电化学基础PPT

电极电位1.1 原电池和电解池原电池化学能转化为电能电解池电能转化为化学能1.2 电极电位金属电极电位金属的活泼性影响电位高低溶液电极电位与溶液中的离子...

电极电位1.1 原电池和电解池原电池化学能转化为电能电解池电能转化为化学能1.2 电极电位金属电极电位金属的活泼性影响电位高低溶液电极电位与溶液中的离子浓度、活性有关1.3 电极电位与反应自由能的关系ΔG = -nFΔEΔG反应自由能变化n转移电子数F法拉第常数（96485 C/mol）ΔE电极电位变化1.4 电极反应的选择性在给定的电极电位下优先发生氧化或还原反应不同物质在相同电极上的反应速率不同电极反应动力学2.1 电极反应速率与过电位的关系过电位实际电极电位与理论电极电位的差值电极反应速率与过电位成正比2.2 反应速率常数与温度的关系温度升高反应速率常数增大温度对反应速率的影响大于浓度对反应速率的影响2.3 扩散控制与动力学控制扩散控制物质传递速率控制反应速率动力学控制化学反应速率控制反应速率2.4 电极反应的复杂性和多步骤性电极反应往往涉及多个步骤每个步骤都有自己的速率常数和活化能通过计算各步骤的活化能和速率常数可以预测整个电极反应的动力学行为电解与电池设计3.1 电解的基本原理电解池的两个电极分别为阳极和阴极通过电解质溶液相连通。通电后，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应电解的驱动力是外加电压通常由直流电源提供。电解的效率取决于电流密度、电流效率、电能消耗等因素3.2 电池设计的基本原则选择合适的正负极材料和电解质以满足所需电压、电流密度、能量密度等要求。正负极材料应具有高能量密度、长寿命、低内阻等特性。电解质应具有高离子导电率、稳定性和化学兼容性等特性设计合适的电极结构和配置以提高电池的稳定性和安全性。同时要考虑到生产成本和环保因素。## 3.3 电池的种类和特点一次电池使用一次后不能充电，如碱性电池、锂电池等二次电池可充电重复使用，如铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等燃料电池将燃料与氧化剂的反应转化为电流，可连续发电太阳能电池利用太阳能转化为电能，绿色环保3.4 电池性能参数电动势衡量电池能量转换能力的重要参数内阻衡量电池内部电阻大小的参数容量衡量电池储存电荷量的参数，通常以安时（Ah）为单位自放电率衡量电池储存电荷损失速率的参数循环寿命衡量电池可重复使用次数的参数3.5 电池管理系统电池状态监控监测电池的电压、电流、温度等参数充电管理控制充电电流、充电时间等参数安全保护防止电池过充、过放、短路等异常情况对电池造成损害能量回收将刹车或下坡时的动能转化为电能储存起来，提高能源利用效率电化学腐蚀与防护4.1 电化学腐蚀的原理金属表面与电解质溶液接触形成原电池，导致金属腐蚀阳极发生氧化反应阴极发生还原反应，导致金属表面产生腐蚀产物4.2 腐蚀速率的影响因素金属材料的性质和表面状态电解质溶液的成分和浓度环境温度和湿度应力和摩擦等机械因素4.3 腐蚀防护的方法表面涂层涂覆防锈漆、金属镀层等，隔绝金属表面与腐蚀介质的接触电化学保护对金属表面施加电流，使其阴极化或阳极化，防止腐蚀发生。常用的方法有外加电流法和牺牲阳极法环境控制控制环境因素如温度、湿度、氧气浓度等，降低金属腐蚀速率应用领域与前景5.1 电化学在能源领域的应用燃料电池将燃料与氧化剂的反应转化为电流，可连续发电，是清洁能源的重要发展方向。目前已在汽车、航空航天、电力等领域得到应用锂离子电池具有高能量密度、长寿命、环保等优点，已成为移动电子设备的主要电源。未来发展将进一步提高能量密度、安全性、循环寿命等性能指标5.2 电化学在环境领域的应用电化学处理废水利用电化学方法将废水中的有害物质转化为无害物质或低毒物质，具有高效、环保等优点。适用于处理重金属离子、有机物等有害物质电化学脱硫利用电化学方法将废气中的硫氧化物转化为单质硫或硫酸盐等物质，具有高效、环保等优点。适用于处理废气中的硫氧化物。### 5.3 电化学在医学领域的应用电化学疗法利用电化学原理，通过产生微气泡、电流、化学反应等方式，破坏肿瘤细胞，同时不损伤正常细胞。已在临床治疗中得到应用生物电化学研究生物系统中电化学现象的原理和应用，如神经传导、肌肉收缩等。可用于开发新的医学技术和药物5.4 电化学在其他领域的应用分析化学电化学分析是常用的分析方法之一，可用于检测样品中的金属离子、有机物、生物分子等。具有高灵敏度、高选择性等优点材料科学电化学方法可用于制备和改性材料，如金属表面处理、电镀、电泳等。可用于开发新的材料和制造工艺环境科学电化学方法可用于环境监测和治理，如水体污染、土壤污染等。具有高效、环保等优点电化学研究方法与技术6.1 常规电化学方法循环伏安法（CV）通过改变电压扫描速率，观察电流随电压变化的情况，用于研究电极过程动力学和反应机理线性扫描伏安法（LSV）在一定电压范围内，以恒定速率改变电压，观察电流随时间的变化，用于研究氧化还原反应过程交流阻抗谱（EIS）通过施加小幅正弦波电压信号，测量电流响应，从而得到电极过程的电阻、电容等参数6.2 先进电化学方法谱学电化学结合光谱学技术和电化学技术，研究电极表面吸附物种的结构和性质，如表面增强拉曼散射（SERS）、原子力显微镜（AFM）等量子化学计算利用量子化学计算方法，模拟电极过程的动力学行为和反应机理，预测实验结果，有助于理解复杂电极过程机制原位光谱电化学在电极过程中实时监测光谱变化，如红外光谱、紫外-可见光谱等，用于研究电极表面物种的变化和反应机理6.3 电化学实验技术电极制备制备具有特定形貌和组成的电极材料，如涂层电极、纳米结构电极等电解池设计设计具有特定结构和性能的电解池，以满足实验或工业生产的需求电化学测量仪器如电化学工作站、计时电流法仪器、脉冲伏安法仪器等，用于测量电极过程动力学参数和反应机理