电化学的应用概况

电化学的应用概况
0809401072 陈亚鹏
一.电化学的理论基础
电化学主要是研究电和化学能之间的互相转化以及转化过程中相关规律的科学。

能量大转变需要一定点条件，即要提供一定的装置和介质。

下图简单表明了电化学的基本原理：
1833年Faraday根据多次实验结果总结出了Faraday定律，即通电于电解质溶液之后，（1）在电极上物质发生化学变化的物质的量与同入的电荷量成正比：
（2）若将机构电解池串联，通入一定的电荷量，在各个电解池的电极上发生化学变化的物质的量都相等。

此定律为电化学的定量研究和以后的电解工业奠定了理论基础。

1893年Nersnt根据热力学的理论提出了可逆电池的计算公式，即Nernst方程，表示电池的电动势欲参与电池反应的各种物质的性质、浓度以及外在条件的关系，为电化学的平衡理论的发展做出了突出贡献。

二．电化学的应用
生产上的需要推动这电化学的发展，电化学工业在今天已经成为国民经济的重要组成部分。

而电化学在生产过程中的低污染、高效率使得越来越多的生产者与科研工作者青睐于电化学。

1.电化学在工业生产中的应用
电化学在制备许多基本的化工成品有着广泛的应用，许多有色金属以及稀有金属冶炼和精炼都采用电解的方法。

工业上生产铝，在熔融状态下电解
2Al2O3 =(熔融，电解，Na3AlF6) 4Al + 3O2↑
其中Na3AlF6（冰晶石）是助熔剂，能降低Al2O3的熔点。

氰化亚金钾K[Au(CN)2]电镀业广泛用于电子元器件的电镀, 电子线路板的印制和航空航天电器元件的镀金，生产过程大都采用电化方法。

金锭经高能压片机压制成金片,金片经洗涤后装进钛篮中,放入电解槽内,以金片为阳极,不锈钢为阴极,一定浓度的氰化钾为阳极液,氢氧化钾为阴极液,中间用隔膜隔开,在电流作用下发生电化学反应,金以亚金离子进入阳极电解液(即电解槽中的电解液) ,由于受到隔膜的阻碍,亚金离子不能进入阴极电解液中,而其它离子可以自由通过,这样阴极上无金析出,而只放出氢气,亚金离子便在阳极液中积累起来。

电化学反应式:
阳极: Au - e = Au +
阴极: H+ + e = 1/ 2H2 ↑
金盐: Au + + K+ + 2CN - = KAu (CN) 2
材料科学在当今新技术开发中有极其重要的位置，用电化学方法可以生产各种金属复合结构材料或表层具有特殊功能材料。

电化学在有机化合物的合成上应用广泛,如硝基苯电还原制苯胺，葡萄糖电合成还原山梨醇和甘露糖醇等。

电镀是电化学在工业生产中应用最多的一门工艺，随着工业发展的需要，电镀工业也日益成熟，电镀也应用越为广泛，从简单金属的电镀到集成电路板上的精细电镀。

此外，还延伸出各种以电化学为基础的生产工艺，如电解加工、电铸、电抛光、电着色、以及电泳喷漆法等等。

用化学镀技术在碳钢表面制备Ni-P及Ni-P-PTFE纳米非晶镀层，探索镀层制备关键技术和工艺。

结果表明：在碳钢表明成功制备了具有非晶特点的镀层，Ni-P
镀层表明致密屏障，镀层具有表面孔洞的形貌特征；电化学测试及腐蚀增重分析
表明。

镀层防腐性能好，镀层则由于复合界面的存在而稍逊。

2.电化学在能源方面的应用
化学能源是电化学在工业上应用的另一重要方面。

随着信息时代的来临，越来越多的电子产品吸引着人们的眼球，而体积小质量轻蓄电大的各类电池越来越收到厂商和消费者的青睐。

而随着尖端科技如火箭、宇宙飞船、半导体、集成电路、计算机迅速发展，对化学电源也提出了新要求，故而能连续工作的燃料电池，各种体积小既安全又便于存放的新型高能电池、微电池如锂电池，不断地被研发出来。

参考文献：《物理化学》（第五版）下册南京大学化学化工学院傅献彩等编
氰化亚金钾的生产工艺《有色冶炼》第22卷第2期付红芳著
碳钢表面化学镀Ni_P及Ni_P_PTFE纳米非晶镀层研究《中国防腐和防护学报》
第30卷第5期刘学忠等著。