电化学论文

对“电化学”的认识
学号：20094336
2011—2012下半学年，我选了XX老师的《电化学基础》。

经过一个学期的认真学习，我基本掌握了老师讲述的课程知识，并对电化学的相关方面有了一个大体的了解。

在这一个学期的学习过程中，我做到上课认真听讲，积极记录老师的所讲述的主要知识重点。

老师用诙谐幽默的语言和生动的例子为我们解释了电化学相关知识在现实生活中的应用。

课下我积极进行回顾，并上网对相关知识进行扩展性的了解，增加了我对这门课程的认识。

电化学是物理化学的一个重要的分支，是研究物质的化学性质或化学反应与电的关系的科学（龟山直人提出）。

现代科学对电化学的具体描述：电化学就是研究带电界面上所发生现象的科学。

这门学科有以下的特点：1、遵循物理化学的基本规律。

只有在ΔG<0的时候才可能发生反应，遵循能量守恒定律。

2、离子导体和电子导体有不同的规律。

3、电化学研究电极和电解液界面的规律。

电化学目前主要应用于:1、化学电源，如锌锰电池类型的一次电池和锂电池类型的充电电池。

2、金属的防护，防止电化学腐蚀。

3、表面精饰，如电镀和电抛光等。

4、环境保护方面，如污水处理方面，微生物电池等。

5、电化学分析。

如极谱法等。

6、电合成，如工业上的氯碱工业等方面。

下面我将分部分介绍一下我对电化学相关方面的认识。

一、原电池和电解池
对于原电池和电解池，其反应基于氧化还原反应的基础上，在阴极上发生还原反应，从阳极上进行氧化反应。

电池通过氧化还原反应上的电子得失发生电子的流动，从而产生电流。

而电解池主要是原电池的逆反应，通过外界对系统输入电能，使系统发生氧化还原反应，生成纯物质等相关产物。

电解池在工业上有相
当多的利用，如工业上的氯碱工业等方面。

在电极的两类导体的几面上进行的有电子参与的化学反应。

在电化学反应中，必定发生发生化学能与电能的相互转换，其中原电池是将化学能转化为电能，电解池将电能转化为化学能。

氧化还原反应在空间中必须隔开，即反应不能在同一个导体的界面上进行反应。

同时，电极反应是伴随着两位不同的导体间的电荷转移过程发生的，所以电子同唱是反应物或生成物。

电极反应有表面反应的特点，其反应主要在导体与电解液溶液表面进行反应。

当电荷通过电子导体相或离子导体的相界面，从一相转移到另一相的异相体系，称之为电机系统，简称电极。

多数情况下，电极仅仅指组成电极系统的电子导体相或者电子导体材料，如Pt电极、Hg电极等；少数情况下，指的是整个电极反应或整个电极系统。

电极上电流在流动时经常发生法拉第过程和非法拉第过程。

法拉第过程指电荷或电子经过电极或电解液界面时进行转移的过程，这种电子的转移引起氧化还原反应的发生。

非法拉第过程指没有电荷转移的发生，电极或电解液界面的结构随电势或电解液的组成的变换而改变。

如氢气在电极上的吸附现象。

能通过电极的氧化还原反应为外界提高电流的电化学池成为原电池，本质是两极存在电势差。

电解池是利用电流促使非自发的氧化还原反应发生的电化学池。

类似这类的反应通常是ΔG>0的。

在反应过程中，由于反应过程中电极上有电流通过，电极电位经常发生偏离其平衡电位的现象，这称为极化现象。

其中超过的部分称之为超电势。

超电势经常影响原电池或者电解池的工作，使得其反应条件更高，不易于反应的正常进行。

但在检测方面有时也利用相关的极化现象，如极谱法测电解液的浓度等相关方面。

值得一提的是，在电化学反应中往往避免产生液接电势。

由于离子的定向运动，使得溶液中有浓度梯度产生。

这也是不利于反应的正常进行。

所以常在装置中使用盐桥。

常见的盐桥是3%的琼脂硝酸钾溶液。

二、双电层结构
界面电化学中的双电层结构在电极过程动力学中起着非常重要作用。

电极/溶液界面是实现电极反应的客观环境。

有关双电层结构理论的界面电化学也是联系电化学热力学与电极过程动力学的中间环节。

在固体与液体界面上出现双电层的现象是十分普遍的现象。

界面电化学的理论基础是建立双电层结构模型并以此讨论其界面性质。

双电层指当两相接触时，由于电子或离子在两相中具有不同的电化学位移，荷电离子就会在界面两侧形成符号相反的两层电荷。

双电层结构主要分为离子双电层和偶极双电层，其中离子双电层占主要方面。

在双电层中，常发生负离子的特性吸附现象。

吸附指某种物质分子或离子在固体或溶液界面富集的一种现象，分为静电吸附和非静电吸附。

其中非静电吸附中的存在化学吸附类型的特性吸附。

在电极表面带负电荷时，溶液中的正离子在电极表面主要为静电吸附。

在电极表面带正电荷时，溶液中负离子在电极表面除了静电吸附以外，还受到一种非静电力的作用即特性吸附。

特性吸附通常会影响零电荷电位。

常见阴离子在电极上的特性吸附排序：
Hs->I->Br->Cl->OH->SO4->F-
有机分子在界面上的吸附与无机离子相比，有机分子的表面活性一般要强的很多，这是由于极性的有机分子在电极表面定向排列，取代了原来在电极上定向排列的水分子，形成吸附双电层的缘故。

测量理想极化电极在不同电势φ时的界面张力σ，绘制成电毛细曲线(σ-φ曲线)来研究电极/溶液界面结构的方法称为电毛细曲线方法。

金属汞电极的实验方法主要有毛细管静电计法、滴重法、最大液泡法等。

毛细管静电计法是通过测量毛细管汞柱高度h与电势φ的关系再换算成界面张
力σ与电势φ的关系来研究界面结构的
三、电极过程
在电极化中，人们习惯把发生在电极/溶液界面上的电极反应、化学转化和电极附近液层中的传质作用等一系列变化的总和统称为电极过程。

它是一种有电子参加的异相氧化还原反应。

电极过程可看作一个连续的过程，包括以下几个过程：1、反应物粒子向电子表面迁移，称为液相传质步骤。

2反应物粒子向电子表面附近的液层中进行某种转化，但无电子的转移，称为前置的表面转化步骤。

3、电极或电解液界面上的电荷传递，成电化学步骤或转移步骤。

4、反应物在电极表面或附近液层进行某种转化称后继的表面转化步骤。

5、反应产物以电极表面想溶液内部迁移，称为液相传质步骤或生成新相。

四、极化现象和极化曲线
描述电流密度与电极电势之间关系的曲线称作极化曲线。

为了探索电极过程机理及影响电极过程的各种因素，必须对电极过程进行研究，其中极化曲线的测定是重要方法之一。

在研究可逆电池的电动势和电池反应时，电极上几乎没有电流通过，每个电极反应都是在接近于平衡状态下进行的，因此电极反应是可逆的。

但当有电流明显地通过电池时，电极的平衡状态被破坏，电极电势偏离平衡值，电极反应处于不可逆状态，而且随着电极上电流密度的增加，电极反应的不可逆程度也随之增大。

由于电流通过电极而导致电极电势偏离平衡值的现象称为电极的极化，描述电流密度与电极电势之间关系的曲线称作极化曲线金属的阳极过程是指金属作为阳极时在一定的外电势下发生的阳极溶解过程，如下式所示：
M→Mn+＋ne
此过程只有在电极电势正于其热力学电势时才能发生。

阳极的溶解速度随电位变正而逐渐增大，这是正常的阳极溶出，但当阳极电势正到某一数值时，其溶解速度达到最大值，此后阳极溶解速度随电势变正反而大幅度降低，这种现象称为金
属的钝化现象。

极化曲线的测定
(1) 恒电位法
恒电位法就是将研究电极依次恒定在不同的数值上，然后测量对应于各电位下的电流。

极化曲线的测量应尽可能接近体系稳态。

稳态体系指被研究体系的极化电流、电极电势、电极表面状态等基本上不随时间而改变。

在实际测量中，常用的控制电位测量方法有以下两种：
静态法：将电极电势恒定在某一数值，测定相应的稳定电流值，如此逐点地测量一系列各个电极电势下的稳定电流值，以获得完整的极化曲线。

对某些体系，达到稳态可能需要很长时间，为节省时间，提高测量重现性，往往人们自行规定每次电势恒定的时间。

动态法：控制电极电势以较慢的速度连续地改变(扫描)，并测量对应电位下的瞬时电流值，以瞬时电流与对应的电极电势作图，获得整个的极化曲线。

一般来说，电极表面建立稳态的速度愈慢，则电位扫描速度也应愈慢。

因此对不同的电极体系，扫描速度也不相同。

为测得稳态极化曲线，人们通常依次减小扫描速度测定若干条极化曲线，当测至极化曲线不再明显变化时，可确定此扫描速度下测得的极化曲线即为稳态极化曲线。

同样，为节省时间，对于那些只是为了比较不同因素对电极过程影响的极化曲线，则选取适当的扫描速度绘制准稳态极化曲线就可以了。

上述两种方法都已经获得了广泛应用，尤其是动态法，由于可以自动测绘，扫描速度可控制一定，因而测量结果重现性好，特别适用于对比实验。

(2) 恒电流法
恒电流法就是控制研究电极上的电流密度依次恒定在不同的数值下，同时测定相应的稳定电极电势值。

采用恒电流法测定极化曲线时，由于种种原因，给定电流后，电极电势往往不能立即达到稳态，不同的体系，电势趋于稳态所需要的时间也不相同，因此在实际测量时一般电势接近稳定如1min～3min内无大的变化即可读值，或人为自行规定每次电流恒定的时间。

循环伏安极化曲线
以上就是我对“电化学基础”这门课上所学知识印象较深部分的总结和扩展。

对于以后的学习实验中，我相信会有更多的机会去运用这些知识去处理各种问题。

最后感谢苏老师在这学期对于我们孜孜不倦的教诲。

我会继续努力学好电化学方面的有关知识并积极运用到实验上。

2012年4月14日
《电化学基础》课程论文题目：对“电化学”的认识
姓名：董磊
班级：应用化学2009级1班
学号：20094336。