电化学读书笔记全解

电化学（electrochemistry）作为化学的分支之一，是研究两类导体（电子导体，如金

属或半导体，以及离子导体，如电解质溶液）形成的接界面上所发生的带电及电子转移变化的科学。

传统观念认为电化学主要研究电能和化学能之间的相互转换，如电解和原电池。但电化学并不局限于电能出现的化学反应，也包含其它物理化学过程，如金属的电化学腐蚀，以及电解质溶液中的金属置换反应。

16-17世纪：早期相关研究

16世纪标志着对于电认知的开始。在16世纪50年代，英国科学家威廉·吉尔伯特花了17年时间进行磁学方面的试验，也或多或少地进行了一些电学方面的研究。吉尔伯特由

于在磁学方面的开创性研究而被称为“磁学之父”，他的磁学研究为电磁学的产生和发展创造了条件。

1663年，德国物理学家奥托·冯·格里克发明了第一台静电起电机。这台机器由球形

玻璃罩中的巨大硫磺球和转动硫磺球用的曲轴组成的。当摇动曲轴来转动球体的时候，衬垫与硫磺球发生摩擦产生静电。这个球体可以拆卸并可以用作电学试验的来源。

18世纪：电化学的诞生

在18世纪中叶，法国化学家夏尔·杜菲发现了两种不同的静电，他将两者分别命名为“玻璃电”和“松香电”，同种相互排斥而不同种相互吸引。杜菲因此认为电由两种不同液体组成：正电“vitreous”（“玻璃”），以及负电“resinous”（“树脂”），这便是电的双液体理论，这个理论在18世纪晚期被本杰明·富兰克林的单液体理论所否定。

1781年，法国物理学家夏尔·奥古斯丁·库仑在试图研究由英国科学家约瑟夫·普利

斯特里提出的电荷相斥法则的过程中发展了静电相吸的法则。

1771年，意大利生理学家、解剖学家路易吉·伽伐尼发现蛙腿肌肉接触金属刀片时候会发生痉挛。他于1791年发表了题为“电流在肌肉运动中所起的作用”的论文，提出在生物形态下存在的“神经电流物质”，在化学反应与电流之间架起了一座桥梁。[1]这

篇论文的发表标志着电化学和电生理学的诞生。在论文中，伽伐尼认为动物体内中存在着一种与“自然”形式（如闪电）或“人工”形式（如摩擦起电）都不同的“动物电”，“动物电”通过金属探针来激活神经和有限的肌肉组织。

伽伐尼的观点得到了多数同事的认同，但是帕维亚大学的物理学家亚历山大·伏打并不赞成“生物电流”的这个想法，并提出蛙腿肌肉在伽伐尼实验中仅起到了连接两种不同金属（托盘和刀片）的作用。

原理

氧化还原反应

氧化反应和还原反应描述的是当原子、离子或分子在发生电化学反应的时候，自身氧化状态的改变。严格来讲，氧化状态指的就是一种假象的电荷，如果原子与其他元素构成

的键是100%的离子键，那么这个原子认为有这个电荷。如果一个原子或者离子失去一

个电子，那么就认为氧化状态得到提升，同时，得到负电荷电子的原子或离子，就认为氧化状态降低。氧化反应和还原反应总是成对同时发生，即一部分发生氧化反应的同时另一部分发生着还原反应。这种成对同时发生的电子转移过程称为氧化还原反应。

例如，当原子钠与原子氯发生反应时，钠原子提供出去一个电子造成氧化状态升高为+1，同时氯原子得到一个电子氧化状态被还原（降低）为-1。实际上，氧化状态的正

负号通常也对应于离子所带电荷的电量值。带正电荷的钠离子和带负电荷的氯离子之间的吸引力是它们可以组成离子键的一个原因。

原子或分子失去电子称为氧化，那么相反的，得到电子就是还原。从氧化数上看，简记为“升失氧，降得还”，通过助记符号我们可以很轻松的记住它们。以上两个方法各取第一个字母就是缩写的组合。一旦负电性相差很大的多个原子之间共享电子的时候，电子会靠近负电性最大的原子以得到氧化状态。

当原子或分子失去电子的时候，我们认为这是还原剂。同样，接收电子的物质则称之为氧化剂。在反应中，氧化剂总是被还原，还原剂总是被氧化。氧气就是很常见的氧化剂，但它并不是唯一的氧化剂。所以，不能望文生义，很多的氧化反应并不是必须有氧气参加反应。实际上，火焰可以由除了氧气之外的氧化剂来助燃，比如，氟助燃的火常常难以扑灭，因为氟是比氧气具有更加强的氧化性（更高的负电性）。

在有氧气参与的反应中，得到氧原子的原子或分子发生了氧化反应（氧气在这个过程中被还原）。在有机化合物中，例如丁烷或乙醇，失去氢意味着分子发生了氧化反应（氢被还原）。这样的反应性质是因为氢在最后离开非金属分子团的时候是得到电子。总之，失氧得氢就是还原反应。

电化学

电化学是研究两类导体形成的带电界面现象及其上所发生的变化的科学。如今已形成了合成电化学、量子电化学、半导体电化学、有机导体电化学、光谱电化学、生物电化学等多个分支。电化学在化工、冶金、机械、电子、航空、航天、轻工、仪表、医学、材料、能源、金属腐蚀与防护、环境科学等科技领域获得了广泛的应用。当前世界上十分关注的研究课题, 如能源、材料、环境保护、生命科学等等都与电化学以各种各样的方式关联在一起。

组成原电池的基本条件：

1、将两种活泼性不同的金属（即一种是活泼金属一种是不活泼金属），或着一种金属

与石墨(Pt和石墨为惰性电极，即本身不会得失电子)等惰性电极插入电解质溶液中。

2、用导线连接后插入电解质溶液中，形成闭合回路。

3、要发生自发的氧化还原反应。

原电池工作原理

原电池是将一个能自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生，从而在外电路中产生电流。

原电池的判定：

（1）先分析有无外接电路，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池；然后依据原电池的形成条件分析判断，主要是“四看”：看电极——两极为导体且存在活泼性差异（燃料电池的电极一般为惰性电极）；看溶液——两极插入溶液中；看回路——形成闭合回路或两极直接接触；看本质——有无氧化还原反应。

（2）多池相连，但无外接电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看做电解池。

电解池

电解池是将电能转化为化学能的装置。

电解是使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。电解是使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）