黄铜矿在硫酸介质中浸出的电化学行为

Ser i es N o .383

M ay 2008

金属矿山M ETAL M I N E

总第383期

2008年第5期

*国家科技支撑计划项目课题资助(编号:2007BAB18806)。朱莉(1981 ),女,西南科技大学生命科学与工程学院,硕士研究生,621010四川省绵阳市西南科技大学东苑8A -514室。罗学刚(1957 ),男,西南科技大学生命科学与工程学院,教授,博士生导师,通讯联系人,621010四川省绵阳市。

黄铜矿在硫酸介质中浸出的电化学行为

朱莉张德诚罗学刚

(西南科技大学)

摘要以天然黄铜矿为研究对象,运用三电极电化学体系,对在硫酸介质中黄铜矿的浸出过程电化学行为进行了研究。结果表明,黄铜矿首先氧化成缺铁硫化物,覆盖于电极表面,使电极表面发生钝化。随着电位的升高,缺铁硫化物继续氧化,最终以硫酸根形式于溶液中。当电位小于-0.85V (vs .SCE)时,黄铜矿阴极还原反应电流大,晶格中的Fe 3+完全溶解出来。黄铜矿的阴极反应较强烈,且对黄铜矿氧化浸出具有重要意义。此外,随p H 值降低,H 2S 加速生成,氧化还原峰电流增强。说明在研究的p H 值内,降低体系的p H 值有利于黄铜矿的氧化。

关键词黄铜矿循环伏安法电化学酸浸

E lectroche m ical Behavior of Chalcopyrite in Sulfuric A cid Leaching

Zhu L i Zhang Decheng Luo Xuegang

(H enan Universit y of S cience and T echnology )

Abstrac t Study ism ade on t he e l ectrochem ica l behav ior o f cha lcopy rite i n sulfuric acid leach i ng o f natura l cha l copy rite by three e lectrode me t hod .The resu lts i ndicate t hat t he chalcopyr ite is fi rst ox i d ized i n t o iron depleted sulfide ,wh i ch covers the electrode surface and passi vates the l a tter .W ith the rise i n potenti a ,l the iron dep l e ted sulfi de conti nues the ox i dati on and fi na lly occurs i n the so l u ti on i n for m of sulfa te radica.l W hen t he potenti a l gets s m a ller than -0.85V (vs .SCE ),the ca t hodic reducti on current of cha lcopyrite is larger and the F e 3+i n t he crysta l latti ce i s full y disso lved .T he strong ca t hodic reacti on of cha lcopyr ite i s o f great i m po rtance to the ox idation leach i ng of cha l copy rite .W hat s 'm ore ,w ith the decrease o f p H,H 2S f o r m ati on i s accelerated and t he peak current o f ox i dati on reducti on is i ncreased ,i ndicati ng t hat the reducti on of p H o f the sa i d research syste m i s benefi c ial t o the ox i dation o f cha l copy rite .

K eywords Cha lcopyr i te ,Cyc lic vo lta mm etry ,E lectroche m istry ,A cid leach i ng

硫化铜矿以黄铜矿最为重要,黄铜矿的浸取是

硫化铜矿湿法冶金的核心。黄铜矿属四方晶系(c =525pm,a =1032pm ),其四面体晶胞大约相当于两个闪锌矿的晶格组合在一起,在其中的一半结构中,4个锌原子被铜原子和2个铁原子取代,铁原子与铜原子沿c 轴交替排列,其中Cu 为+2价,Fe 为+3价;在另一半结构中,硫原子位置保持不变。黄铜矿的这种晶格结构使其具有较高的点阵能

(17500kJ),因此晶体结构稳定,难以分解[1]

。

在实际浸出过程中,黄铜矿的分解是分步进行的,且反应十分缓慢。很多研究者认为有钝化层阻止了反应的进一步进行,从而导致黄铜矿浸出率很低。在硫酸浸出黄铜矿的过程中,钝化物被认为是具有半导体性质的中间物质,如Cu 1-x Fe 1-y S 2-z

[2]

、

CuS 2[3 4]

、Cu 0.8S 2[5]

和CuSn [6]

等。电化学方法能将

一般难以测定的化学量直接变换成容易测定的电化学参数。故对于湿法冶金中硫化矿浸出机理研究而

言,电化学方法是一种常用的有效方法[7]

。因此研究黄铜矿电化学分解行为,探讨浸出机理对提高黄铜矿的浸出率很有意义。前人对此已做过一些研究[8 13]

。由于大部分硫化矿的浸出过程是氧化溶解过程,因此大多数研究都是关于在阳极氧化反应方面的研究,而对黄铜矿阴极还原反应及其意义的研究很少。本研究采用静止黄铜矿电极进行循环伏安图分析,并根据需要进行多次重复扫描,在不同初始扫描方向、电位以及不同酸浓度,分析黄铜矿在酸性条件下的电化学行为,并对黄铜矿阴极还原反应对阳极氧化的影响做了较深刻的研究。

1 试验方法

1.1 仪器与试剂

试验所用仪器主要为上海辰华C H I760C电化学测试仪,采用三电极系统:工作电极为自制黄铜矿电极,辅助电极为铂片电极,有效面积1c m2,参比电极为饱和甘汞电极。试验所用试剂如硫酸等均为分析纯。配制溶液用水为去离子水。

1.2 试验原料与测试方法

试验所用原料为天然黄铜矿,其主要成分为Cu 25.05%,Fe27.69%,S47.26%。电极矿物为厚10 mm,直径为10mm的圆柱体块状黄铜矿。工作面打磨抛光,用丙酮清洗,真空保存用于制作电极。将制作好的块矿插入以聚四氟乙烯为材料的柱形塑料套中,并用环氧树脂密封固定。矿物电极外露的工作面面积为0.8c m2。每次试验前都进行电极表面清洁处理,先用不同型号的金相砂纸逐级打磨,然后用不同粒度的抛光粉末逐级抛光,并用丙酮去油蒸馏水冲洗,最后无水乙醇清洗蒸馏水冲洗。试验通过循环伏安法测试黄铜矿在硫酸介质的氧化行为。本研究中所有电位数据为相对于饱和甘汞电极(vs.SCE)。

2 试验结果与讨论

图1为黄铜矿电极在常温硫酸介质中初始阳极扫描多次重复的循环伏安曲线,初始扫描电位为开路电位0.2V。图2初始扫描方向为阴极,其他条件与图1的相同。图3是黄铜矿电极不同初始阳极扫描电位的循环伏安曲线。本研究中所涉及的A0、A01、ap1~ap6为阳极氧化峰(以下简称为氧化峰), cp1~cp3为阴极还原峰(以下简称为还原峰)。通过曲线总体可以看出,黄铜矿电极表面的阳极氧化反应电流很小,可能是由于生成的中间产物很难被进一步氧化分解,从而产生了钝化;黄铜矿的阴极还原反应则较强烈。对黄铜矿电极的阳极氧化、阴极还原反应分析如下。

图1 黄铜矿电极在H

2S O

介质中的循环伏安曲线

1-第1次循环;2-第2次循环;3-第3次循环;4-第4次循环p H=2,初始扫描方向阳极,扫描速率50mV

图2 黄铜矿电极在H

介质中的循环伏安曲线

1-第1次循环;2-第2次循环;3-第3次循环;4-第4次循环pH=2,初始扫描方向阴极,扫描速率50mV/

图3 黄铜矿电极不同初始扫描电位的循环伏安曲线1--0.6~1.0V;2--0.2~1.0V;3-0.2~1.0V

p H=2,初始扫描方向阳极,扫描速率50mV/s

2.1 黄铜矿的阳极氧化反应

从图1可知,在开路电路扫描到0.28V电位时,循环伏安图上出现阳极氧化峰A0,且表示出电流很微弱。这是由于在低阳极电势下,黄铜矿表面被钝化。黄铜矿氧化形成的氧化产物Cu1-x

1-y

2-z

是一层中间产物,离子部分分解后形成的具有黄铜矿结构的缺陷硫化物,它对矿物表面继续分解起钝化作用[14]。认为氧化峰A0发生了如下反应:

CuFeS2 Cu1-x F e1-y S2-z+x Cu2++

y F e2++z S0+2(x+y)e (1) 当沿阳极方向继续扫描,峰电流逐渐增加。在电位0.815V时,电流迅速增大,A01的峰电流随扫描电位呈直线增加。黄铜矿电极在高电位下,中间产物最终被氧化为硫酸根,亚铁离子被氧化成铁离子。发生的反应可以用式(2)表示:

CuFeS2+8H2O Cu2++Fe3++2SO2-4+

16H++17e (2) 阳极峰ap5的峰电流随重复扫描次数增加而减弱,说明它是黄铜矿阳极氧化形成的电流峰。根据以上对相邻电位区氧化峰A0处发生反应的判断,推测氧化峰ap5代表的氧化反应仍可以用式(1)来表

朱莉等:黄铜矿在硫酸介质中浸出的电化学行为 2008年第5期

示,只不过此时式中的x或y较小些。

氧化峰ap1~ap3随着扫描次数的增加,峰电流略有增强,随后有减弱的趋势,且峰电位稍发生正移,说明它们可能不是直接阳极氧化反应电流峰。由于阳极氧化反应在重复扫描后,其产物会阻碍下一次扫描的化学反应进行,电流峰逐渐减弱。这可能是因为上一次循环负向扫描的还原产物在阳极方向扫描时,继续氧化这就使得峰电流略有增大。由于中间产物附着在矿物表面起钝化作用,导致随次数的增加,峰电流增大趋势减弱。结合文献[13],可以认为它们发生的反应如式(3)所示:

Cu5FeS4 x Cu2++Cu5-x F eS4+2x e (3) 2.2 黄铜矿的阴极还原反应

电位反扫描(阴极方向扫描)过程中,图1中0.2V开始出现阴极还原峰cp1,在0.1V左右峰电流达到最大。通过比较图1、2可看出,还原峰cp1有如下特点:

(1)此峰在所有图中都很明显,反应电流大。

(2)初始扫描电位越向负方向,cp1的峰电流越强。

(3)它与初始扫描方向有关。在初始阴极方向第一次扫描时,电流峰不明显;阳极氧化后第二次阴极循环时,相同电位区能看见较大的电流峰,此峰电流比初始阳极扫描产生的峰电流强,且随扫描次数增加略增强(图2)。表明阳极氧化对阴极还原峰cp1的形成具有重要作用。通过以上分析,说明还原峰cp1可能是以阳极氧化反应的产物为反应物的电流峰。结合单质硫的特性及黄铜矿阳极氧化反应有单质硫的生成,故推测此峰可能呈现的反应是单质元素硫的还原。如果单质硫发生阴极还原的反应方程式为(4)所示,那么随H+浓度的增加,加速下列反应的进行,电流峰应更大。但是在2.4节研究不同pH值条件下的循环伏安曲线发现,p H=3的循环伏安曲线中cp1的峰电流值(-0.144mA)比p H=4的cp1峰电流值(-0.212mA)较大些,即电流峰较小,见图4 (c)和(d)。由此可知,还原峰cp1表示的反应不能用式(4)来表示。考虑到cp1所在的电位范围,推测峰cp1单质硫的还原反应为式(5)。

S+2H++2e H2S,(4)

S+C u2++2e CuS (5) 图1中的-0.775V电位处出现较大的还原波峰cp2,且随扫描次数增加峰电流强度减弱;从图2得知,初始阴极方向第一次扫描时的还原峰cp2比随后几次扫描小得多。而初始阴极方向第一次扫描时,还原峰cp1不明显。综合以上两点可得出,还原峰cp2是由于中间产物CuS发生的还原反应。由此判断出还原峰cp2代表的反应如下:

2C uS+2H++2e C u2S+H2S (6) 随着反扫描的继续,可能发生黄铜矿的直接阴极反应。阴极还原反应使黄铜矿晶格中的Fe3+得到电子成为Fe2+分解出来。在这个过程中,新的中

间产物不断形成,直到Fe3+全部还原出来,最终产物为缺铁硫化物。图1中的还原峰cp3随扫描次数的增加电流峰变小,表明很可能是直接阴极反应。

又因峰cp3处在较强负电位,反应电流大。此时黄铜矿晶格中的Fe3+可能已经全部溶解出来,发生式

(7)的反应。E lsherief[15]有相同的观点。

2CuFeS2+6H++2e Cu2S+2Fe2++3H2S (7) 2.3 阴极还原产物的阳极氧化

从图1可看出,在与氧化A0和A01峰的同一电位区,循环回扫后则形成很大的氧化峰ap4和氧化峰ap6。一方面可能因为黄铜矿开始处于钝化阶段,需经一定氧化电位后才极化;另一方面表明停留在电极

表面的阴极还原产物对阳极氧化具有重要意义。为

了说明在经过较负电位下扫描反应对氧化峰ap4和氧化峰ap6的形成有重要作用,采用不同初始扫描电位的循环伏安法对黄铜矿电极进行研究,见图3。

从图3可知,初始扫描电位在-0.2V以上的曲线上显示的阳极氧化峰特别微小,且初始扫描电

位越向负方向,处于0.35~0.8V范围的氧化峰ap4

和ap6就越大。从图1可看出,随扫描次数的增加,氧化峰ap6的峰电流越强;氧化峰ap4略有增加。由此可推测,氧化峰ap4和氧化峰ap6表示停留在电极表面的阴极还原产物被阳极氧化而形成的电流

峰。黄铜矿晶格中的Fe3+被完全还原出来以后,由

式(7)可知,产物为Cu2S、H2S和Fe2+,故氧化峰ap4代表的反应可表示为

Cu2S Cu2-x S+x Cu2++2x e,(8)而氧化峰ap6代表的反应为:

H2S+2O2 2H++SO2-4,(9)

Fe2+ Fe3++e (10) 从图3还可得知,初始扫描电位为-0.6V与初始-0.2V相比,阴极还原反应较强烈些;阳极氧

化峰ap1~ap3增大,表明它们是阴极还原后的产物在阳极形成的波峰,这与2.1节对氧化峰ap1~ap3的研究一致。

总第383期金属矿山 2008年第5期

2.4 p H 的影响

图4是黄铜矿电极在常温条件下,不同p H 值H 2SO 4溶液中的循环伏安曲线,起始扫描电位为0.2V

。

图4 黄铜矿电极在不同pH 值中的循环伏安曲线

初始扫描方向阳极,扫描速率50mV /s

从图4(a)~(d)可看出,随着H +

浓度的增加(p H 值减小),氧化还原峰有如下共同的特点:首先,波形越明显,峰电流增强。p H =1的峰电流与

p H =4相比,增强了近2个数量级。但在弱酸性条

件下,见图4中的(c)和(d),比较两图可看到两个比较特殊的还原峰cp 1和氧化峰ap 6,pH =3中这两电流峰反而比pH =4的电流峰小些。还原峰cp 1在前面2.2中已叙述,现对氧化峰ap 6进行分析。由氧化峰ap 6代表的反应式(9)可知,此反应是一个产出H +

过程,添加H +

不利于反应的正向进行,但H

增加较多时(图4中的(a)和(b)),会提高整个氧化还原体系的反应电流,ap 6电流峰也相应增大。其次,还原峰cp 1、cp 2发生明显正移,这表明随着H

浓度增加,越容易发生还原峰cp 1、cp 2代表的反应,这可从式(5)、(6)得到进一步证实。再次,氧化峰

ap 1~ap 6的峰间距缩小,表明H +

浓度越大,中间态钝化产物越快氧化。

试验过程中发现,H +

浓度越大,黄铜矿电极表面越易腐蚀。电极中间有一层黑色的产物层,其边缘可见一层蓝色的形似于斑纹状的膜,还伴有一股刺鼻的臭鸡蛋气味。由此可知,在硫酸浸出黄铜矿过程中,有缺铁硫化物钝化层和H 2S 气体的生成。3 结论

(1)在常温硫酸介质中,黄铜矿的氧化还原反应是分步进行,且阳极氧化反应电流很微弱,分析认为分解过程由于中间产物缺陷硫化物的生成,产生了钝化,使黄铜矿进一步氧化分解困难。

(2)黄铜矿阴极还原反应比阳极氧化反应强烈得多,尤其是电位小于-0.4V 情况下。当阴极负电

位小于-0.85V 时,黄铜矿晶格中的Fe 3+

完全溶解出来并生成铜的硫化物。当黄铜矿阴极还原后,阳极方向扫描时,曲线上显示的某些阳极氧化峰增大,并随扫描次数的增加,峰电流增强。表明停留在电极表面的阴极还原产物对阳极氧化具有重要意义。

(3)H +

浓度越大,整个氧化还原体系的反应电流越强,黄铜矿电极表面越易腐蚀。

参考文献

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(下转第82页)

朱莉等:黄铜矿在硫酸介质中浸出的电化学行为 2008年第5期

表1 紫金山矿区自动分类后的储量计算结果分块段汇总

矿体编号块段

编号

储量

分类

相邻勘

探线

编号

面积

编号

剖面

面积

/m2

剖面平

均品位

/(g/t)

块段平

均品位

/(g/t)

相邻剖

面间距

体积

公式

块段

体积

/m3

矿石

体重

/(t/m3)

块段

矿石量

块段

金属量

/kg

W1B522M110S4810850.680.67100.0棱台225533 2.39539024361.146 W1B522M110S507500.690.67100.0棱台225533 2.39539024361.146 W1B522M110S414980.760.67100.0棱台225533 2.39539024361.146 W1B522M110S425460.690.67100.0棱台225533 2.39539024361.146 W1B522M114S426140.580.67100.0棱台225533 2.39539024361.146 W1B522M114S3610700.650.67100.0棱台225533 2.39539024361.146 W1B652M114S3822480.670.66100.0棱台407584 2.39974126642.923 W1B652M114S335460.800.66100.0棱台407584 2.39974126642.923 W1B652M114S242090.810.66100.0棱台407584 2.39974126642.923 W1B652M118S4939970.640.66100.0棱台407584 2.39974126642.923 W1B652M118S5712350.650.66100.0棱台407584 2.39974126642.923 W1B772M1112S3253560.630.62100.0棱台438576 2.391048197649.882 W1B772M1116S219750.590.62100.0棱台438576 2.391048197649.882 W1B772M1116S22-15890.600.62100.0棱台438576 2.391048197649.882 W1B772M1116S2712480.610.62100.0棱台438576 2.391048197649.882 W1B772M1116S296710.590.62100.0棱台438576 2.391048197649.882 W1C352M114S316650.690.67100.0棱台106783 2.39255211170.991 W1C352M114S3610700.650.67100.0棱台106783 2.39255211170.991 W1C352M118S48-13000.670.67100.0棱台106783 2.39255211170.991 W1C352M118S552190.670.67100.0棱台106783 2.39255211170.991

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(收稿日期 2008 03 21)

(上接第69页)

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(收稿日期 2008 03 12)

总第383期金属矿山 2008年第5期

2020届高考化学二轮复习新型电化学装置的原理分析专题卷

新型电化学装置的原理分析 1.用粗硅做原料,熔融盐电解法制取硅烷的原理如图。下列叙述正确的是( ) A.电源的B极为负极 B.可选用石英代替粗硅 C.电解时,熔融盐中Li+向粗硅移动 D.阳极反应:Si+4H--4e-SiH4↑ D【微探究】根据装置图可知,该装置为电解池,总反应为Si+2H2SiH4。H2生成H-,发生还原反应,Si发生氧化反应。根据电解池原理,阴极发生还原反应,阳极发生氧化反应,故通入H2的那一极是阴极,故A极是负极,B极是正极,A项错误;阳极粗硅失电子,若换成石英,即SiO2,SiO2中Si 已经是+4价,无法再失电子,B项错误;电解时,熔融盐中Li+向阴极移动,C项错误;阳极粗硅生成SiH4,故电极反应为Si+4H--4e-SiH4↑,D项正确。 [微纠错] 易错点一:原电池和电解池没有正确区分,此装置有外接电源,属于电解池;易错点二:受思维定势影响,不能注意到此电解池的工作环境是非水体系;易错三:不能正确判断电解质中传导的带电粒子,电子不能直接通过熔融电解质或电解质溶液,此装置中电解质中存在的可以自由移动的离子有Li+、Cl-、H-。 2.纳米氧化亚铜在制作陶瓷等方面有广泛应用。利用电解的方法可得到纳米Cu2O,电解原理如图所示。下列有关说法不正确的是( ) A.b极为负极 B.铜极的电极反应式为2Cu-2e-+2OH-Cu2O+H2O C.钛极附近逸出O2

D.每生成1 mol Cu2O,理论上有2 mol OH-从离子交换膜左侧向右侧迁移 C【微探究】铜为阳极,钛为阴极,阴极与负极相连,所以b极为负极,A项正确;铜极上发生氧化反应生成氧化亚铜,B项正确;C项,钛极的电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,C项错误;左侧生成OH-,右侧消耗OH-,且每生成1 mol Cu2O时,消耗2 mol OH-,为维持电荷平衡,则理论上有2 mol OH-从离子交换膜左侧向右侧迁移,D项正确。 3.研究人员研制出一种可快速充、放电的超性能铝离子电池,其中Al、C n为电极,由有机阳离子与阴离子(AlC l4-、Al2C l7-)组成的离子液体为电解质。如图为该电池放电过程示意图。下列说法错误的是( ) A.充电时,Al做阴极,C n做阳极 B.充电时,每生成1 mol铝,同时消耗4 mol Al2C l7- C.放电时,电解质中的有机阳离子向铝电极移动 D.放电时,正极反应式为C n[AlCl4]+e-C n+AlC l4- C【微探究】由图示可知,该电池放电时,Al做负极,C n做正极,因此充电时,Al做阴极,C n做阳极,A项正确;充电时,阴极反应式为4Al2C l7-+3e-Al+7AlC l4-,B项正确;放电时,电解质中的有机阳离子向正极(C n电极)方向移动,C项错误;放电时,正极反应式为C n[AlCl4]+e-C n+AlC l4-,D项正确。 4.如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料,氧气为氧化剂,某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度在700~900 ℃时,O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动,反应产物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是( )

电化学原理与方法课程中下半学期课程复习题 (1)剖析

1请你简要论述一下，电化学研究方法中，暂态测量技术有哪些？以及暂态研究技术的应用有哪些？暂态测量技术有哪些？暂态测量方法的种类 ①按极化或控制的幅度分( 幅度：电极极化的幅度，界面电位变化量) a. 大幅度暂态测量(研究电极过程) |Δφ|>10 mV ( 大幅度) b. 小幅度暂态测量(用于测定参数Rr、RL、C d) |Δφ|<10 mV(小幅度) ②按控制方式分： a. 控制电流法暂态测量 b. 控制电位法暂态测量控电流法：单电流阶跃;断电流;方波电流;双脉冲电流控电位法:阶跃法、方波电位法等;线性扫描(单程线性扫描,连续三角波扫描);脉冲电位(阶梯伏安,常规脉冲,差分脉冲,方波伏安) [从电极极化开始到各个子过程（电化学反应过程、双电层充电过程、传质过程和离子导电过程）做出响应并进入稳态过程所经历的不稳定的，变化的“过渡阶段”，称为暂态.] [电化学暂态测试技术也称为电化学微扰测试技术，即用指定的小幅度电流或电压讯号加到研究电极上，使电极体系发生微弱的扰动，同时测量电极参数的响应来研究电极反应参数] 暂态研究技术的应用？暂态技术提供了比稳态技术更多的信息，用来研究电极过程动力学，测定电极反应动力学参数和确定电极反应机理，而且还可将测量迁越反应速率常数的上限提高2～3个数量级，有可能研究大量快速的电化学反应。暂态技术对于研究中间态和吸附态存在的电极反应也特别有利。暂态技术中测得的一些参量，例如双电层电容、欧姆电阻、由迁越反应速率常数决定的迁越电阻等，在化学电源、电镀、腐蚀等领域也有指导意义。 2.请你谈谈电化学测量中要获得电化学信号需要哪些电极以及设备，它们分别的作用是什么？一、需要①参比电极：参比电极的性能直接影响着电极电势的测量或控制的稳定性。 ②盐桥：当被测电极体系的溶液与参比电极的溶液不同时，常用盐桥把研究电极和参比电极连接起来。盐桥的作用主要有两个，一个是减小接界电势，二是减少研究、参比溶液之间的相互污染。

电化学方法总结

电化学方法总结 Prepared on 22 November 2020

循环伏安法 1 定义：循环伏安法(Cyclic Voltammetry)以等腰三角形的脉冲电压加在工作电极上，控制电极电势以不同的速率，随时间以三角波形一次或多次反复扫描，使电极上能交替发生还原反应和氧化反应，记录电流-电势曲线。单圈扫描：电位在初始电位维持一段平衡（静置）时间后，开始匀速变化（扫描速度为v=dE/dt），扫描到第1个换向电位后，某些仪器可维持在第1个换向电位一段时间，然后电位反向扫描到第2个换向电位，某些仪器也可维持在第2个换向电位一段时间，然后再扫描到最终电位）。多圈扫描：在初始电位起扫后，在第1、2个换向电位之间循环扫描多圈，最后扫描到最终电位。 Initial potential Vertex 1 potential Vertex 2 potential Final potential Delay Potential Time 初始电位、换向电位、扫描速度等是非常重要的实验设

2 特点： Ⅰ：激励信号：施加的电压为三角波电压，双向扫描，分为氧化过程和还原过程，氧化态电势高，还原态电势低。 Ⅱ：参数设置：两个可调参数为电位范围和扫描速度。设置电位范围时需根据溶液的初始条件设置起始电位，起始电位不应破坏溶液的初始条件；若起始电位与溶液初始条件不一致，则在静置几秒内所发生的氧化还原反应未被记录。 Ⅲ：实验条件：进行循环伏安扫描时体系应处于静止状态，若搅拌则记录的图中不会出现峰，相反呈S型。 3 所得信息： Ⅰ：判断电极反应的可逆程度，依据为峰电流比及峰电势差，对于可逆体系：i pa/i pc1；E pa/E pc nF。 Ⅱ：判断电极表面的修饰情况，峰电流大说明电极传递电子能力较强。但这只能定性判断，实际循环伏安图中，存在充电电流的影响，因此CV峰电流测量不太容易精确。 Ⅲ：判断其控制步骤和反应机理，若i p∝v，则此过程为表面控制，发生在电极表面；若i p∝v1/2，则此过程为扩散控制，发生在溶液中。循环伏安法可作用于可逆的电极过程，也可作用于不可逆或准可逆的电极过程以及各种伴随航行反应的过程，不同的电极过程分别阳极峰电势E pa和阴极峰电势E pc，并给出峰电位差△E p和峰电流之比。

污水处理电化学处理技术

污水处理电化学处理技术高级氧化技术一般针对难降解有机废水，如医药、化工、染料工业废水以及含有难处理的有毒物质物质等。第一节电化学处理技术一、基本原理与特点 1. 原理电化学氧化法主要用于有毒难生物降解有机废水的处理，电化学水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或间接电化学而得到转化，从而达到削减和去除污染物的目的。根据不同的氧化作用机理，可分为直接电解和间接电解。 1 ) 直接电解直接电解是指污染物在电极上直接被氧化或还原而从废水中去除今直接电解可分为阳极过程和阴极过程。阳极过程就是污染物在阳极表面氧化而转化成毒性较小的物质或易生物降解的物质，甚至发生有机物无机化，从而达到削减、去除污染物的目的。阴极过程就是污染物在阴极表面还原而得以去除，阴极过程主要用于卤代经的还原脱卤和重金属的回收，如卤代有机物的卤素通过阴极还原发生脱卤反应，从而可以提高有机物的可生化性。直接电解过程伴随着氧气析出，氧的生成使氧化降解有机物的电流效率降低，能秏升高，因此，阳极材料对电解的影响很大。 2 ) 间接电解间接电解是指利用电化学产生的氧化还原物质作为反应剂或催化剂，使污染物转化成毒性小的物质。间接电解分为可逆过程和不可逆过程。可逆过程（媒介电化学氧化）是指氧化还原物在电解过程中可电化学再生和循环使用。不可逆过程是指利用不可逆电化学反应产生的物质，如具有强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、H202和O2等氧化有机物的过程，还可以利用电化学反应产生强氧化性的中间体，包括溶剂化电子、?HO、?H02/02 等自由基。 2. 电化学水处理技术的特点 1) 电化学方法既可以单独使用，又可以与其他处理方法结合使用，如作为前处理方法，可以提高废水的生物降解性； 2) 一般电化学处理工艺只能针对特定的废水，处理规模小，且处理效率不高； 3)有的电化学水处理工艺需消耗电能，运行成本大。二、电化学反应器与电极电化学反应器按反应器的工作方式分类可分为：间歇式、置换流式和连续搅拌箱式电化学反应器。按反应器中工作电极的形状分类可分为二维电极反应器、三维电极反应器。二维电极呈平面或曲面状，电极的形状比较简单，如平板、圆柱电极。电极反应发生于电极表面上，其电极表面积有限，比表面积极小，但电势和电流在表面上分布比较均匀。三维电极的结构复杂，通常是多孔状。电极反应发生于电极内部，整个三维空间都有反应发生。特点是比表面积大，床层结构紧密，但电势和电流分布不均匀。下列出了常见电化学反应器的电极类型。

电化学思考课后答案第六章

思考题 3. 从理论上推导电化学方程式（巴特勒-伏尔摩方程），并说明该理论公式与经验公式的一致性。答：电化学极化处于稳定状态时，外电流密度必定等于（j j =v w ），也就是等于电子转移步骤的净反应速度（即净电流密度j 净）。由于电子转移步骤是控制步骤，因而j 净也应是整个电极反应的净反应速度。这样，根据电子转移步骤基本公式，易得稳态电化学极化时电极反应的速度与电极电位之间关系。即j=j 净。将公式 j 净= 0F F RT RT j e e a b j j -D D 轾犏-犏臌代入上式，则 F F RT RT j j e e a b j j -D D 轾犏=-犏臌（1）式（1）就是单电子电极反应的稳态电化学方程式，也称巴特勒-伏尔摩方程。若电极反应净速度预用正值表示时，可用j c 代表阴极反应速度，用j a 表示阳极反应速度，将式（1）分别改写为 0c c F F RT RT c j j j j e e a b h h -轾犏=-=-犏臌v w （2） 0a a F F RT RT a j j j j e e b a h h -轾犏=-=-犏臌 w v （3）当过电位很大时，相当于双曲线函数x 值很大，即式（2）中有如下关系c c F F RT RT e e a b h h -?可以忽略（2）中右边第二个指数项，即 0c F RT c j j e a h -? （4）两边取对数

02.3 2.3log c c RT RT j j F F h a a =-+ （5）同理，对于阳极极化为 0a F RT a j j e b h -? （6） 02.3 2.3log a a RT RT j j F F h b b =-+ （7）式（5）和式（7）即为高过电位时巴特勒-伏尔摩方程近似公式。与电化学极化的经验公式——塔菲尔公式（log a b j h =+）相比，可看出两者是完全一致的。这表明电子转移步骤的基本动力学公式和巴特勒-伏尔摩方程的正确性得到了实践的验证。 4. 电化学反应的基本动力学参数有哪些说明它们的物理意义。答：传递系数、交换电流密度和电极反应速度常数通常被认为是基本的动力学参数。传递系数α和β的物理意义是电极电位对还原反应活化能和氧化反应活化能影响的程度。交换电流密度表示平衡电位下氧化反应和还原反应的绝对速度，也可以说是平衡状态下，氧化态粒子和还原态粒子在电极∕溶液界面的交换速度。电极反应速度常数是交换电流密度的一个特例，是指定条件——电极电位为标准电极电位和反应粒子浓度为单位浓度——下的交换电流密度。 6. 为什么要引入电极反应速度常数的概念它与交换电流密度之间有

电化学-新型化学电源

电化学——新型化学电源（建议用时：120 min）1、【2019·全国卷Ⅰ】利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV+2/MV+ 在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是（ B ） A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能 B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应：H2+ 2MV+2=== 2H++ 2MV+ C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3 D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动【第1题】【第2题】 2、【2018·全国卷Ⅱ】我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na–CO2二次电池。将 NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO2+ 4Na2Na2CO3+ C。下列说法错误的是（ D ） A．放电时，ClO- 向负极移动 4 B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2 C．放电时，正极反应为：3CO2+ 4-e=== 2CO-23+ C D．充电时，正极反应为：Na++-e=== Na 3、【2017·海南高考】一种电化学制备NH3的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输 H+。下列叙述错误的是（ A ） A．Pd电极b为阴极B．阴极的反应式为：N2+ 6H++ 6-e=== 2NH3 C．H+由阳极向阴极迁移D．陶瓷可以隔离N2和H2 【第3题】【第4题】

4、【2018·全国卷Ⅲ】一种可充电锂—空气电池如图所示。当电池放电时，O 2与Li +在多孔碳材料电极处生成Li 2O 2－x （x ＝0或1）。下列说法正确的是（ D ） A ．放电时，多孔碳材料电极为负极 B ．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C ．充电时，电解质溶液中Li +向多孔碳材料区迁移 D ．充电时，电池总反应为：Li 2O 2－x === 2Li + ??? ?1-x 2 O 2 5、环境监察局常用“定电位”NO x 传感器来监测化工厂尾气中的氮氧化物是否达到排放标准，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是（ D ） A ．“对电极”是负极 B ．“工作电极”上发生的电极反应为：NO 2 + 2H + + 2-e === NO + H 2O C ．传感器工作时，H +由“对电极”移向“工作电极” D ．“工作电极”的材料可能为活泼金属锌【第5题】【第6题】 6、尿素[CO(NH 2)2]与NO 在碱性条件下可形成燃料电池，如图所示，反应的方程式为： 2CO(NH 2)2 + 6NO + 4NaOH === 5N 2 + 2Na 2CO 3 + 6H 2O 。下列说法正确的是（ D ） A ．甲电极为电池的负极，发生还原反应 B ．电子流向：甲电极→负载→乙电极→溶液→甲电极 C ．一段时间后，乙电极周围溶液酸性增强 D ．甲电极的反应式为：CO(NH 2)2 - 4-e + 8OH - === CO - 23 + N 2↑+ 6H 2O 7、【2019·山东八校联考】熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池（600～700 ℃），具有效率高、噪声低、无污染等优点。熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是（ B ） A ．电池工作时，熔融碳酸盐只起到导电的作用 B ．负极反应式为：H 2 - 2-e + CO - 23 === CO 2 + H 2O C ．电子流向：电极a →负载→电极b →熔融碳酸盐→电极a D ．电池工作时，外电路中通过0.2 mol 电子，消耗3.2 g O 2

污水处理电化学处理技术

污水处理电化学处理技术Last revision on 21 December 2020

化学反应产生的物质，如具有强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、H202和 O2等氧化有机物的过程，还可以利用电化学反应产生强氧化性的中间体，包括溶剂化电子、HO、 H02/02 等自由基。 2. 电化学水处理技术的特点 1) 电化学方法既可以单独使用，又可以与其他处理方法结合使用，如作为前处理方法，可以提高废水的生物降解性； 2) 一般电化学处理工艺只能针对特定的废水，处理规模小，且处理效率不高； 3)有的电化学水处理工艺需消耗电能，运行成本大。二、电化学反应器与电极电化学反应器按反应器的工作方式分类可分为：间歇式、置换流式和连续搅拌箱式电化学反应器。按反应器中工作电极的形状分类可分为二维电极反应器、三维电极反应器。二维电极呈平面或曲面状，电极的形状比较简单，如平板、圆柱电极。电极反应发生于电极表面上，其电极表面积有限，比表面积极小，但电势和电流在表面上分布比较均匀。三维电极的结构复杂，通常是多孔状。电极反应发生于电极内部，整个三维空间都有反应发生。特点是比表面积大，床层结构紧密，但电势和电流分布不均匀。下列出了常见电化学反应器的电极类型。常见电化学反应器的电极类型三、电化学处理技术在废水处理中的应用（一）微电解 1. 原理微电解技术是目前处理高浓度有机废水的一种理想工艺，又称内电解法，它是在不通电的情况下，利用填充在废水中的微电解材料自身产生的电位差对废水进行电解处

电化学传感器的应用及发展前景

苏州大学研究生考试答卷封面考试科目：仪器分析考试得分：________________院别：材料与化学化工学部专业：分析化学学生姓名：饶海英学号： 033 授课教师：考试日期： 2012 年 1 月 10 日

电化学传感器的应用研究摘要：随着电分析技术的发展，电化学传感技术越来越成为生命科学、临床诊断和药学研究的重要手段之一。本文主要介绍了电化学发光免疫传感器，电化学DNA 传感器、电化学氧传感器、纳米材料电化学传感器的基本概念、原理，以及这些传感器在各领域的应用。关键词:电化学传感器免疫传感器传感器电化学传感技术的核心是传感器。传感器能感受(或响应)规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子线路所组成，是将一种信息能转换成可测量信号(一般指电学信号)的器件。传感器可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三大类。本文以化学传感器尤其是电化学传感器进行研究。电致化学发光(Electrogenerated chemiluminescence)，也称电化学发光(Electrochemiluminescence)，简称ECL，是通过电极对含有化学发光物质的体系施加一定的电压或通过一定的电流，电极氧化还原产物之间或电极氧化还原产物与体系其它共存物质之间发生化学反应并生成某种不稳定的中间态物质，该物质分解而产生的化学发光现象。电致化学发光技术是电化学与化学发光相结合的检测技术，该技术既集成了发光与电化学分析技术的优点，又具有二者结合产生的可控性、选择性、重现性好、灵敏度高、检测限低及动力学响应范围宽等新优势[ 1~3 ]。电化学传感器可分为以下几个类型。①吸附型：通过吸附方式将修饰物质结合在电极表面得到的修饰电极为吸附型化学修饰电极。可以制备单分子层和多分子层。根据吸附作用力的不同，又可分为平衡吸附型、静电吸附型、LB膜型、SA 膜型、涂层型。②共价键合型：在电极的表面通过键合反应把预定功能团接在电极表面而得到的化学修饰电极为共价型化学修饰电极。常用基体电极有碳电极、玻碳电极、金属和金属氧化物电极。③聚合物型：利用聚合反应在电极表面形成修饰膜的电极。制备方式有氧化还原沉积、有机硅烷缩合、等离子聚合、电化学聚合等。④其他类型：无机物修饰电极，如普鲁士蓝修饰电极、粘土修饰电极、

电化学实验一析氢行为

姓名：学号：日期：一．实验目的（1）掌握线性扫描技术（2）掌握三电极体系（3）掌握Tafel关系二．实验原理析氢反应方程：H++e→1/2H 2 线性扫描技术：控制电极电势按指定规律变化，同时测量电极电流随电势的变化。Tafel关系：强极化（但无浓差）发生时，超电势η与通过电极的电流密度j呈线性关系。（课本53页）三．实验步骤及结果实验步骤：（1）用18.4mol/L浓硫酸配置50mL0.5mol硫酸溶液(a=1) 取适量水于烧杯中，量取6.8mL浓硫酸，缓慢加入烧杯中并用玻璃棒搅拌，将稀释后的溶液加入250mL容量瓶定容。（2）用刚玉粉末作为抛光粉处理电极活性表面，以避免副反应干扰实验。（3）使用电化学工作站CHI660E进行线性扫描,为获取准确电势值，采用三电极体系。工作电极：Φ2mm圆盘电极Au,Ni,GC，Φ0.5mmPt 对电极：钛电极参比电极：Ag-Agcl,φ Agcl/Ag =0.222V,并使用鲁金毛细管以减小溶液电阻工作电极—绿色夹子，对电极—红色夹子，参比电极—白色电极参数设置要考虑不同金属的起始终止电势，选定合适sensitivity以避免数据溢出，实验开始前要除去电极表面的气泡。（4）数据处理：i=i c +i d 基线代表i c 变化,超电势η=-0.222-E，电流密度j=i d /A 使用origin处理i,E数据并绘制η-lnj曲线，找到ab。实验数据：（1）Au电极表面析氢行为

（2）GC 电极表面析氢行为 C u r r e n t (A ) Potential (V) η (V ) lnj (A*m -2) C u r r e n t (A ) Potetial (V)

电化学暂态测试方法(包括交流阻抗法)、in situ方法、总结及案例

电化学暂态测试方法（包括交流阻抗法）、in situ方法、总结及案例

目录1. 交流阻抗法 1.1 交流阻抗法概述 1.2电化学极化下的交流阻抗 1.3 浓差极化下的交流阻抗 1.4复杂体系的交流阻抗 2. 电化学暂态测试方法 2.1 电化学暂态测试方法概述 2.2 电化学极化下的恒电流暂态方法 2.3 浓差极化下的恒电流暂态方法 2.4 电化学极化下的恒电位暂态方法 2.5 浓差极化下的恒电位暂态方法 2.6动电位扫描法 3.原位（in situ）电化学研究方法 4.案例参考文献

1.交流阻抗法 1.1 交流阻抗法概述交流阻抗法是指小幅度对称正弦波交流阻抗法。就是控制电极交流电位（或控制电极的交流电流）按小幅度（一般小于10毫伏）正弦波规律变化，然后测量电极的交流阻抗，进而计算电极的电化学参数。由于使用小幅度对称交流电对电极极化，当频率足够高时，以致每半周期所持续的时间很短，不致引起严重的浓差极化及表面状态变化。而且在电极上交替地出现阳极过程的阴极过程，即使测量讯号长时间作用于电解池，也不会导致极化现阶段象的积累性发展。因此这种方法具有暂态法的某些特点，常称为“暂稳态法”。“暂态”是指每半周期内有暂态过程的特点，“稳态”是指电极过程老是进行稳定的周期性的变化。交流阻抗法适于研究快速电极过程，双电层结构及吸附等，在金属腐蚀和电结晶等电化学研究中也得到广泛应用。研究电化学体系的阻抗图谱,获得电极反应体系的控制步骤和动力学参数、反应机理以及各因素的影响规律，方法有两种： 1)等效电路方法理论：建立各种典型电化学体系在不同控制步骤下的等效电路，理论推导出其阻抗图谱。测试方法：由阻抗图谱对照理论画出对应的等效电路。优缺点：此法直观,但一个等效电路可能对应不止1个等效电路。 2）数据模型方法理论：建立各种典型电化学体系在不同控制步骤下的理论数据模型，理论计算出其阻抗图谱。测试方法：由阻抗图谱对照理论获得数据模型。优缺点：此法准确，但实际电化学体系复杂模型难以建立，正在发展中。阻抗、导纳与复数平面图 1）阻抗:Z= E / I 而如正弦交流电压E = Emsinωt 等，E 、I 、 Z 均为角频率ω (=2πf )或频率 f 的函数。 2) 导纳:Y Y=1/Z 3) 阻抗的矢量表示与复数平面图 Z 可以表示为实—虚平面的矢量: Z = A + jB Z 可由模数 Z 和相角φ来定义: φ φ sin cos Z B Z A == 2 2B A Z += A B tg = φ 阻抗谱：阻抗随交流信号角频率或频率的变化关系

8种电化学水处理方法

8种电化学水处理方法电化学水处理- 世间万物，都是有一利就有一弊。社会的进步和人们生活水平的提高，也不可避免地对环境产生污染。废水就是其中之一。随着石化、印染、造纸、农药、医药卫生、冶金、食品等行业的迅速发展，世界各国的废水排放总量急剧增加，且由于废水中含有较多的高浓度、高毒性、高盐度、高色度的成分，使其难以降解和处理，往往会造成非常严重的水环境污染。为了处理每天大量排出的工业废水，人们也是蛮拼的。物、化、生齐用，力、声、光、电、磁结合。今天笔者为您总结用电’ 来处理废水的电化学水处理技术。电化学水处理技术，是指在电极或外加电场的作用下，在特定的电化学反应器内，通过一定的化学反应、电化学过程或物理过程，对废水中的污染物进行降解的过程。电化学系统设备相对简单，占地面积小，操作维护费用较低，能有效避免二次污染，而且反应可控程度高，便于实现工业自动化，被称为环境友好’ 技术。电化学水处理的发展历程 1799 年 Valta制成Cu-Zn原电池，这是世界上第一个将化学能转化为电能的化学电源 1833 年建立电流和化学反应关系的法拉第定律。 19世纪70年代 Helmholtz提出双电层概念。任何两个不同的物相接触都会在两相间产生电势，这是因电荷分离引起的。两相各有过剩的电荷，电量相等，正负号相反，相互吸引，形成双电层。 1887 年 Arrhenius提出电离学说。 1889 年 Nernst提出电极电位与电极反应组分浓度关系的能斯特方程。 1903 年 Morse 和Pierce 把两根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中，发现带电杂质能迅速地从凝胶中除去。 1905年提出Tafel 公式，揭示电流密度和氢过电位之间的关系。 1906年

新型石墨烯纳米材料的合成在电化学中的应用

新型石墨烯纳米材料的合成在电化学中的应用石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料。自从2004年发现以来石墨烯以其独特的电学、力学、热学和光学等性能,引起了人们的极大关注,在复合材料、纳米器件及能量储存等方面有着广泛的应用前景。本论文以石墨烯的不同修饰电极为研究对象,探讨其在电化学方面的应用。本论文得到的主要结果如下: 1.用化学氧化法将碳纳米管解开制备氧化石墨烯,然后分别通过化学还原和电化学还原方法得到石墨烯材料,并用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、能量散射谱(EDS)、X射线衍射谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)等手段对其形貌、结构进行了表征。 2.以铁氰化钾、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、抗坏血酸、过氧化氢、氧气、多巴胺和尿酸等物质为探针分子,研究了氧化石墨烯、化学还原石墨烯和电化学还原石墨烯的电化学性能。结果发现,与裸玻碳电极相比,石墨烯材料表现出了更好的电子转移性能和电催化性能,使测定物的过电位大大降低。其中电化学催化能力由强至弱的排列顺序为:电化学还原石墨烯>化学还原石墨烯>氧化石墨烯。 3.用循环伏安法在氧化石墨烯修饰电极上制备了钯/石墨烯复合纳米材料,SEM和EDS研究表明钯纳米粒子成功地负载在石墨烯上。借助氢键和静电相互作用,氧化石墨烯和钯纳米粒子可以有序组装在玻碳电极上,从而制备出钯/石墨烯复合纳米材料修饰电极。 4.以铁氰化钾、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、抗坏血酸、过氧化氢、氧气、多巴胺和尿酸为探针分子,通过电化学阻抗(EIS)、循环伏安(CV)、计时电流(CA)和示差脉冲(DVP)等方法研究了钯/石墨烯复合纳米材料修饰电极的电化学行为。结果发现,在石墨烯和钯的共同促进作用下,钯/石墨烯复合纳米材料修饰电极在铁氰化钾溶液里表现出更快的电子转移能力,对烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、抗坏血酸的氧化,过氧化氢、氧气的还原反应都有很高的电催化活性。该复合纳米材料同时对抗坏血酸、多巴胺、尿酸拥有较好的催化效果,而且三者不相互干扰。我们也研究了甲醇在钯/石墨烯复合纳米材料修饰电极上的电催化氧化行为,其性能良好,有望应用在燃料电池中。本论文对石墨烯在生物传感器中的应用进行了基础性的研究。主要包括三部分内容:辣根过氧化物酶修饰石墨烯电极对H2O2的电催化研究;基于石墨烯负载纳米铂的葡萄糖生物传感器;MB/RG、MB/GO复合材料修饰电极对NADH的电催化研究。具体的研究工作主要集中在以下几部分: （1）利用辣根过氧化物酶能够在石墨烯电极上实现直接电子转移的性质,组装了一种用电聚合吡咯的方法把HRP固定在石墨烯电极上的新的过氧化氢生物传感器。研究了此传感器对过氧化氢的电催化行为和分析测定。（2）将石墨烯作为催化剂载体制备了新型的葡萄糖生物传感器。具体方法是先通过化学还原法将氯铂酸和石墨氧化物同时还原得到Pt/RG的混合物,将铂有效地固定在石墨烯载体上,之后制备了Pt/RG/GCE电极,并对此生物传感器的催化性能进行研究。接着用电聚合的

电化学研究方法总结及案例

电化学研究方法总结及案例\

2020届高三化学电化学专题突破——电化学基础

2020届高三化学电化学专题突破 ——电化学基础 1、近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂一铜空气燃料电池。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电过程为2Li+Cu2O+H2O= 2Cu十2Li++2OH-，下列说法不正确的是( ) A．放电时，Li+透过固体电解质向Cu极移动B．放电时，负极的电极反应式为Cu2O+H2O+2e-=Cu+2OH- C．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O D．整个反应过程中，铜相当于催化剂 2、锌溴液流电池是一种新型电化学储能装置（如图所示），电解液为溴化锌水溶液，电解液在电解质储罐和电池间不断循环。下列说法不正确的是( ) A．充电时，阳离子通过交换膜移向装置右侧B．充电时，左侧与右侧的溴化锌溶液的浓度差将减小C．放电时装置发生的总反应为：Zn+Br2===ZnBr2 D．阳离子交换膜可阻止Br2与Zn直接发生反应 3、一种碳纳米管能够吸附氢气，用这种材料吸氢后制备的二次电池(充放电电池)工作原理如下图所示，该电池的电解质为6 mol·L －1KOH溶液，下列说法中正确的是( )

A．放电时K＋移向碳电极 B．放电时电池负极的电极反应为H2－2e－= 2H＋ C．充电时镍电极的电极反应为Ni(OH)2 + OH――e－= NiO(OH) + H2O D．该电池充电时将碳电极与电源的正极相连，发生氧化反应 4、电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电后，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色又逐渐变浅。（已知：3I2+ 6OH—= IO3—+5I—+3H2O ，IO3—离子无色）；下列说法不正确的是( ) A．右侧发生的电极反应式：2H2O+2e—= H2↑+2OH- B．a为电源正极 C．电解结束时，右侧溶液中没有IO3— D．用阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学方程式为：KI + 3H2O KIO3+3H2↑ 5、镍氢电池(NiMH）目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是：Ni(OH）2 + M＝NiO OH + MH，已知：6NiOOH + NH3 + H2O + OH－=6Ni(OH）2 + NO2－，下列说法正确的是( ) A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为：NiOOH+H2O+e－=Ni(OH）2 +OH－ B．充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移 C．充电过程中阴极的电极反应式：H2O+M+e－=MH+OH－，H2O中的H被M还原 D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液 6、用惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液，实验装置如下图甲。电解过程中的实验数据如下图乙，横坐标表示电解过程中转移电子的物质的量，纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况)。则下列说法不正确的是( )

电化学学科发展趋势

电化学学科发展趋势当代电化学发展有三个特点： (1)研究的具体体系大为扩展，从局限于汞、固体金属和碳电极，扩大到许多新材料（例如氧化物、有机聚合物导体、半导体、固相嵌入型材料、酶、膜、生膜等等），并以各种分子、离子、基团对电极表面进行修饰，对其内部进行嵌入或掺杂；从水溶液介质，扩大到非水介质（有机溶剂、熔盐、固体电解质等）；从常温常压扩大到高温高压及超临界状态等极端条件。 (2)处理方法和理论模型开始深入到分子水平。 (3)实验技术迅速提高创新。以电信号为激励和检测手段的传统电化学研究方法持续朝提高检测灵敏度，适应各种极端条件及各种新的数学处理的方向发展。与此同时，多种分子水平研究电化学体系的原位谱学电化学技术，在突破电极—溶液界面的特殊困难之后，迅速地创立和发展。非原位表面物理技术正得以充分的应用，并朝着力求如实地表征电化学体系的方向发展。计算机数字模拟技术和微机实时控制技术在电化学中的应用也正在迅速、广泛地开展。（一）界面电化学 70年代以前的电化学主要是宏观的、唯象的。自70年代以来，电化学正逐步深入到电化学界面分子行为的研究。界面电化学，即电化学界面微观结构，电化学界面吸附，电化学界面动力学和理论界面电化学，构成了电化学的基础。 1.电化学界面微观结构电化学界面区存在双电层。已提出的双电层模型基本上是唯象的。其中格来亨（D.C.Grahame）修正的GCGS（古依—查普曼—格来亨—史特仑，Gouy—Chapman

－Grahame－Stern）模型，即双电层由紧密层和分散层构成，是现代双电层理论的基础。60年代以来双电层研究中重视了界面区溶剂分子层的研究，较有代表性的有BDM（北克瑞斯—德文震—缪勒，Bockris－Devanathan－Müller）模型。迄今为止，研究得比较详细的电化学界面，首先是金属—电解质溶液界面，其次是半导体—电解质溶液界面。反映界面结构的电化学参数的实验数据基本上来自传统的电化学研究技术，缺乏界面结构分子水平的信息。界面结构的模型基本上局限于界面溶液侧模型的统计力学处理。 70年代以来，有明确结构（例如单晶电极）界面的研究和电化学界面分子水平的研究，迅速地发展。利用固体物理和表面物理理论（主要是能带理论），处理界面固相侧的工作，业已进行。电化学界面的研究类型也大为扩展。这一切将促进电化学界面微观结构模型的建立，例如原子、离子、分子、电子等的排布，界面电场的形成，界面电位的分布，界面区粒子间的相互作用，电极表面的微结构和表面重建，表面态等的建立。 80年代以来，我国在电化学界面区溶剂层模型的统计力学处理，溶剂水分子吸附的谱学电化学技术研究方面开展了工作，取得一些有意义的成果。但是总的说来，我国对电化学界面结构，尤其是界面模型的研究开展不够。 2.电化学界面吸附发生在电化学界面（电极表面）的吸附现象，在电化学应用中有重大作用。电催化中的解离或缔合吸附，电极反应中间物的吸附，都直接控制着反应的动力学行为。70年代以前，对吸附等温线、吸附热力学和吸附动力学的宏观唯象研究开展得相当充分，实验技术主要采用电毛细曲线、微分电容曲线等方法。谱学电化学技术使界面吸附的研究提高到分子水平，并且提供更加丰富的信息。对吸附物种的识别，吸附键的本质，吸附引起的电极表面重建，吸附自由能，吸附分子的空间取向，吸附分子与溶液中分子间的交换速率，吸附态在电极反应中的作用，吸附分子的结构效应，共吸附，吸附分子间的相互作用，界面电场对吸附分子光谱数据的影响及量子化学处理等，均开展了相当活跃的研究。单晶电极上的吸附研究受到重视，它为界面吸附的理论处理提供更严格的数据。

电化学工艺处理废水

摘要:介绍了电化学处理废水的基本原理和影响电化学法处理废水效果的因素，同时指出了在电化学处理废水领域还需研究的问题。关键词:电化学氧化; 内电解法; 光电化学氧化; 废水处理 1 引言工业经济的发展以大量资源和能源的消耗为代价，同时也造成了环境污染的严重恶果。加速企业技术进步，采用先进工艺，实施清洁生产，不但可以提高资源利用率，还能够减轻环境污染。把污染消除在工艺过程之中，实施全过程控制是企业持续发展的正确道路。目前世界各国对工业废水的处理研究甚多，其中电化学法设备占地面积小，操作灵活，排污量小，不仅可以处理无机污染物，也可以处理有机污染物，甚至连一些无法生物降解的有毒有机物与某些含重金属污水都可用此方法进行处理; 再加上风力、核电等新兴发电技术的大力发展和推广应用带来的电能成本降低，使得电化学方法在治理废水方面具有更大的优势。 2 电化学法处理废水的应用分类电化学处理法包括电化学氧化还原、电凝聚、电气浮、光电化学氧化、内电解等方法。电化学法在废水处理中的应用主要包括重金属的去除与回收、生物难降解的有机废水处理、饮用水杀菌消毒以及与其他方法的联合使用。 3 电化学法处理废水的基本原理 3．1 电化学氧化还原法电化学氧化还原法是指电解质溶液在电流的作用下，在阳极和电解质溶液界面上发生反应物粒子失去电子的氧化反应、在阴极和电解质溶液界面上发生反应物粒子与电子结合的还原反应的电化学过程。电化学的氧化原理分为两类: 一种是直接氧化，即让污染物直接在阳极失去电子而发生氧化，在含氰化物、含酚、含醇、含氮的有机废水处理中，直接电化学氧化发挥了十分有效的作用; 另一种则是间接氧化，即通过阳极反应生成具有强氧化作用的中间产物或发生阳极反应之外的中间反应来氧化污染物，最终达到氧化降解污染物的目的［1］。这种方法占地面积少、易操作; 但是效率低，影响的因素多(pH、电解质、电极材料等)。 3．2 电凝聚法在电解过程当中，采用铝质或铁质的可溶性阳极通以直流电后，阳极材料会在电解过程当中发生溶解，形成的金属阳离子Fe3 + 和Al3 + 等与溶液中的OH-形成Fe(OH)3和Al(OH)3等具有絮凝作用的胶体物质，可促使水中的胶态杂质絮凝沉淀，从而实现污染物的去除［2］。 3．3 电气浮法

循环伏安法测定铁氰化钾的电化学行为

循环伏安法测定铁氰化钾的电化学行为一、实验目的 1、学习循环伏安法测定电极反应参数的基本原理及方法。 2、熟悉CHI660电化学工作站的使用。 3、学会使用伏安极谱仪。 4、学会测量峰电流和峰电位。二、实验原理循环伏安法(cyclic voltammetry ，CV ）是在固定面积的工作电极和参比电极之间加上对称的三角波扫描电压，记录工作电极上得到的电流与施加电位的关系曲线，即循环伏安图。从伏安图的波形、氧化还原峰电流的数值及其比值、峰电位等可以判断电极反应机理。可用来检测物质的氧化还原电位, 考察电化学反应的可逆性和反应机理, 判断产物的稳定性,研究活性物质的吸附和脱附现象; 也可用于反应速率的半定量分析等。循环伏安在工作电极上施加一个线性变化的循环电压，记录工作电极上得到的电流与施加电压的关系曲线，对溶液中的电活性物质进行分析。由于施加的电压为三角波，这种方法也称为三角波线性扫描极谱法。 U t + - + + - + + - + 三角波

图1 电路的接法一次扫描过程中完成一个氧化和还原过程的循环，称为循环伏安法。与汞电极相比，物质在固体电极上伏安行为的重现性差，其原因与固体电极的表面状态直接有关，因而了解固体电极表面处理的方法和衡量电极表面被净化的程度，以及测算电极有效表面积的方法，是十分重要的。一般对这类问题要根据固体电极材料不同而采取适当的方法。循环伏安法控制电极电位φ随时间t 从φi 线性变化增大（或减小）至某电位φτ后，相同速率线性减小（大）归到最初电位φi 。其典型的CV 法响应电流对电位曲线(循环伏安图)如图1示。图2. 循环伏安曲线图假如电位从φi 开始以扫描速度υ向负方向扫描, 置φi 较φ (研究电极的标准电极电位)正得多, 开始时没有法拉第电流, 当电位移向φ 附近时, 还原电流出现并逐渐增大, 电位继续负移时, 由于电极反应主要受界面电荷传递动力学控 A g /A g c l 铂盘电极