小議電化學(xué)原理與應(yīng)用

李孟澤

摘 要：電化學(xué)知識(shí)是化學(xué)學(xué)科理論知識(shí)的主要構(gòu)成部分，其知識(shí)內(nèi)容豐富，應(yīng)用范圍也非常廣泛，涉及到化工、機(jī)械、輕工、環(huán)境科學(xué)、航天、冶金、能源、材料、生命科學(xué)等諸多領(lǐng)域。因此，學(xué)習(xí)和掌握一定的電化學(xué)知識(shí)十分必要。本文主要介紹了電化學(xué)的概念以及電化學(xué)的原理，針對(duì)電化學(xué)的應(yīng)用展開研究。

關(guān)鍵詞：電化學(xué)；原理；應(yīng)用

一、電化學(xué)概述

電化學(xué)通俗解釋就是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，是一種能量轉(zhuǎn)換。隨著社會(huì)的發(fā)展，電化學(xué)包括的范圍越來越大，現(xiàn)在是由多個(gè)分支組成，比如量子電化學(xué)、半導(dǎo)體電化學(xué)、有機(jī)導(dǎo)體電化學(xué)、光譜電化學(xué)、生物電化學(xué)等。電化學(xué)的主要研究方向就是電極和電解質(zhì)溶液，電極中主要研究電極的極化和平衡性質(zhì)，而電解質(zhì)針對(duì)的是電解質(zhì)的導(dǎo)電性和離子的運(yùn)輸性質(zhì)展開的研究。

二、電化學(xué)的化學(xué)原理

想要學(xué)好電化學(xué)的前提是先掌握有關(guān)原電池的知識(shí)，因此原電池是電化學(xué)的基礎(chǔ)，所以電化學(xué)又可以叫做“電池的科學(xué)”。電池的結(jié)構(gòu)比較簡單只包含兩個(gè)部分電極與電極之間電解質(zhì)。掌握電化學(xué)的關(guān)鍵是學(xué)習(xí)有關(guān)電解的相關(guān)知識(shí)，所以弄懂原電池的相關(guān)知識(shí)是學(xué)好電化學(xué)的基礎(chǔ)。

2.1 原電池的定義

原電池就是在電解質(zhì)溶液中放入由導(dǎo)線，其連接的兩種不同的金屬片，它的工作原理就是正極失去電子，負(fù)極得到電子的過程。在這個(gè)過程中會(huì)發(fā)生能量裝換，電子的失去和電子的得到屬于化學(xué)反應(yīng)，最終結(jié)果會(huì)產(chǎn)生電能，因此這個(gè)過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的過程，促使這個(gè)能量發(fā)生轉(zhuǎn)換的化學(xué)反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)。

2.2原電池的工作原理

原電池的電極反應(yīng)氧化還原反應(yīng)，氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子運(yùn)動(dòng)的過程，電子通過導(dǎo)線從負(fù)極運(yùn)動(dòng)到正極的定向運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)過程中正極發(fā)生氧化反應(yīng)、負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)，伴隨著化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)生，就會(huì)一直產(chǎn)生電能，這就是原電池的工作原理，在原電池工作的過程中伴隨著的能量轉(zhuǎn)換是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

2.3電解的工作原理

電解是電流借助電解液的作用在原電池的正負(fù)極發(fā)生氧化還原反應(yīng)（正極氧化反應(yīng)，負(fù)極還原反應(yīng)）。氧化還原反應(yīng)發(fā)生的過程就是在外界電流的作用下發(fā)生的電解，電解是在電解液中發(fā)生的一種化學(xué)反應(yīng)，在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)電子會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)會(huì)不斷的失去和得到。電子在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)進(jìn)入電解液中正離子向負(fù)極運(yùn)動(dòng)，負(fù)離子向正極移動(dòng)，電荷的定向移動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生電流。伴隨這個(gè)過程發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換是電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能。

三、電化學(xué)的應(yīng)用

電化學(xué)在日常生活中的應(yīng)用非常廣泛，涉及到的領(lǐng)域化工、冶金、醫(yī)學(xué)、材料、金屬腐蝕與防護(hù)、環(huán)境科學(xué)等，利用電化學(xué)知識(shí)可以為人類、社會(huì)、國家創(chuàng)造出巨大的財(cái)富。

3.1冶金

冶金的過程中也用到了電化學(xué)的知識(shí)， 電化學(xué)的應(yīng)用開啟了冶金行業(yè)的新紀(jì)元，常用到的方法是電化學(xué)冶金，電化冶金即在熔融態(tài)金屬化合物中通電，還原出Na、K、Al等金屬單質(zhì)。最活潑的金屬不易從化合物中制得單質(zhì)，所以用電解法。將金屬放入電解溶液中，利于正電極與負(fù)電極的相互反應(yīng)，從而使雜質(zhì)沉淀，得到的金屬質(zhì)量比較高且雜質(zhì)少，并且電化冶金成本低，效率高，在冶金業(yè)廣泛應(yīng)用。在冶金的過程中會(huì)產(chǎn)生廢水，也可以用電化學(xué)的方法處理廢水。

3.2環(huán)境保護(hù)

在環(huán)境保護(hù)方面我們也用到了電化學(xué)知識(shí)，我們常用的方法是用電解的方法去除污染物。電解法的優(yōu)勢(shì)是不僅能快速又高效而且在去除污染物時(shí)不會(huì)產(chǎn)生二次污染。如將微電解工藝用于染料廢水的處理，對(duì)含偶氮染料活性藍(lán)和絡(luò)合染料活性綠及二硝基氯苯等難生化降解物質(zhì)的溶液進(jìn)行微電解處理后， 其脫色率達(dá)93%

3.3細(xì)胞生物生理行為的電化學(xué)研究

在醫(yī)學(xué)方面，運(yùn)用電化學(xué)的氧化還原反應(yīng)原理。研究人員利用對(duì)離子和氧化還原反應(yīng)敏感的染料作指示劑，可以間接測(cè)定細(xì)胞的電位和離子濃度，以探測(cè)細(xì)胞中的離子行為。從而分析表征細(xì)胞每時(shí)每刻的狀態(tài)和細(xì)胞的生理行為，了解和比較不受外界干擾下細(xì)胞的狀態(tài)和在外界因素干擾下細(xì)胞的狀態(tài)。通過電化學(xué)在醫(yī)學(xué)的運(yùn)用，可以使人類更好的了解細(xì)胞，利于醫(yī)學(xué)長遠(yuǎn)發(fā)展。

3.4電化學(xué)制備納米材料

在制備納米材料時(shí)，傳統(tǒng)的制備方法不足以滿足我們對(duì)高質(zhì)量的要求，隨著社會(huì)的進(jìn)步我們制備納米材料的方法也得到了創(chuàng)新。其中常用的方法是陽極氧氣法，陽極氧氣法的核心知識(shí)是電解。電化學(xué)法制備納米晶體的工作原理就是以金屬鈦為陽極，以導(dǎo)電性好金屬片為陰極，產(chǎn)生穩(wěn)定的電流，在鈦基底上制得排列整齊的Tio納米管。這種方法具備的優(yōu)勢(shì)是節(jié)約資金、反應(yīng)穩(wěn)定快速、操作方便快捷。

3.5金屬的腐蝕與防護(hù)

金屬腐蝕的過程就是氣體或液體發(fā)生氧化反應(yīng)的過程。其原理就是金屬原子失去電子變成金屬陽離子發(fā)生氧化反應(yīng)。那么避免金屬發(fā)生氧化就可以避免金屬被腐蝕，避免金屬氧化的方法常用的有在金屬表面鍍上一層不易氧化的、不活潑的金屬比如鋅、鎳、鉻等，這樣就會(huì)避免被保護(hù)的金屬與空氣或液體接觸這樣就不會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)。還可以采用犧牲陽極保護(hù)陰極的方法進(jìn)行金屬保護(hù)，那么這種方法就是用到了電化學(xué)的原理。

四、結(jié)論

電化學(xué)發(fā)應(yīng)的過程包括了電能與化學(xué)能之間的能量轉(zhuǎn)換，還涉及到了其它知識(shí)比如離子傳輸性質(zhì)、化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)以及物質(zhì)結(jié)構(gòu)等許多方面。電化學(xué)的應(yīng)用不僅在冶金、化工、機(jī)械、輕工行業(yè)廣泛應(yīng)用，甚至在醫(yī)學(xué)方面也都卓有貢獻(xiàn)。故而當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展離不開電化學(xué)，我們高中生應(yīng)該積極學(xué)習(xí)電化學(xué)方面的知識(shí)，以備日后更好地應(yīng)用科學(xué)知識(shí)推動(dòng)社會(huì)發(fā)展。

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