电化学

电解电池

外部电压源用于在电解槽中引起化学反应。其中最简单的电解槽是由两条浸在硫酸铜水溶液中的铜条组成的。当直流电压施加到两个电极上，然后发生以下反应:

阴极:' Cu^(2+)(aq)+2e^(-)→Cu(s) '

阳极:' Cu(s)→Cu^(2+)+2e^(-) '

在这里，铜在阳极溶解(氧化)并在阴极沉积(还原)。这是由不纯铜生产纯铜的基础。许多金属的大规模生产都是采用这种工艺进行的。

法拉第电解定律:

第一定律:电解过程中发生在任何电极上的化学反应量与通过电解液的电量成正比。

第二定律:通过电解溶液的相同电量所释放的不同物质的数量与它们的化学当量重量成正比(金属的大气质量+减少阳离子所需的电子数)。

氧化或还原所需的电荷量取决于电极反应的化学计量。让我们举个例子:

“Ag) ^ (+) (aq) + e ^(-)→Ag (s)”

在这个反应中，一摩尔银离子的还原需要一摩尔电子。

我们知道一个电子的电荷' =1.6021xx10^(-19) ' C

因此，对一摩尔电子带电

' = N_A \ xx1.6021xx10 ^ (-19) C ' ' = 6.02 xx10 23莫\ l ^ ^ (1) xx1.6021xx10 ^(-19)”

或者' C=96487 ' C mol^－1

这个量叫做法拉第，用F表示

近似值F = 96500 C mol^－1

电解产物

电解产物取决于电解材料的性质和所使用的电极类型。如果电极是惰性的，则不参与化学反应，而活性电极则参与化学反应。电解产物也取决于电解槽中不同的氧化剂和还原剂及其标准电极电位。

电池

电池主要有两种类型，即一次电池和二次电池。

主要的电池

在原电池中，化学反应只发生一次。电池使用一段时间后就会没电，不能重复使用。干电池(Leclanche cell)是最常见的一次电池。它由一个锌容器组成，它也起阳极的作用。阴极是由粉末氧化镁和碳包围的碳(石墨)棒。电极之间的空间由一种潮湿的氯化铵(NH)膏体填充₄氯)和氯化锌(ZnCl₂）

以下是在干电池中发生的反应的简化版本:

阳极:“锌(s)→锌^(2 +)+ 2 ^(-)”

阴极:Mn \ e成分+ NH_4 + 2 ^(-)→Mn \ O (OH) + NH_3 '

汞细胞:它用于小电流设备。它由锌汞汞合金为阳极，HgO和碳糊为阴极组成。用KOH和ZnO的糊状液作为电解质。以下反应发生在汞电池中。

阳极:“锌(Hg) + 2哦^(-)→锌\ e O (s) + H_2O + 2 ^(-)”

阴极:“Hg \ e O + H_2O + 2 ^(-)→Hg (l) + 2哦^(-)”

二次电池

二次电池可以通过反方向的电流进行充电，因此可以重复使用。铅蓄电池是最常见的二次电池。它由一个铅阳极和铅网格填充氧化铅(PbO₂)作为阴极。使用38%的硫酸溶液作为电解液。下面的反应发生在这个电池中。

阳极:Pb (s) + SO_4 ^ (2 -) (aq)→PbSO_4 (s) + 2 e ^(-)”

阴极:Pb \成分(s) + SO_4 ^ (2 -) (aq) + 4 h ^ (+) (aq) + 2 e ^(-)→Pb \ SO_4 (s) + 2 h_2o (l)”

总体反应如下:

Pb (s) + Pb \成分+ 2 h_2so_4 (aq)→2 Pb \ SO_4 (s) + 2 h_2o (l)”

电池充电后，反应发生逆转，PbSO₄在阳极和阴极上分别转化为Pb和PbO₂｀

燃料电池

将燃料燃烧的能量直接转化为电能的原电池称为燃料电池。

最成功的燃料电池之一就是利用氢的反应生成水。在电池中，氢和氧通过多孔碳电极进入氢氧化钠的浓缩水溶液中。催化剂(钯或铂)被加入电极以加速反应。下面的反应发生在这个细胞里。

阴极:“成分(g) + 2 h_2o (l) + 4 e ^(-)→4哦^ (-)(aq) '

阳极:“2 h_2 (g) + 4哦^ (-)(aq)→4 h_2o (l) + 4 e ^(-)”

总反应:“2H_2(g)+O_2(g)→2H_2O(l)”

腐蚀

在腐蚀过程中，金属因失去电子而氧化为氧并形成氧化物。腐蚀的化学过程相当复杂，但它可以被认为是一种电化学现象。氧化作用发生在铁物体的一个特定点上，这个点就表现为阳极。阳极上的反应可以写成:

阳极:“菲(s)→2菲^ (2 +)+ 4 e ^(-)”

“E_ ((Fe ^ (2 +)) / (Fe)) ^Θ= -0.44 v '

在阳极点释放的电子穿过金属，到达金属上的另一个点。这些电子在H存在的情况下还原氧⁺．这个点就像阴极，下面的反应在这里发生。

阴极:“成分(g) + 4 h ^ (+) (aq) + 4 e ^(-)→2 h_2o (l)”

“E ^Θ= 1.23 v '

总反应:

' 2 fe (s) +成分(g) + 4 h ^ (+) (aq)→2菲^ (2 +)(aq) + 2 h_2o (l)”

“E_((细胞))^Θ= 1.67 V '

亚铁离子被大气中的氧进一步氧化为铁离子，并以水合氧化铁(Fe)的形式作为铁锈出来₂O_3.x是什么。”₂O)