浅谈应用电化学与生活中的化学

浅谈应用电化学与生活中的化学

电化学是研究电和化学反应之间的相互作用。电化学技术成果与人类的生活和生产实际密切相关,如化学电池、腐蚀保护、表面精饰、金属精炼、电化学传感器等等，同时也应用于电解合成、环境治理、人造器官、生物电池、心脑电图、信息传递等方面。它的发展推动了世界科学的进步，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。

下面简单介绍几种应用电化学在生活中的应用：

一、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。

由于绝大部分的金属腐蚀都是电化学腐蚀，因此，电化学方法在金属防护上有极大的应用。

常用的防腐蚀方法有调节PH、阴极保护、阳极保护、金属钝化、金属镀层。

金属的电化学腐蚀：若金属与非电解介质直接反应而腐蚀称为化学腐蚀。

1：金属与电解质溶液(潮湿空气，溶解有杂质或污染物的水，海水)接触。

2：金属/电解质溶液界面可发生阳极氧化溶解过程。

3：若存在相应的阴极还原反应，就构成了自发的原电池，持续放电而腐蚀。

金属之所以受到腐蚀，是由于在金属表面的区域之间存在着电极电势差，即存在着电化学不均匀而造成的，各种不均匀性加速腐蚀，称为局部腐蚀。

金属腐蚀的防护：

1：金属的化学钝化(强氧化剂作用，在表面形成一层致密的氧化物膜)。

2：选配设计合金，改善钝化性能。

3：阴极保护(牺牲阳极，与直流电源的负极相连使成为阴极)。

4：阳极保护(与直流电源的正极相连，使处于f -pH图的钝化区，阳极钝化)。

5：镀层(耐腐蚀金属，油漆，搪瓷，塑料，橡胶等)。

6：缓蚀剂

a：在介质中添加，无机盐类，氧化剂，有机物，减慢反应速度，加大极化。

b：生成胶体粒子，生成难溶性沉淀，发生钝化，有机分子吸附，从而覆盖电极表面，妨碍反应进行，阻止或减缓金属腐蚀。

二、化学电源

1：干电池

酸性锌锰干电池：负极为锌筒，正极为MnO2和活性炭混合物，电解质溶液为NH4Cl和ZnCl2水溶液，加淀粉糊凝固，电极反应为Zn氧化和MnO2还原。

碱性锌锰干电池：负极为汞齐化的锌粉，正极为MnO2粉和炭粉混合物装在一个钢壳内，电解质溶液为KOH水溶液。

2：蓄电池

锂电池：质量轻，Li/Li+标准电极电势最负，导电性和机械性能都很好。

以金属锂或锂合金作为负极，无机物或有机材料做正极如锂|二硫化钼，锂|钒氧化物，锂|二氧化锰，有机聚合物或导电高分子作正极。

3：燃料电池：是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。

a：燃料电池中的燃料和氧化剂都是由外部供给，理论上电池的电极不消耗。

b：只要连续供给燃料和氧化剂，电池就可以连续对外放电。

c：燃料电池所发生的电化学反应实质上就是燃料的燃烧反应。

d：燃料的供给可分为直接式和间接式燃料电池。

燃料电池以其高效率、低能耗、低污染，在许多领域都有了较好的应用前景。燃料电池手机、燃料电池汽车、燃料电池笔记本电脑等新型产品都已经有了较好的研究成果。燃料电池已经深入到我们的生活，可以预见到，不久的将来，燃料电池将以其种种优势，成为生活中不可或缺的清洁能源。

燃料电池作为新型燃料电池，具有以下优势：

1：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%。

2：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。

3：燃料使用范围广，电池负荷反应快，响应高等优点。

三、有机物的电解合成

医药品、农药、香料等精细化学品，采用电解合成，相对于传统的有机合成和发酵合成，有许多优势。

有机电合成方法可以在温和的条件下，制取许多精细化学品。用电子代替高污染的氧化剂与还原剂，是一种对环境友好的洁净合成。且反应电流电压可调，反应易控制。

1：可以免于使用有毒或危险的试剂，而且电子是最清洁的反应剂，在反应体系中除了原料和生成物外，通常不再含其他反应试剂，因此所得到的产物容易分离和提纯，产品纯度高，环境污染小。

2：可以通过改变电极电势制备不同的有机产品，具有高度的选择性，副反应少。

3：对于使用化学方法难以合成，或者热力学上非自发的反应也可以进行。

4：电合成反应一般在常温常压下就可进行，与化学法相比，无需加热和加压设备。

5：有些电化学反应体系，电反而可能成为化学品生产的副产物，从而减低电能的消耗。6：反应的装置具有通用性，同一电解合成槽可用于多种合成反应。

7：可以通过调节超电势控制反应速率，甚至可以随时终止或启动反应。

8：电能直接转换化学能效率高。

电解合成由于其易于控制、对环境污染小、可在常温常压下进行等优势，具有良好的应用前景。但由于有消耗大量电能、占用厂房面积大、电极制造困难、电极易受污染易被腐蚀等缺点，限制了其应用前景。现阶段，国内外电解合成精细化学品的研究极为活跃，研究成果众多。

四、电化学其他应用和研发

1：电解和电镀。

2：金属电化学加工：金属的提炼，电溶解与电沉积，成型和表面性能加工，微建造。

3：电极的修饰：物理覆盖，吸附或键合一些有机物或无机物，使溶液不与电极直接接触，阻止一些电极过程发生，促进另一些电极过程发生，实现选择性或催化等功能。

4：电活性聚合物：电子导电聚合物离域的p键共轭高分子体系，氧化还原聚合物含有电活性基团，之间可进行电子交换。

5：生物电化学：生物膜，生物电，生物能学。

6：光电化学：太阳能电池，光电催化。

a：光照射电极，产生电。

b：溶液，如染料，官能团光激发。

7：选择性电极和膜电极。

在物理化学的众多分支中，电化学是唯一以大工业为基础的学科。它的应用主要有：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；金属冶炼工业，铝、钠