应用电化学
电化学原理的生活应用
电化学原理的生活应用1. 电化学原理简介电化学是研究电能与化学反应之间相互转化关系的科学领域。
它研究电荷在物质中的传递和电化学反应中产生的化学变化，涉及到电解、电池、电解质溶液等方面。
电化学原理广泛应用于我们的日常生活中，为我们带来了诸多便利。
以下是电化学原理在生活中的一些应用案例。
2. 锂离子电池锂离子电池是一种充电式电池，被广泛用于手机、平板电脑、电动车、无人机等设备中，其基本原理是利用锂离子在正负极之间的转移从而产生电能。
•正极材料：通常采用锂钴酸锂作为正极材料，其能够提供锂离子，并在放电过程中释放电子。
•负极材料：负极材料采用石墨，其有良好的锂离子嵌入和脱嵌能力。
•电解质：电解质通常采用有机溶剂，例如碳酸盐溶液，能够促进锂离子在正负极之间传输。
通过利用锂离子在正负极之间的传输产生电能，锂离子电池为我们的移动设备提供了持久的电力，极大地方便了我们的生活。
3. 燃料电池燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，而不需要进行燃烧。
它具有高效、无污染等优点，在交通运输、电力供应等领域有着广泛的应用。
以氢气燃料电池为例，其工作原理如下：1.氢气在正极与氧气反应，产生氢离子和电子。
2.氢离子穿过电解质膜，电子则通过外部电路流动，从而产生电能。
3.氢离子和电子在负极与氧气发生反应，生成水。
燃料电池不仅能够为电动汽车提供动力，减少环境污染，还能够为偏远地区的电力供应提供可靠的解决方案。
4. 电解水制氢电解水是一种将水分解为氢气和氧气的过程，主要是通过电流通过水溶液，从而实现水的电解反应。
•正极反应：2H2O + 2e- → H2↑ + 2OH-•负极反应：4OH- → 2H2O + O2↑ + 4e-这种电解水制氢的方式能够产生高纯度的氢气，被广泛用于氢能源领域，例如燃料电池、氢能源储存等。
5. 阴极保护阴极保护是一种通过电流的方式保护金属材料不被腐蚀的方法。
它通过将金属物体与一个更容易被腐蚀的材料连接，作为阴极，并施加电流，从而减少金属的腐蚀。
应用电化学第一章 电化学体系
第一章 电化学理论基础
第一节 电化学体系的基本单元
思考与讨论
正极
负极
电解液
隔膜
所有电化学体系至少含有浸在电解质溶液或紧密附于电解质上 的电极，电极可以是两电极体系，也可以是三电极体系，而且 在许多情况下有必要采用隔膜将电极隔开。
本讲主本要讲内主容要内容
1
电极系统
2
电解液
3
隔膜
4
电解池的设计与安装
常用参比电极：甘汞电极(SCE)， 标准氢电极(SHE.NHE)。 化学电源、电解装置中，辅助电极、参比电极常合二为一。
为降低液体接界电势，采用盐桥、鲁金毛细管。
电极
电解液 隔 膜 电解池的设计与安装
A.标准氢电极（NHE） 常以氢离子和氢气的活度为1时的电位即E0为 电极电位的基准，其值为0.
电 极 电解液 隔 膜 电解池的设计与安装
隔膜
将电解槽分隔为阳极区和阴极区，以保证阴极和阳极上发 生氧化还原反应的反应物和产物不互相接触和干扰。
特别是在化学电源研究中，隔膜常是影响电池性能的重要 因素。
隔膜
多孔膜
阳离子交换膜
离子交换膜
阴离子交换膜
电极
电解液 隔 膜 电解池的设计与安装
电解池的设计与安装
电极
电解液 隔 膜 电解池的设计与安装
三电极体系---工作电极
工作电极(研究电极) ：研究的反应在该电极上发生。
工作电极的要求： ➢ 所研究的电化学反应不因电极自身发生的反应受到影响， 能在较大的电位区域中测定； ➢ 不与溶剂、电解液组份发生反应； ➢ 电极面积不宜太大，表面均一、平滑、容易表面净化。
鲁金毛细管
电极
电解液 隔 膜 电解池的设计与安装
《应用电化学》课件
燃料电池应用
主要用于为电动车和无人机等提 供长续航能力。
电池与燃料电池的优化
电池优化
提高能量密度、降低成本、提高安全 性是当前的研究重点。
燃料电池优化
提高效率和降低成本是主要的研究方 向，同时还需要解决氢储存和运输的 问题。
THANKS
感谢观看
通过优化电化学检测器件的响应范围，拓 宽电化学生物传感器的检测范围，使其能 够检测更多种类的目标物质。
降低交叉干扰
微型化和便携化
在生物分子识别元件的设计和制备过程中 ，应尽量避免交叉干扰，提高电化学生物 传感器的特异性。
通过改进制造工艺和材料选择，实现电化 学生物传感器的微型化和便携化，使其更 适用于现场检测和实时监测。
电流流动
02
03
腐蚀速率
在腐蚀过程中，电流在金属表面 流动，导致金属原子或分子的损 失或转移。
腐蚀速率取决于电流密度、电极 反应动力学和反应物质的扩散速 度等因素。
电化学腐蚀类型
宏电池腐蚀
由于金属表面存在电位差异， 形成微电池，导致金属的损失
。
微电池腐蚀
金属表面微小的电位差异导致 微小的电流流动，引起金属的 损失。
质。
电解反应原理
电解反应涉及电子的传递和离子 的迁移，在电极上发生氧化或还
原反应，生成相应的产物。
电解过程的分类
根据电解反应的类型和电极反应 的不同，电解过程可分为分解、
合成、电镀、电解冶炼等。
电解过程的应用
工业生产
电解过程广泛应用于工业生产中，如电解炼铜、电解铝、氯碱工 业等，通过电解反应将原料转化为产品。
应用电化学的原理
应用电化学教学设计方案
一、教学目标1. 知识目标：（1）使学生掌握电化学的基本概念、原理和规律；（2）了解电化学在能源、环保、材料等领域中的应用；（3）培养学生运用电化学知识解决实际问题的能力。
2. 能力目标：（1）提高学生的实验操作技能，培养严谨的科学态度；（2）培养学生的观察、分析、归纳和总结能力；（3）提高学生的团队协作和沟通能力。
3. 情感目标：（1）激发学生对电化学的兴趣，培养科学精神；（2）培养学生的创新意识和环保意识；（3）提高学生的社会责任感和使命感。
二、教学内容1. 电化学基本概念：电解质、非电解质、离子、电极、电解池等；2. 电化学基本原理：电化学平衡、电化学势、电化学方程式等；3. 电化学规律：电化学系列、电化学电池、电解质溶液等；4. 电化学应用：能源、环保、材料等领域。
三、教学方法1. 案例分析法：通过分析电化学在能源、环保、材料等领域的应用案例，使学生了解电化学的实际意义；2. 实验教学法：通过设计实验，让学生亲自动手操作，提高实验技能和观察、分析能力；3. 讨论法：组织学生分组讨论，激发学生的思维，培养团队协作和沟通能力；4. 演示法：通过多媒体演示，直观地展示电化学现象和实验过程。
四、教学过程1. 导入新课：结合生活实例，引入电化学的概念，激发学生的学习兴趣；2. 课堂讲解：讲解电化学基本概念、原理和规律，结合实例进行分析；3. 实验教学：设计实验，让学生亲自动手操作，观察实验现象，分析实验数据；4. 案例分析：分析电化学在能源、环保、材料等领域的应用案例，提高学生的实际应用能力；5. 小组讨论：组织学生分组讨论，培养学生的团队协作和沟通能力；6. 总结归纳：总结本节课的重点内容，引导学生进行自我评价。
五、教学评价1. 课堂表现：观察学生在课堂上的参与程度、发言积极性、实验操作能力等；2. 实验报告：评估学生的实验数据、分析能力、实验报告撰写水平等；3. 课后作业：检查学生对电化学知识的掌握程度，以及运用知识解决实际问题的能力；4. 案例分析报告：评估学生对电化学在能源、环保、材料等领域的应用案例的分析能力。
电化学应用
电化学应用
电化学是一个非常重要的领域，在许多领域有广泛的应用。
以下是一些电化学应用的示例：
1. 金属电镀：通过将电流通过金属盐水溶液来将金属物质镀到其他金属或非金属表面上，例如，在镀铬过程中，铬被还原为离子形式，然后沉淀在其他金属或塑料表面上。
2. 电池和电解池：电化学在电池和电解池中有广泛应用，其中电解池通过电流的作用来分解化合物，电池则是将化学反应转换为电能。
3. 电化学传感器：电化学传感器是测量化学物质浓度或其他参数的设备，它们通过电化学测量物质的反应，例如荧光传感器，具有非常广泛的应用。
4. 燃料电池：燃料电池是一种利用氢气、天然气、甲醇等燃料产生电能的设备，它们具有高效、节能、低污染等优点，可以作为新能源的发展方向。
5. 电化学合成：通过电解池控制氧化还原反应，实现许多有机化学产品的合成，例如药物、合成有机物等。
6. 缓蚀：电化学缓蚀技术可以在金属表面形成保护性的无机膜层，用于保护金属材料免受腐蚀的侵害，例如钢结构的防腐涂料。
总之，电化学在许多领域都有广泛的应用，是一个非常重要的学科。
电化学原理和应用
电化学原理和应用电化学原理是研究电与化学之间相互作用的学科，通过电势差、电流和离子迁移等现象来探索化学反应的机制和动力学过程。
电化学的应用广泛，涵盖了许多领域和技术。
一种常见的电化学应用是电池技术。
电池通过将化学能转化为电能，实现能源的存储与释放。
根据电化学原理，电池内部发生氧化还原反应，产生电子和离子，在外部电路上产生电流。
这种能量转换机制被广泛应用于各种设备，如手提电子设备、电动车和能源存储系统等。
另一个重要的电化学应用是电解和电沉积技术。
电解是通过在电解质中通电，使化学物质发生电解，分解为离子和气体等物质的过程。
电沉积则是指通过电解方法将金属离子沉积在电极上，实现金属的精制、镀铜等操作。
这种技术被应用于金属加工、电镀、电解铜等行业。
电化学还在环境保护中起着重要的作用。
例如，电化学方法可以用于废水处理，通过电解氧化或还原等反应来去除有害物质。
此外，电化学还被应用于空气净化、电化学传感器等技术，用于检测和监测环境中的有害物质。
此外，电化学在能源领域也有广泛应用。
燃料电池是一种将燃料的化学能转化为电能的设备，通过电化学反应产生电流。
燃料电池具有高效、低污染的特点，被认为是未来的清洁能源之一。
此外，电解水也被用于产氢技术，通过电解水分解产生氢气，用做燃料或工业原料。
在生命科学中，电化学被应用于生物传感器、电生理学等领域。
例如，电活性物质的浓度可以通过电流的变化来测量，用于药物分析、生物传感器等。
此外，一些生物学研究中使用的技术，如西鲍尔渗析、电泳等，也涉及了电化学原理。
综上所述，电化学原理和应用涉及了许多领域，包括能源、环境、材料等。
电化学的研究和应用有助于我们更好地理解和利用化学和电学的相互作用，为解决实际问题提供了新的思路和方法。
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
前言电化学的应用举例：(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(3)电池，例如锌锰电池、铅酸电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池、太阳能电池(4)金属腐蚀和防护，采取有效的保护措施，例如电化学保护、缓蚀剂、电化学氧化等(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，极谱、pH计等在工农业、环境保护、医药卫生等方面的应用电解和电池已经形成规模庞大的电化学工业。
第二章电催化过程电催化：在电场的作用下，存在于电极表面或液体相中的修饰物（可以是电活性的和非电活性的物质）能促进或抑制在电极上发生的电子转移反应，反应前后修饰物本身不发生变化的一类化学反应。
修饰物即为电催化剂。
电催化与常规化学催化的区别：1、在常规的化学催化作用中，反应物和催化剂之间的电子传递是在限定区域内进行的。
因此，在反应过程中，既不能从外电路中送入电子，也不能从反应体系导出电子或获得电流。
2、在电极催化反应中电子的传递过程与此不同，有纯电子的转移。
电极作为一种非均相催化剂既是反应场所，又是电子的供－受场所，即电催化反应同时具有催化化学反应和使电子迁移的双重功能。
3、在常规化学催化反应中，电子的转移过程也无法从外部加以控制。
在电催化反应过程中可以利用外部回路来控制超电压，从而使反应条件、反应速度比较容易控制，并可以实现一些剧烈的电解和氧化－还原反应的条件。
电催化反应输出的电流则可以用来作为测定反应速度快慢的依据。
4、在电催化反应中，反应前后的自由能变化幅度相当大。
在大多数场合下，由反应的种类和反应条件就可以对反应进行的方向预先估出。
因此对于电解反应来说，通过改变电极电位，就可以控制氧化反应和还原反应的方向。
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应用电化学
(Applied Electrochemistry)
目的和要求
应用电化学是为化学专业本科生开设的一门选修课. 它主要讲授应用电化学的三个重要分支学科: 金属电沉积, 化学电源, 腐蚀电化学. 希望通过本科程的讲授, 让学生对与人类生活密切相关的若干应用电化学生产过程的基本原理和应用范围有一定的了解和掌握. 课程以介绍各个相关应用电化学工业过程的基本原理和研究方法为主, 也兼顾介绍一些生产工艺和发展方向等. 本课程也可作为材料化学及化学工程专业本科生的选修课.
基本内容及学时分配
第一章应用电化学简介 (1学时)
1.1应用电化学(电化学工程与技术)的研究内容及其发展状况
1.2本课程内容简介
第二章化学电源概论 (1.5学时)
2.1 化学电源概论
化学电源与物理电源 ---- 能量储存与转化装置
2.2电池的分类及组成 (按工作原理分:原电池、蓄电池、储备电池及燃料电池等)
2.3 电池的性能参数及影响因素
电池电压、容量及效率
电池及其材料的比较特性
(要求掌握原理及计算方法)
2.4 化学电源研究及生产的现状与发展趋势
第三章一次电池(原电池)( 3学时)
3.1 一次电池概论
3.2 普通锌锰电池及碱性锌锰电池
3.3 银锌电池及汞氧化物锌电池
3.4 一次锂电池
3.4.1 正极材料
3.4.2 锂负极材料
3.4.3 电解质溶液
具体电池体系涵盖: Li/MnO2, Li/(CF)n, Li/LiClO4, PC/Ag2CrO4
3.5 金属-空气电池
3.5.1锌空电池
3.5.2 铝空电池
第四章二次电池(蓄电池) (3学时)
4.1 二次电池概论
4.2 铅酸蓄电池
4.3 碱性蓄电池
4.3.1 镉镍电池
4.3.2 金属氢化物(氢)镍电池
4.3.3 锌镍电池
4.3.4 其他碱性蓄电池
4.4 锂蓄电池
4.5 锂离子电池
原理简介
电极材料及电解质
第五章燃料电池 (2学时)
5.1 燃料电池概述
基本原理及应用范围
5.2 碱性燃料电池(AFC)
5.3 磷酸型燃料电池(PAFC)
5.4 聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)
5.5 固体氧化物燃料电池(SOFC)
5.6 熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)
第六章电镀基本概论（4.5 学时）
6.1 电镀的研究内容及现状：
6.1.1 电镀与电铸
6.1.2 电镀发展现状
6.2 镀层分类：
一.按镀层用途：1. 防护性镀层，2. 防护—装饰性镀层，3. 功能性镀层
二.按镀层与基体金属的电化学关系：1. 阳极性镀层，2. 阴极性镀层
三..镀层性质变化关系
四.应用举例
五.镀层基本要求
6.3 镀液组成和电镀条件：
一.电镀基本装置
二.镀液组成
三.溶剂的选择
四.络合物的形成与金属电沉积
6.4 电镀工艺简介：
一.镀前处理
二.镀后处理
三.应用实例分析
第七章金属电沉积基本过程（4 学时）
7.1电沉积基本理论
7.2电极反应
7.3液相传质与浓差极化：
1.扩散，
2. 对流，
3. 电迁移，
4. 浓差极化，三. 双电层结构，四. 电荷转移和电化学极化
7.4表面活性添加剂的作用
一.电镀中使用添加剂的特点
二.对金属离子还原速度的影响
三.添加剂的整平作用
第八章测试方法（3 学时）
8.1极化曲线的测定
8.2电流效率的测定
8.3赫尔槽试验
8.4分散能力的测定
第九章腐蚀电化学概论 (1学时)
9.1 腐蚀的基本概念
9.2 腐蚀的分类
9.3 腐蚀程度的表示方法
9.4 研究腐蚀的内容和重要性
第十章电化学腐蚀原理 (3学时)
10.1 腐蚀电池的电极过程
10.2 共轭体系与腐蚀电位
10.3 极化作用与极化曲线
10.4 腐蚀极化图和腐蚀控制因素
10.5 电化学腐蚀中的阴极过程
10.6 电化学腐蚀中的阳极过程和钝化现象
第十一章金属腐蚀破坏的形式 (2学时)
11.1 均匀腐蚀
11.2 局部腐蚀
11.2.1 电偶腐蚀
11.2.2 点腐蚀
11.2.3 缝隙腐蚀
11.2.4 晶间腐蚀
11.2.5 应力腐蚀
11.2.6 磨损腐蚀
11.2.7 腐蚀疲劳
11.2.8 氢裂
第十二章金属在各种条件下的腐蚀 (2学时) 12.1 大气腐蚀
12.2 海水腐蚀
12.3 土壤腐蚀
12.4 高温腐蚀
12.5 熔盐腐蚀
12.6 化工环境下的腐蚀
第十三章金属腐蚀控制方法 (2学时)
13.1 合理设计和正确选材
13.2 电化学保护
13.3 腐蚀环境的改善和缓蚀剂的应用
13.4 表面处理和表面涂覆
13.5 综合保护
主要参考书
[1]吕鸣祥等著, 化学电源, 天津大学出版社出版, 1992
[2]C. A. Vincent and B. Scrosati; Modern Batteries --- An introduction to
Electrochemical Power Sources; John Wiley & Sons Inc. 1997
[3]电镀基本原理与测试方法，化学系电化学教研室讲义
[4]周绍民等遍著，金属电沉积—原理与研究方法，上海：上海科学技术出版社，1987
[5]曾华梁，吴仲达，陈钧武等遍著，电镀手册（第2版），北京：机械工业出版社，1997.6
[6]王鸿建主编，电镀工艺学，哈尔滨工业大学出版社，1995.10
[7]刘宝俊编著, 材料的腐蚀及其控制, 北京航天航空大学出版社, 1989
[8]黄永昌编著, 金属腐蚀与防护原理, 上海交通大学出版社, 1989
[9]曹楚南编著, 腐蚀电化学, 化学工业出版社, 1994。