電化學(xué)有哪些應(yīng)用領(lǐng)域
作者:化工綜合網(wǎng)發(fā)布時(shí)間:2022-04-08分類:無機(jī)化工瀏覽:547
電化學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域:
1、電解工業(yè),其中的氯堿工業(yè)是僅次于合成氨和硫酸的無機(jī)物基礎(chǔ)工業(yè)、耐綸66的中間單體己二腈是通過電解合成的;鋁、鈉等輕金屬的冶煉,銅、鋅等的精煉也都用的是電解法;
2、機(jī)械工業(yè)要用電鍍、電拋光、電泳涂漆等來完成部件的表面精整;
3、環(huán)境保護(hù)可用電滲析的方法除去氰離子、鉻離子等污染物;
4、化學(xué)電源;
5、金屬的防腐蝕問題,大部分金屬腐蝕是電化學(xué)腐蝕問題;
6、許多生命現(xiàn)象如肌肉運(yùn)動(dòng)、神經(jīng)的信息傳遞都涉及到電化學(xué)機(jī)理;
7、應(yīng)用電化學(xué)原理發(fā)展起來的各種電化學(xué)分析法已成為實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)監(jiān)控的不可缺少的手段。
電化學(xué)(electrochemistry)作為化學(xué)的分支之一,是研究?jī)深悓?dǎo)體(電子導(dǎo)體,如金屬或半導(dǎo)體,以及離子導(dǎo)體,如電解質(zhì)溶液)形成的接界面上所發(fā)生的帶電及電子轉(zhuǎn)移變化的科學(xué)。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為電化學(xué)主要研究電能和化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)換,如電解和原電池。但電化學(xué)并不局限于電能出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng),也包含其它物理化學(xué)過程,如金屬的電化學(xué)腐蝕,以及電解質(zhì)溶液中的金屬置換反應(yīng)。
利用電化學(xué)手段分離溶液中的金屬離子、有機(jī)分子的方法,共分四類:
1、控制電位的電解分離法
當(dāng)溶液中存在兩種或兩種以上的金屬離子時(shí),如果它們的還原電位相近,□例如Cu□(標(biāo)準(zhǔn)電極電位□□=+0.345伏)和Bi□(□□=0.2伏),則在電解時(shí)都會(huì)還原析出,達(dá)不到分離的目的。圖1兩種金屬離子A和B的分解電位表示,如果控制陰極電位為□,則金屬離子A可產(chǎn)生強(qiáng)度為□的電流,即可被還原;而金屬離子B的電流強(qiáng)度極小,即幾乎不能被還原,這樣即可達(dá)到分離目的,并分別測(cè)定A和B。在電解過程中,陰極電位□□□是在不斷變化的,□□=□式中□□為標(biāo)準(zhǔn)電極電位;□□為氣體常數(shù);□為熱力學(xué)溫度;□為電極過程電子轉(zhuǎn)移數(shù);□為法拉第常數(shù);□為離子活度;□□為陰極超電壓。電解時(shí),離子濃度不斷降低,□□的負(fù)值不斷增加,以致B也被電解出來。為了控制陰極電位,要用圖2控制電位的線路的線路隨時(shí)調(diào)整外加電壓。,e□是鉑絲對(duì)電極,e□是參比電極(飽和甘汞電極)。選定的e□的電位(相對(duì)于e□)可從電位計(jì)V讀出,電解電流從毫安計(jì)A讀出,在電解過程中不斷調(diào)整電阻□以保持陰極電位不變。
至于選擇什么電位要看實(shí)驗(yàn)條件,例如在分別測(cè)定Cu□和Bi□時(shí),由于兩者電位太相近,需要在溶液中加入酒石酸,調(diào)節(jié)pH=5.8~6.0,Bi□與酒石酸生成的絡(luò)合物比Cu□的穩(wěn)定得多,使兩者的分解電壓相差得大一些,然后再加入適量的肼,以加速Cu□的還原。在這種條件下,控制陰極電位為-0.30伏,銅先電解出來,稱出陰極的增重后,調(diào)節(jié)pH為4.5~5.5,控制陰極電位為-0.40伏,可將鉍全部電解出來。如果溶液中還有Pb□,可將電位控制在-0.50伏,進(jìn)行電解。應(yīng)用此法時(shí),后被電解的離子的濃度不能超過先被電解的離子的濃度。
2、汞陰極電解分離法
H□在汞陰極上被還原時(shí),有很大的超電壓,所以在酸性溶液中可以分離掉一些容易被還原的金屬離子,使一些重金屬(如銅、鉛、鎘、鋅)沉積在汞陰極上,形成汞齊,同時(shí)保留少量不容易被還原的離子,如堿金屬、堿土金屬、鋁、鐵、鎳、鉻、鈦、釩、鎢、硅等。
3、內(nèi)電解分離法
在酸性溶液中,利用金屬氧化-還原電位的不同,可以組成一個(gè)內(nèi)電解池,即不需要外加電壓就可以進(jìn)行電解。例如要從大量鉛中分離微量銅,在硫酸溶液中Cu□比Pb□先還原,因此可將鉛板作為一個(gè)電極,與鉑電極相連,組成一個(gè)內(nèi)電解池,它產(chǎn)生一個(gè)自發(fā)的電動(dòng)勢(shì),來源于Pb的氧化和Cu□的還原。這個(gè)電動(dòng)勢(shì)使反應(yīng)能夠進(jìn)行,直到電流趨近于零時(shí),內(nèi)電解池就不再作用了。內(nèi)電解可以分離出微量的容易還原的金屬離子,缺點(diǎn)是電解進(jìn)行緩慢,因此應(yīng)用不廣。
4、電滲析法
液體中的離子或荷電質(zhì)點(diǎn)能在電場(chǎng)的影響下遷移。由于離子的性質(zhì)不同,遷移的速率也不同,正負(fù)電荷移動(dòng)的方向也不同。當(dāng)在電池的兩極加上一個(gè)直流電壓時(shí),可以把一些有機(jī)物的混合物分離。如臨床實(shí)驗(yàn)中常用此法研究蛋白質(zhì),將試樣放在一個(gè)載器上,外加電場(chǎng)后,荷電質(zhì)點(diǎn)沿著載器向電荷相反的電極遷移,因它們移動(dòng)的速率不同而分離,一般能把血清蛋白分成五部分。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)可使?jié)饪s斑點(diǎn)的寬度達(dá)到25微米左右,然后進(jìn)行電滲析,可將血清蛋白分成二十個(gè)很清晰的部分。
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