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電化學范文1
一、知識體系構建
1.原電池、電解池、電鍍池的比較
原電池電解池電鍍池
定義把化學能轉化為電能的裝置把電能轉化為化學能的裝置應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的裝置
裝置舉例
形成條件①有兩個活潑性不同的電極。
②有電解質溶液。
③電極間形成閉合回路（或在溶液中接觸）
①有外加電源及與之相連的兩個電極。
②有電解質溶液(或熔化的電解質)。
③形成閉合回路
①鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬接電源負極。
②電鍍液必須含有鍍層金屬離子（電鍍過程中濃度不變）
電極名稱負極：較活潑的金屬（電子流出的極）
正極：較不活潑的金屬（或能導電的非金屬）（電子流入的極）
陽極：與電源正極相連的電極
陰極：與電源負極相連的電極名稱與電解池相同，但有限制條件：陽極――鍍層金屬，陰極――待鍍金屬
電極反應負極：氧化反應
正極：還原反應
陽極：氧化反應
陰極：還原反應
陽極：金屬電極失電子溶解
陰極：電鍍液中的金屬陽離子得電子
電子流向
負極導線正極
電源負極導線陰極
電源正極導線陽極
與電解池相同
（1）同一原電池的正、負極的電極反應中得、失電子數相等；（2）同一電解池的陰、陽極的電極反應中得、失電子數相等；（3）串聯電路中的各個電極反應得、失電子數相等。這三個相等，既是寫電極反應式的依據之一，也是進行電化學計算的依據之一。
2.原電池的常見類型
根據電極材料活潑性和反應情況的不同，可將原電池分成不同類型。
（1）在金屬―金屬構成的原電池中，相對活潑的金屬一般作負極，被氧化，生成金屬陽離子；相對不活潑的金屬一般作正極，溶液中的陽離子被還原（一般被還原為單質）。
例如，電池ZnH2SO4Cu的反應式：
負極 Zn-2e-Zn2+
正極 2H++2e-H2
總反應 Zn+2H+Zn2++H2
（2）在金屬―非金屬構成的原電池中，非金屬電極（如石墨），一般只起導電作用，故作正極；金屬電極作負極。
例如，電池FeH2SO4C的反應式：
負極 Fe-2e-Fe2+
正極 2H++2e-H2
總反應 Fe+2H+Fe2++H2
（3）在金屬―金屬氧化物構成的原電池中，金屬氧化物中的金屬元素已是最高（或較高）價態，難被氧化，故作正極，并直接參與還原反應；金屬電極作負極。
例如，電池ZnKOHAg2O（銀鋅紐扣電池）的反應式：
負極 Zn+2OH--2e-ZnO+H2O
正極 Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-
總反應 Zn+Ag2OZnO+2Ag
（4）用兩個惰性電極作為電極的燃料電池，通有還原性氣體的電極為負極，通有氧化性氣體的電極為正極。如氫氧燃料電池，其電極為可吸附氣體的惰性電極，如鉑電極、活性炭等，兩極分別通入H2和O2，以40%的KOH溶液為電解質溶液，反應式為：
負極 2H2+4OH--4e-4H2O
正極 O2+2H2O+4e-4OH-
總反應 2H2+O22H2O
3.金屬的腐蝕和防護
（1）金屬的腐蝕
金屬的腐蝕分化學腐蝕和電化學腐蝕兩種。
化學腐蝕電化學腐蝕
定義金屬與接觸到的物質直接發生化學反應而引起的腐蝕不純的金屬與電解質溶液接觸時發生原電池反應而引起的腐蝕
條件金屬與非電解質等直接接觸不純的金屬或合金與電解質溶液接觸
電子得失金屬直接把電子轉移給有氧化性的物質其中的活潑金屬將電子間接轉移給氧化性較強的物質
現象無電流產生有微弱的電流產生
本質金屬被氧化的過程較活潑金屬被氧化的過程
實例金屬與O2、Cl2等物質直接反應鋼鐵在潮濕的空氣中被腐蝕
相互關系化學腐蝕與電化學腐蝕往往同時發生，但電化學腐蝕更為普遍，危害也更嚴重
（2）鋼鐵的電化學腐蝕原理
鋼鐵長時間在干燥空氣中不易腐蝕，但在潮濕的空氣里易被腐蝕。原因是鋼鐵表面會吸附一層水膜，這層水膜中含有少量的H+、OH-，還溶解了少量的CO2、O2等，即在鋼鐵表面形成了一層電解質溶液，鐵和碳構成了微原電池。
①吸氧腐蝕：此時電解質溶液酸性較弱，呈中性或堿性。
負極 2Fe-4e-2Fe2+
正極 2H2O+O2+4e-4OH-
總反應 2H2O+O2+2Fe2Fe(OH)2
在空氣中，4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3，Fe(OH)3失水而成鐵銹Fe2O3•xH2O。
②析氫腐蝕：此時電解質溶液的酸性較強。
負極 Fe-2e-Fe2+
正極 2H++2e-H2
總反應 Fe+2H+Fe2++H2
一般情況下，鋼鐵的腐蝕以吸氧腐蝕為主，吸氧腐蝕和析氫腐蝕的主要區別在于正極反應。
（3）金屬的防護
金屬的腐蝕主要是電化學腐蝕中的吸氧腐蝕，只要減少形成原電池三個條件中的一個，就可防止原電池反應的發生。
①內因：改變金屬內部結構。
②外因：采用適當方法將金屬與介質（主要指電解質溶液）隔離，如噴漆、涂油、電鍍、表面鈍化等。
③電化學保護法：如船體外殼嵌鋅，將鋼鐵外殼與鋅人為的構成原電池，腐蝕鋅，保護船體。或外加電源，使被保護的金屬與電源的負極相連，成為陰極而被保護。
二、復習方法指導
通過氧化還原反應，實現化學能和電能的相互轉化，這就是電化學的基本原理。要復習好這部分內容，應注意以下問題。
1.聯系氧化還原反應
能自發進行的氧化還原反應在理論上都能設計成原電池，電解是非自發的氧化還原反應；將氧化還原反應方程式拆成氧化反應和還原反應的兩個半反應就是電極反應，原電池的負極和電解池的陽極都發生氧化反應（負陽氧：諧音“沸羊羊”）；離子氧化性和還原性的強弱決定了電解時溶液中離子的放電順序；電子得失守恒規律是進行電化學計算的基本依據。
2.對比容易混淆的知識
準確理解概念是學好化學的基礎，本章有很多容易混淆的概念，需要對比復習。除了前面對比過的“三池”（原電池、電解池和電鍍池）、化學腐蝕和電化學腐蝕、析氫腐蝕和吸氧腐蝕外，還有很多可以進行對比的知識點。例如，氫氧燃料電池在不同性質的電解質條件下電極方程式的寫法，電解池在惰性電極下和非惰性電極下的放電規律，原電池和電解池的電極判斷和電極反應類型，等等。只有不斷進行對比，才可以澄清學習中的模糊認知，加深對知識的理解。
3.歸納重要規律或方法
善于總結一些實用的解題規律或方法，對于提高復習的效率至關重要。
（1）原電池、電解池和電鍍池的判斷規律
①若無外接電源，則可能是原電池，然后依據原電池的形成條件判定，主要思路是“三看”：
先看電極，兩種活潑性不同的金屬（或其中一種是非金屬導體）作電極。
再看溶液，在電解質溶液中能自發地發生氧化還原反應。
后看回路，用導線連接的兩電極與電解質溶液接觸并形成閉合回路。
②若有外接電源，兩極插入電解質溶液中，則可能是電解池或電鍍池，若陽極金屬與電解質溶液中的金屬離子相同則為電鍍池。
③若為無明顯外接電源的串聯電路，則利用題中信息，能找出發生自發氧化還原反應的裝置為原電池。
（2）酸、堿、鹽溶液的電解規律
用惰性電極電解酸、堿、鹽的溶液時，可按下列步驟進行分析。
通電之前找離子：分析電解質溶液中有關物質的電離過程（包括電解質和水的電離），找出溶液中存在的所有離子。
通電之后四判斷：
①判斷離子的移動方向，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極。
②判斷離子的放電能力。
陽極――金屬陽極＞S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH-＞含氧酸根＞F-；
陰極――Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞…。
③判斷電極反應，書寫電極反應式和總反應式。
④判斷電解結果，兩極現象、水的電離平衡結果、離子濃度、溶液的酸堿性、pH變化等。
酸、堿、鹽溶液的電解規律
類型電極反應特點實例電解對象電解質濃度 pH電解質溶液復原
電解水型陰極：2H++2e-H2
陽極：4OH--4e-2H2O+O2NaOH水增大增大加水
H2SO4水增大減小加水
Na2SO4水增大不變加水
分解電解質型電解質電離出的陰、陽離子分別在兩極放電HCl電解質減小增大通HCl
CuCl2電解質減小-加CuCl2
放氫生堿型陰極：H2O電離出的H+得電子，放出H2生成堿
陽極：電解質的陰離子放電NaCl電解質和水 生成新電解質增大通入HCl
放氧生酸型陰極：電解質的陽離子放電
陽極：H2O電離出的OH-失電子，放出O2生成酸CuSO4電解質和水 生成新電解質減小加CuO
（3）原電池電極反應式的書寫方法
①列物質，標得失：按照負極發生氧化反應、正極發生還原反應，判斷出電極反應產物，標出得失電子的數量。
②看環境，配守恒：電極產物在電解質溶液的環境中，應能穩定存在，如堿性介質中生成的H+應讓其結合OH-生成水。電極反應式要根據電荷守恒、質量守恒、電子守恒等加以配平。
③兩式加，驗總式：將兩電極反應式相加，與總反應的離子方程式對照驗證。
（4）可充電電池的判斷方法
二次電池放電時相當于原電池，負極發生氧化反應，正極發生還原反應；充電時相當于電解池，放電時的正極變為電解池的陽極，與外電源正極相連，負極變為陰極，與外電源負極相連。
（5）金屬腐蝕的快慢規律
①在同一電解質溶液中，金屬腐蝕的快慢順序：電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞有防腐措施的腐蝕。
②同一金屬在不同介質中腐蝕由快到慢的順序：強電解質溶液＞弱電解質溶液＞非電解質溶液。
③對于活動性不同的兩種金屬，活動性差別越大，氧化還原反應速率越快，活潑金屬腐蝕速率越快。
④對于同一電解質溶液，電解質溶液濃度越大，金屬腐蝕越快（鈍化除外）。
⑤純度越高的金屬，腐蝕的速率越慢（純金屬幾乎不被腐蝕）。
⑥不純的金屬或合金，在潮濕的空氣中腐蝕的速率遠大于在干燥、隔絕空氣條件下的腐蝕。
（6）電解計算的方法
有關電解的計算通常是求電解后某產物的質量、氣體的體積、某元素的化合價以及溶液的pH、物質的量濃度等。解答此類題的方法有兩種：一是根據電解方程式或電極反應式列比例式求解；二是利用各電極、線路中轉移的電子數目守恒列等式求解。利用電子守恒較為簡便，但需注意靈活運用。
三、易錯知識辨析
1.原電池的電極和電極反應
（1）從不同的角度分析，對原電池的電極類型可以有不同的理解：負極是較活潑的金屬，發生氧化反應的一極，電子豐富的一極，電子流出的一極，電流流入的一極，被腐蝕的一極；正極相應是較不活潑的金屬，發生還原反應的一極，電子貧乏的一極，電子流入的一極，電流流出的一極，被保護的一極。
（2）原電池正、負極的判斷基礎是自發進行的氧化還原反應，如果給出一個方程式判斷正、負極，可以直接根據化合價的升降來判斷。不管原電池的類型如何，不管電極是否參與反應，發生氧化反應的一極總是負極，發生還原反應的一極總是正極。把握了這一點，便可以做到以不變應萬變。
（3）判斷電極時，不能簡單地依據金屬的活潑性來判斷，要看反應的具體情況。例如，Al在強堿性溶液中比Mg更易失電子，Al作負極，Mg作正極；Fe、Al在濃硝酸中鈍化后，比Cu等金屬更難失電子，Cu等金屬作負極，Fe、Al作正極。
（4）燃料電池和普通電池不同，必須使用輔助電極，電極本身不參與反應，所采用的燃料一般為H2、CH4、CH3OH、CO等，助燃劑一般為O2（或空氣）。
（5）原電池中正、負極的電極反應式作為一種特殊的離子方程式，對于強、弱電解質的書寫形式，沒有嚴格的規定，但必須遵循原子守恒和電荷守恒規律。
2.電解原理及其應用
（1）用惰性電極電解飽和食鹽水時，Na+和水電離出的H+移向陰極，H+發生還原反應生成H2：2H++2e-H2，破壞了水的電離平衡（H2OH++OH-），導致陰極附近溶液中的c(OH-)＞c(H+)，溶液顯堿性。由此可見，電解前如果向溶液中滴入酚酞試液，電解時陰極附近的溶液先變紅。
（2）電解后要恢復原電解質溶液的濃度，需加適量的某物質。該物質可以是陰極與陽極產物的化合物，如用惰性電極電解CuSO4溶液，要恢復原溶液的濃度，可向電解后的溶液中加入CuO，也可以加入CuCO3，但不能加入Cu(OH)2，因為Cu(OH)2與生成的H2SO4反應后使水量增加。
（3）粗銅中往往含有鋅、鐵、鎳、銀、金等多種金屬雜質，當含雜質的銅在陽極不斷溶解時，金屬活動性位于銅之前的金屬雜質，如鋅、鐵、鎳等也會同時失去電子，但是它們的陽離子比銅離子難以還原，所以它們并不能在陰極析出，而只能以離子的形式留在電解液里；金屬活動性位于銅之后的銀、金等雜質，因為失去電子的能力比銅弱，難以在陽極失去電子變成陽離子而溶解，所以當陽極的銅失去電子變成陽離子溶解之后，它們便以金屬單質的形式沉積在電解槽底，形成陽極泥。由此可知，電解精煉時，陽極溶解銅的量大于陰極析出銅的量。
（4）可充電電池放電時作原電池，充電時作電解池，兩池的電極反應式正好相反，即電解池的陰極反應式對應于原電池的負極反應的逆反應式，電解池的陽極反應式對應于原電池正極反應的逆反應式，但電解池反應與原電池反應并不是相應的可逆反應。
四、考情分析預測
高考對電化學知識的考查，常見題型是選擇和填空。這部分的考點主要集中在如下幾個方面：（1）原電池、電解池、電鍍池的電極名稱及電極反應式；（2）新型電池的電極反應以及工作原理；（3）根據電解時的電極變化，判斷電極材料、電解質的種類或如何使電解質溶液復原；（4）有關電解產物的判斷和計算；（5）金屬的電化學腐蝕原理與防護；（6）電化學知識在能源、環保、物質制備等方面的綜合應用。
受試卷含量的限制，化學考試越來越重視試題的綜合性。電化學內容是進行綜合命題的重要素材，與之相關的綜合題預計在今后的高考中會有更多的體現。其常見綜合形式有：將原電池和電解池結合在一起，綜合考查化學反應中的能量變化和氧化還原反應等知識；將電化學內容與無機推斷或化學實驗等進行綜合；以環境問題、物質制備、新能源、新科技等為載體，考查電化學知識在生產、生活中的應用。
五、考試熱點例析
1.判斷裝置的類型
例1.某化學興趣小組的同學用下圖所示裝置研究電化學的問題。當閉合該裝置中的電鍵時，觀察到電流計的指針發生了偏轉。下列有關說法不正確的是（ ）
A.甲裝置是原電池，乙裝置是電解池
B.當甲中產生0.1mol氣體時，乙中析出固體的質量為6.4g
C.實驗一段時間后，甲溶液的pH增大，乙溶液的pH減小
D.將乙中的C電極換成銅電極，則乙裝置可變成電鍍裝置
解析：Zn、Cu電極和稀硫酸溶液可構成原電池，其中Zn是負極，Cu是正極；乙裝置是電解池，C為陰極，Pt為陽極。當甲中產生0.1molH2時，電路中通過0.2mol電子，乙中電解得到0.1molCu，質量為6.4g。實驗一段時間后，甲溶液中的c(H+)減小，pH增大；乙溶液中的c(H+)增大，pH減小。乙中的C電極是陰極，將其換成銅電極，該裝置不是電鍍裝置。
答案：D
2.判斷電極和電極反應
例2.如圖，E為沾有Na2SO4溶液的濾紙，并加入幾滴酚酞。A、B分別為Pt片，壓在濾紙兩端，R、S為電池的電極。M、N是多微孔Ni的電極材料，它在堿溶液中可以視為惰性電極。G為電流計，K為開關。C、D和電解池中都充滿濃KOH溶液。若在濾紙中央點上一滴紫色的KMnO4溶液，K打開，接通電源一段時間后，C、D中有氣體產生。
（1）R為 （填“正”或“負”）極。
（2）A附近溶液的現象是 ，B附近發生的電極反應式為 。
（3）濾紙上的紫色點向哪方移動： （填“A”或“B”）。
（4）當C、D里的氣體產生到一定量時，切斷外電源并接通開關K，經過一段時間，C、D中氣體逐漸減少，C中的電極為 （填“正”或“負”）極，電極反應式為 。
解析：電解KOH溶液就是電解水，兩極分別產生H2和O2，因為相同條件下產生H2的體積是O2體積的兩倍，所以C管中收集到的是H2，D管中收集到的是O2。
（1）H2是在陰極產生的，所以M是陰極，與之相連的R是電源的負極。
（2）B是電解池的陽極，A是電解池的陰極。電解Na2SO4溶液也是電解水，電解時H+移動到A極得電子被還原為H2，破壞了A極附近水的電離平衡，導致A極附近溶液顯堿性，使酚酞試液變紅。B極OH-被氧化，放出O2。
（3）KMnO4中，紫紅色的MnO-4向陽極移動。
（4）當C、D里的氣體產生到一定量時，切斷外電源并接通開關K，此時裝置變為燃料電池。經過一段時間，C、D中氣體逐漸減少，H2和O2反應生成水，在堿性條件下，C中H2發生氧化反應。
答案：（1）負 （2）溶液變紅 4OH--4e-2H2O+O2 （3）B （4）負 2H2+4OH--4e-4H2O
3.書寫電極方程式
例3.燃料電池是一種效率高的新型電池，請根據要求回答下列問題。
（1）某種氫氧燃料電池的電解液為KOH溶液，該電池的正極反應式為 。
（2）一種燃料電池中發生化學反應：在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負極發生的電極方程式為 。
（3）某燃料電池以CO為燃料，以空氣為氧化劑，以熔融態K2CO3為電解質。寫出該燃料電池的總反應式、正極和負極的電極反應式： 。
（4）最近，科學家制造出一種使用固體電解質的燃料電池，其效率很高。一個電極通入空氣，另一個電極通入汽油蒸汽。其中固體電解質是摻雜了Y2O3（Y：釔）的ZrO2（Zr：鋯）固體，它在高溫下能傳導O2-（其中氧化反應發生完全）。
①以丁烷代表汽油，這類電池放電時，發生反應的化學方程式是 。
②這類電池正極的電極反應式是 ，負極的電極反應式是 ，向外電路輸出電子的電極是 。
③放電時，固體電解質里的O2-向 （填“正”或“負”）極移動。
解析：燃料電池的電極只起導電作用，一般不參與電極反應。在負極上發生反應的氣體一定是可燃性氣體（H2、CH4、CO、CH3OH等），失電子發生氧化反應；在正極上發生反應的氣體是O2或空氣，得電子發生還原反應。書寫電極反應式時，一定要注意電解質的性質：電解質溶液的酸堿性、固體電解質能傳導的離子的種類等。
（1）因為該電池的電解液為KOH溶液，所以在正極O2被還原應生成OH-。
（2）原電池的負極發生氧化反應，該燃料電池負極通入的氣體應是CH3OH，電池的總反應式為2CH3OH+3O24H2O+2CO2；酸性條件下的正極反應式為O2+4e-+4H+2H2O，即3O2+12e-+12H+6H2O，將總反應式減去正極反應式消去O2即得負極反應式。
（3）該電池的總反應式為CO+12O2CO2，因為電解質為熔融態K2CO3，所以電池中是K+和CO2-3導電，正極反應式為CO2+12O2+2e-CO2-3，用總反應式減去正極的電極反應式得到負極的電極反應式：CO+CO2-3-2e-2CO2。
（4）在固體電解質燃料電池中，電解質在高溫下能傳導O2-，所以O2被還原的產物為O2-，正極反應式為13O2+52e-26O2-；用總反應式減去正極反應式即得負極反應式。不管是哪種電池，負極總是向外電路輸出電子的一極，陰離子向負極移動。
答案：（1）O2+2H2O+4e-4OH- （2）CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+ （3）正極：CO2+12O2+2e-CO2-3 負極：CO+CO2-3-2e-2CO2 總反應式：CO+12O2CO2 （4）①2C4H10+13O28CO2+10H2O ②13O2+52e-26O2- 2C4H10+26O2--52e-8CO2+10H2O 負 ③負
4.分析新型電池
例4.研究人員最近發現了一種“水”電池，這種電池能利用淡水與海水之間含鹽量的差別進行發電，在海水中電池的總反應可表示為5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl。下列“水”電池在海水中放電時的有關說法正確的是（ ）
A.正極反應式：Ag+Cl--e-AgCl
B.每生成1molNa2Mn5O10轉移2mol電子
C.Na+不斷向“水”電池的負極移動
D.AgCl是還原產物
解析：由電池的總反應式可知，放電時銀失去電子，被氧化得到氧化產物，即銀作負極，產物AgCl是氧化產物，A、D都不正確；在原電池中，陽離子在正極得電子發生還原反應，所以陽離子向電池的正極移動，C錯誤；每生成1molNa2Mn5O10時消耗2molAg，轉移2mol電子，B項正確。
答案：B
5.二次電池的充放電
例5.Li―SO2電池具有輸出功率高和低溫性能好等特點。其電解質是LiBr，溶劑是碳酸丙烯酯和乙腈，電池反應式為2Li+2SO2放電充電Li2S2O4，下列說法正確的是（ ）
A.該電池反應為可逆反應
B.放電時，Li+向負極移動
C.充電時，陰極反應式為Li++e-Li
D.該電池的電解質溶液可以換成LiBr的水溶液
解析：該電池的放電反應和充電反應分別是在不同條件下發生的反應，不是可逆反應；放電時是原電池，Li+向正極移動；充電時是電解池，陰極發生還原反應，反應式為Li++e-Li；Li是較活潑金屬，能與水發生反應，因此電池的電解質溶液不能換成LiBr的水溶液。
答案：C
6.電鍍和電冶原理
例6.以KCl和ZnCl2的混合液為電鍍液，在鐵制品上鍍鋅，下列說法正確的是（ ）
A.未通電前上述鍍鋅裝置可構成原電池，電鍍過程是該原電池的充電過程
B.因部分電能轉化為熱能，電鍍時通過的電量與鋅的析出量無確定關系
C.電鍍時保持電流恒定，升高溫度不改變電解反應速率
D.鍍鋅層破損后對鐵制品會失去保護作用
解析：在鐵上鍍鋅時，鐵作陰極，鋅作陽極；未通電前可構成原電池，此時鋅作負極失去電子，鐵作正極，而電鍍時鋅仍然失電子，A項錯誤。在氧化還原反應中必須滿足得失電子守恒規律，因此電鍍時通過的電量與鋅的析出量有確定關系，B項錯誤。電鍍時保持電流恒定，則導線中通過的電子速率是不變的，升高溫度不能改變電解反應速率，C項正確。鍍鋅層破損后，由于鋅比鐵活潑，所以即使發生電化學腐蝕也是鋅失去電子而保護了鐵，D項錯誤。
答案：C
7.電化學實驗探究
例7.某實驗小組利用飽和食鹽水、導線、直流電源（用“”或“”表示）、燒杯、靈敏電流計（用“”表示）和兩個電極棒（分別是M、N）進行電化學實驗設計和探究。
甲同學安裝好儀器，接好直流電源通電幾分鐘，發現M處溶液逐漸變淺綠色，過一段時間，溶液變得渾濁且逐漸出現紅棕色。
乙同學所用的儀器和甲同學的看上去相同，但接好直流電源通電幾秒鐘，卻聞到一股刺鼻的氣味，馬上停止通電。
丙同學安裝好儀器，線路閉合幾秒鐘后，卻沒有明顯現象產生，他又很快接入靈敏電流計，發現電流計的指針發生了偏轉。
請根據上述同學的實驗現象回答以下問題。
（1）M電極棒材料是 ，N電極棒材料是 （寫化學式）。
（2）在下列虛框內完成對應三位同學的裝置圖。
（3）按下表要求寫出乙、丙兩位同學實驗過程中涉及的反應方程式。
要求乙丙
M電極方程式①④
N電極方程式②⑤
總反應方程式離子方程式③：化學方程式⑥：
（4）用化學方程式解釋，甲同學實驗時M處溶液出現渾濁后轉為紅棕色的原因： 。
（5）丙同學為了保護M電極不被腐蝕，他可以將N電極棒更換為 （寫化學式）。為驗證該防護方法有效，他又做下列對比實驗：接通電路2分鐘后，分別在M電極區滴入幾滴NaOH溶液，發現沒有更換N電極棒的燒杯中的現象是 。他還可選用的檢驗試劑是 。
解析：本題綜合考查原電池、電解池、金屬的腐蝕與防護等知識，根據實驗現象正確判斷電極類型和電極反應是解題的關鍵。
（1）從甲同學的實驗現象看，M電極是鐵，電解時鐵被氧化，即M電極是陽極；乙同學的實驗中得到的氣體是Cl2，被氧化的是Cl-，則陽極N是惰性電極。
（2）甲實驗中M電極作陽極，連在直流電源的正極上；乙實驗中M電極作陰極，連在直流電源的負極上；丙實驗不是電解，但實驗中產生了電流，所以丙裝置是原電池，接入電流表即可。
（3）乙實驗是用惰性電極電解飽和食鹽水，丙實驗的反應原理相當于是鐵的吸氧腐蝕。
（4）甲實驗中發生電極反應：Fe-2e-Fe2+（陽極），2H++2e-H2（陰極），總反應式為Fe+2H2O電解Fe(OH)2+H2。Fe(OH)2很不穩定，易被空氣中的氧氣氧化為紅褐色的Fe(OH)3：4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3。
（5）要使M電極不被腐蝕，應將N電極換成比鐵活潑的金屬。沒有更換N電極棒的燒杯中，Fe被氧化為Fe2+，只要加入能與Fe2+反應且產生明顯實驗現象的物質，都能達到檢驗出Fe2+的要求。
答案：（1）Fe C（或Pt等惰性電極） （2） （3）①2H++2e-H2 ②2Cl--2e-Cl2 ③2Cl-+2H2O電解Cl2+H2+2OH- ④Fe-2e-Fe2+ ⑤O2+2H2O+4e-4OH- ⑥2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2 （4）4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3 （5）Zn（合理即可） 溶液中產生白色沉淀，沉淀隨即變成灰綠色，最后變成紅褐色 酸性KMnO4溶液（或KSCN溶液和氯水）
8.電化學知識綜合運用
例8.電浮選凝聚法是工業上采用的一種污水處理方法：保持污水的pH在5.0～6.0之間，通過電解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉積下來，具有凈化水的作用。陰極產生的氣泡把污水中的懸浮物帶到水面形成浮渣層，刮去（或撇掉）浮渣層，即起到浮選凈化的作用。某科研小組用電浮選凝聚法處理污水，設計裝置圖如下：
（1）實驗時若污水中離子濃度較小，導電能力較差，產生氣泡速率緩慢，無法使懸浮物形成浮渣。此時，應向污水中加入適量的 。
a.H2SO4b.BaSO4
c.Na2SO4d.NaOH
e.CH3CH2OH
（2）電解池陽極的電極反應分別是① ，②4OH--4e-2H2O+O2。
（3）電極反應①和②的生成物反應得到Fe(OH)3沉淀的離子方程式是 。
（4）熔融鹽燃料電池是以熔融碳酸鹽為電解質，以CH4為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料為電極。已知負極的電極反應式是CH4+4CO2-3-8e-5CO2+2H2O。
①正極的電極反應式是 。
②為了使該燃料電池長時間穩定運行，電池的電解質組成應保持穩定。為此，電池工作時必須有部分A物質參加循環。則A物質是 （用化學式表示）。
（5）實驗過程中，若在陰極產生了44.8L（標準狀況）氣體，則熔融鹽燃料電池消耗CH4（標準狀況） L。
解析：（1）酸與電極發生反應，NaOH溶液與電極鋁發生反應，BaSO4難溶于水，乙醇是非電解質，都不宜加入。加入Na2SO4可增強溶液的導電能力，電解Na2SO4溶液即是電解水。
（2）陽極是鐵，電解時鐵被氧化為Fe2+；陰極水電離產生的H+放電生成H2和OH-。
（3）Fe2+與OH-反應生成的Fe(OH)2沉淀被氧氣氧化為Fe(OH)3。
（4）此燃料電池的總反應式為CH4+2O2CO2+2H2O，用總反應式減去負極反應式即得正極反應式。參加循環的A物質是CO2。
電化學范文2
關鍵詞：兩電極 電化學 CO傳感器
0 引言
CO作為大氣污染物的主要物質之一，是環境監測控制的重點。隨著城市能源結構的調整及變化，城市煤氣已進入千家萬戶，以其清潔、方便的特點迅速普及。但由于使用不當或器具不合格，或其他因素造成泄漏，使得CO泄出后造成人員中毒事故時有發生；燃煤及燃氣熱水器不充分燃燒造成CO的聚集而導致居家人員中毒傷亡也不少見；在工業領域，CO氣體的生產、制造、應用等也需控制其濃度范圍；在采礦行業，地下礦井的CO氣體也需要檢測報警。在環保方面汽車尾氣檢測CO也日益重視起來。兩電極電化學式CO傳感器功耗低、體積小、靈敏度高、線性范圍寬，并具有抗干擾能力強、重現性好、穩定可靠等優點，是一種廣泛適合工業及民用領域的電化學式傳感器。
1 傳感器的結構
電化學傳感器有兩電極和三電極結構，主要區別在于有無參比電極。兩電極CO傳感器沒有參比電極，結構簡單，易于設計和制造，成本較低適用于低濃度CO的檢測和報警；三電極CO傳感器引入參比電極，使傳感器具有較大的量程和良好的精度，但參比電極的引入增加了制造工序和材料成本，所以三電極CO傳感器的價格遠高于兩電極CO傳感器，主要用于工業領域。針對當前我國對廉價民用CO報警器的迫切需求，我們選擇了兩電極CO傳感器的整體設計方案。兩電極電化學CO傳感器主要由電極、電解液、電解液的保持材料、除去干涉氣體的過濾材料、管腳等零部件組成。電化學式傳感器的代表性構造
2 主要材料的選擇
2.1 電解質 電解質是電化學傳感器電極間的導體，是構成電池的重要成分。電化學CO傳感器按照電解質狀態可分為液體電解質型、半固態電解質型和固體電解質型。由于液體電解質易于泄漏和揮發，嚴重影響了傳感器的使用壽命，所以目前很少使用。半固態電解質是介于液態和固態電解質之間的電解質，是將一種親水性的多孔材料(或稱為燈芯材料)浸泡在硫酸中來形成的，這就要求該材料有很好的耐酸腐蝕性質，如聚苯乙烯磺酸膜、玻璃纖維膜等。而固體電解質型電解質代表了傳感器的發展的方向。電化學固態聚合物電解質型CO傳感器以聚合物中的官能基來傳導離子，由于能在室溫下工作，并且聚合物可按照設計需要通過化學反應進行改性，便于加工。經比較，固態聚合物電解質型結構性能更好，更易于制得高性能特別是高壽命的傳感器。通過試驗研究，我們最終選擇了Nafion固態聚合物電解質作為兩電極電化學CO傳感器的電解質。為了克服Nafion固體電解質電化學傳感器在使用時易受外界濕度干擾、影響使用壽命的缺點，在傳感器中設計了主要用玻璃纖維作為吸收材料填充少量液體電解質的儲存室，使液體電解質不易流動并提供充分的溶脹空間，該結構使傳感器內部形成穩定的氛圍，可以緩沖外界的變化，從而保證Nafion膜傳感器相對穩定的工作狀態，這樣克服了純固體電解質易受環境影響的缺點，大大提高了傳感器的可靠性。
2.2 過濾材料 傳感器的過濾材料能夠濾除對電極有毒害作用的污染物，其過濾能力對傳感器的使用壽命有重要影響。傳統的做法是使用活性炭粉末材料，但是由于活性炭的粗裝密度小，少量的活性炭難以起到作用，這也是傳統的電化學傳感器使用壽命短的主要原因；但是增加活性炭用量，又會使傳感器的體積變得臃腫，不利于安裝在探測器中。針對這個問題，我們采用了近年來新興的活性碳纖維材料。因為活性炭纖維其表面遍布微孔，以及可經二次加工，成為不同形態的氈及布狀的材料，與傳統的顆粒炭相比，具有較快的吸附、脫附的速度和更便利的操作維護等優點，該材料對有機氣體及惡臭物質（如正丁基硫醇等）吸附量比粒狀活性炭（GAC）大幾倍至幾十倍，對無機氣體也有很好的吸附能力，減小了過濾材料的用量，并且易于集成于傳感器中。 轉貼于
2.3 電極材料 CO傳感器的電極主要材料包括催化劑和基體材料。催化劑能加速氣體的反應，電極上載有對CO催化反應活性高的由鉑、釕、鎳等金屬微粒組成的催化劑，這些金屬作為電化學反應的催化劑可加速化學反應而本身無變化。在常見國外的CO傳感器中，鉑由于催化活性高而被廣泛使用，本項目也用鉑作為指示電極和對電極的催化劑。電極基體材料的選擇主要考慮材料的化學惰性，不與電解質和實際應用中可能接觸的化學物質反應；同時本傳感器中的電極是氣體擴散電極，基體材料要制備成多孔結構，所選材料應易于制備多孔薄膜；此外基體材料最好具備憎水性以防止水蒸氣在孔洞中凝結影響傳感器的正常工作。在上述條件限定下我們最終選擇化學惰性極佳、且具憎水性的聚四氟乙烯（PTFE）作為電極的基體材料。
3 內封裝工藝
鉑絲與電極插腳結合的部位是電解液泄漏的一個原因，該部位易受電解質溶液的腐蝕導致漏液和在傳感器內引入其它金屬離子而影響使用性能。一般的方法是在電極插腳上用電鍍或化學鍍方法制備惰性薄膜，或使用導電塑料進行連接，這些方法增加了制備工藝的難度，我們通過簡單的內封裝工藝解決了這個問題。內封裝工藝就是通過在鉑絲與電極插腳結合的部位澆注一薄層耐酸樹脂，該樹脂封裝至少6mm的鉑絲，實驗表明這樣的處理能使電解質液無法到達電極插腳端頭，有效防止漏液。
4 兩電極電化學CO傳感器濃度特性曲線
研制的CO傳感器靈敏度高，線性好，其輸出特性完全能夠滿足檢測儀器的設計要求
電化學范文3
1無掩膜電化學微/納米加工技術無掩膜電化學微/納米加工技術是基于微/納米電極針尖或針尖陣列的掃描探針顯微鏡(SPM)技術，包括電化學掃描隧道顯微鏡(EC-STM)和電化學原子力顯微鏡(EC-AFM)、超短電壓脈沖技術(US-VP)、掃描電化學顯微鏡(SECM)、掃描微電解池(SMEC)等，加工的精度由針尖電極的尺寸決定。無掩膜技術的優點在于所加工的三維結構的尺度和精度可以達到微/納米級別，缺點是材料去除率低以及加工效率低。
1．1電化學掃描探針顯微鏡(EC-SPM)電化學掃描隧道顯微鏡由Kolb課題組于1997年提出。與“蘸水筆”技術很類似，首先在STM探針上沾上帶有Cu2+的溶液，再移到金基片上通過電沉積形成銅納米團簇。此方法的加工精度非常高，團簇的直徑一般在亞納米級別，高度可以控制在幾個納米［7］。然而，由于很多金屬的還原電位低于氫析出電位，很難在水溶液中通過電沉積的方法得到納米團簇或微/納米結構。最近，廈門大學毛秉偉教授課題組在室溫離子液體環境中電沉積得到了活潑金屬鋅和鐵的納米團簇圖案［8-10］。原子力顯微鏡與電化學聯用可以達到類似的結果。雖然單點加工作業效率低，但是由于金屬的電沉積速度很快，如果采用陣列SPM探針，可以大幅度提高加工效率。EC-SPM最大的不足在于SPM的掃描行程非常有限，因此加工的尺度范圍很小。目前本課題組正在研發大行程(100mm×100mm)的EC-SPM技術。
1．2超短電壓脈沖技術Schuster發展了超短電壓脈沖技術(USVP)，將微/納米電極、電極陣列或者帶有三維微結構的模板(工具)逼近待加工的導電基底(工件)，然后在針尖與基底之間施以納秒級電壓脈沖。由于電極/溶液界面的時間常數為雙電層電容和工具與工件之間溶液的電阻的乘積(τ=RCd)，而后兩者與工具和工件之間的距離有關，所以在工件與工具之間施加納秒級的電勢脈沖時，只有距離工具最近的工件部位發生陽極溶解，從而得到尺度可控的微型結構［11］。本質上講，這種技術具有距離敏感性，加工的精度較高。我國已有研究人員正在開展這種技術的研究［12］。
1．3掃描電化學顯微鏡掃描電化學顯微鏡(SECM)是一種以超微電極或納米電極為探針的掃描探針技術，由一個三維精密定位系統來控制探針電極與被加工基底之間的距離，通過在針尖與基底之間局部區域激發電化學反應，可以獲得各種微結構圖案。該技術通過電流反饋原理定位微/納米電極針尖，與STM和AFM相比，雖然空間分辨率有所降低，但是化學反應性能得到增強，大大拓展了微/納米加工的對象，成為一種重要的微/納米加工技術。SECM在微/納米加工中的應用詳見文獻［13］。
1．4掃描微電解池掃描微電解池(SMEC)是利用毛細管尖端的微液滴與導電工件形成接觸，對電極插入到毛細管中與導電的加工基底構成微電解池，并以該微電解池作為掃描探針。由于電化學反應被限制在微液滴中，因此微液滴的尺寸決定了加工的精度［14］。近期的研究結果表明，通過該方法可以制作形狀可控的銅納米線，在微電子元器件的焊接技術中表現出顯著的優勢［15］。我們課題組采用該方法合成了各種微/納米晶體或聚合物功能材料，用于構筑電化學功能微器件［16-17］。
2掩膜電化學微/納米加工技術掩膜微/納米加工技術包括LIGA技術、EFAB技術、電化學濕印章技術(EC-WETS)和電化學納米印刷技術。這些加工技術的主要原理都是將電化學反應控制在具有預設微/納米結構的掩模內。工件通常是導電的，同時也作為電極。LIGA和EFAB技術需要通過光刻在工件上形成微結構，然后通過電沉積方法在其間得到金屬微/納米結構。電化學濕印章技術和電化學納米壓印技術使用的是凝膠或固體電解質模板，模板與工件接觸，利用電沉積或刻蝕形的方法形成所需的微/納米結構。
2．1LIGA技術LIGA(德語Lithographie，Galvanoformung，Abformung的縮寫)是一種加工高深寬比微/納米結構的方法［18-20］。先在導電基底上涂覆一層光刻膠，通過光刻曝光后形成高深寬比的微/納米結構;然后在含有微/納米結構的光刻膠模板上電沉積金屬，去除光刻膠后得到金屬微/納米結構。獲得的金屬微/納米結構還可以進一步作為加工塑料和陶瓷材料工件的模板。LIGA加工的深寬比可以達到10～50，粗糙度小于50nm。該技術使用的X射線曝光光源價格昂貴，而紫外曝光工藝又受相對較低的加工深寬比的制約。另外，如何在有較高深寬比的光刻膠微/納米結構中實現高質量的電鑄也是需要解決的問題。
2．2EFAB技術EFAB(ElectrochemicalFabrication)是由美國南加州大學AdamCohan教授提出的一種微/納米加工方法［21-23］。EFAB技術首先利用CAD將目標三維微/納米結構分解成容易通過光刻加工的多層二維微/納米結構;然后將設計好的微/納米結構層和犧牲層一層一層地沉積于二維光刻膠模板中;去掉光刻膠模板和犧牲層金屬就可以得到所需的微/納米結構。每一個電鑄層都要求高度的平坦化，以確保下一步工藝的質量?；瘜W拋光(CMP)是常用的拋光方法，但是其價格昂貴，大大增加了工藝成本。另外，逐層加工對多層結構之間的精確對準有著很高的要求，任何兩層之間的對準錯誤都將會導致整個微/納米加工流程失敗。2．3電化學濕印章技術Grzybowski提出了一種利用含有刻蝕劑和微結構的凝膠模板來實現導體或半導體材料的化學刻蝕技術［24］。我們課題組采用瓊脂糖凝膠模板作為電解質體系，提出了EC-WETS技術，通過電沉積、陽極溶解或化學刻蝕等途徑實現微/納米結構的加工［25］。目前的主要問題是如何控制反應物的側向擴散，提高反應物在膠體中的擴散速率以及加工的精度。
2．4固體電解質電化學納米印刷技術AgS2是一種具有銀離子傳輸能力的固態超離子導體電解質，Hsu等制備了AgS2微/納米結構模板。當銀工件表面接觸到超離子導體模板時，在工件上施加一定的電壓，銀工件表面與模板的連接處將會發生銀的陽極溶解，銀離子在AgS2電解質中遷移，沉積到AgS2模板另一側的對電極上［26-27］。這種方法的主要缺陷是可以用作模板的固體電解質有限，機械強度差，而且，工件表面溶出的陽離子在固體電解質中的擴散速度慢，加工效率低。
3約束刻蝕劑層技術微/納米加工技術必須滿足以下3點要求:微/納米級加工尺寸，能加工復雜的三維結構以及實現批量化生產。然而非掩膜技術不適合批量生產，掩模技術又難以生產連續曲面等復雜的三維微結構。我們課題組致力于電化學微/納米加工領域已有20多年，由田昭武院士提出的具有自主知識產權的約束刻蝕劑層技術(CELT)可以滿足對微/納米加工技術的上述3個基本要求，本節將予以詳細介紹。
3．1基本原理約束刻蝕劑層技術是通過一個隨后的均相化學反應將電化學、光化學或光電化學產生的刻蝕劑約束至微/納米級的厚度，從而實現微/納米精度的加工。約束刻蝕劑層技術主要分為以下3個步驟:①刻蝕劑的生成反應為:RO+neorR+hvO(+ne)(1)其中R為刻蝕劑前驅體，O為刻蝕劑。CELT使用的工具既是光/電化學體系的工作電極又是微/納米加工的模板，即刻蝕劑通過電化學、光化學、光電化學的方法在模板表面產生。由于刻蝕劑在溶液中的擴散，刻蝕劑的形狀和厚度很難控制，這取決于刻蝕劑的擴散性質、模板電極的大小和形狀。為了確保加工精度，就必須控制刻蝕劑的擴散僅僅發生在模板電極表面微/納米級的尺度范圍以內。②約束反應為:O+SR+YorOY(2)其中S為工作溶液中的約束劑，Y是約束劑S與刻蝕劑O反應的產物或者光/電化學反應生成的自由基衰變產物。由于約束反應的發生，使刻蝕劑的擴散被限制在模板電極表面微/納米級的尺度范圍以內，約束刻蝕劑層的厚度取決于約束反應的速率或自由基O的壽命。約束刻蝕劑層的理論厚度為［28］:μ=(D/Ks)1/2(3)其中μ為約束刻蝕劑層的厚度，D為刻蝕劑在工作溶液中的擴散系數，Ks為約束反應(式(2))的準一級反應速率常數。當Ks為109s－1時，約束刻蝕劑層的厚度將達到1nm。由于刻蝕劑層被約束在微/納米尺度范圍內，刻蝕劑層保持與加工模板一致的形狀。因此，約束刻蝕劑層技術的加工精度取決于約束刻蝕劑層的厚度。③刻蝕反應為:O+MR+P(4)式中M為被加工材料，P為刻蝕產物。當模板電極逐漸逼近工件使約束刻蝕劑層與工件表面接觸時，工件表面將與刻蝕劑發生化學刻蝕反應，直到在工件表面生成與模板電極三維微/納米結構互補的微/納米結構。
3．2微/納米加工儀器用于微/納米加工的CELT儀器主要由電化學工作站、三維微位移控制器、計算機反饋系統三部分構成［29-33］(圖1)。電化學工作站用于調控CELT化學反應體系;三維微位移控制器用于模板工具的定位和進給?？販叵到y和工作液循環系統等附屬系統在這里不做展示。計算機用于CELT整體系統的信息發送和反饋，以確保整個微/納米加工過程協同完成。
3．3化學反應體系的篩選對于CELT而言，首先是要選擇合適的化學反應體系。在實驗中，我們使用一個柱狀微電極作為工具電極來產生針對特定加工材料的刻蝕劑。比如在加工半導體砷化鎵時，溴是常用的刻蝕劑，而胱氨酸作為約束劑用以調控刻蝕劑層的厚度［34-39］。整個刻蝕體系的化學反應表示如下:16Br－8Br2+16e(5)5Br2+RSSR+6H2O2RSO3H+10Br－+10H+(6)3Br2+GaAs+3H2O6Br－+AsO3－3+Ga3++6H+(7)用于加工砷化鎵的CELT化學體系的循環伏安圖見圖2(a)［34］。刻蝕劑的生成反應(式(5))是一個可逆的氧化還原反應。由于工作液中胱氨酸(RSSR)與溴的約束反應(式(6))，胱氨酸被氧化為磺酸(RSO3H)，體系的法拉第電流顯著增加，這表明約束刻蝕劑層的厚度減小。如圖2(c)所示，納米加工的精度得到良好改善［38］。值得注意的是，約束刻蝕劑層的厚度可以通過改變約束劑的濃度來調節。這對于超光滑表面的加工十分重要，可以根據實際技術要求調整工藝。SECM可以用來探測工具表面刻蝕劑的濃度分布，并且可以用來獲取CELT化學反應體系的動力學參數，這對于優化CELT微/納米加工的技術參數十分重要［40-41］。
3．4復雜三維微結構的CELT加工CELT已被證明可以成功地用于金屬、合金、半導體、絕緣體表面復雜三維微結構的加工［42-49］。在三維微結構的加工實驗中，使用的是具有互補結構的模板電極。模板材料可以是鉑銥合金、硅、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。在具有三維微結構的硅或PMMA模板上首先沉積一層鈦，然后再濺射一層鉑，以確保模板在加工過程中的導電性和穩定性。在金屬或合金基底上加工三維微結構的關鍵是在工具電極表面產生氫離子作為刻蝕劑，以氫氧化鈉作為約束劑。目前，各種三維微結構已經被成功復制在銅［50-51］、鎳［51-52］、鋁［53］、鈦［54］、鎳鈦合金［55］、Ti6Al4V［56］、鎂合金［57］基底上。對于半導體硅［32，58-62］或砷化鎵［34-39］，一般以溴作為刻蝕劑，以胱氨酸為約束劑。圖3所示的是采用CELT在n型砷化鎵基底上加工出的三維衍射微透鏡陣列，這是CELT加工出的首例光學微器件［39］。整個微透鏡陣列是一個八相位衍射光學器件，每個小微透鏡由8個同心圓以及7個臺階位構成。7個臺階位的總高度是1．3μm，每個臺階的平均高度為187nm。添加劑對提高刻蝕產物的溶解性至關重要，在硅微加工中，通常加入氟化鈉以避免硅沉淀。最近，由光電化學或光化學生成自由基刻蝕劑也取得了初步進展，例如二乙胺自由基刻蝕銅［63］。
3．5超光滑表面的CELT加工如果工具模板不是復雜三維結構，而是一個超光滑平面，CELT能否發展成為一種整平技術呢?由于集成電路和超精密光學器件等領域的巨大市場需求，將CELT發展成為一種超光滑表面加工技術具有十分重要的意義。最近，我們采用CELT的基本原理開展了超光滑表面加工的研究工作，該方法有可能代替現有的化學機械拋光技術(CMP)，用于超大規模集成電路中銅互連結構的整平。初步的研究結果表明CELT對銅的整平有著良好的效果(圖4)。CELT拋光的關鍵在于確保約束刻蝕劑層在大面積范圍內保持均一的濃度分布。盡管大面積超光滑工具電極的流體力學設計非常必要，但是最簡單的方法是使用一個線型工具電極對在加工平臺上做旋轉運動的工件進行作業。本課題組正在將傳統的機械加工作業方式與CELT進行對接，這無疑將在超光滑表面及其微/納米二級結構的加工領域發揮更加重要的作用［33］。
電化學范文4
關鍵詞：電化學；體表腫瘤
中圖分類號：R730.5 文獻標識碼：A 文章編號：1004-4949（2013）03-0-01
目前惡性腫瘤的仍以手術，放療，化療，生物治療四大治療手段。但在臨床上常常遇到患者無法耐受手術或手術失去時機，放化療不敏感，治療復發等情況，成為臨床治療中的棘手問題，電化學治療簡單，易掌握，安全性大，療效高，尤以體表腫瘤效果最好。今將我科從2005年3月—2007年5月間共19例體表腫瘤患者行電化學治療收到了較好的療效闡述如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
本組19例，男12例，女7例，平均年齡56歲（20-68歲），其中皮膚癌5例，晚期頸部轉移癌3例，血管瘤3例，肝癌2例，癌2例，環狀痔1例，舌癌1例，胸壁轉移癌1例，骶尾部轉移癌1例。
1.2 治療方法
1.3 療效評價
2 結果
全組19例體表腫瘤治療后CR11例，PR4例，總有效率78%，MR3例，PD1例。詳見圖表。
3 討論
電化學治療原理是通過直流電的電離作用改變腫瘤組織生存內環境，使腫瘤細胞內代謝發生紊亂，陽極內PH值極度降低，酸性刺激血管引起腫瘤缺血，脫水。陰性電極PH值極度升高，局部組織水腫壓迫血管，使腫瘤血供減少，氧氫離子等電離作用直接損傷腫瘤細胞，促使蛋白質凝固、壞死，組織內微血檢形成，使腫瘤細胞分解，破壞、死亡。[1]作為電化學治療在腫瘤治療橫式的補充、物理治療的一種手段，特別對體表腫瘤顯示出相當的優勢性，對于年老體弱，不能耐受手術，病期晚，失去手術時機，治療復發轉移，特殊部位手術創傷大，術后局部畸形、缺失，功能受損等患者體現了電化學治療的高效、安全、微創的優勢，使部分腫瘤明顯縮小，癥狀減輕、緩解，提高患者的治療信心，提高晚期癌癥患者的生活質量，起到了關鍵作用。[2]甚至使部分腫瘤完全消失，起到了與手術同樣的效果，而且結合中藥、化療、生物治療，進一步提高惡性體表腫瘤的療效，部分病人得到長期生存?？傊娀瘜W治療體表腫瘤操作簡便，副作用小，安全、可靠、費用低，適用范圍廣，給予已失去手術時機，手術風險大，創傷大的體表腫瘤提供了一種新的、有效的治療方法。[3]
參考文獻
[1] 辛育齡，李開華，權寬宏等.電化學治療惡性腫瘤的臨床效果.中華腫瘤雜志，1991.
電化學范文5
關鍵詞：鍋爐給水；電化學法；除氧；
中圖分類號：C35文獻標識碼： A
工業鍋爐是現代化生產必不可少的設備, 鍋爐給水中含有氧氣和二氧化碳等氣體, 尤其是氧氣, 是造成鍋爐腐蝕的主要因素。鍋爐給水除氧, 是鍋爐防腐的重要方法。鍋爐的使用壽命主要取決于水中氧對鍋爐的腐蝕速度。鍋爐氧腐蝕是緩慢的原電池電化學自然反應過程，給鍋爐的正常運行造成威脅, 有的甚至會引發重大事故, 給生產和人身安全帶來嚴重的損失。據統計：進行除氧處理的鍋爐使用壽命在50年以上，未進行除氧處理的鍋爐使用壽命7-13年。所以，除氧設備的脫氧效果與鍋爐的使用壽命息息相關。
1電化學除氧方法的理論依據
從電解原理可以知道，利用兩種不同的金屬與直流電源進行連接并放置到一種電解質中，使其負極與被保護的金屬材料相連接，正極與準備讓其發生腐蝕的金屬連接，這樣就能夠使被保護的金屬材料形成陰極從而實現對其的保護，讓其發生腐蝕的金屬材料形成陽極不斷被腐蝕。電化學除氧就是利用這種原理實現的，通過利用金屬材料制造的除氧器與直流電源接通，讓除氧器的外殼與電源的陰極相連接，陽極與放置在除氧器中的鋁板連接，當水流通過除氧器時，水中的氧氣就會與鋁板發生電化學腐蝕反應，從而消耗掉水中的氧氣，其具體工作原理下所示。
當直流電接通后，陽極鐵板將發生如下反應：
Fe=2e-+ Fe2+ (1)
陰極的變化如下:
2H++2e- =H2 (2)
在水中起如下電化學反應:
Fe2++2OH-=Fe（OH）2
4Fe（OH）2+2H2O+O24Fe（OH）3（3）
在上面的反應過程中，還會發生氫氧化合反應：
2H2+O2 = 2H2O (5)
通常情況下，除氧器會選用鐵或鋁作為陽極材料，因為該材料化學活性較強，與水中氧氣發生反應的條件要求較低，氧化反應極易發生，同時材料成本較低又是兩性金屬，在鍋爐給水中，電位及腐蝕速度十分穩定，其與氧氣發生反應后所產生的Fe(OH)3或Al(OH)3屬于不安定膠溶體，容易沉淀到水中與水分離，從而被排出，實現較好的除氧效果。同時Fe(OH)3，Al(OH)3屬于對人體無害的物質，有效保證了除氧過程中的安全性，也避免了對環境所造成的危害性。經過長期實踐證明，利用鐵或鋁進行鍋爐給水除氧，能夠使鍋爐給水中的含氧量降低到0.1mg/L左右，達到了GB1576-850《低壓鍋爐水質標準》的要求，且利用該方法進行除氧之后，鍋爐系統未發生任何不良情況。
2影響電化學除氧效果的因素
電化學除氧效果根據除氧條件以及所用材料的不同會存在一定的差異，這主要包括給水的流速、溫度、電源電壓、電極間距等因素，各項參數都會對除氧效果產生一定影響。
2.1給水溫度的影響
鍋爐給水中的含氧量會受到水溫的影響，水溫越高，水中的含氧量越低。因此，電化學除氧的效果會隨著給水溫度的不斷提升而提高，溫度越高，水中氧分子的活性越高，其發生化學反應的速度越快，就能取得更好的除氧效果。通常情況下，進行電化學除氧要求給水溫度在40℃以上，水溫在70℃左右時，能夠獲得最好的除氧效果。
2.2給水流速的影響
鍋爐給水的除氧效果會受到給水流速的影響，當給水流速較小時，除氧效果較好，反之則除氧效果較差。因此，在利用電化學方法進行除氧的過程中，通常需要對給水流速進行控制，根據不同條件控制不同流速，這樣才能有效保證除氧效果。
2.3電壓大小的影響
極板間電壓大小決定電流大小，能夠對金屬的活性產生影響，因此也會影響電化學的除氧效果，當電壓增大時，金屬活性會增強，除氧效果也會明顯提高，但是當電壓增大到一定限值時，除氧效果的提高會顯著下降。經過多次實驗得到，電壓控制在5V-7V，此時電流密度在2-2.5mA/cm2時，能夠取得較好的除氧效果。在采用電化學方法除氧的過程中，每噸給水大約需要消耗電能0.2kWh。下面是水溫40℃時靜水情況下，不同電壓除氧效果曲線：
2.4電極間距的影響
當電壓一定時，極板間距大小影響電流大小，同樣對電化學除氧效果產生影響。當間距減小時，除氧效果會明顯提高，當間距增大時，除氧效果會顯著下降。經過多次實驗得到，電極間距取0.4-0.7cm時，完全能滿足鍋爐水脫氧的要求。下面是水溫40℃靜水條件下，不同間距除氧效果曲線：
3電化學除氧存在的問題與解決途徑
目前，電化學方法除氧并未得到廣泛的應用，因此，在應用的過程中還需要注意很多問題，下面就這些問題進行了簡單的分析。
3.1金屬氧化物
在利用電化學方法除氧的過程中，由于水中的氧氣會與金屬材料發生氧化反應生成金屬氧化物，如果長時間不進行清理，金屬氧化物就會在在金屬板表面形成松軟多孔的化合物，這些化合物有可能堵塞金屬板的通水孔，使通水孔阻力增加，降低除氧效果。針對這種情況，應該在除氧器設計時適當增加除氧器的容積，以便為金屬氧化物提供足夠的沉淀空間。另外，還可以在除氧器外殼上設置適量的清洗空，方便在需要時能夠方便金屬板表面附著化合物的清理。在利用電化學方法除氧的過程中應定期對除氧器內部進行清理，保持除氧器內部清潔，從而保證電化學除氧效果。
3.2水溫的控制
當鍋爐給水溫度低于40℃時，采用電化學方法進行鍋爐給水除氧的效率較低，難以達到《低壓鍋爐水質標準》規定的標準。在通常情況下，要求給水溫度在70℃左右，這樣才能保證除氧效率。為了提高鍋爐給水溫度，可以通過鍋爐尾部的省煤加熱器對給水進行加熱，并對加熱溫度進行控制，提高電化學除氧效果，然后在使給水流入鍋爐使用。針對沒有省煤加熱器的鍋爐，可以通過設置換熱器對給水進行加熱，然后再進行除氧。
4結論
目前，電化學除氧技術還尚不完善，仍然需要通過長期時間進行不斷完善。當前的實驗結果表明：水溫在40-70℃，電壓取5V-7V，電極間距取0.4-0.7cm時完全能滿足鍋爐水脫氧的要求。
參考文獻
[1]詹寧.鍋爐給水除氧技術的應用.《中國化工貿易》，2014
電化學范文6
關鍵詞：原電池；電解池；太陽能電池板
電化學知識一直是中學化學的重要知識板塊，在學生的后續化學學科知識發展中電化學將起到越來越重要的作用。蘇教版高中化學教材必修二的專題二第三單元標題是《化學能與電能的相互轉化》，這個單元集中給大家介紹了原電池、化學電源、電解池以及電解的應用。然而對于高一學生，剛接觸到電化學知識的初學者來說，電化學似乎是陌生的、抽象的、剝離原知識體系的。
首先，作為中學化學體系中不可缺少的一塊，教材的安排十分合理。必修一已經學習了物質的量的計算、氧化還原反應、常見元素化合物等知識，有了這些知識儲備，此時學生再學習電化學理論就相對輕松一些。其次，教師在組織教學內容時，要充分發揮主觀能動性，積極聯系社會生產和生活實際，能夠激發學生興趣，拓展學生視野。
一、生活小妙招——關于金屬防腐
積極聯系生活中的電化學知識，幫助學生理解。比如金屬護欄為什么表面要刷一層油漆？鋼鋸的鋸條表面為什么會呈藍黑色？為什么自行車把手上要鍍上一層金屬？等等。
我們幫助學生一起分析構成原電池的四個條件：兩個活性不同的電極；電解質溶液；形成閉合回路；有自發發生的氧化還原反應。所有由于構成原電池而發生的使金屬氧化的腐蝕方式都是電化學腐蝕，相應的金屬防腐的方法就是阻止其構成原電池，比如，使其干燥（即無電解質溶液）；表面覆蓋油漆或其他涂層（即無法構成閉合回路）。
或者認為構造原電池，并且使得受保護金屬作為原電池正極，此為犧牲負極的正極保護法。這個道理一解釋通了，學生就能觸類旁通，對于生活中的許多金屬防腐的例子都能理解了。這個時候，教師還可以請學生向家長提出正確使用廚房金屬制品的建議，比如：鐵質鍋具該如何養護？學生根據已學知識就可以聯想到：及時清洗，保持干燥，避免殘羹在鍋具表面產生電化學腐蝕。
二、知識創新與高新電池
由于傳統電池（如鋅錳干電池）存在不環保、持續供電力不足等缺點，越來越多的新型電池應運而生。在這個知識不斷更新的時代，不斷涌現出來的高新電池在社會生產和生活的各個方面發揮了日益突出的作用，比如，將氫氣和氧氣經過電化學反應轉變成電能的氫氧燃料電池、利用微生物將有機物中的化學能直接轉化成電能的微生物燃料電池、以吸收太陽輻射能并轉化為電能的太陽能光伏電池等等。這些新型電池具有廣泛應用的潛力，同時也擴大了用來滿足我們對能源需求的燃料的多樣性。教師及時補充學習電化學方面的新知識，不僅使自身的知識體系與時俱進，也能使學生及時了解電化學領域的前沿知識，開闊視野，增長見聞。
三、電鍍工業與水環境
在電能轉化為化學能部分，課本在“拓展視野”里提到工業上利用電解精煉銅的方法，即電鍍工業。此時所遇到的習題可能會涉及工業電鍍，教師在給學生解釋知識點的同時，也可以介紹一下電鍍廢水的成分及處理方法。一般電鍍工業產生的廢水可能含有重金屬陽離子，比如：Cr6+、Cr3+、Ni2+、Zn2+、Fe2+、Cu2+以及CN—等，這些離子有些有毒，有些屬于致癌、致畸、致突變的劇毒性物質，如果直接排入水系，會造成難以想象的慘痛后果。因此，我們必須強調工業廢水不可以直排，而應當經過必要的污水處理再進行排放。電鍍廢水的處理方法一般也是電鍍，這個比較復雜，即使學生表示感興趣，也建議課后個別交流。
四、零能耗——倡導節能，低碳生活
電能是寶貴的二次能源，節能、環保、低碳是21世紀最時髦的詞匯。在電化學部分給學生介紹新型環保材料，巧妙滲透節能理念是十分必要、適時的。
不是沒有人注意到環境惡化所帶來的危害，而是多數人認為環境污染問題離自己很遙遠，不是自己的事情，也不是浪費自己的錢財，甚至有一些人認為自己有錢，無所謂浪費。殊不知，水、電、氣這些都是人類共同的資源，現在的浪費，就給子孫后代帶來無窮的隱患。
某些人認為不關電腦、不關水龍頭，浪費點電、水都不是什么問題，也花費不了多少錢。但是，他們沒有認識到在這些電、水白白消耗掉的同時，電腦所產生的輻射、排放的二氧化碳等有害氣體，正在損害著自身；他們也沒有認識到，發電廠發電所需要的煤炭等資源以及所排放廢氣和污水所給環境帶來的危害；他們更沒有意識到，發電廠的機器設備、電腦耗材等生產資料在生產過程中給環境帶來的巨大危害。
關于這些，我認為學校可以根據自身情況，進行一些教育、宣傳。比如在每年的6月5日，世界環境日這天，學?？梢越M織一些社區宣傳活動，針對家庭如何進行節能減排。
