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第12章——电化学节能技术
第十二章 电化学节能技术;§12.1 电化学简介; 电化学反应可分成两类:产生电流的反应(发生在电池里的过程)和借助电流而发生的反应(电解)。
第一类反应是自发的,通过电化学反应使化学能变为电能,进而产生电流的装置称为化学电池或原电池(体系做功)。
第二类反应必须依靠外界能量(电能)强迫使之发生(对体系做功),由外加电能引起化学反应,将电能转化为化学能的这种装置称为电解池,它是一种消耗电能的装置,而且电能消耗非常大,研究其节能的规律与方法有重要的现实意义。
二、主要应用
随着电化学科学的不断发展,电化学理论与电化学方法也广泛应用于工业生产的多个领域,形成了应用电化学的多个工业领域。如化工、冶金、金属材料的加工等。
(一)原电池; 原电池是将化学能转变成电能的装置。它是利用两个电极之间金属性的不同,产生电势差,从而使电子流动产生电流,又称非蓄电池。其电化学反应不能逆转,即是只能将化学能转换为电能,简单说就是不能重新储存电力,与蓄电池相对。所以,根据定义,普通的干电池、燃料电池都可以称为原电池。
两种活泼性不同的金属电极用导线连接后插入电解质溶液中,形成闭合回路就组成了原电池。
原电池是将一个能自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生,从而在外电路上产生电流。;(二)电解
1.定义
直流电通过电解液(电解质的溶液或熔融液)而在电极上发生氧化还原反应的化学变化叫做电解。借助于电流引起化学变化的装置,也就是将电能转变为化学能的装置,叫做电解槽(或电解池)。电解槽中和直流电源的负极相连接的极叫做阴极,和电源的正极相连接的极叫做阳极。电子从阴极进入电解槽,从阳极离开回到电源。在电解槽内由离子导电,并无电子流过。在阴极上电子过剩,在阳极上电子缺少。因此,电解槽中的正离子移向阴极,在阴极上和电子结合进行还原反应而放电;负离子移向阳极,在阳极上给出电子进行氧化反应而放电(在电解中,得失电子的过程都叫做放电)。这样,就发生了电解现象。电解是人们掌握的最强有力的氧化还原方法。
;2.电解的应用
(1)电镀。
(2)电解加工。电解加工是一种利用阳极溶解的电化学反应时对金属材料进行成型加工的方法。
(3)电解磨削,是电解作用与机械磨削相结合的加工过程。
(4)电化学抛光,直接应用阳极溶解的电化学反应对机械加工后的零件进行再加工,以提高工件表面的光洁度
(5)电铸,是一种利用阴极金属沉积的原理加工零件的方法 。
(6)电泳涂漆法。;§12.2 电化学基础知识;溶液本身是电中性的。
将两块电极插入电解液中,与直流电源接通。接直流电源正极的电极称为阳极,接负极的称为阴极。接通直流电源后,在电场作用下,阳离子向阴极迁移,阴极表面得到了电子而发生还原反应;阴离子向阳极迁移,阳极表面失去电子而发生氧化反应。正负离子在迁移的过程中完成了导电。
(二)电解质溶液的基本性质
1.电解质溶液离子的电迁移
如果离子是在外电场力作用下发生的定向移动,称为电迁移。离子的电迁移不但是物质的迁移,而且也是电荷的迁移,所以离子的电迁移可以在溶液中形成电流。由于正负离子沿着相反的方向迁移,所以它们的导电效果是相同的,也就是说正负离子沿着同一方向导电。; 离子的电迁移速率除了与离子的本性(离子半径,所带电荷),溶液的浓度、黏度及温度等有关外,还与电场的电势梯度有关。在其他条件一定时,离子电迁移的速率与电势梯度成正比。
2.电解质溶液的导电过程
电解质溶液的导电过程,必须既有电解质溶液中离子的定向迁移过程,又有电极上物质发生化学反应的过程,即在电场作用下,阳离子向阴极迁移,阴极表面得到了电子而发生还原反应;阴离子向阳极迁移,阳极表面失去电子而发生氧化反应,两者缺一不可,否则就不可能形成持续的电流。
3.电解液的活度及活度系数
活度即某物质的“有效浓度”,或称为物质的“有效摩尔分数”。;二、法拉第定律
在电解质导电的过程中,外加一定的电量,在两个电极上就会消耗或析出一定量的物质。消耗或析出物质的数量与外加电量成正比,这种数量关系符合法拉第定律。即当两个电极之间有96485C电量(相当于1mol电子的电量)通过不同的电解质溶液时,会有1mol的电解产物生成。
为了使用方便,电化学中将96485C电量定义为一个电量单位,称为一个法拉第。
即1F=96485C=26.8Ah。
1F电量通过电极时得到的反
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