第3章 电解合成
《电解合成》课件
铝的电解合成
利用电解氧化铝的方法，在阴极上获得金属铝。
3
镁的电解合成
通过电解熔融氯化镁，在阴极上获得金属镁。
有机化合物的电解合成
乙炔的电解合成
在加压条件下，电解食盐和 氢氧化钙的混合溶液，生成 乙炔和氢气。
甲醇的电解合成
通过电解甲醇水溶液，获得 甲醇和氢气。
电解合成的应用领域
电解合成在有色金属、稀有金属 、贵金属等领域有广泛应用，如 铜、镍、钴、金、银等金属的制
备。
电解合成还可应用于有机化学领 域，如电解还原反应、电化学氧 化反应等，可用于合成有机化合
物和药物等。
此外，电解合成还可应用于环保 领域，如废水处理、重金属回收
等。
02
电解合成的基本原理
电化学基础
操作条件
控制电解槽的操作温度、 压力、电流密度等参数， 确保电解反应的顺利进行 。
电解液的选择与优化
电解液成分
根据电解反应的要求，选 择合适的电解质和添加剂 ，如硫酸、氢氧化钠、甘 油等。
电解液浓度
优化电解液的浓度，以提 高电解反应的效率和产物 的纯度。
电解液稳定性
选择稳定性好的电解液， 以降低电解过程中的副反 应和腐蚀问题。
电解合成是一种高效、环保的化学合成方法，具有操作简便、能耗低、产物纯度 高、副产物少等优点。
电解合成的历史与发展
01
电解合成起源于19世纪初，随着 工业革命的发展，电解合成逐渐 成为一种重要的化学合成方法。
02
近年来，随着环保意识的提高和 新能源技术的不断发展，电解合 成技术也在不断创新和完善，应 用领域不断扩大。
02
对电解过程中产生的废弃物进行妥善处理，并探索资源化利用
材料合成与制备期末复习题
材料合成与制备期末复习题第零章绪论1.材料合成:材料合成是指促使原子或分子构成材料的化学或物理过程;2.材料制备:材料制备是指研究如何控制原子与分子使其构成有用的材料，但材料制备还包括在更为宏观的尺度上控制材料的结构，使其具备所需的性能和使用效能。
3.材料合成与制备的最终目标是:制造高性能、高质量的新材料以满足各种构件、物品或仪器等物件的日益发展的需求。
4.材料合成与制备的发展方向:材料的高性能化、复合化、功能化、低维化、低成本化、绿色化;5.影响热力学过程自发进行方向的因素:(1)能量因素;(2)系统的混乱度因素; 6.隔离系统总是自发的向着熵值增加的方向进行。
7.论述反应速率的影响因素:(1)浓度对反应速率的影响:对于可逆反应，增加反应物浓度可以使平衡向产物方向移动，因此，提高反应物浓度是提高产率的一个办法，但如果反应物成本很高，将反应物之一在生成后立即分离出去或转移到另一相中去，也是提高反应产率的一个很好的办法。
对于有气相的反应，如果反应前后气体物质的反应计量数不等，则增加压力会有利于反应向气体计量数小的方向进行。
另外，对于多个反应同时进行的反应，则应按主反应的情况来控制反应物的配比;(2)温度对反应速率的影响:对于一个可逆反应，正反应吸热，则逆反应就放热;如果正反应放热，则逆反应就吸热，升高温度有利于反应向吸热方向进行，不利于放热反应;对于放热反应，用冷水浴或冰浴使其降温的办法有利于反应的进行，但影响反应速率。
实际生产中，要综合考虑单位实际内的产量和转化率同时进行;(3)溶剂等对反应速率的影响:溶剂在反应中的作用:一是提供反应的场所，二是发生溶剂化效应。
溶剂最重要的物理效应即溶剂化作用，化学效应主要有溶剂分子的催化作用和容积分子作为反应物或产物参与了化学反应。
若溶剂分子与反应物生成不稳定的溶剂化物，可使反应的活化能降低，加快反应速率;若生成稳定的溶剂化物，则使反应活化能升高，降低反应速率;若生成物与溶剂分子生成溶剂化物，不论它是否稳定，都会使反应速率加快。
现代无机合成化学-电解合成
熔盐在无机合成中的应用
• 合成新材料； • 非金属元素的制取； • 氟化物的合成； • 非常规价态化合物的合成；
熔盐在冶金中的应用
• 在电解过程中作为电解质； • 在热还原过程中作为助溶剂； • 各种熔盐制备与处理工艺。
熔盐在能源领域及太阳能领域中 的应用
• 用于金属铀、钍、钚及其它锕系元素的制备；
（可能）由于表面吸附抑制晶核长大而促进新晶核生成；
• 金属离子的配位作用 —— 添加配合物有助于改善产物
沉积状态。
电解装置
1. 阳极
电解提纯：阳极为目标产物的粗制品； 电解提取：使用不溶性阳极。
2. 阴极：
1. 能够高效回收所析出的金属； 2. 面积大于阳极（10 ~ 20 ％）；
3. 隔膜：用于分隔阳极与阴极。
阳极反应获得目标产物。
具有极强氧化性的物质 —— O3，OF2，等等；
• 应用 普通方法难于合成的高价态化合物 —— 三价Ag，Cu，等等；
特殊高价元素的化合物 —— 过二硫酸，过二硫酸盐，H2O2， 等等。
• 注：所得产物均具有强氧化性，反应活性高且不稳定，应
注意选择电解设备、材质和反应条件。
电还原合成
E槽＝E可逆 + ∆E不可逆 + IR1 + IR2
6.1 水溶液中的电解
• 金属电沉积：是指在电场作
用下，金属从电解质中以晶
体形式析出的过程，又称电 结晶。
电解精炼
电镀
电沉积 电提取
要求沉积金属与基体结合牢 固，结构致密，厚度均匀
反应目的
• 获得不易购买的特殊金属； • 比市售品纯度更高的金属； • 粉状或其它特殊形状和性能的金属； • 由废料中回收金属。
无机答案第3章 化学热力学基础
kJ·mol-1.
计算反应
4NH3(g)
+
3O2(g)
→
2N2(g)
+
6H2O(g)的
Δ
r
H
O m
.
1
11．已知下列键能数据
键 N N N－C1 N－H C1－C1 C1－H H－H
EA-B ⁄ (kJ·mol-1) 945
201
389
243
431 436
（1）求反应
2 NH3（g）+3Cl2（g）= N2（g）+ 6HCl(g)
答（1）是 （2）以铜为体系：是；以铜和氧气为体系：不是
3-2 一体系由 A 态到 B 态，沿途径 I 放热 100J，对体系作功 50J。问 （1） 由 A 态沿途径 II 到 B 态，体系作功 80J，其 Q 值为多少？ （2） 如体系再由 B 态沿途径 III 回到 A 态得到 50 J 的功，体系吸热还是放热？Q 值为 多少?
3．下列过程中，带点部分为系统，写出功和热的正负号。 （1）将水．和．水．蒸．气．贮于一恒容金属箱中，将其放在炉火上加热，温度、压力都升高； （2）一恒容绝热箱中，H2 和 O2 混．合．气．体．通电火花使其化合（电火花能量不计）； （3）H2 和 O2 混．合．气．体．在大量水中成一气泡，通电火花使其化合（电火花能量不计）。
17．已知 2H2O(g)→2H2(g)+O2(g)
Δ
r
H
O m
= 483.6 kJ·mol-1，下列热化学方程式中正确的是
(A) 2H2(g) +O2(g) →2H2O(g)
Δ
r
H
O m
= 483.6 kJ·mol-1；
(整理)第3章镍电极材料
精品文档第3章镍电极材料镍电极的研究和应用有着悠久的历史。
早在1887年，Desmazures、Dun和Hasslacher就讨论了氧化镍作为正极活性物质在碱性电池中应用的可能性。
广泛使用的Cd/Ni、H2/Ni、Zn/Ni、Fe/Ni电池，以及近年来为消除镉污染而迅速发展起来的新型金属氢化物镍（MH-Ni）电池，都以镍电极作为正极。
特别是金属氢化物镍电池目前仍具有很高的商业价值，因此，对高容量、高活性镍正极物质的研制具有重要现实意义。
对氧化镍正极核心组分Ni(OH)2的研究，包括氧化镍电极的发展历史、Ni(OH)2及NiOOH各种结构之间的电化学转化过程、Ni(OH)2的制备方法以及氧化镍电极添加剂等，大大促进了镍系列碱性蓄电池的发展。
3.1镍电极的发展Ⅱ传统氢氧化镍电极充放电循环在β-Ni(OH)2和β-NiOOH之间进行。
在βⅢβ循环中活性物体积变化较小，并且β-NiOOH的电导率比β-Ni(OH)2的高5个数量级。
充电时由于生成β-NiOOH而使电导率逐渐增加，所以，不存在导电问题，但放电时充电态物质可被逐渐增多的、导电性差的放电态物质隔离，因而影响了Ⅱ放电效率。
通过控制电极组成和使用多种添加剂如Co和Zn，可使βⅢβ循环顺利进行。
另外，可以采取相应的预防措施来保证电极活性物质的导电性，限制电极膨胀。
近年来，电极制造工艺不断得到改进，氢氧化镍电极经历了袋式电极、穿孔金属管、烧结镍板、塑料黏结式、泡沫镍及纤维式镍电极等阶段。
烧结镍板电极技术的发明和应用在镍电极发展史上具有重要的作用和意义，但这种结构的镍电极生产工艺复杂，成本较高。
以质量轻、孔隙率高的泡沫镍做基体的泡沫镍涂膏式镍电极比容量高，适宜做MH-Ni 电池的正极。
镍纤维、镀镍钢纤维、镀镍石墨纤维基体因其孔径微小(约50μm)而更受青睐。
此类基体孔隙率高达95%，具有高比容量和高活性，强度好，质量轻等优点。
最初采用阴极浸渍法向泡沫镍基板中填充活性物质，现在使用较多的是将Ni(OH)2以泥浆形式与基板混合，称为“悬浮浸渍技术”。
材料合成与制备
第1章溶胶－凝胶法(Sol-gel method)⏹胶体:分散相粒径很小的胶体体系,分散相质量忽略不计,分子间作用力主要为短程作用力.⏹溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～100nm之间。
⏹凝胶（Gel）是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间。
⏹溶胶－凝胶法：就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂。
凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。
⏹水解度：是水和金属醇盐的物质的量之比。
⏹老化时间：从凝胶开始到凝胶干燥前的时间称为老化时间⏹利用溶胶凝胶法制备陶瓷粉体材料所具有的优点？1.工艺简单,无需昂贵设备;2.对于多组元系统,该法可以大大增加化学均匀性;3.易于控制,凝胶微观结构可调控;4.掺杂范围广,化学计量准确,易于改性;5产物纯度高,烧结温度低.第二章水热与溶剂热合成⏹水热法(Hydrothermal Synthesis)，是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热至临界温度（或接近临界温度），在反应体系中产生高压环境而进行无机合成与材料制备的一种有效方法。
⏹溶剂热法（Solvothermal Synthesis）：将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒（例如：有机胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用类似于水热法的原理，以制备在水溶液中无法长成，易氧化、易水解或对水敏感的材料。
⏹原为结晶：当选用常温常压下不可溶的固体粉末、凝胶或沉淀为前驱物时，如果前驱物和晶相的溶解度相差不是很大时，或者“溶解-结晶”的动力学速度过慢，则前驱物可以经过脱去羟基（或脱水），原子原位重排而转变为结晶态。
化学“电解池”基础知识详解
化学“电解池”基础知识详解一、电解池的基本概念：1、电解池的主要应用用于工业制纯度高的金属，是将电能转化为化学能的一个装置（构成：外加电源，电解质溶液，阴阳电极）。
使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在阴，阳两极引起还原氧化反应的过程。
2、通过电流使电解质溶液发生电解反应的装置。
电解池的主要部件：电源（直流电）、电解质溶液（含有可以导电的离子）、电极（插入电解质溶液中，导电并发生氧化还原反应）。
3、电解池的反应原理：在电解池中，电流通过电解质溶液时，正离子向阴极移动，负离子向阳极移动，从而形成电流。
在电极上，发生氧化还原反应，电子通过导线从电源流向电解池。
二、电解定义：1、电解是使电流通过电解质溶液（或者是熔融的电解质）而在阴、阳两极引起还原氧化反应的过程。
2、电解过程中的能量转化（装置特点）阴极一定不参与反应不一定是惰性电极；阳极不一定参与反应也不一定是惰性电极。
三、反应条件：1、连接直流电源2、阴阳电极：与电源负极相连为阴极；与电源正极相连为阳极。
3、两极处于电解质溶液或熔融电解质中。
4、两电极形成闭合回路。
四、电极反应：1、电极反应与电源的正极相连的电极称为阳极。
2、物质在阳极上失去电子，发生氧化反应。
3、阳极反应式：简记为阳氧；与电源的负极相连的电极成为阴极。
物质在阴极上得到电子，发生还原反应。
4、阴极反应式：简记为阴还（阴还）。
五、分析电解过程的思维程序：1、⾸先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
2、再分析电解质⾸溶液的组成，找全离⾸并分阴、阳两组(不要忘记⾸溶液中的H+和OH-)。
3、然后排出阴、阳两极的放电顺序：①、阴极：阳离⾸放电顺序Ag+→Fe3+→Cu2+→H+(酸)→Fe2+→Zn2+→H+(⾸)→Al3+→Mg2+→Na+→Ca2+→K+。
②、阳极：活泼电极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离⾸。
4、分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原⾸守恒和电荷守恒。
无机合成化学ppt课件
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
4.1.1
概念与实例
⑴ 概念
水热-溶剂热合成是指温度为100～1000 ℃、压力为 1MPa～1GPa 条件下利用水溶液中物质化学反应所进行 的合成。在亚临界和超临界水热-溶剂热条件下,由于反应 处于分子水平,反应性提高,因而水热-溶剂热反应可以说扩 充了高温固相反应。又由于水热-溶剂热反应的均相成核 及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同,因而可以 创造出其他方法无法制备的新化合物和新材料。
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
本章将系统而简洁地介绍水热溶剂热合成、无水无氧合成和电解 合成三种合成方法，以及它们的一 些重要应用。
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
Nd2O3 + H3PO4 → NdP5O14 CaO·nAl2O3 + H3PO4 → Ca(PO4)3OH + AlPO4 La2O3 + Fe2O3 + SrCl2 → (La, Sr)FeO3 FeTiO3 + KOH → K2O·nTiO2 (n = 4, 6)
有机物的电解合成
有机电合成的若干发展方向
• 随着电解槽、电极、隔膜等新材料的开发，利用电解合成化学品的 开发研究更加活跃。近十年来国内外主要研究动向有： • 1. 发展电解中特有的反应 • 例如己二睛的电解还原合成等，反应选择性高，有竞争力并已工业 化。 • 2. 发展能缩短工艺过程的有机电合成 • 例如，对氨基苯甲醚的合成： • 采用化学合成，需三步工艺如下：
有机电合成的主要类型
• 按电极反应在整个有机合成过程中的作用及地位，可将有机电合成分 为两大类； • • (1) 直接有机电合成 有机合成反应直接在电极表面完成。 (2) 间接有机电合成 有机物的氧化(或还原)反应，仍采用氧化剂(或 还原剂)，用传统的化学方法进行。但氧化剂(或还原剂)在反应后以电 化学方法(电解氧化成电解还原 )再生后反复使用。间接有机电合成只 限于有机物的氧化成还原。
实现了工业化，研究品种日益增多，与世界先进水平的差距逐步缩小。
“原子经济性”
• 面对环境、 能源、 资源与可持续发展等问题日益峻的形势，绿色化学 已经提到了议事日程。绿色化学要求合成反应应当符合 “ 原子经济 性” ，应最大限度地利用原料分子的每个原子，使之结合到目标分子 中，达到零排放。 • 有机电合成就完全符合 “原子经济性”要求，它是把电子作为试剂(世 界上最清洁的试剂 )，通过电子得失来实现有机化合物合成的一种新技 以“ 原子经济性 ”为目的额定绿色合成将成为这一前沿学科的重要分 支之一。 • 从本质来说 ,有机电合成很有可能会消除传统有机合成产生环境污染的 根源。
电解 2＋ Zn Zn 氧化 O 2 N - Ph - COOH 6H NH2 - Ph - COOH 2H2O
• 其电流效率约为80％，比直接法高得多。 • (2) 间接电氧化：例如，甲苯的氧化可停留在苯甲醛的阶段：
有机物的电解合成
• 近10年来，我国有机电化学合成领域也得到较大发展，有10多个产品 实现了工业化，研究品种日益增多，与世界先进水平的差距逐步缩小。 我国也于20世纪80年代初建立了第一套工业化生产装置――L半胱氨酸 盐酸盐水合物的合成。
• (1) 直接有机电合成 有机合成反应直接在电极表面完成。
• (2) 间接有机电合成 有机物的氧化(或还原)反应，仍采用氧化剂(或 还原剂)，用传统的化学方法进行。但氧化剂(或还原剂)在反应后以电 化学方法(电解氧化成电解还原)再生后反复使用。间接有机电合成只 限于有机物的氧化成还原。
直接有机电合成反应的分类
2CH 2 CHCN 2H 2e CH 2 CHCN 2
电化学合成法规模效益小，但对小规模生产还是比较有利的：而且通 过调节电压、电流，反应易控制。虽然电的价格较高，对于生产少量、 多品种的精细化工产品来说，采用电化学方法还是很合适的。
“古老的科学，崭新的技术”
• 有机电化学合成与其它学科一样，也是在生产力不断发展的基础上 成长起来的。
• 早在19世纪初期，Rheinold发现电是一种强有力的氧化剂和还原剂， 已经用稀醇溶液进行电解反应的研究。
• 媒质铈离子能反复循环使用，它实际上起着催化剂的作用解法 • 电化学反应易在水相中进行，在水相电导率高，槽电压低，降低能
耗，而产品常留在有机相中，易分离，在经济上有利。例如，电合 成己二腈，原料丙烯腈微溶于水，则以7％的浓度配成水相，加12％ 的季胺盐进行电还原，阴极反应为：
有机电合成方法与精细化工
医药品、香料、农药等称为精细化学品，是高附加值的产品，这类产 品一直用有机合成和发酵法生产，后来才认识到对这些精细化学品采 用电解合成的过程是极为有效的。
第三章高分子电解质-1
2 高分子化学反应法
（１）聚丙烯酰胺(PAM)
• （２）聚乙烯醇(PVA)
（３）聚苯乙烯（ps)
• 与甲醛和盐酸 反应制备氯甲 基化的聚苯乙 烯，然后再与 阳离子化试剂 如叔胺、硫醚 或三烷基膦进 行反应制备可 用作絮凝剂的 阳离于型改性 物
（４）聚氯乙烯(PVC)
聚丙烯腈(PAN) 聚丙烯酸酯类 天然高分子如淀粉、纤维素、甲壳素、本质素等
1.两性高分子的溶解性
等电点时，两性高分子分子链上同时 有正负电荷存在，如果它们有机会接 触并形成盐键，则会导致高分子溶解 性下降。 这种接触机会是交替>嵌段>无规，但 溶解性还受其他因素影响。 接近等电点时，在水中溶解性变差是 大多数等电点时， 其比浓粘度 (ηsp/C)与浓度 (C)呈线性关系， 同非离子性高分 子相同。
• （2）游离基的转移
• （3）接枝共聚反应
• 随着链游离基的转移，链不断增长 ，最后得到如下式的理想结构：
• 如果以B代表丙烯酰胺分子， 上式可以写成：
（4）链的终止。 在接枝共聚反应中，随着聚合物的生成，体系的物 理状态从流动的液态转变为粘稠的固体物，体积收 缩，比重增大，当聚合反应达到一定的时间后，如 果把接枝共聚温度突然降低，链增长过程就会自动 停止，最后得到一可溶于水的粘性聚合物。
• • • • n代表高分子电解质的离解基团间相互作用力大小的常数 分子中相邻基团间强烈的作用 聚甲基丙烯酸的n值为2.3，聚丙烯酸n值为2.2 高分子离子的静电场限制抗衡离子的流出,使分子链周围的 的抗衡离子比低分子酸多,使平衡向非离解方向移动。pKa和 n值较大。
2.高分子电解质溶液的粘度
当高分子电解质溶解在非离子化溶剂中，如聚 丙烯酸-二氧六环溶液，具有与通常高聚物相似 的溶液性质；但在离子化溶剂中，如聚丙烯酸 钠-水溶液，则由于离子化使其性质与通常高聚 物溶液性质有很大差异。将溶液无限稀释，高 分子离子会逐渐变成完全伸直的棒状分子。
第三章 水、电解质紊乱(3-1)
第三章 水、电解质紊乱(3-1)第一节 水、钠代谢紊乱 一、 正常的水、钠代谢 （一） 体液的容量和分布【体液】 体内的水和溶解在其中的电解质、低分子有机化合物以及蛋白质等组成。
细胞外液血浆 5%ECF 组织间液 15% 细胞内液ICF体液总量的分布受年龄、性别、胖瘦影响。
新生儿、男性、瘦者体液总量多。
（二）体液的电解质成分 【电解质(Electrolyte )】：以离子状态溶于体液中的各种无机盐或有机物。
Na +1、ICF 和ECF ，电解质成分差异大;2、血浆和组织间液，电解质构成和数量大致相等，但蛋白质含量差异大；3、各部分体液，阳离子与阴离子数的总和相等，保持电中性。
（二） 体液的渗透压——等渗 【 渗透压】：取决于溶质的分子或离子的数目，主要是电解质。
血浆渗透压280～ 310mmol/L ，在此范围内称等渗。
细胞内液与细胞外液渗透压基本相等。
正常时：血管内外、细胞内外的渗透压是相等的。
失衡时→再平衡：低渗溶液中的水向高渗溶液流动。
(四) 水的生理功能和水平衡 1、水的生理功能①促进物质代谢 ②调节体温 ③润滑 ④其他 2、水平衡1）细胞内外水的运动水自由通过 ，蛋白质、Na ＋、K ＋、Ca2+等不能自由通过。
2）血管内外水的运动蛋白质等大分子物质受限,水和电解质自由交换。
3）体内外水的运动摄入=排出水促进物质代谢、调节体温、润滑作用、使肌肉坚实柔韧。
（五）电解质的生理功能和钠平衡电解质的生理功能·维持体液的渗透平衡和酸碱平衡·维持静息电位·参与细胞动作电位的形成·参与新陈代谢和生理功能活动钠平衡钠主要由肾脏排出，具有“多吃多排，少吃少排，不吃不排”的特点。
（六）体液容量及渗透压的调节水、钠变化→细胞外液容量及渗透压变化→神经-内分泌系统调节1. 渴感——饮水增加2.水的移动调节渗透压渗透压感受器通过细胞皱缩的变化而兴奋。
3.激素调节——抗利尿激素ADH、醛固酮、心房肽ANP总结：体液渗透压的调节细胞内液向外转移 ADH↑细胞外液高渗渗透压感受器兴奋渴感醛固酮↓总结：体液容量的调节醛固酮↑血容量减少 ADH↑渴感优先恢复血容量ANP↓细胞外液低渗抑制ADH分泌及渴感的作用不明显正常的水钠代谢及调节功能维持着正常的细胞外液渗透压和容量。
第九版病理生理学第三章水和电解质代谢紊乱考点剖析
二、简述题（11）
2、简述脱水类型、特点及病理生理学的防治原则。 高渗性脱水的主要特点：（1）失水多于失钠，（2）血清 钠离子浓度大于150mmol/l,血浆渗透压大于310mmol/l ，（3）细胞内液细胞外液均减少，但以细胞内液丢失为主 。防治原则（1）防治原发病，去除病因（2）补给体内缺 失的水分，先糖后盐，且糖和盐的比例为2:1，（3）适当补 钾。
二、简述题（11）
3、简述心性水肿的发病机制。 答：发生机制主要与静脉回流障碍和心排血量减少有关（1 ）静脉回流障碍，组织液生成增加：①静脉回流受阻，毛细 血管流体静压增高；②胃肠道和肝脏淤血，影响蛋白质消化 和吸收，血浆蛋白减少，因而血浆胶体渗透压降低；
二、简述题（11）
3、简述心性水肿的发病机制。 ③淤血时缺氧和酸中毒，使毛细血管壁通透性增高；④由于 静脉压升高，限制淋巴液的正常回流。（2）心排血量减少 ，水钠潴留:①肾血流减少导致肾小球滤过率降低；②有效 循环血量降低引起ANP分泌减少、肾小球滤过分数增加以 及醛固酮与ADH分泌增多，导致肾小管重吸收水钠增加。
一、名词解释（17）
7、心性水肿： 是指由右心衰竭引起的全身性水肿称为心性水肿。常先出现 于身体的低垂部位，如下肢尤其是踝部或卧床者的骶部。
一、名词解释（17）
8、肝性水肿： 是指肝脏疾病所引起的全身性水肿，以腹水为主要表现。 9、肾性水肿： 是各种肾脏疾病最常见的临床表现。一般先发生在组织疏松 部位，如眼睑及面部。
高中化学第3章有机合成及其应用合成高分子化合物微项目改进手机电池中的离子导体材料__有机合成在新型材
微项目改进手机电池中的离子导体材料——有机合成在新型材料研发中的应用必备知识·素养奠基一、锂离子电池的工作原理1.电极材料2。
原理(1）放电（2）充电二、手机新型电池中离子导体的结构1。
离子导体中有机溶剂的结构特点（1)作为溶剂应具备溶解并传导锂离子的性能。
(2）酯基的存在能很好地提高有机溶剂对锂盐的溶解性，醚键的存在对锂离子的传导具有很好的效果。
(3）有机溶剂应该性能稳定且为固态,具有交联结构的高分子满足这一要求。
2。
离子导体材料我国科学家提出以二缩三乙二醇二丙烯酸酯与丙烯酸丁酯的共聚物做有机溶剂基体，通过与锂盐复合形成聚合物离子导体材料。
三、合成离子导体材料中有机溶剂的单体1.合成反应中一些反应原理R—C≡N+H2O RCOOH（R为H或烃基）CH2CH—CH3CH2CH—CHO+R—OH RO—CH2—CH2—OH(R为H或烃基）CH3—CH CH2+CO+H2CH3—CH2—CH2—（或）R—CHO+CH3—CHO R—CH CH-CHO(R为H或烃基）2。
合成二缩三乙二醇的方法+H2O锂-铜空气燃料电池容量高、成本低，具有广阔的发展前景。
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+H2O2Cu+2Li++2OH-。
(1）放电时，正极的电极反应式是什么?提示：Cu2O+H2O+2e-2OH—+2Cu。
（2)放电时,锂离子透过固体电解质向哪极移动？提示：阳离子向正极移动，则Li+透过固体电解质向Cu极移动。
(3）整个反应过程中,空气的作用是什么？提示:通空气时，铜电极被腐蚀，表面产生Cu2O,所以空气中的O2起到氧化剂的作用。
关键能力·素养形成项目活动1：设计手机新型电池中离子导体材料的结构2020年5月31日下午4时53分，我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭,成功将高分九号02星、和德四号卫星送入预定轨道，发射取得圆满成功。
此次长二丁火箭遥测系统上采用的一组锂离子蓄电池,替换了原先的一组锌银电池,在满足总体对电池的体积和重量的要求下，同时满足了电性能要求的方案。
材料合成与制备 第3章 电解合成
(3)合成中间价态或特殊低价元素化合物
碘仿(三碘甲烷)是一种氧化剂，具有很强的杀菌和局部抗感染 能力，广泛应用于医药工业，如药物合成中间体、消毒杀菌剂、医 药防腐剂、齿科添充制剂等；此外其尚可用于感光材料等，是一种 较重要的精细化学品。碘仿合成的传统工艺是由乙醇(或丙酮)与碘 的碱性溶液反应制得。
2、电解合成的优缺点
优点： (1)电解合成大部分在常温常压下进行，不需要特别的加 热、加压设备
(2)反应选择性高、副反应少、可制备出许多特定价态的化合物。 (3)产物的收率和纯度高，环境污染小。 (4)工艺参数易于控制、生产过程自动化程度高。 (5)可以用于制备其它方法不能制备的物质和聚集态。 缺点：耗电量大、电解槽结构复杂、电极寿命短。
电流密度(I/A)决定了电解过程的速率，电流密度增大，电解能力 (包括副反应)加快。为了提高产物的纯度和电流效率，常采用大的电 流强度和增大电极面积方法。
电解液性能：电导、电解液杂质离子净化 电解液必须稳定、电导性能良好、能使产物具有良好的析出状
态和吸收率、尽量不产生有害气体及发生副反应。电解液由主体电 解质和附加物质(不进行电解反应)组成。加入附加物质主要用于解 决以下问题：
阴极反应为： Li+e → Li； 与此同时，AlCl4-离子向阳极迁移，在阳极上失去电子，被氧 化成Cl和AlCl3，初生态的原子氯很快两两结台，生成Cl2放出AlCl3 则插入石墨层间。
阳极反应为： nC + AlCl3 → nC·AlCl3 + l/2Cl2 + Li 总反应方程式为：nC + Li+ + AlCl4 → nC·AlCl3 + l/2Cl2 + Li
物电极、陶瓷电极。由于本实验中阴极反应要在低电位下进行， 这必然要求阴极材料有很高的析氢过电位。常用析氢过电位高的 阴极材料有Hg，Pd，Cd，Zn，Sn和C，其中Hg，Pd，Cd有毒， Zn和Sn电极耐酸性差，因此选用导电石墨板作阴极。作为阳极 材料受到氧化条件下的稳定性和氧析出反应竞争反应的制约，可 供选择的阳极材料有Pt，镀Pt的Ti(Nb，Ta)，PbO2和碳材料。
精细有机合成技术：电解有机合成技术
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精细有机合成技术 邹静
电解有机合成技术
目
反应原理
Contents
录
1
2
3
电解反应全过程 电解反应的应用
Hale Waihona Puke 解有机合成技术• 1834年，法国化学家法拉第在实验室进行了首次有机电 合成反应——电解乙酸钠溶液制取乙烷。
• 20世纪60年代，现代有机电合成工业开始发展——以电 合成己二腈和四乙基铅的工业化为标志。
电解反应是由电化学过程、物理过程和化学过程等许 多步骤组成的。例如，图2-13是丙烯腈电解加氢二聚制己 二腈的全过程。 （1）底物S（CH2= CHCN）在电解液中通过扩散和泳动 到达阴极表面； （2）在阴极表面发生吸附形成S吸；
（3）S吸与电极之间产生电子转移，生成Ⅰ ’吸（即 C(·)H2— C(··)HCN），属电化学过程；
• 电解有机合成，也称有机电化学合成，它是用电化学技 术和方法研究有机化合物合成的一门新型学科。
1．反应原理
➢电解有机合成可分为直接法、间接法和成对法三种 类型。 ➢直接法是直接利用电解槽中的阳极或阴极完成特定 的有机反应。 ➢间接法是由可变价金属离子盐的水溶液电解得到所 需的氧化剂或还原剂，在另一反应器中完成底物的氧 化或还原反应，用过的无机盐水溶液送回电解槽使又 转化成氧化剂或还原剂。
➢ 成对法则是将阳极和阴极同时利用起来。例如，苯先 在阳极被氧化成对苯醌，再在阴极还原为对苯二酚。
单极性电解槽
隔膜：离子选择透过性膜、非选择透过性膜
双极性电解槽
➢从理论上讲，任何一种可用化学试剂完成的氧化或还原 反应，都可以用电解方法实现。在电解槽的阳极进行氧化 过程。绝大多数有机化合物并不能电离，因此，氧化剂主 要来源于水中的OH－，它在阳极失去一个电子形成·OH， 然后进一步形成过氧化氢或是释出原子氧。
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法测量，其值是相对于标准氢电极的电极电势为零时的相对量。
奈斯特（Nernst）公式：
2.303RT a氧化态 0 lg nF a还原态
15
3.2 电解合成原理
一、电解合成的理论基础
3、电化学动力学
电极反应：作为一种界面反应，是直接在“电极/溶液”界面上实 现
的。“电极/溶液”界面性质对电极反应的动力学行为影响很大。
界面荷电层按照 形成机理可分为
界面两侧之间 的电荷转移
离子特性吸附 形成分布于溶液 一侧的荷电层
17
偶极子的 定向排列
（2）“电极/溶液”界面结构模型——双电层模 型
（a）由于静电作用和离子的热运动，离子双电层的特性具有双
重性，即分散性（分散层，厚度小至忽略）和紧密性（紧密层， 厚度约几个）。
“电极/溶液”界面对 电极反应动力学性质 的影响因素
“化学因素”
“电场因素”
电极材料的化学性质 与表面状态。
16
“电极/溶液”界面上 的电场强度
（1）界面荷电层的形成
当两种不同物体接触时，由于两相界面之间的各 种作用，导致在界面两侧出现电量相等而符号相反的 电荷，使每一相的电中性遭到破坏，形成与充电电容 器相类似的界面荷电层。
应器（电解池，电解槽，电
解炉），其装臵包括5部分：
电源、阴极和阳极、电解容
器、电压测量仪表、电流测 量仪表。
28
3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
1、电解槽的基本特征和要求
电解槽基本特征： 由两个电极（第一类导体）和电解质（第二类导体）构成。 由外部输入电能，在电极和电解液界面上发生电化学反应。
0
1 )。
20
（3）“电极/溶液”界面吸附对电极反应动力学影 响
（a）若表面活性粒子本身不参加电极反应，则吸附后将改变电 极表面状态及界面层中的电位分布，从而影响反应粒子的表面 浓度及电极反应活化能。 （b）若反应粒子或反应产物在电极表面上吸附，则将直接影响 到有关分步骤的动力学参数。
金属电 极一侧
紧密层
18
分散层
（2）“电极/溶液”界面结构模型——双电层模 型
（ b ）紧密层的结构与离子的水化程度
有关。无极阳离子水化程度高，四周具
有完整的水化膜，因而离子不可能直接 吸附在电极表面，紧密层较厚，称为外 紧密层；而无极阴离子水化程度低，容 易失去水化膜，部分可直接吸附在电极
表面，形成很薄的紧密层，称为内紧密
尽量保证电解槽传输过程通畅。
30
3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
2、电解槽的基本结构及材料
电极材料及选择： 活性电极材料：使用活性金属阳极（称为反应剂）；
“惰性”电极材料：作为反应物种进行电子传递反应和表面化 学反应的场所。常用电极材料有金属与合金、碳质材料、金属 氧化物及陶瓷材料。电极材料必须具有良好的物理性质、化学 稳定、机械稳定性及导电能力。
5、电解过程
金属电极过程：包括金属电沉积和金属溶解。
气体电极过程：如电解盐酸溶液的阴、阳极反应。
电解氧化还原过程：这里指的是除金属电极过程和气体电极过 程以外的电解过程，而且其反应物通常都是可溶的。电还原过 程是电活性物质从阴极上得到电子并转化为产物；而电氧化过 程则分为不溶性阳极和可溶性阳极两种情况。
对于强电解质溶液，通常用表观浓度--活度来代替浓度。
根据定义，电解质的活度a与阳离子活度a+、阴离子活度a-及平
均离子活度a±的关系如下：
2 a a a a
平均活度系数
（ - ）
- 1
13
3.2 电解合成原理
一、电解合成的理论基础
2、电化学热力学
3
3.1 电解合成发展
电解合成的存在的不足
耗电量大； 电解槽结构复杂； 电极活性物质寿命短； 生产管理和技术水平要求高。
4
3.2 电解合成原理
一、电解合成的理论基础
1、电解质溶液的基本性质
电解质溶液 电解液按其组成 及结构分类 熔融电解质
溶剂不同 电解质水 溶液 非电解质水 溶液
电解槽中发生的主要过程是电化学反应，包括电荷、质量、热 量和动量的4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。
一种特殊的化学反应器。
29
3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
1、电解槽的基本特征和要求
电解槽要求： 尽可能简单，如隔膜、搅拌装臵等可省去； 尽量使各个过程在电解槽内进行； 电极上的电位分布尽量均匀； 阴、阳两极之间的隔膜电阻尽可能少； 所用材料在电解液中长时间使用（如耐腐蚀好等）；
24
3.2 电解合成原理
二、电解合成的基本原理
4、影响过电位的因素
电极材料：若以其他金属做阴极，要析出氢必须使电极电位较 理论值更负。 析出物质的形态：通常金属的超电压较小，气体物质的超电压 较大。
电流密度：电流密度增大，超电压随之增大。
25
3.2 电解合成原理
二、电解合成的基本原理
8
电解质溶液的浓度对 电导率的影响
（1） 电解质溶液的电导
b. 摩尔电导(Λm) 定义：当距离为单位长度（1m）的平行电极间含有1mol电
解质的溶液时，该溶液具有的电导称为溶液摩尔电导 (Λm) 。
m Vm
m
c
式中，Λm为摩尔电导，Ω-1· m2· mol-1； κ为电导率，Ω-1· m-1； Vm为含有1mol电解质的溶液体积，m3· mol-1；
的极限摩尔电导之和。
m
该规律揭示了在无限稀释电解质溶液中，阴、阳离子彼此独立，互
不干扰。任意浓度的电解质溶液中摩尔电导和极限摩尔电导之比叫
电导比（即弱电解质的离解度α）
m m
11
（3） 离子电迁移率和迁移数
离子电迁移率或叫离子淌度(U)： 在单位电场强度（即单位电位梯度）下离子移动的速度。 H+和
31
3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
2、电解槽的基本结构及材料
离子导体： 电解质溶液、熔盐(离子熔体)、固体电解质或超临界流体；
离子导体必须具有良好的稳定性和较高的电导率。
电动势和理论分解电压
电动势：在一个电化学反应器中，当无电流通过时，两电极之间
自发产生的电位差。
理论分解电压：对电解池来说，电动势是电解反应所需的最低电
压值。
14
3.2 电解合成原理
一、电解合成的理论基础
2、电化学热力学
电极电位和标准电极电位
电极电位：将一金属电极浸入到具有该金属离子的电解质溶液
中，在金属和溶液的界面处产生的电位差。电极电位的绝对值无
OH-是极限电迁移率最高的阳离子和阴离子。
各离子的迁移数： 当有电流通过电解质溶液时，移向阴极的阳离子和移向阳极的
阴离子所分担的输送电量比例。
t＋＋t－＝1
U t U U U t U U
t i 1 (溶液中存在多种离子时)
12
（4） 活度和活度系数
21
3.2 电解合成原理
二、电解合成的基本原理
1、电解原理
通直流电后，离子作定向运动。阳离子向阴极移动，在阴极得到 电子，被还原；阴离子向阳极移动，在阳极失去电子，被氧化。
隔膜 阳 极 阴 极
电解质
22
3.2 电解合成原理
二、电解合成的基本原理
2、电解电压
理论电解电压（能斯特方程）： α1、α2分别为还原态和氧化态物质的活度。 若令外加电动势为E外，则有
第
3
电
章
解 合 成
3.1 电解合成发展
1799年Volta用锌片与铜片和H2SO4构成的电堆，世界第一个化学电源。
1800年Nichoson和Carlisle利用Volta电堆进行电解水。 1803年俄罗斯学者Перелов发明了电弧。
1807年Sir Humphry Davy用电解法析出钾和钠。
E外 E可逆 E不可逆 E电阻
E可逆为电解过程中产生的原电池电动势； E电阻为电解池内溶液电阻产生的电压降（IR）； E不可逆为超电压部分（极化所致）。
23
a1 RT E E0 ln nF a2
实际分解电压：理论电解电压与超电压之和。
分解电压
3.2 电解合成原理
二、电解合成的基本原理
6
（1） 电解质溶液的电导
不同种类的电解质，由于其正负离子的电量及其运 动速度不同，而使其导电能力不同，即导电率不同。
表3.1第一类导体、超导体、绝缘体电导率（25℃）
物质 Cu Al Pt Pb Ti Hg
κ/Ω-1· ㎝-1
5.6×105 3.5×105 1.0×105 4.5×104 1.8×104 1.0×104
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3.2 电解合成原理
三、电解合成的适用范围
1、纳米材料 2、电极材料 3、功能材料
如石墨层间化合物以及纳米粒子、薄膜、晶体。
如锂离子电池电极材料。 如分子筛、多孔膜。 如富勒烯C60、超导薄膜。
富 勒 烯 分 子 筛
4、超导材料
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3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
进行电解的装臵叫电化学反
3、电极上产生超电位的原因
浓差过电位：由于电解过程中电极上发生了化学反应，消耗了 电解液中的有效成分，使得电极附近电解液的浓度和远离电极 的电解液的浓度（本体浓度）发生差别所造成。 电阻过电位：由于电解过程中在电极表面形成一层氧化物的薄 膜或其它物质，对电流的通过产生阻力而引起的。 活化过电位：由于在电极上进行的电化学反应速率往往不大， 易产生电化学极化，从而引起过电位。在电极上有氢或氧形成 时，活化过电位更为显著。