pb+2H 2SO 4 2PbSO 4+2H 2O电解液：1.25g/cm 3~1.28g/cm 3的H 2SO 4 溶液蓄电池 特点：电压稳定。
Ⅰ、镍——镉（Ni ——Cd ）可充电电池；其它蓄电池 Cd+2NiO(OH)+2H 2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2Ⅱ、银锌蓄电池锂电池①、燃料电池与普通电池的区别不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是工作时不断从外界输入，同时燃料 电极反应产物不断排出电池。
电池 ②、原料：除氢气和氧气外，也可以是CH 4、煤气、燃料、空气、氯气等氧化剂。
负极：2H 2+2OH --4e -=4H 2O ；正极：O 2+2H 2O+4e -=4OH -③、氢氧燃料电池： 总反应：O 2 +2H 2 =2H 2O特点：转化率高，持续使用，无污染。
电化学基础知识讲解及总结
电化学基础知识讲解及总结电化学是研究电与化学之间相互作用的学科，主要研究电能转化为化学能或者化学能转化为电能的过程。
以下是电化学的基础知识讲解及总结：1. 电化学基本概念：电化学研究的主要对象是电解质溶液中的化学反应，其中电解质溶液中的离子起到重要的作用。
电池是电化学的主要应用之一，它是将化学能转化为电能的装置。
2. 电化学反应：电化学反应可以分为两类，即氧化还原反应和非氧化还原反应。
氧化还原反应是指物质失去电子的过程称为氧化，物质获得电子的过程称为还原。
非氧化还原反应是指不涉及电子转移的反应，如酸碱中的中和反应。
3. 电解和电解质：电解是指在电场作用下，电解质溶液中的离子被电解的过程。
电解质是指能在溶液中形成离子的化合物，如盐、酸、碱等。
4. 电解质溶液的导电性：电解质溶液的导电性与其中的离子浓度有关，离子浓度越高，导电性越强。
电解质溶液的导电性也受温度和溶质的物质性质影响。
5. 电极和电位：在电化学反应中，电极是电子转移的场所。
电极可以分为阳极和阴极，阳极是氧化反应发生的地方，阴极是还原反应发生的地方。
电位是指电极上的电势差，它与电化学反应的进行有关。
6. 电池和电动势：电池是将化学能转化为电能的装置，它由两个或多个电解质溶液和电极组成。
电动势是指电池中电势差的大小，它与电化学反应的进行有关。
7. 法拉第定律：法拉第定律是描述电化学反应速率的定律，它表明电流的大小与反应物的浓度和电化学当量之间存在关系。
8. 电解质溶液的pH值：pH值是衡量溶液酸碱性的指标，它与溶液中的氢离子浓度有关。
pH值越低，溶液越酸性；pH值越高，溶液越碱性。
总结：电化学是研究电与化学之间相互作用的学科，主要研究电能转化为化学能或者化学能转化为电能的过程。
其中包括电化学反应、电解和电解质、电极和电位、电池和电动势等基本概念。
掌握电化学的基础知识对于理解电化学反应和电池的工作原理具有重要意义。
电化学基础 第1章 绪论
规定：活度等于1的状态为标准态。对于固态、液 态物质和溶剂，这一标准态就是它们的纯物质状 态，即规定纯物质的活度等于1；对溶液中的溶 质，则选用具有单位浓度而又不存在粒子间相互 作用的假想状态作为该物质的标准状态，即活度 和活度系数均为1。
1.5.2 离子活度和电解质活度
1.5.3 离子强度定律
极限当量电导0 随着溶液浓度的降低，当量电导逐渐增 大并趋向一个极限值0，被称为无限稀释溶 液的当量电导或极限当量电导。
离子独立移动定律
当溶液无限稀释时，离子间的距离很大，可以完 全忽略离子间的相互作用，及每个离子的运动都 不受其他离子的影响。这时，电解质溶液的当量 电导就等于电解质全部电离后所产生的离子当量 电导之和。即
与的关系： V
V表示溶液中含有1克当量溶质时的体积，单位为 cm3/eq； 单位为Scm2/eq。
V与当量浓度cN（eq/dm3)的关系：
1000 V cN
由于V表示含有1克当量电解质的溶液体积，V越 大，溶液浓度越小，故又被称为冲淡度。
与cN的关系：
1000 cN
在一定温度下，电阻R与导体的几何因素之间的 关系为
R l / S
式中，l为导体长度；S为导体的截面积；为电阻 率，单位为· cm
1.4.1 电解质溶液的电导
在习惯上，常常用电阻和电阻率的倒数来表示溶 液的导电能力。即
G 1/ R
1/
G S / l
G称为电导，单位为S（西门子）或-1 称为电导率，表示边长为1cm的立方体溶液的电 导，单位为S/cm，表征了溶液导电能力的强弱。
图1.6 混凝土中钢筋的腐蚀
图1.7 金属电化学腐蚀示意图
电化学知识点总结
电化学知识点总结一、电化学基础1. 电化学的基本概念电化学是研究电化学反应的科学，它涉及到电流和电势的关系，以及在电化学反应中的能量转换和催化作用。
电化学反应通常发生在电极上，电化学反应的方向与电流的流动方向相反。
2. 电化学的基本原理电化学的基本原理包括电极反应、电解、电荷传递和能量转换等。
在电池中，通过氧化还原反应产生的电能被转化为化学能，进而转化为电能，从而产生电流。
3. 电化学的基本参数电化学的基本参数包括电压、电流、电解、电极电势、电导率、离子迁移速率等。
这些参数是电化学研究的基础，也是电化学应用的基本原理。
二、电化学反应1. 电化学反应的基本类型电化学反应包括氧化还原反应、电解反应、电化学合成反应等。
氧化还原反应是电化学反应中最常见的一种，它涉及到电子的转移，产生电压和电流。
电解反应是电化学反应中电流通过电解质溶液时发生的反应，通常涉及到离子的迁移和溶液中的化学反应。
电化学合成反应是指利用电能进行化学合成反应，通常包括电极合成和电解合成两种方式。
2. 电化学反应的热力学和动力学电化学反应的热力学和动力学是电化学研究的重要内容。
热力学研究电化学反应的热能转化和热能产生的条件，动力学研究电化学反应的速率和电化学动力学理论。
三、电化学动力学1. 电化学反应速率电化学反应速率是指单位时间内电化学反应所产生的物质的变化量。
电化学反应速率与电流和电压密切相关，它是电化学反应动力学研究的关键之一。
2. 催化作用催化作用是指通过催化剂来提高电化学反应速率的现象。
催化剂可以降低反应的活化能，提高反应速率，通常在电化学反应中有着重要的应用。
3. 双电层理论双电层是电极表面和电解质溶液之间的一个电荷层，它对电化学反应速率有着重要的影响。
双电层理论是电化学研究的重要理论之一，它涉及到电极和电解质溶液中的电位差和电荷分布。
4. 交换电流交换电流是指在电化学反应中与电流方向相反的电流，它是电化学反应速率的一个重要参数，也是电化学动力学研究的重要内容。
大一电化学基础知识点总结
大一电化学基础知识点总结在大一的电化学课程中，我们学习了许多基础知识点，这些知识点是我们进一步研究和深入了解电化学领域的基础。
下面是对其中的一些重要知识点的总结。
第一部分：电化学基础1. 电化学的定义和应用范围电化学是研究电能和化学能之间相互转化的学科，广泛应用于能源领域、材料科学、环境科学等领域。
2. 电化学电池电化学电池是将化学能转化为电能的装置。
分为原电池和电解池两类，其中原电池产生电流，而电解池则通过外加电流进行化学反应。
3. 电极和电解质电极是与电解液接触的导电材料，根据其与电解液的化学反应特性可分为阳极和阴极。
电解质是导电固体或溶液，通过提供离子来维持电解质中的电荷平衡。
第二部分：电化学反应1. 电解和电沉积电解是通过外加电流将化学反应进行到非自发方向，电沉积则是通过电解将金属离子还原为金属。
2. 氧化还原反应氧化还原反应是电化学中最主要的反应类型，它涉及物质的电子转移。
氧化是指失去电子，还原是指获得电子。
3. 极化和电化学动力学极化是电化学反应中由于电流通过电极引起的电势变化。
电化学动力学是研究电化学反应速率和机理的科学。
第三部分：电化学测量1. 电位和电动势电位是指电化学系统的静电能相对于基准点的差异，电动势则是指电化学电池的电能与化学能之间的转化关系。
2. 电导和电导率电导是指材料导电性的物理量，用来描述电流通过材料的能力。
电导率是电解质溶液中离子和电流浓度的关系。
3. 极化曲线和伏安曲线极化曲线描述了电化学电池电流与电势之间的关系，伏安曲线则是描述电化学电池电压和电流之间的关系。
第四部分：电解和电化学反应机制1. 电解性质和电解过程电解性质是物质是否能够被电解分解的性质，电解过程是电解分解的化学反应机制。
2. 氧化还原电位和标准电极电位氧化还原电位是衡量氧化还原反应进行程度的物理量，标准电极电位是指某种氧化还原电极与标准氢电极之间的电位差。
3. 催化和电催化反应催化是指通过改变反应机制或降低反应能垒来加速化学反应的方法。
应用电化学第一章 电化学理论基础
应是均一平滑、洁净且容易清洁。
❖工作电极：导电的固体或液体
❖根据研究的性质确定电极材料
❖常用的“惰性”固体电极材料是 玻碳(GC)、铂、金、银、铅和导 电玻璃
❖采用固体电极时，为了保证实验的 重现性，必须建立合适的电极预处 理步骤。
❖在液体电极中，汞和汞齐是最常用 的工作电极，都有可重现的均相表 面，制备和保持清洁都较容易 .
相对于研究体系, 参比电极是一个已知电 势的接近于理想化的不极化的电极。
❖参比电极上基本没有电流通过，用于测定 研究电极的电极电势。
❖在控制电位实验中，因为参比半电池保持 固定的电势，因而加到电化学池上的电势 的任何变化值直接表现在工作电极/电解质 溶液的界面上。
❖实际上，参比电极起着既提供热力学参比， 又将工作电极作为研究体系隔离的双重作 用。
电 解质(electrolyte)
(3) 固体电解质. 具有离子导电性的晶态或非 晶态物质，如聚环氧乙烷和全氟磺酸膜 Nafion膜及ß -铝氧土(Na2O·ß -Al2O3)等。
(4) 熔盐电解质: 兼顾(1)、(2)的性质，多用于 电化学方法制备碱金属和碱土金属及其合 金体系中。
溶剂：
除熔盐电解质外，一般电解质只有溶解 在一定溶剂中才具有导电能力，因此溶剂 的选择也十分重要，介电常数很低的溶剂 就不太适合作为电化学体系的介质。
电解质是使溶液具有导电能力的物质， 它可以是固体、液体，偶尔也用气体， 一般分为四种:
电解质(electrolyte)
(1) 起导电和反应物双重作用。电解质作为电 极反应的起始物质，与溶剂相比，其离子 能优先参加电化学氧化-还原反应.
(2) 电解质只起导电作用，在所研究的电位范 围内不参与电化学氧化-还原反应，这类 电解质称为支持电解质。
电化学基础知识
电化学基础知识电化学是一门研究电子在化学变化中作用的科学。
它主要研究电化学反应的机理、热力学和动力学等。
电化学可以用来研究电解质溶液的性质、金属腐蚀的原理、电池的工作原理、电镀的原理以及电化学分析等。
一、电化学反应一个化学反应发生，需要有电子的转移。
电化学反应也是如此，它需要电子的转移。
一个完整的电化学反应分两个半反应式，分别称为氧化半反应和还原半反应。
氧化半反应式： A → A+ + e-还原半反应式： B+ + e- → B这两个半反应式通过电子转移而产生化学反应。
氧化半反应式是电子被剥离的一方，称为还原剂，还原半反应式是电子参与化学反应的一方，称为氧化剂。
还原剂和氧化剂组成氧化还原对。
电子是一种基本的负电荷物质，具有负电荷。
二、电化学反应热力学电化学反应的热力学包括了内能、熵、焓、自由能等概念。
自由能是化学反应是否能够自发进行的重要标准，它可以通过以下公式求出：∆G=∆H-T∆S式中：∆G是自由能变化；∆H是焓变化；∆S是熵变化；T是温度。
当∆G＜0时，化学反应可以自发进行；当∆G＝0时，反应处于平衡状态；当∆G＞0时，反应不能自发进行。
三、电化学反应动力学电化学反应动力学主要研究电化学过程中的反应速率和化学动力学规律。
在电化学反应中，主要的影响因素有电极表面的物理化学状态、电化学反应的温度、电化学反应的电位等。
电极表面的物理化学状态是影响电化学反应速率的主要因素。
它可以通过电极的面积、形状、表面不纯物质的存在与否等因素来影响电化学反应速率。
温度对电化学反应速率也有较大的影响。
当温度升高时，电化学反应速率会增加；当温度降低时，反应速率会减慢。
因此，电化学反应的温度是要进行控制的。
电化学反应的电位对电化学反应速率也有较大的影响。
电位是电化学反应中实际电位和标准电位之间的差值。
当实际电位高于标准电位时，电化学反应速率会加快；当实际电位低于标准电位时，反应速率则会减慢。
四、电化学分析电化学分析是依靠电化学原理进行的分析和检测。
《电化学基础》课件
学习储能装置和电池技术的原 理，如锂离子电池和太阳能电 池。
燃料电池和电化学传感器
燃料电池
探索燃料电池的原理与应用，如氢燃料电池和燃料电池汽车。
电化学传感器
了解电化学传感器的工作原理，以及其在环境监测和医学诊断中的应用。
《电化学基础》PPT课件
本PPT课件将介绍电化学的基础理论、动力学、电池与电解池、电化学表征技 术以及电化学的应用领域，带你深入了解这个令人着迷的领域。
电化学基础理论
1 电化学基础概念
2 电化学反应的基本
学习电化学的基础概念，
特征和实验表征方 法
包括电解质、离子和电
探索电化学反应的特征
子传输。
以及实验方法，包括溶
了解反应速率和速率常数的 定义及其在动力学研究中的 重要性。
电池和电解池
1
电池和电解池的基本概念
探索电池与电解池的原理和应用，包
奥姆定律和纳尔斯特方程
2
括电子转移和离子传输过程。
学习奥姆定律和纳尔斯特方程，揭示
电池和电解池中电流与电势之间的关
系。
3
活性质量、化学放电和电化学 效率
和计时电流法
深入了解线性扫描伏安法和循环伏安法的 原理和应用。
探索电位阶跃法和计时电流法在电化学研 究中的重要性。
电化学应用
电催化和电极催化反应
电化学合成和电化学分析 储能装置和电池技术
了解电催化和电极催化反应的 应用，如催化转化和废水处理。
探索电化学合成和电化学分析 在化学工业和实验室中的应用。
电解和电沉积过程
4
响，以及化学放电和电化学效率的计
算。
了解电解和电沉积在电化学中的应用
以及相关实验和工业过程。
电化学原理知识点
电化学原理知识点电化学原理第一章绪论两类导体：第一类导体：凡是依靠物体内部自由电子的定向运动而导电的物体，即载流子为自由电子（或空穴）的导体，叫做电子导体，也称第一类导体。
第二类导体：凡是依靠物体内的离子运动而导电的导体叫做离子导体，也称第二类导体。
三个电化学体系：原电池：由外电源提供电能，使电流通过电极，在电极上发生电极反应的装置。
电解池：将电能转化为化学能的电化学体系叫电解电池或电解池。
腐蚀电池：只能导致金属材料破坏而不能对外界做有用功的短路原电池。
阳极：发生氧化反应的电极原电池（-）电解池（+）阴极：发生还原反应的电极原电池（+）电解池（-）电解质分类：定义：溶于溶剂或熔化时形成离子，从而具有导电能力的物质。
分类：1.弱电解质与强电解质—根据电离程度 2.缔合式与非缔合式—根据离子在溶液中存在的形态3.可能电解质与真实电解质—根据键合类型水化数：水化膜中包含的水分子数。
水化膜：离子与水分子相互作用改变了定向取向的水分子性质，受这种相互作用的水分子层称为水化膜。
可分为原水化膜与二级水化膜。
活度与活度系数：活度：即“有效浓度”。
活度系数：活度与浓度的比值，反映了粒子间相互作用所引起的真实溶液与理想溶液的偏差。
规定：活度等于1的状态为标准态。
对于固态、液态物质和溶剂，这一标准态就是它们的纯物质状态，即规定纯物质的活度等于1。
离子强度I：离子强度定律：在稀溶液范围内，电解质活度与离子强度之间的关系为：注：上式当溶液浓度小于0.01mol·dm-3 时才有效。
电导：量度导体导电能力大小的物理量，其值为电阻的倒数。
符号为G，单位为S ( 1S =1／Ω)。
第二章是电化学热力学界面:不同于基体的两相界面上的过渡层。
相间电位:两相接触时存在于界面层的电位差。
产生电位差的原因是带电粒子(包括偶极子)分布不均匀。
形成相间电位的可能情况:1。
残余电荷层:带电粒子在两相间的转移或外部电源对界面两侧的充电；2.吸附双电层:界面层中阴离子和阳离子的吸附量不同，使界面和相体带等量相反的电荷；3.偶极层:极性分子在界面溶液侧定向排列；4.金属表面电势:各种短程力在金属表面形成的表面电势差。
电化学基础及电化学分析
电化学基础及电化学分析电化学是研究电荷转移过程及其与化学反应之间相互转化关系的学科。
它在现代化学、能源储存和转换、材料科学以及环境和生物科学等领域中具有重要应用。
本文将介绍电化学的基础知识，并重点探讨电化学分析的原理和应用。
一、电化学基础1. 电化学中的基本概念电化学研究的核心是电荷转移过程，该过程包括氧化反应和还原反应。
基本概念包括电势、电流、电解质和电极。
电势是物质中电荷移动的驱动力，电流是单位时间内通过导电体的电荷量。
电解质是能在溶液中形成离子的物质，它们可以导电。
电极是用于充当电流的进出口的物质或表面。
2. 电化学电池电化学电池是将化学能转化为电能的装置。
它由两个电极（阳极和阴极）和一个电解质组成。
阳极是发生氧化反应的电极，阴极是发生还原反应的电极。
电化学电池可以分为原电池和电解池。
原电池利用化学反应自发向电能转化，而电解池则利用外加电势将电能转化为化学反应。
二、电化学分析电化学分析利用电化学技术来检测和定量分析样品中的化学物质。
它具有灵敏度高、选择性好和响应速度快等优点，因此被广泛应用于环境、食品、生物医学和工业领域。
1. 伏安法伏安法是最常用的电化学分析技术之一。
它通过测量电流和电势之间的关系，定量分析样品中的物质。
伏安法可以进一步分为直接伏安法和间接伏安法。
直接伏安法是直接测量电流和电势的关系，而间接伏安法利用电化学反应的峰值电流和电势之间的关系进行分析。
2. 极谱法极谱法是利用电极上产生的电流和电势之间的关系来分析物质。
它可以用于定量分析和定性分析。
常用的极谱法包括线性扫描伏安法（LSV），循环伏安法（CV）和差分脉冲伏安法（DPV）等。
3. 电化学阻抗谱法电化学阻抗谱法是一种研究电化学界面和电解质中离子传递过程的分析方法。
它可以通过测量交流电压下的阻抗变化来监测界面的特性和反应的动力学过程。
4. 恒流电位法恒流电位法是一种基于恒流条件下测量电势变化的电化学分析技术。
它可以用于研究电化学反应动力学，以及测量样品中的特定物质。
电化学原理知识点
电化学原理知识点 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT电化学原理第一章绪论两类导体：第一类导体：凡是依靠物体内部自由电子的定向运动而导电的物体，即载流子为自由电子（或空穴）的导体，叫做电子导体，也称第一类导体。
第二类导体：凡是依靠物体内的离子运动而导电的导体叫做离子导体，也称第二类导体。
三个电化学体系：原电池：由外电源提供电能，使电流通过电极，在电极上发生电极反应的装置。
电解池：将电能转化为化学能的电化学体系叫电解电池或电解池。
腐蚀电池：只能导致金属材料破坏而不能对外界做有用功的短路原电池。
阳极：发生氧化反应的电极原电池（-）电解池（+）阴极：发生还原反应的电极原电池（+）电解池（-）电解质分类：定义：溶于溶剂或熔化时形成离子，从而具有导电能力的物质。
分类：1.弱电解质与强电解质—根据电离程度2.缔合式与非缔合式—根据离子在溶液中存在的形态3.可能电解质与真实电解质—根据键合类型水化数：水化膜中包含的水分子数。
水化膜：离子与水分子相互作用改变了定向取向的水分子性质，受这种相互作用的水分子层称为水化膜。
可分为原水化膜与二级水化膜。
活度与活度系数： 活度：即“有效浓度”。
活度系数：活度与浓度的比值，反映了粒子间相互作用所引起的真实溶液与理想溶液的偏差。
规定：活度等于1的状态为标准态。
对于固态、液态物质和溶剂，这一标准态就是它们的纯物质状态，即规定纯物质的活度等于1。
离子强度I ： 离子强度定律：在稀溶液范围内，电解质活度与离子强度之间的关系为： 注：上式当溶液浓度小于·dm-3 时才有效。
电导：量度导体导电能力大小的物理量，其值为电阻的倒数。
符号为G ，单位为S( 1S =1／Ω)。
影响溶液电导的主要因素：（1）离子数量；（2）离子运动速度。
当量电导（率）：在两个相距为单位长度的平行板电极之间，放置含有1 克当量电解质的溶液时，溶液所具有的电导称为当量电导，单位为Ω-1 ·cm2·eq-1。
大学化学第一章电化学基础课件
（4）半电池的表示法，半电池电极反应的写法 电池 Zn(s) ∣ZnSO4(a1) || H2SO4(a2) ∣H2 (p),Pt 半电池 Zn(s) ∣ZnSO4(a1) Pt，H2 (p)∣H2SO4(a2)
电极反应写还原反应形式 Zn ─→ Zn2+(a1) + 2e
H2 (p) ─→ 2H+ (a2) + 2e CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e-
电池
电解池 原电池
原电池：若电池能自发地在两极上发生化 学反应，并产生电流，此时化学能转化为电 能，则该电池就称为原电池（primary cell）。
实用的原电池称为化学电源。
原电池的构成
电解质溶液
两个半电池（电极）
金属导体
原电池
固体电子导体 惰性固体导体
盐桥
外接电路
原电池将分子之间直接发生的氧化还原反应，通过电 极间接完成。每个电极上发生一个半反应—半电池反应 （或电极反应）。
由于我们只能测得原电池的电动势，无法 测得电极电势的绝对值。
就人为规定标准氢电极的电极电势为0，来 测定其它电极的标准电极电势。
其它电极的标准电极电势
以298.15K时的标准氢电极作为负极，待 测电极作为正极，组成原电池，待测电极也 要处于标准态时测得的电极电势就称为该电 极的标准电极电势。
各种电极的标准电极电势可以从化学手册 中查到。
/V 0.222 0.268 0.071 0.613 -0.557
0.098
氢电极使用不方便，常用甘汞电极代替标准氢电极。
甘汞电极
电极组成式 Pt，Hg，Hg2Cl2(s) | Cl-(c)
第1章 电化学基础介绍
阳极区 阳极
隔膜 均匀加压 阴极 阴极区 绝缘端板
均匀加压 入口 AC C A AC
出口
(a)单极式
(b)复极式
A一阳级液
C—阴极液
单极式和复极式电化学反应器的比较
特 点 单极式电化学反应器
相同 电极上只发生一类电极 过程（阳极或阴极） 并联 大（I总 =∑Ii） 低（V总 =Vi） 低压，大电流，较贵
直流电耗：每单位产量（kg或t）消耗的直流电能。
生成产物的理论耗电量
由于k值基本不变（除非原料及生成反应根本 改变)，影响直流电耗的主要因素是槽电压和电流 效率。降低槽电压和提高电流效率是降低直流电耗 的关键。
7、能量效率
能量效率：生成一定量产物所需的理论能耗与 实际能耗之比。
W理 kE kE w＝ I V I kV kV W
2、产率
产率：1mol参加反应的反应物得到产物最大摩尔数
r
r
反应物消耗的摩尔分数， （％）
反应开始时反应物的摩尔数
3、电流效率
电流效率 ：电量一定时，实际生成的物质的量与按 Faraday定律计算应生成的物质量之比。或生成一定 量物质的理论电量与实际消耗的总电量之比。
产物的质量 产物的理论耗电量
A C H
A E C
电极 隔膜
电极 隔膜
各 种 压 滤 机 型 电 化 学 反 应 器
(a)
A C H
(b)
A E C
（a)带有第三室(作为热交换器)的反应器
（b)带有第三室(可作电渗析)的反应器
电极 隔膜 多孔电极
电极 隔膜
各 种 压 滤 多孔电极 机 型 电 化 学 反 应 器
(c)三维电极反应器
第一章电化学基本知识
二、电动势与电极电势 电池的电动势：E=φ正－ φ负 对aA+bB=cC+dD
RT
E=E0-
ln
aC aD a AaB
a b
c
d
nF
——电动势的Nernst方程
电极电势： φ正，φ负——绝对值不可测，只有相对 值（对标准氢电极） 对O+ne=R φ= φ0RT nF ln aR aO
——电极电势的Nernst方程
常用的参比电极
1、氢电极（酸性） 把镀铂黑的铂电极浸在氢离子的平均活度为1的溶液中， 通入压力为101.3KPa的氢气。——标准氢电极，电位 为零。 ΦH2＝-0.059pH
2、甘汞电极（KCl） Hg/Hg2Cl2（固）/KCl；饱和甘汞电极 Hg2Cl2（固）+2e=2Hg+2ClΦ甘汞＝ Φ0 Hg/Hg2Cl2 － RT ln a
第三节 电化学动力学/电极过程动力学
1、电极/溶液的界面性质 2、液相传质过程
3、电极/溶液界面的电荷传递过程
1、电极/溶液的界面性质 界面双电层形成： 两种不同物种接触，界面作用 结构和电势分布： 浓溶液：紧密双电层 稀溶液：紧密层＋分散层
界面双电层模型： (1) Helmholtz（紧密双电层） (2) Gony-Chapman（分散双电层） (3) Stern（紧密＋分散）
Cl
常见水溶液参比电极电位值 （25oC）
名称 电极 V vs. NHE 0.241 饱和甘汞电极 Hg/Hg2Cl2, Sat. KCl
标准甘汞电极 Hg/Hg2Cl2,1M KCl
硫酸亚汞电极 Hg/Hg4SO4, Sat. H2SO4 硫酸亚汞电极 Hg/Hg4SO4, 1M H2SO4 氧化汞电极 Hg/HgO, 1M KOH
第一章电化学理论基础全套课件
Huaihua University Chemistry and chemical egineering Department
工作电极可以是固体也可以是液体，能导电的 固体材料均能作电极。通常根据研.铂电极（Platinum electrode） 这种电极具有化学性质稳定、氢过电位小，而 且高纯度的铂易得到、容易加工等特点，但价格比 较昂贵。
建立合适的电极预处理步骤，保证氧化还原、
表面形貌和不存在吸附杂质的可重现状态
Applied Electrochemistry
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2 辅助电极（Counter electrode，CE）
1.1 电极(electrode)
电极是与电解质溶液或电解质接触的电子 导体或半导体，为多相体系
电化学体系借助于电极实现电能的输入或 输出，电极是实现电极反应的场所
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辅助电极
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3.参比电极（Reference electrode，RE）
测量时，参比电极上通过的电流极小，不 致引起参比电极的极化（接近于理想不极化的 电极），参比电极具有已知恒定的电位，为研 究对象提供一个电位标准（相对于参比电极的 电极电势）。
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复极式电化学反应器
不同 电极一面发生阳极，一 面进行阴极过程 串联 小（I总 =Ii） 高（V总 =∑Vi） 高压，小电流，较经济
电极两面的极性 电极过程 槽内电极 电流 槽压 对直流电源的要求
维修
容易，对生产影响小
较难，需停产
特点 安全性
单极式电化学反应器 较安全
复极式电化学反应器 较危险
设计制造
Ox ne
0
Re
RT aO 平 ln nF aR
计算方法
（3）电解液（第二类导体）的欧姆压降：
i IRA, L＝I S
电极间距离或电 极到隔膜的距离
电解液的电导率
（4）汇流条上的欧姆压降（第一类导体）： 据导电截面、长度及材料的电阻率计算。
计算方法
（5）隔膜的欧姆压降，由隔膜电阻和电流密度决定。
Gk t Q
电化学反应进行时，电流可能发生变化，则
Q Idt , Q Idt
0 t1
t
t2
4、电化学反应器的工作电压
电化学反应器工作时，都处于不可逆状态下，
由于电极的极化及电化学反应器中存在各种电阻，
产生了欧姆压降，导致其工作电压偏离热力学决定
的理论分解电压或电动势。
V e, A e, K A K IRA, L IRK , L IRD IRA IRK
较简单
较复杂
较复杂
物料的投入及取出 较方便
占地
材料及安装费用 单元反应器 间歇欧姆压降
大
较多 较大
小，设备紧凑
较少 极小
电极的电流分布
适用的反应器
较不均匀
箱式反应器
较均匀
压滤机式反应器
压滤机式电化学反应器优点： 1.单元反应器的结构可以简化及标准化，便于大批量 的生产及在维修中更换。 2.可广泛地选用各种电极材料及膜材料
IRA:阳极及与阳极连接的汇流条上的欧姆压降
IRK:阴极及与阴极连接的汇流条上的欧姆压降 IRD:隔膜的欧姆压降 IRA,L:阳极区电解液的欧姆压降 IRK,L:阴极区电解液的欧姆压降
计算方法
（1）平衡电极电位：由 热力学数据决定，阴阳 极平衡电位之差即为理 论分解电压。 （2）ΔΦ：极化值 ，由 电极过程动力学数据决 定，与电流密度的关系 取决于极化的性质。
电解合成：防止两极产物混合产生的副反应。
对流：利用溶液中的自然对流，很少引入外加的强 制对流。
联结：
单极式电联结、复极式电联结
优缺点：
优点：结构简单、设计和制造较容易、维修方便
缺点：时空产率较低，难以适应大规模连续生产及 对传质过程要求严格控制的生产。
水电解用单极箱式电解槽
槽体
KOH水溶液
电极
工业利用的电化学反应都是在电化学 反应器中的。 电解槽
在外电源的作用下，由外部通入 电流后发生电化学反应，实现各种 工业电解，电镀。
自发地进行电化学反应，产生电 能，包括蓄电池、燃料电池等。
自发电池
二、 法拉第电解定律 定律的内容：电极上通过的电量与电极反应中 反应物的消耗或产物的生成量成正比。 在电化学中，将每摩尔电子的电量96500C称 为法拉第常数，以F表示，单位为C/mol。
c 入口 反应器 出口 反应物 反应物 产物 产物 0 连续输出产物 CSTR反应器及其浓度的变化 x
连续投料
浓 度
3、两种典型结构的电化学反应器
（1）箱式电化学反应器
工作方式：
间歇：电池，电镀 半间歇：电解工程（电解炼铝、电解制氟） 电极的放置： 垂直交错，并减小极距，以提高反应器的时空 产率。 电解冶金槽：防止因枝晶成长导致的短路；
（3）过程：电化学反应，电荷、质量、热量、动 量的四种传递过程，服从电化学热力学、电极过程动 力学及传递过程的基本规律。
2 电化学反应器的分类 (1)、按照反应器结构分类
箱式电化学反应器：反应器一般为长方形，具有 不同的三维尺寸，电极常为平板状。
压滤机式或板框式电化学反应器：由单元反应器 重叠并加压密封组合，每一单元反应器都包括电 极、板框和隔膜等部分。
1mol电子的个数6.022×1023 阿伏伽德罗常数——NA 1个电子的电量1.6×10-19C ——e 1mol电子的电量为96500C/mol
法拉第定律又叫电解定律，是从大量实践中总 结出来的，对电化学的发展起了巨大作用，是电 化学中最基本的定律。
电化当量（符号：K）：界面上通过单位电量时 所生成的物质数量。当使用不同的单位时，同一 物质的电化当量具有不同的数值。 g/F，g/Ah 1F=26.8Ah=1608A•min
3.电极表面的电位及电流分布较为均匀
4.采用多种湍流促进器来强化传质及控制电解液流速
压滤机式电化学反应器优点
5. 通过改变单元反应器的电极面积及数量较方便 地改变生产能力，适应不同用户的需要。 6. 适于按复极式联接(其优点为可减小极间电压降， 节约材料，并使电流分布较均匀)，也可按单极 式联接。
I
8、电化学反应器的比表面积
比表面积：单位体积电化学反应器中具有的电极 活性表面。 当电流密度一定时：反应器的比表面积越大，生 产强度越大； 固定总电流，比表面积越大，则电流密度越小， 有利于减小极化和槽压。 电极的比表面积取决于：电极的结构、工作条件。
8、电化学反应器的比表面积
S AS VR
第一章
电解工程基础知识
1、电化学的研究对象 2、法拉第电解定律 3、电化学工程中的质量因数 4、电化学反应器
一、 电化学的研究对象 发生在第一类导体和第二类导体界面上的有 电子得失的反应。 界面以及界面上发生的一切变化
研究对象： 界面及构成界面的各相
电子导体——物理学
离子导体——电解质溶液理论，经典电化学 两类导体的界面——近代电化学的主体
化学电源：时空产率相当于体积比功率，单位时间单位体 积电池的电能产量。 电解槽：时空产率较低。 化学反应器：0.2~1kg/dm3· h； 铜电解冶金： 0.08kg/dm3· h
四、 电化学反应器
1、电化学反应器的基本特征： （1）构成：两个电极和电解质。
（2）类别：电解反应器、化学电源反应器。
kD 2 VD IRD i ( 0 d d ) 2
隔膜中电解液的电阻率 反映隔膜结构的系数，难以 准确计算
5、电压效率
电压效率：电解反应的理论分解电压与电化学反应器工 作电压之比。
电解槽：
电池：
电压效率的高低既可反映电极过程的可逆性， 也综合地反映了电化学反应器的结构、性能优劣。
6、直流电耗
柱塞流电化学反应器
浓度 x c
反应物
产物 反应物进入 产物流出 0 x
柱塞流反应器及其浓度的变化(x——距反应器入口的距离)
连续搅拌箱式反应器：连续加入反应物并以同一速 率放出产物的同时，在反应器中不断搅拌，反应 器内的组成恒定。 特点： 操作达到稳态时，出口料液组成不随时间改变。
连续搅拌箱式反应器
A C H
A E C
电极 隔膜
电极 隔膜
各 种 压 滤 机 型 电 化 学 反 应 器
(a)
A C H
(b)
A E C
（a)带有第三室(作为热交换器)的反应器
（b)带有第三室(可作电渗析)的反应器
电极 隔膜 多孔电极
电极 隔膜
各 种 压 滤 多孔电极 机 型 电 化 学 反 应 器
(c)三维电极反应器
理论耗电量（符号：k）：生成单位质量物质所 需的电量，是电化当量的倒数，即：
1 k K
例题：
1、Ni2++2e- === Ag++e==
Ni Ag
若在电极上通过1F电量，生成 0.5mol金属 Ni，为29.35g 若在电极上通过1F电量，生成 1mol金属 Ag，为107.87g
2、氯气的电化当量是K=1.323g/Ah，则生成1吨氯 气的理论耗电量是多少？
AC C A AC
阳极区 阳极
隔膜 均匀加压 阴极 阴极区 绝缘端板
均匀加压 入口 AC C A AC
出口
(a)单极式
(b)复极式
A一阳级液
C—阴极液
单极式和复极式电化学反应器的比较
特 点 单极式电化学反应器
相同 电极上只发生一类电极 过程（阳极或阴极） 并联 大（I总 =∑Ii） 低（V总 =Vi） 低压，大电流，较贵
(d)流化床电极反应器
直流电耗：每单位产量（kg或t）消耗的直流电能。
生成产物的理论耗电量
由于k值基本不变（除非原料及生成反应根本 改变)，影响直流电耗的主要因素是槽电压和电流 效率。降低槽电压和提高电流效率是降低直流电耗 的关键。
7、能量效率
能量效率：生成一定量产物所需的理论能耗与 实际能耗之比。
W理 kE kE w＝ I V I kV kV W
间歇式电化学反应器：定时送入一定量的反应物 （电解液）后，经过一定时间，放出反应产物。 特点：间歇操作，生产率不高，只适合于小规模生 产，需经常调整槽压，使电流密度尽可能接近最 适宜值。
间歇式电化学反应器
浓度 c 产物
反应物 0 时间t
间歇式反应器及其浓度随时间的变化
柱塞流电化学反应器：反应物不断进入反应器，产 物不断流出，达到稳态。 特点：流经反应器的流体体积元像活塞样平推移动， 不会发生返混，达到稳态后，反应器内各处的温 度和浓度均不相同，但分别保持恒定。
三、 电化学工程中的质量因数（技术经济指标）
1、转化率（Fractional Conversion）
转化率：反应物在电化学反应中转化为产物的比率
（1）间隙反应器：
（2）连续反应器：
转化率取决于反应深度，由反应时间和体积电流 密度决定。电化学反应为异相反应，转化率和单位 体积电化学反应器中的电极面积密切相关。