应用电化学基础课件
合集下载
《电化学及应用》课件
02
燃料电池具有高效率、低污染、可靠性高等优点，广泛应用于
汽车、船舶、航空航天等领域。
常见的燃料电池包括质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、磷
03
酸燃料电池等。
作原理是通过锂离子在正负极 之间的迁移实现电能的储存和释
放。
锂离子电池具有高能量密度、长 寿命、环保等优点，广泛应用于 手机、笔记本电脑、电动汽车等
原理
电化学反应中，电子转移和离子迁移 是相伴随的，通过电极反应实现电子 转移和能量转化。
电化学的应用领域
能源领域
电化学在能源领域的应用包括电池、燃料电池、太阳 能电池等。
环境领域
电化学技术可用于污水处理、废气处理、重金属离子 去除等环境治理方面。
工业领域
电化学在工业领域的应用包括电镀、电解、电泳等， 可用于金属表面处理和材料制备。
06
电化学在工业领域的应用
电镀与电铸
总结词
电镀和电铸是利用电化学方法在金属表面沉 积金属或合金的过程，主要用于制造装饰品 、艺术品、建筑零件和电子元件等。
详细描述
电镀是将金属或合金通过电解沉积到金属表 面，以增加其耐腐蚀性和美观性。电铸则是 通过电解沉积制造金属或合金的复制品，常 用于制造装饰品和艺术品。
电化学反应动力学
电化学反应速率
表示电化学反应快慢的物理量。
电化学反应机理
描述电化学反应过程的详细步骤和中间产物。
反应速率常数
表示电化学反应速率与反应物浓度之间的关系的常数。
扩散与传质
影响电化学反应速率的因素，包括反应物在电极表面的扩散和传质过程。
03
电化学电池与电池性能
原电池与电解池
原电池
是一种将化学能直接转化为电能的装置，由正负两个电极和电解质溶液组成。
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
《电化学基础》课件
电化学反应速率
总结词
电化学反应速率描述了电化学反应的快 慢程度，是衡量反应速度的重要参数。
VS
详细描述
电化学反应速率与参与反应的物质的浓度 、温度、催化剂等条件有关。在一定条件 下，反应速率可由实验测定，对于一些特 定的电化学反应，也可以通过理论计算来 预测其反应速率。
反应速率常数
总结词
反应速率常数是描述电化学反应速率的重要参数，它反映了电化学反应的内在性质。
详细描述
反应速率常数与参与反应的物质的性质、温度等条件有关。在一定条件下，反应速率常数可以通过实验测定，也 可以通过理论计算得到。反应速率常数越大，表示该反应的速率越快。
反应机理
总结词
电化学反应机理是描述电化学反应过程中各步骤的详细过程和相互关系的模型。
详细描述
电化学反应机理可以帮助人们深入理解电化学反应的本质和过程，从而更好地控制和优化电化学反应 。不同的电化学反应可能有不同的反应机理，同一电化学反应也可能存在多种可能的反应机理。 Nhomakorabea05
电化学研究方法
实验研究方法
01
重要手段
02
实验研究是电化学研究的重要手段，通过实验可以观察和测量电化学 反应的过程和现象，探究反应机理和反应动力学。
03
实验研究方法包括控制电流、电位、电场等电学参数，以及观察和测 量电流、电位、电导等电化学参数。
04
实验研究需要精密的实验设备和仪器，以及严格的操作规范和实验条 件控制。
01
02
03
电池种类
介绍不同类型电池的制造 过程，如锂离子电池、铅 酸电池、镍镉电池等。
电池材料
阐述电池制造过程中涉及 的主要材料，如正负极材 料、电解液、隔膜等。
电化学基础-PPT课件
35
3. 氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，
它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍
电池的总反应式是：
1/2H2+NiO(OH)
Ni(OH)2
CD
据此反应判断，下列叙述中正确的是（ ）
A. 电池放电时，负极周围溶液的pH不
断增大
B. 电池放电时，镍元素被氧化
C. 电池充电时，氢元素被还原
D. 电池放电时，H2是负极
Ag
电解质溶液Y是__A_g_N__O_3_溶__液_；
(2)银电极为电池的___正_____极，CuSO4溶液 Y
发生的电极反应为__A_g_＋__＋__e_－__=_A__g___
X电极上发生的电极反应为
__C_u___-2__e_－___=__C__u_2_＋__________；
(3)外电路中的电子是从__负__(_C_u_电) 极流向
14
６. 双液原电池的工作原理（有关概念）
（１）盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的 胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出
（２）盐桥的作用是什么？
可提供定向移动的阴阳离子，
使由它连接的两溶液保持电
中性，盐桥保障了电子通过
外电路从锌到铜的不断转移
，使锌的溶解和铜的析出过 程得以继续进行。
盐桥的作用： （1）形成闭合回路。
？思考
1、银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫
化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方 法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中， 再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑 色会褪去而银不会损失。 试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应
为 Al -3e- = Al3＋ ； 正极发生的反应为 Ag2S+2e- = 2Ag；+S2-
3. 氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，
它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍
电池的总反应式是：
1/2H2+NiO(OH)
Ni(OH)2
CD
据此反应判断，下列叙述中正确的是（ ）
A. 电池放电时，负极周围溶液的pH不
断增大
B. 电池放电时，镍元素被氧化
C. 电池充电时，氢元素被还原
D. 电池放电时，H2是负极
Ag
电解质溶液Y是__A_g_N__O_3_溶__液_；
(2)银电极为电池的___正_____极，CuSO4溶液 Y
发生的电极反应为__A_g_＋__＋__e_－__=_A__g___
X电极上发生的电极反应为
__C_u___-2__e_－___=__C__u_2_＋__________；
(3)外电路中的电子是从__负__(_C_u_电) 极流向
14
６. 双液原电池的工作原理（有关概念）
（１）盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的 胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出
（２）盐桥的作用是什么？
可提供定向移动的阴阳离子，
使由它连接的两溶液保持电
中性，盐桥保障了电子通过
外电路从锌到铜的不断转移
，使锌的溶解和铜的析出过 程得以继续进行。
盐桥的作用： （1）形成闭合回路。
？思考
1、银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫
化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方 法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中， 再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑 色会褪去而银不会损失。 试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应
为 Al -3e- = Al3＋ ； 正极发生的反应为 Ag2S+2e- = 2Ag；+S2-
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
《电化学基础 》课件
电化学基础
电化学基础是研究电化学原理与应用的基础知识。电化学研究从化学反应中 产生电压、电流和电功率之间的相互作用，为科学和工业界提供了广泛的应 用。
定义
1 电化学
电化学是研究电流、电 势和电解过程中化学反 应的分支领域。
2 电感耦合
一个电子器件、传感器 或转换器用磁性耦合原 理将信号从一个电路传 送到另一个电路。
应用案例
1
节能灯
电化学领域的典型应用之一，催化层的材料选择是节能灯的成本决定因素。
2
肝素
肝素制备的中间体是一种糖，用电化学方法可以制备这种糖。
3
锂离子电池
锂离子电池正极材料由氧化物和其他元素经过多次烧结制备而成。
学习方法
1 精读重点内容
化学和物理的基础课程 是学习电化学重要的基 础。
2 参加相关学术会议
电化学池
可控制体系内离子的浓度，以适用于电化学 研究。
扫描电子显微镜
可通过成像和分析的手段观察样品形态、尺 寸、形貌等信息。
反应动力学
反应速率
电极反应性能
电化学反应速率可能受到温度、 电流密度、电极表面等因素的 影响。
电极表面材料和形貌会影响反 应动力学。
动力学基础
对电分析反应进行研究，可为 其他电化学研究领域提供理论 基础。
3 电池
一种能将化学能转化为 电能的设备。
重要性
能源
电化学研究为制造更高效、更 环保的能源提供了理论基础。
医学
电化学技术在医学领域中有潜 在的广阔应用领域。
电子产品
电化学原理及材料，如半导体、 电容器等，应用广泛于电子产 品中。
交通运输
电化学技术正在推动电动汽车 和混合动力汽车的发展。
电化学基础是研究电化学原理与应用的基础知识。电化学研究从化学反应中 产生电压、电流和电功率之间的相互作用，为科学和工业界提供了广泛的应 用。
定义
1 电化学
电化学是研究电流、电 势和电解过程中化学反 应的分支领域。
2 电感耦合
一个电子器件、传感器 或转换器用磁性耦合原 理将信号从一个电路传 送到另一个电路。
应用案例
1
节能灯
电化学领域的典型应用之一，催化层的材料选择是节能灯的成本决定因素。
2
肝素
肝素制备的中间体是一种糖，用电化学方法可以制备这种糖。
3
锂离子电池
锂离子电池正极材料由氧化物和其他元素经过多次烧结制备而成。
学习方法
1 精读重点内容
化学和物理的基础课程 是学习电化学重要的基 础。
2 参加相关学术会议
电化学池
可控制体系内离子的浓度，以适用于电化学 研究。
扫描电子显微镜
可通过成像和分析的手段观察样品形态、尺 寸、形貌等信息。
反应动力学
反应速率
电极反应性能
电化学反应速率可能受到温度、 电流密度、电极表面等因素的 影响。
电极表面材料和形貌会影响反 应动力学。
动力学基础
对电分析反应进行研究，可为 其他电化学研究领域提供理论 基础。
3 电池
一种能将化学能转化为 电能的设备。
重要性
能源
电化学研究为制造更高效、更 环保的能源提供了理论基础。
医学
电化学技术在医学领域中有潜 在的广阔应用领域。
电子产品
电化学原理及材料，如半导体、 电容器等，应用广泛于电子产 品中。
交通运输
电化学技术正在推动电动汽车 和混合动力汽车的发展。
应用电化学基础部分
9
蓄电池种类、特点及应用领域
2024/1/28
种类
蓄电池主要包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子 电池等。
特点
各类蓄电池具有不同的特点，如铅酸电池成本低、容量大 ，但能量密度低、寿命短；锂离子电池能量密度高、无记 忆效应，但成本高、安全性有待提高。
应用领域
蓄电池广泛应用于交通、通信、电力、军事等领域。如电 动汽车、手机、笔记本电脑等便携式电子设备中多使用锂 离子电池。
6
界面现象与双电层理论
界面现象
界面现象是指发生在两种不同物相之间的界面上的特殊物理化学现象，如吸附、润湿、电势差等。
双电层理论
双电层理论是描述电极/电解质溶液界面结构和性质的重要理论。该理论认为，在电极/电解质溶液界 面上存在一个由紧密层和分散层组成的双电层结构，其中紧密层与电极表面紧密结合，分散层则相对 松散。这种双电层结构对电极过程的进行和电极性能有着重要影响。
导电机制
电解质溶液的导电机制主要是通过离子在电场作用 下的定向移动来实现的。溶液中的正负离子在电场 作用下分别向相反方向移动，形成电流。
2024/1/28
5
电极过程动力学基础
2024/1/28
电极过程
电极过程是指发生在电极/电解质溶液 界面上的电荷转移、物质转化和能量 转换等过程。
动力学基础
电极过程的动力学基础主要包括电极 反应的速率控制步骤、反应机理、反 应速率常数等。这些参数决定了电极 过程的快慢和效率。
烯烃电氧化反应
通过电化学氧化将烯烃转化为环氧化 合物，具有原子经济性高、环境友好 等特点。
羧酸衍生物电脱羧反应
通过电化学脱羧方法将羧酸衍生物转 化为相应的烃类或醇类化合物，具有 步骤简单、产率高等特点。
蓄电池种类、特点及应用领域
2024/1/28
种类
蓄电池主要包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子 电池等。
特点
各类蓄电池具有不同的特点，如铅酸电池成本低、容量大 ，但能量密度低、寿命短；锂离子电池能量密度高、无记 忆效应，但成本高、安全性有待提高。
应用领域
蓄电池广泛应用于交通、通信、电力、军事等领域。如电 动汽车、手机、笔记本电脑等便携式电子设备中多使用锂 离子电池。
6
界面现象与双电层理论
界面现象
界面现象是指发生在两种不同物相之间的界面上的特殊物理化学现象，如吸附、润湿、电势差等。
双电层理论
双电层理论是描述电极/电解质溶液界面结构和性质的重要理论。该理论认为，在电极/电解质溶液界 面上存在一个由紧密层和分散层组成的双电层结构，其中紧密层与电极表面紧密结合，分散层则相对 松散。这种双电层结构对电极过程的进行和电极性能有着重要影响。
导电机制
电解质溶液的导电机制主要是通过离子在电场作用 下的定向移动来实现的。溶液中的正负离子在电场 作用下分别向相反方向移动，形成电流。
2024/1/28
5
电极过程动力学基础
2024/1/28
电极过程
电极过程是指发生在电极/电解质溶液 界面上的电荷转移、物质转化和能量 转换等过程。
动力学基础
电极过程的动力学基础主要包括电极 反应的速率控制步骤、反应机理、反 应速率常数等。这些参数决定了电极 过程的快慢和效率。
烯烃电氧化反应
通过电化学氧化将烯烃转化为环氧化 合物，具有原子经济性高、环境友好 等特点。
羧酸衍生物电脱羧反应
通过电化学脱羧方法将羧酸衍生物转 化为相应的烃类或醇类化合物，具有 步骤简单、产率高等特点。
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。
应用电化学第一章 电化学理论基础
组分发生反应； ❖ 电极有效面积不宜太大，电极表面一般
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。
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》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。
应用电化学基础课件
应用电化学基础课件
绪论
主讲教师：刘继军副教授
个人介绍 ：刘继军，博士，副教授，主要从事有色冶金及金属材料、锂电
池材料的研究，曾在多家大型企业及研究院从事过科研及高层管理工
作，具有丰富的企业经验及深厚的理论基础
课堂要求
考试成绩确认
0.1 什么是电化学
0.1.1 电化学的定义
★研究物质的化学性质或化学反应与电的关系
及其邻近区域）中的输运和反应规律的科学。
如把将来的展望考虑进去，科学家提出应将
电化学定义为：
★控制离子、电子、量子、导体、半导体、介
电体间的界面及本体溶液中荷电粒子的存在和
移动的科学技术。
对于电化学是什么的命题，可以说目前还
没有一个确切的说法。从不同的角度可以
给出不同的定义。
★意大利的解剖学家Luigi Galvani在解剖青蛙
应的速率才被认为是相等的
2.可逆电极的电势
可逆电极电势，即平衡电势或平
衡电极电势。任何一个平衡电极电势都
是相对与一定的电极反应而言的：
氧化态+ze-
ik
还原态
ia
当正向反应速率（还原反应）ik与逆向反应
速率（氧化反应）ia相等时，电极反应中的
物质交换和电荷交换才是平衡的。电极处
于平衡状态。通常以符号 e 表示某一电
同样能够知道该电池反应对外电路所能提供的最大能
量。这就是电化学热力学所研究的内容。
1.2.1 可逆化学过程的热力学
1.2.1.1 平衡电极电势
1. 电极的可逆性
电池是有电极构成的，可逆电池必须要
求两个电极或半电池是可逆的
可逆电极必须具备的两个条件：
(1)、电极反应是可逆的。如Zn|ZnSO4电极，
绪论
主讲教师：刘继军副教授
个人介绍 ：刘继军，博士，副教授，主要从事有色冶金及金属材料、锂电
池材料的研究，曾在多家大型企业及研究院从事过科研及高层管理工
作，具有丰富的企业经验及深厚的理论基础
课堂要求
考试成绩确认
0.1 什么是电化学
0.1.1 电化学的定义
★研究物质的化学性质或化学反应与电的关系
及其邻近区域）中的输运和反应规律的科学。
如把将来的展望考虑进去，科学家提出应将
电化学定义为：
★控制离子、电子、量子、导体、半导体、介
电体间的界面及本体溶液中荷电粒子的存在和
移动的科学技术。
对于电化学是什么的命题，可以说目前还
没有一个确切的说法。从不同的角度可以
给出不同的定义。
★意大利的解剖学家Luigi Galvani在解剖青蛙
应的速率才被认为是相等的
2.可逆电极的电势
可逆电极电势，即平衡电势或平
衡电极电势。任何一个平衡电极电势都
是相对与一定的电极反应而言的：
氧化态+ze-
ik
还原态
ia
当正向反应速率（还原反应）ik与逆向反应
速率（氧化反应）ia相等时，电极反应中的
物质交换和电荷交换才是平衡的。电极处
于平衡状态。通常以符号 e 表示某一电
同样能够知道该电池反应对外电路所能提供的最大能
量。这就是电化学热力学所研究的内容。
1.2.1 可逆化学过程的热力学
1.2.1.1 平衡电极电势
1. 电极的可逆性
电池是有电极构成的，可逆电池必须要
求两个电极或半电池是可逆的
可逆电极必须具备的两个条件：
(1)、电极反应是可逆的。如Zn|ZnSO4电极，
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。
感谢您的观看
THANKS
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
★ （1）着重理解掌握电化学基本概念、基本
原理、基本方程等基础理论知识。 ★ （2）可以灵活运用上述电化学的基础理 论，进行简单的问题分析。 ★ （3）了解常见电化学工业的工艺与原理。
内容
第一章 应用电化学基础 第二章 电催化过程 第三章 化学电源 第四章 金属表面精饰
第五章 无机物的电解工业
第六章 有机物的电解工业
第七章 电化学传感器
第一章
应用电化学基础
主要内容
电化学体系的基本单元 电化学过程热力学 非法拉第过程及电极/溶液界面的性能 影响电极反应速度的因素 电化学研究方法
§1.1 电化学体系的基本单元
★ 1.1.1
电极系统
两类导体 ★ 1.1.2 电极系统及其特点 ★ 1.1.3 常见的几类电极系统 ★ 1.1.4 电极的含义及分类
电极间电子传递的媒介。 组成：溶剂和电解质盐 分类：水溶液体系、有机溶剂体系和熔 融盐体系
电解池的设计与安装
电极、电解液和连通的容器，电解 池设计特点： 电解池的体积不宜太大 工作电极和辅助电极最好分腔放置 参比室有一个液体密封帽 需要惰性气体保护，预留气体的进出口 根据需要考虑恒温装置和搅拌装置。
电分析化学：电化学与分析化学 有机电化学：电化学与有机化学 催化电化学：电化学与催化 纳米材料电化学：电化学与纳米材料
电化学研究领域横跨纯自然科 学（理学）和应用自然科学（工程、 技术）两大方面，而且各个领域都 建立在共同的基础之上，即理论电 化学。
0.2 应用电化学涉及的领域
电化学应用范围很广，远远超出化学领域， 电化学的实际应用大致分为： (1)电合成无机物和有机物：例如氯气、氢氧 化钠、高锰酸钾、己二腈、四烷基铅； (2)金属的提取与精炼：例如熔盐电解制取 铝、湿法电冶锌、电解精炼铜；
★ 1.1.1
隔膜 ★ 1.1.3 电解液
★ 1.1.2
1.1.1.1 两类导体
1.1.1.2 电极系统及其特点
系统、环境与相
★被划定的研究对象称为系统，亦称为体系。
★与系统通过物理界面或假想的界面相隔开，
与系统密切相关、有相互作用或影响所能及
的部分称为环境。
★由化学性质和物理性质一致的物质组成的、
1.1.1.4 电极的含义及分类
电极分类
工作电极（working electrode (WE)），又称研究电极，研 究的反应在该电极上发生。工作电极的基本要求：电极自 身反应不影响电化学反应，工作电位区域宽；电极稳定， 不与溶剂发生反应；电极表面积适中；电极表面均一、平 滑，净化简单。 辅助电极（counter electrode (CE)），又称对电极，和工 作电极组成回路。辅助电极的基本要求：电极比表面积大， 本身电阻要小，不容易极化。 参比电极（reference electrode(RE)），一个已知电势接近 理想不极化的电极，参比电极基本上没有电流通过，用于 测定工作电极的电极电势。参比电极的基本要求：可逆电 极，其电极电势复合Nerst方程；电极电势稳定；重现性好
随着社会需求的不断增长，电化学工业在 国民经济中的地位将日益提高。虽然目前世界 能源较紧张，较难全面地、大规模地发展电化 学工业生产，但是随着核能和太阳能的广泛开 发和利用，随着对环境保护的要求越来越严格， 许多传统的化工过程和冶金过程可望由电化学 过程所替代。电化学应用前景将越来越宽广。
0.3 本课程的学习要求
0.1.3 电化学的研究领域
电化学是一门重要的边缘学科，它 与化学领域中其它学科、电子学、固体 物理学、生物学等学科有密切的联系， 产生了众多分支学科。
这些学科涉及能源、材料、生命以 及环境等重大问题的研究。电化学将是 21世纪的一门绿色化学和热门科学， 其中与能源、生物、环境、纳米材料有 关的电化学成为研究的热点。
与系统的其他部分之间有界面隔开的均匀部
分，叫做“相”。
电极系统定义
如果系统由两个相组成，一个相是电子 导体，叫做电子导体相，另一个相是离 子导体，叫做离子导体相，且有电荷通 过它们互相接触的界面，即有电荷在这 两个相之间转移，这个系统就叫做电极 系统。
通常是金属与电解质溶液构成的电极系 统。
1.1.1.3 常见的几类电极系统
●电化学动力学-即电极过程动力学 研究电化学反应的速度与反应机理。
★������ ★������ ★������ ★������ 法； ★������ ★������ 1905年Tafel方程； 1930年Butler-Volmer方程； 1933年双电层对活化过程的影响； 1932~1938年混合电位下的速度论方
0.1.2 电化学的发展
●
电化学热力学（19世纪-20世纪初） 研究平衡状态下的电化学体系， 涉及的主要问题是化学能与电能之间转 换的规律。（电源、电解、电合成，法 拉第定律、能斯特方程、电解质溶液特 性、界面结构等）
★意大利的解剖学家Luigi Galvani在解剖青蛙 时发现，不同金属的两端接触青蛙时有电流通 过，这种电流称为动物电(1791年)。 ★这个现象被同国的物理学家Alessandro Count Volta进行了补充实验，于1799年发明 了第一个原电池， 1800年3月被证实为Volta电 堆。这种电池称为Galvani (伽伐尼)电池，电 动势的单位称为Volta (使电流流动的力)。这个 电池的发明使利用电动势和电流方面的研究成 为可能。 ★1800年，英国的William Nicholson及Sir Anthony Carlisle做了水电解的研究工作。 ★1807年，Sir Humphry Davy用电解制备碱 金属，得到钠和钾。
备注：常见的电解池有单室、双室和三室
电化学研究中的几种电解池
Electrode:
working electrode (WE) A counter electrode (CE) B reference electrode (RE) C
§1.2 电极过程热力学
众所周知，通过对一个体ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ热力学研究能够知道 一个化学反应在指定的条件下可进行的方向和可达到 的限度。化学能可以转化为电能(或者反之），如果 一个化学反应在设计的电池中进行，通过热力学研究 同样能够知道该电池反应对外电路所能提供的最大能 量。这就是电化学热力学所研究的内容。
★1849年，科尔贝(Kolbe)电解戊酸水溶液 得到辛烷。 ★1859年，普兰特发明了铅酸电池； ★1870年发明了发电机后，电解获得实际应用， 出现了电解制铝、氯碱、H2和O2； ★1887年，阿仑尼乌斯提出电离学说。电解质 溶液性质的研究。 ★1889年，提出能斯特方程。 ★1879年，提出Helmholtz固定双电层模型； ★1909~1913年，提出Gouy-Chapman扩散 双电层模型；1924年，Stern固定扩散双电层 模型；1947年，发现双电层特性吸附现象； 1963年提出了具有特性吸附的双电层模型。
(3)电池：例如锌锰电池、铅酸电池、镉镍电 池、锂电池、燃料电池、太阳能电池； (4)金属腐蚀和防护：采取有效的保护措，例 如电化学保护、缓蚀剂；
(5)表面精饰：包括电镀、阳极氧化、电泳涂漆 等； (6)电解加工：包括电成型(电铸)、电切削、电 抛磨； (7)电化学分离技术：例如电渗析、电凝聚、电 浮离等应用于工业生产或废水处理； (8)电分析方法：在工农业、环境保护、医药卫 生等方面的应用。 上述无机物、有机物和金属的电解制备统称 为电解工业。电解和电池是两个规模庞大的电 化学工业体系。
(2)、电极在平衡条件下工作
平衡条件是通过电极的电流等于零或者电流无限小。 只有在这种条件下，电极上进行的氧化反应和还原反 应的速率才被认为是相等的
2.可逆电极的电势 可逆电极电势，即平衡电势或平 衡电极电势。任何一个平衡电极电势都 是相对与一定的电极反应而言的：
氧化态+ze-
ik ia
还原态
当正向反应速率（还原反应）ik与逆向反应 速率（氧化反应）ia相等时，电极反应中的 物质交换和电荷交换才是平衡的。电极处 于平衡状态。通常以符号 e 表示某一电 极的平衡电势。
★1820年，丹麦的物理学家Hans Christian Oersted发现了电流的电磁作用， Davy的学 生Although Michael Farady做了补充实验， 于1831年发现了电磁感应现象。这一发现使得 Siemens得到启发，发明了发电机。 ★1833年， Farady提出了著名的法拉第定律， 其后与科学史学家Willam Whewell一起提出 了有关电化学的术语（阴离子、阴极、阳离子、 阳极、电极、电解等）。 ★1837年，雅可比发明电铸技术，随后用于精 炼铜。 ★1839， Grove由电解水得到启发，发明氢氧 燃料电池。
★ 电极、电解液和隔膜
电极：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。 化学电源分为正、负极，电解池分为阴阳极。
1.1.2 隔膜（Separator)
分割阳极区和阴极区，保证两个极产生 的产物不互相接触和干扰。 化学电源的重要组成部分，直接影响化 学电源的性能。
1.1.3 电解液（Electolyte)
zFE GT ,P Wf ,max 非膨胀功
其中z为电极反应中电子的计量系数。
桥梁公式:
( r G )T , P , R Wf,max nEF nEF ( r Gm )T , P , R zEF
0.1.1 电化学的定义
★研究物质的化学性质或化学反应与电的关系 的科学。 ★电化学是研究电与化学变化之间的关系，即 立足于物质与电流的磁、热、化学作用。
★研究电能与化学能相互转化及转化过程规律 的科学。 ★研究电化学平衡（热力学范畴）与电化学反 应速度（动力学范畴）的科学。
★������ 研究带电界面上所发生现象的科学。 ★������ 研究载流子（电子、空穴、离子）在电 化学体系（特别是离子导体和电子导体的相界 面及其邻近区域）中的输运和反应规律的科学。 如把将来的展望考虑进去，科学家提出应将 电化学定义为： ★控制离子、电子、量子、导体、半导体、介 电体间的界面及本体溶液中荷电粒子的存在和 移动的科学技术。 对于电化学是什么的命题，可以说目前还 没有一个确切的说法。从不同的角度可以 给出不同的定义。
原理、基本方程等基础理论知识。 ★ （2）可以灵活运用上述电化学的基础理 论，进行简单的问题分析。 ★ （3）了解常见电化学工业的工艺与原理。
内容
第一章 应用电化学基础 第二章 电催化过程 第三章 化学电源 第四章 金属表面精饰
第五章 无机物的电解工业
第六章 有机物的电解工业
第七章 电化学传感器
第一章
应用电化学基础
主要内容
电化学体系的基本单元 电化学过程热力学 非法拉第过程及电极/溶液界面的性能 影响电极反应速度的因素 电化学研究方法
§1.1 电化学体系的基本单元
★ 1.1.1
电极系统
两类导体 ★ 1.1.2 电极系统及其特点 ★ 1.1.3 常见的几类电极系统 ★ 1.1.4 电极的含义及分类
电极间电子传递的媒介。 组成：溶剂和电解质盐 分类：水溶液体系、有机溶剂体系和熔 融盐体系
电解池的设计与安装
电极、电解液和连通的容器，电解 池设计特点： 电解池的体积不宜太大 工作电极和辅助电极最好分腔放置 参比室有一个液体密封帽 需要惰性气体保护，预留气体的进出口 根据需要考虑恒温装置和搅拌装置。
电分析化学：电化学与分析化学 有机电化学：电化学与有机化学 催化电化学：电化学与催化 纳米材料电化学：电化学与纳米材料
电化学研究领域横跨纯自然科 学（理学）和应用自然科学（工程、 技术）两大方面，而且各个领域都 建立在共同的基础之上，即理论电 化学。
0.2 应用电化学涉及的领域
电化学应用范围很广，远远超出化学领域， 电化学的实际应用大致分为： (1)电合成无机物和有机物：例如氯气、氢氧 化钠、高锰酸钾、己二腈、四烷基铅； (2)金属的提取与精炼：例如熔盐电解制取 铝、湿法电冶锌、电解精炼铜；
★ 1.1.1
隔膜 ★ 1.1.3 电解液
★ 1.1.2
1.1.1.1 两类导体
1.1.1.2 电极系统及其特点
系统、环境与相
★被划定的研究对象称为系统，亦称为体系。
★与系统通过物理界面或假想的界面相隔开，
与系统密切相关、有相互作用或影响所能及
的部分称为环境。
★由化学性质和物理性质一致的物质组成的、
1.1.1.4 电极的含义及分类
电极分类
工作电极（working electrode (WE)），又称研究电极，研 究的反应在该电极上发生。工作电极的基本要求：电极自 身反应不影响电化学反应，工作电位区域宽；电极稳定， 不与溶剂发生反应；电极表面积适中；电极表面均一、平 滑，净化简单。 辅助电极（counter electrode (CE)），又称对电极，和工 作电极组成回路。辅助电极的基本要求：电极比表面积大， 本身电阻要小，不容易极化。 参比电极（reference electrode(RE)），一个已知电势接近 理想不极化的电极，参比电极基本上没有电流通过，用于 测定工作电极的电极电势。参比电极的基本要求：可逆电 极，其电极电势复合Nerst方程；电极电势稳定；重现性好
随着社会需求的不断增长，电化学工业在 国民经济中的地位将日益提高。虽然目前世界 能源较紧张，较难全面地、大规模地发展电化 学工业生产，但是随着核能和太阳能的广泛开 发和利用，随着对环境保护的要求越来越严格， 许多传统的化工过程和冶金过程可望由电化学 过程所替代。电化学应用前景将越来越宽广。
0.3 本课程的学习要求
0.1.3 电化学的研究领域
电化学是一门重要的边缘学科，它 与化学领域中其它学科、电子学、固体 物理学、生物学等学科有密切的联系， 产生了众多分支学科。
这些学科涉及能源、材料、生命以 及环境等重大问题的研究。电化学将是 21世纪的一门绿色化学和热门科学， 其中与能源、生物、环境、纳米材料有 关的电化学成为研究的热点。
与系统的其他部分之间有界面隔开的均匀部
分，叫做“相”。
电极系统定义
如果系统由两个相组成，一个相是电子 导体，叫做电子导体相，另一个相是离 子导体，叫做离子导体相，且有电荷通 过它们互相接触的界面，即有电荷在这 两个相之间转移，这个系统就叫做电极 系统。
通常是金属与电解质溶液构成的电极系 统。
1.1.1.3 常见的几类电极系统
●电化学动力学-即电极过程动力学 研究电化学反应的速度与反应机理。
★������ ★������ ★������ ★������ 法； ★������ ★������ 1905年Tafel方程； 1930年Butler-Volmer方程； 1933年双电层对活化过程的影响； 1932~1938年混合电位下的速度论方
0.1.2 电化学的发展
●
电化学热力学（19世纪-20世纪初） 研究平衡状态下的电化学体系， 涉及的主要问题是化学能与电能之间转 换的规律。（电源、电解、电合成，法 拉第定律、能斯特方程、电解质溶液特 性、界面结构等）
★意大利的解剖学家Luigi Galvani在解剖青蛙 时发现，不同金属的两端接触青蛙时有电流通 过，这种电流称为动物电(1791年)。 ★这个现象被同国的物理学家Alessandro Count Volta进行了补充实验，于1799年发明 了第一个原电池， 1800年3月被证实为Volta电 堆。这种电池称为Galvani (伽伐尼)电池，电 动势的单位称为Volta (使电流流动的力)。这个 电池的发明使利用电动势和电流方面的研究成 为可能。 ★1800年，英国的William Nicholson及Sir Anthony Carlisle做了水电解的研究工作。 ★1807年，Sir Humphry Davy用电解制备碱 金属，得到钠和钾。
备注：常见的电解池有单室、双室和三室
电化学研究中的几种电解池
Electrode:
working electrode (WE) A counter electrode (CE) B reference electrode (RE) C
§1.2 电极过程热力学
众所周知，通过对一个体ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ热力学研究能够知道 一个化学反应在指定的条件下可进行的方向和可达到 的限度。化学能可以转化为电能(或者反之），如果 一个化学反应在设计的电池中进行，通过热力学研究 同样能够知道该电池反应对外电路所能提供的最大能 量。这就是电化学热力学所研究的内容。
★1849年，科尔贝(Kolbe)电解戊酸水溶液 得到辛烷。 ★1859年，普兰特发明了铅酸电池； ★1870年发明了发电机后，电解获得实际应用， 出现了电解制铝、氯碱、H2和O2； ★1887年，阿仑尼乌斯提出电离学说。电解质 溶液性质的研究。 ★1889年，提出能斯特方程。 ★1879年，提出Helmholtz固定双电层模型； ★1909~1913年，提出Gouy-Chapman扩散 双电层模型；1924年，Stern固定扩散双电层 模型；1947年，发现双电层特性吸附现象； 1963年提出了具有特性吸附的双电层模型。
(3)电池：例如锌锰电池、铅酸电池、镉镍电 池、锂电池、燃料电池、太阳能电池； (4)金属腐蚀和防护：采取有效的保护措，例 如电化学保护、缓蚀剂；
(5)表面精饰：包括电镀、阳极氧化、电泳涂漆 等； (6)电解加工：包括电成型(电铸)、电切削、电 抛磨； (7)电化学分离技术：例如电渗析、电凝聚、电 浮离等应用于工业生产或废水处理； (8)电分析方法：在工农业、环境保护、医药卫 生等方面的应用。 上述无机物、有机物和金属的电解制备统称 为电解工业。电解和电池是两个规模庞大的电 化学工业体系。
(2)、电极在平衡条件下工作
平衡条件是通过电极的电流等于零或者电流无限小。 只有在这种条件下，电极上进行的氧化反应和还原反 应的速率才被认为是相等的
2.可逆电极的电势 可逆电极电势，即平衡电势或平 衡电极电势。任何一个平衡电极电势都 是相对与一定的电极反应而言的：
氧化态+ze-
ik ia
还原态
当正向反应速率（还原反应）ik与逆向反应 速率（氧化反应）ia相等时，电极反应中的 物质交换和电荷交换才是平衡的。电极处 于平衡状态。通常以符号 e 表示某一电 极的平衡电势。
★1820年，丹麦的物理学家Hans Christian Oersted发现了电流的电磁作用， Davy的学 生Although Michael Farady做了补充实验， 于1831年发现了电磁感应现象。这一发现使得 Siemens得到启发，发明了发电机。 ★1833年， Farady提出了著名的法拉第定律， 其后与科学史学家Willam Whewell一起提出 了有关电化学的术语（阴离子、阴极、阳离子、 阳极、电极、电解等）。 ★1837年，雅可比发明电铸技术，随后用于精 炼铜。 ★1839， Grove由电解水得到启发，发明氢氧 燃料电池。
★ 电极、电解液和隔膜
电极：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。 化学电源分为正、负极，电解池分为阴阳极。
1.1.2 隔膜（Separator)
分割阳极区和阴极区，保证两个极产生 的产物不互相接触和干扰。 化学电源的重要组成部分，直接影响化 学电源的性能。
1.1.3 电解液（Electolyte)
zFE GT ,P Wf ,max 非膨胀功
其中z为电极反应中电子的计量系数。
桥梁公式:
( r G )T , P , R Wf,max nEF nEF ( r Gm )T , P , R zEF
0.1.1 电化学的定义
★研究物质的化学性质或化学反应与电的关系 的科学。 ★电化学是研究电与化学变化之间的关系，即 立足于物质与电流的磁、热、化学作用。
★研究电能与化学能相互转化及转化过程规律 的科学。 ★研究电化学平衡（热力学范畴）与电化学反 应速度（动力学范畴）的科学。
★������ 研究带电界面上所发生现象的科学。 ★������ 研究载流子（电子、空穴、离子）在电 化学体系（特别是离子导体和电子导体的相界 面及其邻近区域）中的输运和反应规律的科学。 如把将来的展望考虑进去，科学家提出应将 电化学定义为： ★控制离子、电子、量子、导体、半导体、介 电体间的界面及本体溶液中荷电粒子的存在和 移动的科学技术。 对于电化学是什么的命题，可以说目前还 没有一个确切的说法。从不同的角度可以 给出不同的定义。