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1、环境电化学朱萍2006/11/20第一章绪论电化学是研究化学能与电能之间相互转化的一门古老学科，从学科性质上讲，属于物理化学的一个重要分支，在与无机化学、有机化学、分析化学、化学工程等学科相互渗透、协调发展的过程中逐渐形成了自己完备的理论与应用体系。电能化学能电解电池⒈电解:精炼和冶炼有色金属和稀有金属；电解法制备化工原料；电镀法保护和美化金属；还有氧化着色等。2.电池:汽车、宇宙飞船、照明、通讯、生化和医学等方面都要用不同类型的化学电源。⒊电分析⒋生物电化学电化学的发展：1799年，伏打制成世界上第一个化学能转
2、化为电能的铜锌原电池。1889年，能斯特建立了著名的电极电位与电极反应各组分浓度之间关系的能斯特方程式。20世纪60年代，电化学工程发展的一个转折时期。电分析化学、催化电化学、熔盐电化学、量子电化学、腐蚀电化学、生物电化学等。表1目前常见污染物的处理技术表2与环境问题有关的电化学应用领域应用领域内容电合成无机化学品、有机化学品、金属和合金、半导体、导电聚合物、复合物等二次能源燃料电池、氧化还原电池、太阳能电池等传感器和环境监测离子选择性电极、电化学传感器、生物电化学传感器、电化学在线分析等污染物的电化学处理金属离
3、子去除、无机和有机污染物的去除、水体净化、氧化还原剂和其他试剂的循环利用、大气的电化学净化、电絮凝等腐蚀防护腐蚀检测、阴极保护、阳极保护等第二章电化学基础理论一、电化学体系的基本结构单元1、电极电极是指与电解质溶液或电解质接触的电子导体或半导体，它既是电子贮存器，能够实现电能的输入或输出，又是电化学反应发生的场所。使正电荷由电极进入溶液的电极称为阳极，使正电荷自溶液进入电极的电极称为阴极。无论是原电池，还是电解池，发生氧化反应的总是阳极，而发生还原反应的总是阴极。(1)工作电极（workingelectrode简
4、称WE)又称研究电极,是指所研究的反应在该电极上发生。一般而言,对工作电极有以下几个基本要求：电极与溶剂或电解液组分不发生化学或物理反应；所研究的电化学反应不会因电极自身变化而受影响,并能在较大的电位区域内进行测定；电极表面应均一、平滑,能够以较简单的方法进行表面净化；电极面积不宜太大。（2）辅助电极（counterelectrode,简称CE)又称对电极,该电极和工作电极组成回路,使工作电极上电流畅通,以保证所研究的反应在工作电极上发生。对辅助电极而言,基本要求如下：不影响工作电极上的反应,对测量到的数据不产生
5、任何特征性影响；与工作电极相比,一般要求辅助电极具有较大的表面积；辅助电极本身电阻要小,且不易极化。（3）参比电极(referenceelectrode)是指一个已知电势的接近于理想不极化的电极,用于测定工作电极的电极电势(相对于参比电极)。对参比电极的基本要求如下。应为可逆电极,电极电位应符合Nernst方程；参比电极反应具有较大的交换电流密度,流过微小的电流时电极电势能迅速恢复原状；应具有良好的电势稳定性和重现性。2、电解质溶液电解质(electrolyte),是指有能力在溶液中形成可以自由移动离子的物质。根
6、据电解质的结构,可以将它们分为两类,一类是离子键化合物；另一类电解质是共价键化合物。在电化学反应池中,电解质主要起如下两种作用：(1)导电作用,不参与电化学反应,这类电解质叫做支持电解质。环境污染物去除中应用的电解质大多为此类。(2)起导电和反应物双重作用,其离子能够优先参加电化学的氧化-还原反应(与溶剂相比)。溶液中需回收的重金属离子通常既起导电作用,其自身又是反应物。3、隔膜将电化学反应池分为阳极区与阴极区,以保证阳极反应与阴极反应互不接触与干扰的物质或装备叫隔膜(diaphragm)。隔膜的主要形式有盐桥、
7、离子交换膜系统、玻璃滤板等。不论是哪种形式的隔膜，都起着传输传导电流作用的离子的作用。由以上可知,要实现电流通过电化学体系,必须有两类导体:电子导体和离子导体,前者构成电极,后者是电解液的主要成分。此外,还必须存在一个以上发生在两类导体界面上的电化学反应。电子导体包括金属导体、半导体导体;离子导体包括电解质溶液、熔融盐、固体电解质等。A.自由电子作定向移动而导电B.导电过程中导体本身不发生变化C.温度升高，电阻也升高D.导电总量全部由电子承担1.第一类导体:又称电子导体，如金属、石墨等。A.正、负离子作反向移动而
8、导电B.导电过程中有化学反应发生C.温度升高，电阻下降D.导电总量分别由正、负离子分担⒉第二类导体:又称离子导体，如电解质溶液、熔融电解质等。二、电化学中的几个基本概念1、电化学反应及电子、电荷和电流一个电解池内电化学氧化还原反应能够发生，必须有电子作为氧化还原剂参加反应，从而产生电子传递过程。阴极区：2H2O+2e-H2+2OH-阳极区：2H2O－4e-O2+4H+对于
