電化學(xué)冶金

《冶金學(xué)名詞》第二版。

利用直流電在電極上引起的電化學(xué)反應(yīng)，從水溶液中或從熔鹽中析出金屬的冶金方法。

電化學(xué)在化工、冶金、機械、電子、航空、航天、輕工、儀表、醫(yī)學(xué)、材料、能源、金屬腐蝕與防護、環(huán)境科學(xué)等科技領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前世界上十分關(guān)注的研究課題, 如能源、材料、環(huán)境保護、生命科學(xué)等等都與電化學(xué)以各種各樣的方式關(guān)聯(lián)在一起。

電化學(xué)原電池

原電池是利用兩個電極之間金屬性的不同,產(chǎn)生電勢差,從而使電子的流動,產(chǎn)生電流.又稱非蓄電池，是電化電池的一種，其電化反應(yīng)不能逆轉(zhuǎn)，即是只能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，簡單說就即是不能重新儲存電力，與蓄電池相對 。

原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。所以，根據(jù)定義，普通的干電池、燃料電池都可以稱為原電池。

組成原電池的基本條件：

1、將兩種活潑性不同的金屬（即一種是活潑金屬一種是不活潑金屬），或著一種金屬與石墨（Pt和石墨為惰性電極，即本身不會得失電子）等惰性電極插入電解質(zhì)溶液中。

2、用導(dǎo)線連接后插入電解質(zhì)溶液中，形成閉合回路。

3、要發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。

原電池工作原理

原電池是將一個能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在原電池的負極和正極上發(fā)生，從而在外電路中產(chǎn)生電流。

原電池的電極的判斷：

負極：電子流出的一極；發(fā)生氧化反應(yīng)的一極；活潑性較強金屬的一極。

正極：電子流入的一極；發(fā)生還原反應(yīng)的一極；相對不活潑的金屬或其它導(dǎo)體的一極。

在原電池中，外電路為電子導(dǎo)電，電解質(zhì)溶液中為離子導(dǎo)電。

原電池的判定：

（1）先分析有無外接電路，有外接電源的為電解池，無外接電源的可能為原電池；然后依據(jù)原電池的形成條件分析判斷，主要是“四看”：看電極——兩極為導(dǎo)體且存在活潑性差異（燃料電池的電極一般為惰性電極）；看溶液——兩極插入溶液中；看回路——形成閉合回路或兩極直接接觸；看本質(zhì)——有無氧化還原反應(yīng)。

（2）多池相連，但無外接電源時，兩極活潑性差異最大的一池為原電池，其他各池可看做電解池。

電化學(xué)電解池

電解池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。

電解是使電流通過電解質(zhì)溶液（或熔融的電解質(zhì)）而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程。

發(fā)生電解反應(yīng)的條件：

①連接直流電源

②陰陽電極 陰極：與電源負極相連為陰極

陽極：與電源正極相連為陽極

③兩極處于電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中

④兩電極形成閉合回路

電解過程中的能量轉(zhuǎn)化（裝置特點）：

陰極：一定不參與反應(yīng) 不一定是惰性電極

陽極：不一定參與反應(yīng) 也不一定是惰性電極

電解結(jié)果：

在兩極上有新物質(zhì)生成

電解池電極反應(yīng)方程式的書寫：

陽極：活潑金屬—電極失電子（Au,Pt,Ir 除外）；惰性電極—溶液中陰離子失電子

注：失電子能力：活潑金屬（除Pt Au）>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根(NO3 ->SO4 2-)>F-

陰極：溶液中陽離子得電子

注：得電子能力：Ag >Hg2 >Fe3 >Cu2 >H （酸）>Pb2 >Sn2 >Fe2 >Zn2 >H2O（水）>Al3 >Mg2 >Na >Ca2 >K （即活潑型金屬順序表的逆向）

對應(yīng)關(guān)系：陽極連電源正極，陰極連電源負極（可見高中教材*《化學(xué)選修·四》）

規(guī)律：鋁前（含鋁）離子不放電，氫（酸）后離子先放電，氫（酸）前鋁后的離子看條件。

四類電解型的電解規(guī)律①電解水型（強堿，含氧酸，活潑金屬的含氧酸鹽），pH由溶液的酸堿性決定，溶液呈堿性則pH增大，溶液呈酸性則pH減小，溶液呈中性則pH不變。電解質(zhì)溶液復(fù)原—加適量水。

②電解電解質(zhì)型（無氧酸，不活潑金屬的無氧酸鹽，），無氧酸pH變大，不活潑金屬的無氧酸鹽PH不變。電解質(zhì)溶液復(fù)原—加適量電解質(zhì)。

③放氫生堿型（活潑金屬的無氧酸鹽），pH變大。電解質(zhì)溶液復(fù)原—加陰離子相同的酸。

④放氧生酸型（不活潑金屬的含氧酸鹽），pH變小。電解質(zhì) 溶液復(fù)原—加陽離子相同的堿或氧化物。

簡單說來，電冶金就是電化學(xué)技術(shù)在提取冶金中的應(yīng)用。十分清楚，假若一個反應(yīng)消耗電子，為使該反應(yīng)連續(xù)進行，就必須由另外一個反應(yīng)供給電子。這一對互補反應(yīng)組成一電化學(xué)電池，這兩個反應(yīng)分別叫做陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)。

任何一個電化學(xué)系統(tǒng)都表現(xiàn)出兩個重要特點。

第一，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物必須以帶電狀態(tài)或離子狀態(tài)存在。雖然氣體可以是帶電的原子或分子，但大多數(shù)情況下，氣態(tài)物質(zhì)對組成電化學(xué)電池不甚方便。反應(yīng)物只有溶解在離子固體或離子液體中，或者溶解在水這樣的極性液體中才客易電離。也就是說，這些溶劑的基本功能是為帶電物質(zhì)提供一種它們能在其中存在的介質(zhì)。

第二，為使電化學(xué)反應(yīng)在體系中連續(xù)發(fā)生，也就是使電流在回；路中流動，必須在陰、陽極之間存在電位差。產(chǎn)生電位差的原因，一種情況是兩個電極上的電化學(xué)反應(yīng)速度不同，造成電子供應(yīng)和消耗不平衡，即兩個電極表面電位有差異。另一種情況是在兩電極之間加上一外電壓。本章討論的重點是后一種情況，也兼及前一種。

在電冶金反應(yīng)中，對體系施以外電壓，相當(dāng)于用電能做“燃料”，推動化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)進行。這種燃料的優(yōu)點首推在過程中不向體系引入雜質(zhì)。舉例來說，火法冶金中使用焦炭，不可避免地向反應(yīng)池中引入

電化學(xué)是研究電子導(dǎo)體(或半導(dǎo)體材料)/離子導(dǎo)體(一般為電解質(zhì)溶液)或離子導(dǎo)體/離子導(dǎo)體界面結(jié)構(gòu)、界面變化過程與反應(yīng)機理的一門科學(xué)。生命現(xiàn)象最基本的過程是電荷運動，生物電的起因是由于細胞膜內(nèi)外兩側(cè)存在電勢差，很多生命現(xiàn)象如人或動物的肌肉運動、細胞的代謝作用、神經(jīng)的信息傳遞以及細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能都可用電化學(xué)原理來解釋。生物電池、心電圖、腦電圖等則是利用電化學(xué)方法模擬生物體內(nèi)器官的生理規(guī)律及其變化過程的實際應(yīng)用。由上可見，電化學(xué)是生命科學(xué)中最基礎(chǔ)的一門相關(guān)學(xué)科，因而研究生物電化學(xué)具有極其重要的意義。