小議電化學原理與應用

李孟澤

摘 要：電化學知識是化學學科理論知識的主要構成部分，其知識內容豐富，應用范圍也非常廣泛，涉及到化工、機械、輕工、環境科學、航天、冶金、能源、材料、生命科學等諸多領域。因此，學習和掌握一定的電化學知識十分必要。本文主要介紹了電化學的概念以及電化學的原理，針對電化學的應用展開研究。

關鍵詞：電化學；原理；應用

一、電化學概述

電化學通俗解釋就是電能轉化為化學能、化學能轉化為電能，是一種能量轉換。隨著社會的發展，電化學包括的范圍越來越大，現在是由多個分支組成，比如量子電化學、半導體電化學、有機導體電化學、光譜電化學、生物電化學等。電化學的主要研究方向就是電極和電解質溶液，電極中主要研究電極的極化和平衡性質，而電解質針對的是電解質的導電性和離子的運輸性質展開的研究。

二、電化學的化學原理

想要學好電化學的前提是先掌握有關原電池的知識，因此原電池是電化學的基礎，所以電化學又可以叫做“電池的科學”。電池的結構比較簡單只包含兩個部分電極與電極之間電解質。掌握電化學的關鍵是學習有關電解的相關知識，所以弄懂原電池的相關知識是學好電化學的基礎。

2.1 原電池的定義

原電池就是在電解質溶液中放入由導線，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，負極得到電子的過程。在這個過程中會發生能量裝換，電子的失去和電子的得到屬于化學反應，最終結果會產生電能，因此這個過程是化學能轉換為電能的過程，促使這個能量發生轉換的化學反應是氧化還原反應。

2.2原電池的工作原理

原電池的電極反應氧化還原反應，氧化還原反應的本質是電子運動的過程，電子通過導線從負極運動到正極的定向運動。在這個過程中正極發生氧化反應、負極發生還原反應，伴隨著化學反應的產生，就會一直產生電能，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換是化學能轉化為電能。

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極發生氧化還原反應（正極氧化反應，負極還原反應）。氧化還原反應發生的過程就是在外界電流的作用下發生的電解，電解是在電解液中發生的一種化學反應，在發生化學反應時電子會發生運動會不斷的失去和得到。電子在運動時會進入電解液中正離子向負極運動，負離子向正極移動，電荷的定向移動就會產生電流。伴隨這個過程發生的能量轉換是電能轉換為化學能。

三、電化學的應用

電化學在日常生活中的應用非常廣泛，涉及到的領域化工、冶金、醫學、材料、金屬腐蝕與防護、環境科學等，利用電化學知識可以為人類、社會、國家創造出巨大的財富。

3.1冶金

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

3.2環境保護

在環境保護方面我們也用到了電化學知識，我們常用的方法是用電解的方法去除污染物。電解法的優勢是不僅能快速又高效而且在去除污染物時不會產生二次污染。如將微電解工藝用于染料廢水的處理，對含偶氮染料活性藍和絡合染料活性綠及二硝基氯苯等難生化降解物質的溶液進行微電解處理后， 其脫色率達93%

3.3細胞生物生理行為的電化學研究

在醫學方面，運用電化學的氧化還原反應原理。研究人員利用對離子和氧化還原反應敏感的染料作指示劑，可以間接測定細胞的電位和離子濃度，以探測細胞中的離子行為。從而分析表征細胞每時每刻的狀態和細胞的生理行為，了解和比較不受外界干擾下細胞的狀態和在外界因素干擾下細胞的狀態。通過電化學在醫學的運用，可以使人類更好的了解細胞，利于醫學長遠發展。

3.4電化學制備納米材料

在制備納米材料時，傳統的制備方法不足以滿足我們對高質量的要求，隨著社會的進步我們制備納米材料的方法也得到了創新。其中常用的方法是陽極氧氣法，陽極氧氣法的核心知識是電解。電化學法制備納米晶體的工作原理就是以金屬鈦為陽極，以導電性好金屬片為陰極，產生穩定的電流，在鈦基底上制得排列整齊的Tio納米管。這種方法具備的優勢是節約資金、反應穩定快速、操作方便快捷。

3.5金屬的腐蝕與防護

金屬腐蝕的過程就是氣體或液體發生氧化反應的過程。其原理就是金屬原子失去電子變成金屬陽離子發生氧化反應。那么避免金屬發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，這樣就會避免被保護的金屬與空氣或液體接觸這樣就不會發生氧化反應。還可以采用犧牲陽極保護陰極的方法進行金屬保護，那么這種方法就是用到了電化學的原理。

四、結論

電化學發應的過程包括了電能與化學能之間的能量轉換，還涉及到了其它知識比如離子傳輸性質、化學熱力學、化學動力學以及物質結構等許多方面。電化學的應用不僅在冶金、化工、機械、輕工行業廣泛應用，甚至在醫學方面也都卓有貢獻。故而當今社會的發展離不開電化學，我們高中生應該積極學習電化學方面的知識，以備日后更好地應用科學知識推動社會發展。

參考文獻：

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