电化学小论文
电化学论文

电化学反应及其腐蚀摘要:氧化―还原反应是普遍存在的一类重要的反应。
金、锈蚀及许多化工生产都涉及到氧化―还原反应。
氧化―还原反应的本质是电子得失或偏移,如何通过化学能转变为电能,使氧化―还原反应获得或失去电子,利用电化学的知识来解释一些电化学腐蚀现象。
关键词:氧化―还原反应;电化学;原电池;电化学腐蚀人们对氧化―还原概念的认识经历了一个漫长的过程。
最终把与氧结合的过程称为氧化;把含氧物失去氧的过程称为还原反应。
这一直观的定义迄今仍然是有用的,但覆盖范围显然较小。
随着对化学反应的进一步研究,人们认识到,在许多与氧无关的反应中,原子之间也发生了较强烈的电子偏移、引起氧化数的改变。
由此产生了电子得失,即电化学。
电化学是化学学科中的一个重要内容,电化学原理及其应用被划为教材中的重点。
电化学现象在工农业生产和生活中随处可见,如铁会生锈[1],而用铁制造的船则不会被腐蚀等。
本文就原电池、电化学腐蚀的有关问题对氧化―还原反应阐述一些粗浅的认识。
1 电化学及原电池的组成我们通常把化学能与电能的相互转换称之为电化学。
把化学能转变为电能的装臵叫做原电池,是自发的氧化还原反应产生的电流装臵,同时证明氧化还原反应中有电子转移。
原电池的原理是化学反应中的氧化―还原反应。
例如,将Zn 片放在CuSO4溶液中,发生氧化―还原反应。
反应方程式为:Zn + Cu2+= Zn2++ Cu (1)此反应中Zn被氧化为Zn2+,Cu2+被还原成Cu,也就是说Zn 原子将2 个电子转移给了Cu2+,单质Zn变成Zn2+发生了氧化反应,Cu2+变成Cu发生了还原反应,而且在反应过程中一直有电子转移,我们即可将此反应设计成原电池。
正极反应:Zn + Cu2+= Zn2++ Cu (1)半电池符号: Cu(s) | Cu2+ (aq) (2)负极反应:Zn = Zn2++ 2e—(3)盐桥半电池符号: Zn(s) | Zn2+ (aq) 饱和KCl 溶液一般电极反应式通常书写为还原过程,即:[氧化态] + ne—= [还原态][2]正、负极反应之和称为电池反应,即:电池反应=正极反应+负极反应(2 )+(3)得:Zn(s)+ Cu2+ (aq)= Zn2+ (aq)+ Cu(s) (4)电池符号:(-)Zn| Zn2+(c/mol〃L-1)‖Cu2+(c/mol〃L-1) | Cu (+)组成原电池有三要素:第一,氧化―还原反应是自发的;第二,有电解质溶液;第三,至少有两个电极且连成回路。
电化学论文

当今世界人口剧增、资源短缺、环境恶化,海洋拥有极其丰富的资源可供人类开发并将有力的推动世界经济的可持续发展。
如何科学、合理地实现海洋资源的绿色化应用已成为世界各国政府亟待解决的重要课题。
金属腐蚀由于其隐蔽性、缓慢性、自发性、自催化性常常被人们忽视,寻找最佳有效的防腐蚀和控制腐蚀方法,已成为当代材料领域最重要的课题之一。
一、金属腐蚀的机理1.概述金属材料与电解质溶液相接触时,在界面上将发生有自由电子参与的广义氧化和广义还原过程,致使接触面金属变成单纯离子,络离子而溶解,或者生产氢氧化物,氧化物等稳定化合物,从而破坏了金属材料的特性。
这被称为电化学腐蚀或湿腐蚀。
海洋生物的生命活动会改变金属—海水的界面状态和介质的性质,对金属产生不可忽视的影响。
海水中金属腐蚀是金属﹑溶液﹑生物群3个要素互相作用的结果。
由于附着微生物对钢结构表面的覆盖作用,阻碍了氧的运输,有利于减少钢的平均腐蚀;但是附有海生物的金属难以形成完整致密的覆盖层,钢的局部腐蚀却增加了。
这严重影响了在海洋环境下工作的材料的寿命。
由于微生物的生命活动也可以使金属遭到破坏, 故称为微生物腐蚀。
2.海洋腐蚀的热力学基础海洋腐蚀是金属与周围海洋环境发生化学或者电化学反应而产生的一种破坏性腐蚀。
很多金属元素如铜、铁、镁等在自然界都是以化合物的形式存在,也就是一它们的最稳定态---氧化态存在。
人们通过冶炼时使这些元素吸收并储存一定能量后变为中性金属态,相对于氧化态而言,这是一种能量较高的不稳定态,在合适的条件下便自发的便会为稳定的氧化态。
中性金属态到氧化态的转变的吉布斯自由能小于零,可自发进行;从热力学上来讲,海洋腐蚀上由于金属与其周围介质构成一个热力学不稳定的体系,此体系具有自发的从这种不稳定状态趋向稳定状态的倾向。
3.海水腐蚀的电化学特征海水是一种含有多种盐类近电解质溶液,并溶有一定的氧,含盐量、海水电导率、溶解物质、PH值、温度、海水流速和波浪、海生物等都会对腐蚀产生影响,这就决定海水腐蚀的电化学特征[1]:(1) 海水中的氯离子等卤素离子能阻碍和破坏金属的钝化, 海水腐蚀的阳极过程较易进行。
电化学测量方法论文

电化学测量方法论文论文题目:电化学测量方法总结姓名:学号:指导老师:电化学测量方法总结摘要随着科学的发展,电化学技术的应用正日益受到人们的高度重视,目前,电化学测量方法已在很多方面取得了实际应用,如金属的腐蚀与防护、电镀、电解、湿法冶金、化学电源、电化学分析等,这些这些技术都为为电化学过程研究奠定了基础。
关键词:电化学技术、电化学测量、电化学过程、基础电化学是物理化学的一个重要分支,它除与无机化学、有机化学、分析化学和化学工程等有关外,还与环境科学、能源科学、生物学、金属工业等领域有着密切的联系。
如今,电化学技术在一些科学领域都已得到应用,为人类社会的发展提供动力。
如;燃料电池及其提供的轻便的、可移动的供能方式,成为高性能电动车、微电子技术、通信技术的重要组成部分;基于电化学原理的电分析技术和化学传感为生物技术、工业和环境检测及日常生活提供了研究和分析的手段;使电解工业可以实现大量无机物、有机物的电解合成,金属的提取和精炼;电化学技术还可以实现材料的表面处理;使微纳米期间的制备和构筑有了新的发展。
因此,研究电化学的测量方法,对社会科学的发展有着重要意义。
电化学测量主要是通过在不同的测试条件下,对电极电势和电流分别进行控制和测量,并对其相互关系进行分析而实现的。
对一些重要的测试条件的控制和变化,形成了不同的电化学测量方法。
例如,控制单向极化持续时间的不同,可进行稳态法测量或暂态法测量;控制电极电势按照不同的波形规律变化,可进行电势阶跃、线性电势扫描、脉冲电势扫描等测量;使用宏观静止电极、旋转圆盘电极或超微电极,可明显改变电化学测量体系的动力学规律,获取不同的测量信息。
在电化学测量方法的发展历程中,一些重要测量方法的出现对于电化学科学的发展起到了巨大的推动作用,并且仍然在被广泛使用。
例如,早期建立的稳态极化曲线的测量方法,20世纪50年代Gerischer等人创建的各种快速暂态测量方法。
20世纪60年代以后出现的线性电势扫描方法和电化学阻抗谱方法现在已经成为了电化学实验室中的标准测试手段;近十几年来,扫描电化学显微镜和现场光谱电化学方法对电化学研究的影响也越来越显著。
本科毕业论文电化学对电极研究

本科毕业论文电化学对电极研究电化学对电极的研究摘要:本文介绍了电化学对电极的研究。
首先,介绍了电化学的基本概念和原理,以及电化学反应的分类。
然后,总结了电极的种类和结构,并分别介绍了金属电极、非金属电极和半导体电极的特点和应用。
最后,介绍了电极的表面修饰和电化学表面增强拉曼光谱技术,探讨了它们在电极研究中的重要性和应用前景。
关键词:电化学;电极;金属电极;非金属电极;半导体电极;表面修饰;电化学表面增强拉曼光谱Introduction电化学通常指的是关于电化学反应的研究,是化学与电学的交叉领域。
它是研究化学反应中的电子转移过程,随着电子在电池中流动,带动化学物质起变化的一门学科。
电化学反应涉及到电极、电解质和外部电路三个方面。
电极作为电化学系统中的重要组成部分,其结构和特性对系统的电化学反应过程具有关键的影响。
分类根据电极与反应物的接触情况,电化学反应分为两类:一种是在电极表面反应,即电极反应;另一类是在溶液中进行反应,即溶液反应。
电极种类金属电极金属电极是电化学实验中使用最广泛的电极之一,它可以分为纯金属电极和合金电极两种。
由于金属电极的稳定性较高,并且大多数金属电极的电位可以比非金属电极的电位更容易确定,因此金属电极在电化学实验中得到了广泛应用。
在真空下测量时,金属电极还可以用作电子能级的参考电极。
非金属电极与金属电极不同,非金属电极主要包括化学纯的碳电极、氧化物电极,二氧化硅电极等。
它们的电化学性质可能因其化学性质的变化而发生变化,在反应中起到了特殊的作用。
由于非金属电极具有稳定性和抗腐蚀性,它们广泛应用于各种电化学实验和产业领域。
半导体电极半导体电极是指立体结构的半导体材料电极,其表面具有许多缺陷点和表面能级,这使得它们在光化学反应中具有独特的作用。
半导体电极可分为n型和p型两种类型。
常用的半导体电极有TiO2电极、ZnO电极等。
表面修饰电极表面修饰是一种旨在改变电极表面特性的技术,以提高电极的催化性质,提高电极表面的稳定性等。
环境工程电化学论文-有机物电化学氧化中电极的研究进展

环境工程电化学论文-有机物电化学氧化中电极的研究进展第一篇:环境工程电化学论文-有机物电化学氧化中电极的研究进展有机物电化学氧化中电极的研究进展摘要:电化学氧化技术是高级氧化技术中一种高度灵活、应用广泛的技术,在高毒性、难生物降解的有机物处理方面得到了国内外研究者的高度重视。
在影响电化学氧化效果的多方面因素中,电极是一个重要的因素,电极的影响主要体现在电极材料和电极结构两方面的影响。
在电化学氧化废水中有机物机理的简要阐述基础上,介绍了目前常用的电极材料类型:贵金属、金属氧化物、碳素材料等的特点以及电极结构的研究现状。
最后探讨了为让电化学氧化技术得到更广泛的工业应用,电极材料和电极结构的发展方向。
关键词:电化学氧化电极材料电极结构Advances in the study of electrodes in electrochemical oxidationof organic pollutants Abstract: Electrochemical oxidation technology is a highly maneuverable and wildly used technolgy among all the advanced oxidation processes and it is highly emphasized by domestic and international researchers for its application in the treatment of toxic and refractory organic pollutants.The electrode is one of the important factors affecting the efficiency of electrochemical oxidation.Both the materials and the structures of the electrodes will influence.The research of the characters of the common electrode materials such nobel metal, metallic oxide,carbon and graphite, as well as the structures of the electrodes are introduced on the basic of the mechanism of electrochemical oxidation in degradation of organic pollutants in wastewater.In the end, developing directions of materials and structures of eletrodes used in electrochemical oxidation are discussed for a wider application of this technology in industrialwastewater treatment.Keywords: electrochemical oxidation, electrode material, electrode structure0 前言生物处理法是污水中有机物去除的传统主流方法,该法不但处理效果好, 而且费用低。
电化学课程论文

电化学课程论文.txt我这人从不记仇,一般有仇当场我就报了。
没什么事不要找我,有事更不用找我!就算是believe中间也藏了一个lie!我那么喜欢你,你喜欢我一下会死啊?我又不是人民币,怎么能让人人都喜欢我?本文由zuozhizhong贡献doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。
建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。
超级电容器简介摘要超级电容器是一种性能介于传统介质电容和二次电池之间的新型储能器件,它具有功率密度高、循环性寿命长、充放电速度快、无污染等优点,在航空航天、电子通讯、电动汽车、国防军事等领域具有广泛的用途。
本文主要介绍超级电容器中的双电层电容器以及炭材料和电解质对其性能的影响。
1.1 引言当前,随着社会经济的不断发展,生活水平的不断提高,人们对于能源消费的需求也日益增长,由此对于绿色能源和生态环境的关注度也不断增加。
随着计算机、通讯、电子器件的日益普及,对于高性能储能器件的要求越来越迫切。
高性能储能器件需同时具有高的能量密度(Wh/Kg)、高的功率密度(W/Kg)、寿命长、成本低等特征,在此背景下,一种新型的储能元件——超级电容器得到了快速的发展。
超级电容器( Supercapacitors )也叫电化学电容器( Electrochemical , Capacitors)是一种能量密度介于传统电容器和二次电池之间的新型储能器件。
超级电容器的电容量可达到法拉级甚至数万法拉,能量密度是传统电容器的 20-200 倍,与二次电池相比,其功率密度可高出 10 倍以上。
它的功率密度一般大于 1000W/kg,大于二次电池。
其充放电效率高、循环寿命长,而且可以在 -25℃~90℃的温度范围内使用。
由于其具有高能量密度、高功率密度、循环寿命长、污染小等优点,很好地弥补了二次电池功率密度低、大电流充放电性能差和传统电容器储能密度小的缺点,在通讯、电子、航空航天和国防等领域得到了广泛的应用。
例如超级电容器在电动汽车上就有着重要的应用,车用超级电容器可以满足汽车在加速、启动、爬坡时的高功率输出需求,以保护主蓄电池系统。
电化学课程论文-盐桥

摘要本文是结合本学期对《电话学理论》课程的学习,从原电池的盐桥上着手,通过查阅了一些有关盐桥的图书和文献,对自己所了解的一些知识的梳理和总结。
本文先简单阐述了原电池的电动势理论,从液体接界电位(简称液接电位)切入,提出盐桥的概念,进而总结了盐桥的目的、作用、使用条件、制备及设计的一些基本知识。
然后简要分析了电化学体系液相传质过程对盐桥的使用和功能的影响,最后结合一个具体的应用或即将应用的实例——微生物燃料电池,阐述了盐桥在实际科研中的应用,可以让一般的读者对盐桥有一个比较系统的认识。
关键词:液体接界电位盐桥微生物燃料电池摘要 (1)1[原电池的电动势和电极电位] (1)1.1[原电池的电动势] (1)1.2[电极与溶液界面间电位差的产生] (2)1.3[液体接界电位] (3)1.3.1[液接电位的概念] (3)1.3.2[影响液接电位的因素] (4)2[盐桥] (7)2.1[盐桥简介] (7)2.2[盐桥的使用条件] (8)2.3[盐桥的设计或制备] (9)3[液相传质过程对盐桥的影响] (11)3.1[电迁移] (11)3.2[对流] (12)3.3[扩散] (13)3.3[不同液相传质过程对盐桥的影响] (13)4[盐桥的一个应用-微生物燃料电池] (14)4.1[生物燃料电池简介] (16)4.2[分体式MFC中盐桥的问题] (18)4.2.1[不同管径的盐桥对分体式微生物燃料电池的影响] (18)4.2.2[盐桥不同连接方式对微生物燃料电池的影响] (19)4.3[小结] (20)结论 (21)参考文献 (22)1[原电池的电动势和电极电位]1.1[原电池的电动势]把一片锌放在硫酸铜溶液中,可以发现锌片慢慢地被溶解.同时在锌片的表面上有金属铜析出。
反应的实质是Zn原子失去电子,被氧化成Zn2+,Zn是还原剂。
而Cu2+得到电子被还原成Cu原子,Cu2+是氧化剂。
其反应可表示如下:氧化反应Zn Zn2++2e氧化反应Cu2+Cu-2e总反应为Zn+Cu2+Cu+Zn2+氧化还原反应也可以在氧化剂和还原剂互相不接触的情况下进行这样电子的传递。
电化学基础课程论文

电化学基础课程论文通过对电化学基础这门课程的学习,了解了电化学研究的主要内容,一共五章的内容,电极/溶液界面的结构与性质,电极过程概述,传质控制过程,电化学极化过程,金属的阴极过程,虽然仅仅八个周的学习时间,也让我们深刻的了解到了这门课程的深奥。
从电化学的定义来说,传统的描述:电化学是物理化学的一个重要分支,是研究物质的化学性质(或化学反应)与电的关系的科学。
现代的描述:电化学就是研究带点界面上所发生现象的科学。
电化学的特点:1.遵循物理化学的基本规律。
2.离子导体相与电子导体相有不同的规律(迁移数,淌度)。
3.电化学更多研究电极/电解液界面的规律。
电化学的研究内容:1.电解质学(或离子学):研究导电性质传输性质平衡状态的电极电位。
2.电极学:电子导体/离子导体界面及离子导体/离子导体界面的平衡性质(化学热力学)和非平衡性质(化学动力学)。
电化学应用:1.化学电源:①锌锰干电池;②碱锰电池;③铅酸电池;④金属氢镍电池;⑤锂离子电池。
2.金属腐蚀与防护:①微电池;②牺牲阳极的保护法;③阴极保护法。
3.表面精饰:电镀,电抛光4.环境保护:污水处理微生物燃料电池导电性差修饰电池5.电化学分析:E -PH6.电合成老师讲的这五章内容让我最熟悉和最感兴趣的是第一章电极/溶液界面的结构和性质。
下面将讨论一下我对这章的了解。
一.基本概念氧化还原反应和电化学反应:1.氧化还原反应是我们最熟悉的,由电子的得失可以分为氧化反应和还原反应。
2.电化学反应:电极反应是在电极的两类导体的界面间进行的有电子参与的化学反应。
特点:①在电化学反应中,必定发生化学能和电能相互转变的过程。
(形成电流)②氧化还原反应在空间上必须分开。
③电极反应是伴随着两类不同的导体相之间的电荷转移发生的。
所以,电子通常是反应物与生成物。
④电极反应具有表面反应的特点。
电极表面状态影响很大。
两类导体电子导体:电场作用下向一定方向移动的粒子是电子或带正电荷的空穴。
- 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)。
应用电化学结课论文有机物的电解合成学院:化工学院专业:应用化学班级:一班******学号:0 6 1 1 2 6 7 9日期:2013. 10. 26中国矿业大学摘要有机电化学合成具有许多优点,近二十年来,有关有机电化学合成的研究和工业应用进展迅速,已成为一门新的热点学科。
医药品、香料、农药等称为精细化学品。
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。
即有机电合成方法可以在温和的条件下制取许多高附加值的有机产品;而且用电子这一干净的试剂去代替会造成环境污染的氧化剂和还原剂,是一种环境友好的洁净合成,代表了新世纪化学工业发展的一个方向,近30年来的有机电合成在许多国家得到了迅速发展。
围绕电化学合成有机物和化学法合成有机物的优点进行对比,总结有机电合成的优点与不足,以及工业生产应用上的问题。
关键词:电化学有机电解合成正文早在19世纪初期,雷诺尔德(Rheinold)和欧曼(Erman)发现电是一种强有力的氧化剂和还原剂,那时他们就已经用醇稀溶液进行过电解反应的研究。
1934年,法拉第首先使用电化学法进行了有机物的合成和降解反应研究,发现在醋酸盐水溶液中电解时,阴极上会析出CO。
,并生成烃类化合物。
后来,柯尔贝(Kolbe)在法拉第工作的基础上,创立了有机电化学合成(又称有机电解合成,下简称有机电合成)的基本理论。
虽然有机电合成的研究早在19世纪初就已经开始,但是限于理论和工艺复杂性及有机催化合成迅速发展带来的竞争,有机电合成在很长一段时间内进展缓慢,只是作为有机化学家们在实验室中制备有机化合物的一种常用方法,并未在工业化上迈出步伐。
直到20世纪50年代,电化学理论、技术、新材料的发展为有机合成的工业应用奠定了基础。
有机电合成真正取得实质性进展开始于1960年,美国孟山都(Monsanto)公司电解丙烯酸二聚体生产己二腈获得了成功,并建成年产1.45万吨的己二腈生产装置,这是有机电合成走向大规模工业化的重要转折点。
从此,有机化合物的电化学性质和有机电化学反应机理的研究得到了快速发展,以有机电合成为基础的工业领域不断出现。
由于有机电合成具有污染少(甚至无污染)、产物收率和纯度高、工艺流程较短、反应条件温和等优点,近20年来,世界工业先进国家有机电合成的发展非常迅速,目前已有上百种有机化工产品通过电化学合成实现了工业化生产或者进入了中试阶段。
近年来每年发表的有关有机电化学合成方面的研究论文几百篇,有关的专利发明每年平均有504 70项之多,这些数字表明有机电合成工业已引起人们的足够重视,并在高科技领域内崭露头角。
我国电合成方面的研究起步较晚。
近几十年来,我国已有许多研究者涉足这一领域,做了大量研究开发工作。
近10年来,我国有机电合成领域得到了较大的发展,有10多个产品实现了工业化,研究的品种也日趋增多,我国有机电合成科学和技术与世界的差距正在逐步缩小。
1.电化学合成工艺电化学合成最基本的研究对象,是各类电化学反应在“电极/溶液”界面上的热力学与动力学性质,证实这些反应在电化学体系内的反应可能性及其机理。
化学反应的本质是反应物外层电子的得失,故任何一个氧化还原反应理论上都可以按照化学和电化学两种本质不同的反应机理来完成。
对于任何一个如下式所示的氧化还原反应A +B →C +D (1)如果通过化学反应实现上列反应,则可表示为A +B →[AB] →C +D (2)化学反应过程中A粒子和B粒子通过相互碰撞形成一种活化配合物中间态[AB],然后转变成产物。
电化学合成装置示意图阴极反应:A + ne → C (3)阳极反应:C – ne → D (4)电化学总反应:A + B → C + D (5)电极反应在电极与溶液之间形成的界面上进行。
对于单个电极而言,电极过程由下列步骤串联而成:(1)反应物粒子自溶液本体向电极表面传递;(2)反应物粒子在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化,例如表面吸附或发生化学反应;(3)在电极与溶液之间的界面上进行得失电子的电极反应;(4)电极反应物在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化,例如表面脱附或发生化学反应;(5)电极反应产物自电表面向溶液本体传递。
任何一个电极过程都包括上述(1)、(3)、(5)三步,某些电极过程还包括(2)、(4)两步或其中一步。
电极过程各步进行的速度存在差别,整个过程由其中最慢的一步控制,称为“控制步骤”。
无机电化学合成工艺流程通常包括电解合成前处理、电解合成、电解合成后处理各步,其中电解合成是最重要的步骤。
电解合成前后处理与化学合成相似,通常为净化、除湿、精制、分离等操作。
电化学合成是一种绿色合成技术,其突出的优点之一就是元污染或者少污染,因而在三废处理方面负担轻、投入少。
2.有机电合成的分类有机电合成分类方法比较复杂,通常有两种分类方法:(1)按电极表面发生的有机反应类别,可将有机电合成反应分为两大类:阳极氧化过程和阴极还原过程。
阳极氧化过程包括电化学环氧化反应、电化学卤化反应、苯环及苯环上侧链基团的阳极氧化反应、杂环化合物的阳极氧化反应、含氮硫化物的阳极氧化反应等。
阴极还原过程包括阴极二聚和交联反应、有机卤化物的电还原、羰基化合物的电还原反应、硝基化合物的电还原反应、腈基化合物的电还原反应等。
(2)按合成方法分类,可将有机电合成分为两大类:直接有机电合成反应和间接有机电合成反应。
直接有机电合成反应直接在电极表面完成,间接有机电合成氧化(或还原)反应采用传统化学方法进行,但氧化剂(或还原剂)反应后以电化学方法再生以后循环使用。
间接电合成法可按两种方式操作:槽内式和槽外式。
槽内式间接电合成是在同一装置中进行化学合成反应和电解反应,因此这一装置既是反应器也是电解槽。
槽外式间接电合成法是在电解槽中进行媒质的电解,电解好的媒质从电解槽转移到反应器中,在此处进行有机物化学合成反应。
3.有机物电化学合成法与化学合成法的对比下面以邻硝基苯甲醛的合成为例。
1.传统化学合成法合成邻硝基苯甲醛以苯甲醛为原料的合成方法是在醋酐和浓硫酸的混合液中加入苯甲醛,反应生成苄叉二乙酸酯。
该中间体在低温下再与发烟硝酸作用,得黄色固体。
加入碳酸钠水溶液,加热水解,可分离出邻硝基苯甲醛和对硝基苯甲醛。
此法的主要缺点是总收率低,产物分离困难,产品的纯度不高。
其合成原理如下:2.间接电解氧化法制备邻硝基苯甲醛其合成原理如下:反应过程如下:有机电合成和传统化学合成的比较传统化学合成法有机电合成法通常需要在高温及高压下进行在常温、常压下进行较为安全需使用各种氧化剂、还原剂,并需要对废弃物进行处理,对环境可能产生污染和公害不需要使用各种氧化剂、还原剂,不产生大量废弃物,可较方便的改变反应的选择性及反应速度通过调节温度、压力、催化剂,可改变反应的选择性及反应速度通过调节电极电位、电流密度、电极材料,可较方便的改变反应的选择性及反应速度反应一般为均相反应,反应器的空间-时间产率高反应一般为非均相反应,反应器的空间-时间产率较低反应对器材的要求较高,因为需要考虑氧化剂、还原剂的腐蚀电化学反应器的结构比较复杂,需要考虑电流密度的大小及分布4.有机电化学合成的主要优点(1)本质上是一种无公害的有机合成过程:有机电化学方法能够合成一些通常条件下难以进行的反应过程。
有机电化学合成反应无需采用有毒或危险的氧化剂和还原剂,“电子”就是清洁的反应试剂,环境污染可大幅度降低,有的甚至完全无公害,是“绿色化学合成工业”技术和工艺的重要发展方向。
(2)在反应过程中,有机物的氧化和还原可以通过扩展电极电位实现有机物的选择性氧化和还原,故产物的选择性高、副产物少,有利于产物易分离和精制,产品纯度高。
(3)在有机电化学合成过程中,有机物的选择性氧化或还原以及电子转移多相反应和化学反应这两个过程可同时在电化学反应器中进行。
因此,有机电化学合成与化学法相比,能缩短合成工艺,减少设备投资,缓解环境污染。
、. !(4)有机电化学合成可在常温、常压下进行,一般无需特殊的加热和加压设备,使操作简便,使用安全。
控制。
反应可以通过对电流密度,电极材料和电解液组成等的调节来进行外部控制。
即反应开始、终结只要启动电路开关,通过控制电流来调节反应速度,而电流控制只需控制可变电阻,所有这些过程都是非常容易进行的,同时也容易实现自动控制,反应事故等危险也可排除。
通过控制电势,选择适当的电极等方法,以实现反应的控制,避免副反应,得到所希望的产品。
(5)有机电化学合成的装置具有通性,在同一电解槽中可进行多种合成反应。
当改变某一电极材料或反应液时就能合成某种新的有机产品,尤其适合于多品种、少批量的生产部门。
(6)在电解过程中,可在阳极室和阴极室分别制取不同用途的产品。
5.有机电化学合成过程的工业化的主要问题虽然有机电化学合成的研究早在19世纪初就已经开始研究,但是限于理论和工艺复杂性及有机催化合成迅速发展带来的竞争,有机电化学合成在很长一段时间内进展缓慢,只是作为实验室中制备有机化合物的一种制备方法。
直到20世纪50年代,电化学理论、新技术、新材料的发展为有机电化学合成的工业应用奠定了基础。
但是,有机电化学合成作为有机合成的技术在工业化过程中应用目前仍存在以下主要问题。
(1)有机电化学合成作为有机合成的技术在工业化过程中的反应仅限于发生氧化和还原反应的有机合成系统。
有机电化学合成使用的电化学反应器结构较复杂,一次性投资高,同时还须考虑电流密度大小及分布、电能的消耗等。
(2)有机电化学合成主要电化学反应装置和电流整流装置组成。
设备投资相对较大,再加上槽外设备,更增加了电解装置的复杂性。
由于存在“两极”的差别且两极分别有氧化产物和还原产物,再加上要保证反应物和目的产物的扩散分离,因此往往需要对电极材料、电解槽结构和隔膜材质提出很高的要求。
(3)有机电化学合成理论及工艺技术不够成熟,尤其是有机电化学合成过程中许多问题有待深入研究。
另外,在均匀分布、分离技术方面也存在难题。
(4)电化学反应通常为液-固多相反应,反应器的时空效率较低,而传统有机合成通常以均相反应进行,反应器的时空效率高。
(5)在有机电化学合成过程中,有机物在电极上发生吸附或(和)发生聚合反应,导致电极失活,电极活性等问题。
(6)大多数有机电化学合成使用的反应介质为水溶液系统,有机物在水相中的溶解度比较小,因为有机物在水相中的溶解度比较下,导致过程的极限传质速效低下。
(7)电化学合成工艺通常包括电化学合成前处理、电化学合成、电化学合成后处理,工艺较为复杂。
(8)有机电化学反应过程的认识程度有限,缺乏有机电化学反应的机理、动力学参数和电化学反应器的系统研究和开发、放大和设计优化的规律研究。
目前,有机电化学合成工业化过程中存在工程、技术、材料、工艺等一系列问题,主要包括电极材料的开发、设计、制造;工业电化学反应器的开发、设计和操作优化;隔膜的研制和选择;工艺流程的设计与工艺条件的优化等。