电化学范文10篇

电化学范文篇1

[关键词]电化学；拓展式教学；创新精神；科研素养

电化学是研究电子导体与离子导体形成的界面结构及效应的一门交叉学科，在能源、材料、环境及生物医药等相关方面取得了令人瞩目的成就。根据电化学学科的应用领域，可将其划分为界面电化学、材料电化学、腐蚀电化学、分析电化学、合成电化学、生物电化学、工业电化学等七个大类。电化学课程是电化学学科的核心课程，概念繁多，内容丰富，逻辑性强，应用面广，难度偏大。国内许多高等院校均在化学化工类与材料类专业开设了电化学原理、应用电化学、电化学基础、工程电化学等相关课程，本校材料化学专业与应用化学专业亦开设了电化学原理课程。关于电化学的教学，人们采用了各种各样的方法，如探究性教学、发现式教学、激励式教学、理论教学与实验实践相结合、教学活动与科研相结合等，我们在教学过程中，亦采用了同样的教学方法，取得了较好的教学效果。然而，在这个知识爆炸式发展的时代，无限知识与有限时间的矛盾愈发突出，任何一种单一的教学方法都无法将所有知识囊括其中，且限制了学生的思维能力与创新能力。因此，在学校教研教改项目(电化学原理课程拓展式教学模式的创建(XJG15015))的支持下，我们对电化学原理课程的教学方法不断进行了改革，构建了拓展式教学模式，在不同专业大三学生中取得了良好的教学效果。

1基本概念知识拓展教学

在电化学原理课程中，专业术语颇多，相似度高，如不加以展开延伸，极易混淆。比如，在学习“电化学位”这个概念时，需向物理化学中的“化学位”进行延伸。电化学位是指1摩尔带电粒子移入一个孤立相内部所引起的全部能量，而化学位则是恒温恒压下1摩尔物质加入系统所引起的系统总自由能的变化。电极体系的界面张力与界面层物质组成有关，也与电极电位有关。进一步拓展至非电极体系与理想极化电极体系，则为：非电极体系的界面张力仅与界面层物质组成有关，理想极化电极体系的界面张力仅与电极电位有关。又如：原电池与电解池、平衡电位与稳定电位、内紧密层与外紧密层、氢标电位与零标电位、电极的可逆性与电极反应的可逆性、理想极化电极与理想不极化电极[1]，等等，这些基本概念知识之间的相互拓展教学。

2重点知识拓展教学

在教学重点之处拓展联系紧密的知识，加强对教学重点的理解与掌握。比如，极化曲线在电化学原理课程中占有非常重要的地位，其定义是一条过电位或电极电位关于电流密度的变化曲线，简单易懂。但是，其测量方法可依据时间因素分为稳态法和暂态法；依据自变量的不同可分为恒电流法与恒电位法。教材中提到“当电位与电流密度互为单值函数时，恒电流法与恒电位法测量的极化曲线大致相同；否则，两种测量方法得出的结果可能相差很多”，在没给出任何实例进行解释的情况下，这种描述令学生非常费解。因此，必须将该内容进行拓展教学。图1所示为镍基合金718在70℃的饱和CO2、H2S/CO2溶液体系中的极化曲线[2]。对比两条阳极极化曲线可知，CO2溶液体系中的曲线几乎没有活化-钝化转变区，而是直接进入钝化区。H2S/CO2溶液体系中的阳极极化曲线则出现了多次活化-钝化转变现象，即在一定电流密度范围内，一个电流密度值对应两个或三个电位值，即为多值函数，所以，这类极化曲线不能采用恒电流法测量，只能采用恒电位法进行测量。反之，如果在一定的电位范围内，一个电位值对应多个电流值，则这类极化曲线只能采用恒电流法进行测量。

3难点知识拓展教学

在教学难点之处导入联系紧密的知识，加强对教学难点的消化与吸收。譬如，在学习到电极/溶液界面的结构与性质时，有一个难点内容——循环伏安法，该方法是一种在电化学学科各个应用领域通用的技术，但是，教材中仅有半页纸的内容，学生不知教材所云，因此，必须进行拓展式教学。如教材内容所示，在研究氢、氧原子的吸附行为时，可根据循环伏安曲线的对称性，判断氢、氧原子吸脱附过程的可逆性。氢吸附区与脱附区关于电位轴几乎对称，故氢原子的吸脱附过程基本上是可逆的；而氧吸附区与脱附区的电位差较远，故氧原子的吸脱附过程是不可逆的[3]。在材料电化学领域，可采用循环伏安曲线研究锂离子电池材料脱嵌锂离子的电位及其循环性能。图2所示为多元掺杂磷酸铁锂/碳材料的循环伏安曲线[4]。由图可知，该材料在3.55V发生了脱锂反应，在3.31V发生了嵌锂反应，循环50次后峰电流与峰电位变化甚小，表明材料具有优异的循环性能。在合成电化学领域，可采用循环伏安法研究体系中可能发生的反应、反应的最大速度及其反应产物的稳定性。

4结语

本文以电化学原理课程为例，结合课程特点，构建了拓展式教学模式。经过4年的试行，学生在课堂学习主动性、学习效果、创新精神与科研素养等方面取得了明显的进步，但我们仍需继续努力探索更佳的教学策略。

参考文献

[1]刘万民，肖鑫，黄先威，等．浅议《电化学原理》课程知识的对比教学[J]．科技展望，2015，25(25)：197．

[2]赵国仙，祝恒倩．镍基合金718在H2S/CO2环境中的腐蚀行为研究[J]．腐蚀科学与防护技术，2019，31(3)：291-296．

[3]李荻．电化学原理(第三版)[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2008．

[4]WanminLiu，QilongLiu，MulanQin，etal．Inexpensiveandgreensynthesisofmulti-dopedLiFePO4/Ccompositesforlithium-ionbatteries[J]．ElectrochimicaActa，2017，257：82-88．

电化学范文篇2

现有制造电池、蓄电池的原理是电化学反应。电极是不同种元素、不同种化合物构成，产生电流不需要磁场的参与。

目前有磁性材料作电极的铁镍蓄电池（注1），但铁镍蓄电池放电时没有外加磁场的参与。

通过数次实验证明，在磁场中是可以发生电化学反应的。本实验报告是研究电化学反应发生在磁场中，电极是用同种元素、同种化合物。

《磁场中的电化学反应》不同于燃料电池、磁流体发电。

二、实验方法和观察结果

1、所用器材及材料

（1）：长方形塑料容器一个。约长100毫米、宽40毫米、高50毫米。

（2）：磁体一块，上面有一根棉线，棉线是作为挂在墙上的钉子上用。还有铁氧体磁体Φ30*23毫米二块、稀土磁体Φ12*5毫米二块、稀土磁体Φ18*5毫米一块。

（3）：塑料瓶一个，内装硫酸亚铁，分析纯。

（4）：铁片两片。（对铁片要进行除锈处理，用砂纸除锈、或用刀片除锈、或用酸清洗。）用的罐头铁皮，长110毫米、宽20毫米。表面用砂纸处理。

2、电流表，0至200微安。

用微安表，由于要让指针能向左右移动，用表头上的调0螺丝将指针向右的方向调节一定位置。即通电前指针在50微安的位置作为0，或者不调节。

3、"磁场中的电化学反应"装置是直流电源，本实验由于要使用电流表，一般的电流表指针的偏转方向是按照电流流动方向来设计的，（也有随电流流动方向改变，电流表指针可以左右偏转的电流表。本实验报告示意图就是画的随电流流动方向改变，电流表指针可以向左或向右偏转的电流表）。因此本演示所讲的是电流流动方向，电流由"磁场中的电化学反应"装置的正极流向"磁场中的电化学反应"装置的负极，通过电流表指针的偏转方向，可以判断出"磁场中的电化学反应"装置的正极、负极。

4、手拿磁体，靠近塑料瓶，明显感到有吸引力，这是由于塑料瓶中装了硫酸亚铁，说明硫酸亚铁是铁磁性物质。

5、将塑料瓶中的硫酸亚铁倒一些在纸上，压碎硫酸亚铁晶体，用磁体靠近硫酸亚铁，这时有一部分硫酸亚铁被吸引在磁体上，进一步说明硫酸亚铁是铁磁性物质。

6、将磁体用棉线挂在墙上一个钉子上让磁体悬空垂直不动，用装有硫酸亚铁的塑料瓶靠近磁体，当还未接触到悬空磁体时，可以看到悬空磁体已开始运动，此事更进一步说明硫酸亚铁是铁磁性物质。（注：用另一个塑料瓶装入硫酸亚铁饱和溶液产生的现象同样）

7、通过步骤4、5、6我们得到这样的共识，硫酸亚铁是铁磁性物质。

8、将塑料瓶中的硫酸亚铁适量倒在烧杯中，加入蒸溜水溶解硫酸亚铁。可以用饱和的硫酸亚铁溶液，然后倒入一个长方形的塑料容器中。实验是用的饱和硫酸亚铁溶液。装入长方形容器中的液面高度为40毫米。

9、将铁片分别放在塑料容器中的硫酸亚铁溶液两端中，但要留大部分在溶液之上，以便用电流表测量电流。由于两个电极是用的同种金属铁，没有电流的产生。

10、然后，在塑料容器的外面，将铁氧体磁体放在某一片铁片的附近，让此铁片处在磁埸中。用电流表测量两片铁片之间的电流，可以看到有电流的产生。（如果用单方向移动的电流表，注意电流表的正极应接在放磁体的那一端），测量出电流强度为70微安。为什么同种金属作电极在酸、碱、盐溶液中有电流的产生？电位差是怎样形成的？我是这样看这个问题的：由于某一片铁片处在磁埸中，此铁片也就成为磁体，因此，在此铁片的表面吸引了大量的带正电荷的铁离子，而在另一片铁片的表面的带正电荷的铁离子的数量少于处在磁埸中的铁片的带正电荷的铁离子数量，这两片铁片之间有电位差的存在，当用导线接通时，电流由铁离子多的这一端流向铁离子少的那一端，（电子由铁离子少的那一端铁片即电源的负极流向铁离子多的那一端铁片即电源的正极）这样就有电流产生。可以用化学上氧化－还原反应定律来看这个问题。处在磁埸这一端的铁片的表面由于有大量带正电荷的铁离子聚集在表面，而没有处在磁埸的那一端的铁片的表面的带正电荷的铁离子数量没有处在磁埸中的一端多，当接通电路后，处在磁埸这一端的铁片表面上的铁离子得到电子（还原）变为铁原子沉淀在铁片表面，而没有处在磁埸那一端的铁片失去电子（氧化）变为铁离子进入硫酸亚铁溶液中。因为在外接的电流表显示，有电流的流动，可以证明有电子的转移，而电子流动方向是由电源的负极流向电源的正极，负极铁片上铁原子失去电子后，就变成了铁离子，进入了硫酸亚铁溶液中。下图所示。

11、确定"磁场中的电化学反应"的正、负极，确认正极是处在磁体的位置这一端。这是通过电流表指针移动方向来确定的。

12、改变电流表指针移动方向的实验，移动铁氧体磁体实验，将第10步骤中的磁体从某一片上移开（某一片铁片可以退磁处理，如放在交变磁埸中退磁，产生的电流要大一些）然后放到另一片铁片附近，同样有电流的产生，注意这时正极的位置发生了变化，电流表的指针移动方向产生了变化。

如果用稀土磁体，由于产生的电流强度较大，电流表就没有必要调整0为50毫安处。而用改变接线的方式来让电流表移动。

改变磁体位置：如果用磁体直接吸引铁片电极没有浸在液体中的部份的方式来改变磁体位置，铁片电极不退磁处理也行。

下图所示磁体位置改变，电流表指针偏转方向改变。证明电流流动方向改变，《磁场中电化学反应》成立。电流流动方向说明了磁体在电极的正极位置。

三、实验结果讨论

此演示实验产生的电流是微不足道的，我认为此演示的重点不在于产生电流的强度的大小，而重点是演示出产生电流流动的方向随磁体的位置变动而发生方向性的改变，这就是说此电源的正极是随磁体在电源的那一极而正极就在磁体的那一极。因此，可以证明，"磁场中的电化学反应"是成立的，此电化学反应是随磁体位置发生变化而产生的可逆的电化学反应。请特别注意"可逆"二字，这是本物理现象的重点所在。

通过磁场中的电化学反应证实：物理学上原电池的定律在恒定磁场中是不适用的（原电池两极是用不同种金属，而本实验两极是用相同的金属）。

通过磁场中的电化学反应证实：物理学上的洛仑兹力（洛伦兹力）定律应修正，洛仑兹力对磁性运动电荷是吸引力，而不是偏转力。并且洛仑兹力要做功。

通过实验证实，产生电流与磁场有关，电流流流动的方向与磁体的位置有关。电极的两极是用的同种金属，当负极消耗后又补充到正极，由于两极是同种金属，所以总体来说，电极没有发生消耗。这是与以往的电池的区别所在。而且，正极与负极可以随磁体位置的改变而改变，这也是与以往的电池区别所在。

《磁场中电化学反应》电源的正极与负极可以循环使用。

产生的电能大小所用的计算公式应是法拉弟电解定律，法拉第电解第一定律指出，在电解过程中，电极上析出产物的质量，和电解中通入电流的量成正比，法拉第电解第二定律指出：各电极上析出产物的量，与各该物质的当量成正比。法拉第常数是1克当量的任何物质产生（或所需）的电量为96493库仑。而移动磁体或移动电极所消耗的功应等于移动磁体或移动电极所用的力乘以移动磁体或移动电极的距离。

四、进一步实验的方向

1、在多大的铁片面积下，产生多大的电流？具体数字还要进一步实验，从目前实验来看，铁片面积及磁场强度大的条件下，产生的电流强度大。如铁片浸入硫酸亚铁溶液20毫米时要比浸入10毫米时的电流强度大。

2、产生电流与磁场有关，还要作进一步的定量实验及进一步的理论分析。如用稀土磁体比铁氧体磁体的电流强度大，在实验中，最大电流强度为200微安。可以超过200微安，由于电流表有限，没有让实验电流超过200微安。

3、产生的电流值随时间变化的曲线图A-T(电流-时间)，还要通过进一步实验画出。

4、电解液的浓度及用什么样电解液较好？还需进一步实验。

五、新学科

由于《磁场中的电化学反应》在书本及因特网上查不到现成的资料，可以说是一门新学科，因此，还需要进一步的实验验证。此文起抛砖引玉之用。我希望与有识之士共同进行进一步的实验。

我的观点是，一项新实验，需要不同的时间、不同的人、不同的地点重复实验成功才行。

参考文献

电化学范文篇3

现有制造电池、蓄电池的原理是电化学反应。电极是不同种元素、不同种化合物构成，产生电流不需要磁场的参与。

目前有磁性材料作电极的铁镍蓄电池（注1），但铁镍蓄电池放电时没有外加磁场的参与。

通过数次实验证明，在磁场中是可以发生电化学反应的。本实验报告是研究电化学反应发生在磁场中，电极是用同种元素、同种化合物。

《磁场中的电化学反应》不同于燃料电池、磁流体发电。

二、实验方法和观察结果

1、所用器材及材料

（1）：长方形塑料容器一个。约长100毫米、宽40毫米、高50毫米。

（2）：磁体一块，上面有一根棉线，棉线是作为挂在墙上的钉子上用。还有铁氧体磁体Φ30*23毫米二块、稀土磁体Φ12*5毫米二块、稀土磁体Φ18*5毫米一块。

（3）：塑料瓶一个，内装硫酸亚铁，分析纯。

（4）：铁片两片。（对铁片要进行除锈处理，用砂纸除锈、或用刀片除锈、或用酸清洗。）用的罐头铁皮，长110毫米、宽20毫米。表面用砂纸处理。

2、电流表，0至200微安。

用微安表，由于要让指针能向左右移动，用表头上的调0螺丝将指针向右的方向调节一定位置。即通电前指针在50微安的位置作为0，或者不调节。

3、"磁场中的电化学反应"装置是直流电源，本实验由于要使用电流表，一般的电流表指针的偏转方向是按照电流流动方向来设计的，（也有随电流流动方向改变，电流表指针可以左右偏转的电流表。本实验报告示意图就是画的随电流流动方向改变，电流表指针可以向左或向右偏转的电流表）。因此本演示所讲的是电流流动方向，电流由"磁场中的电化学反应"装置的正极流向"磁场中的电化学反应"装置的负极，通过电流表指针的偏转方向，可以判断出"磁场中的电化学反应"装置的正极、负极。

4、手拿磁体，靠近塑料瓶，明显感到有吸引力，这是由于塑料瓶中装了硫酸亚铁，说明硫酸亚铁是铁磁性物质。

5、将塑料瓶中的硫酸亚铁倒一些在纸上，压碎硫酸亚铁晶体，用磁体靠近硫酸亚铁，这时有一部分硫酸亚铁被吸引在磁体上，进一步说明硫酸亚铁是铁磁性物质。

6、将磁体用棉线挂在墙上一个钉子上让磁体悬空垂直不动，用装有硫酸亚铁的塑料瓶靠近磁体，当还未接触到悬空磁体时，可以看到悬空磁体已开始运动，此事更进一步说明硫酸亚铁是铁磁性物质。（注：用另一个塑料瓶装入硫酸亚铁饱和溶液产生的现象同样）

7、通过步骤4、5、6我们得到这样的共识，硫酸亚铁是铁磁性物质。

8、将塑料瓶中的硫酸亚铁适量倒在烧杯中，加入蒸溜水溶解硫酸亚铁。可以用饱和的硫酸亚铁溶液，然后倒入一个长方形的塑料容器中。实验是用的饱和硫酸亚铁溶液。装入长方形容器中的液面高度为40毫米。

9、将铁片分别放在塑料容器中的硫酸亚铁溶液两端中，但要留大部分在溶液之上，以便用电流表测量电流。由于两个电极是用的同种金属铁，没有电流的产生。

10、然后，在塑料容器的外面，将铁氧体磁体放在某一片铁片的附近，让此铁片处在磁埸中。用电流表测量两片铁片之间的电流，可以看到有电流的产生。（如果用单方向移动的电流表，注意电流表的正极应接在放磁体的那一端），测量出电流强度为70微安。为什么同种金属作电极在酸、碱、盐溶液中有电流的产生？电位差是怎样形成的？我是这样看这个问题的：由于某一片铁片处在磁埸中，此铁片也就成为磁体，因此，在此铁片的表面吸引了大量的带正电荷的铁离子，而在另一片铁片的表面的带正电荷的铁离子的数量少于处在磁埸中的铁片的带正电荷的铁离子数量，这两片铁片之间有电位差的存在，当用导线接通时，电流由铁离子多的这一端流向铁离子少的那一端，（电子由铁离子少的那一端铁片即电源的负极流向铁离子多的那一端铁片即电源的正极）这样就有电流产生。可以用化学上氧化－还原反应定律来看这个问题。处在磁埸这一端的铁片的表面由于有大量带正电荷的铁离子聚集在表面，而没有处在磁埸的那一端的铁片的表面的带正电荷的铁离子数量没有处在磁埸中的一端多，当接通电路后，处在磁埸这一端的铁片表面上的铁离子得到电子（还原）变为铁原子沉淀在铁片表面，而没有处在磁埸那一端的铁片失去电子（氧化）变为铁离子进入硫酸亚铁溶液中。因为在外接的电流表显示，有电流的流动，可以证明有电子的转移，而电子流动方向是由电源的负极流向电源的正极，负极铁片上铁原子失去电子后，就变成了铁离子，进入了硫酸亚铁溶液中。

11、确定"磁场中的电化学反应"的正、负极，确认正极是处在磁体的位置这一端。这是通过电流表指针移动方向来确定的。

12、改变电流表指针移动方向的实验，移动铁氧体磁体实验，将第10步骤中的磁体从某一片上移开（某一片铁片可以退磁处理，如放在交变磁埸中退磁，产生的电流要大一些）然后放到另一片铁片附近，同样有电流的产生，注意这时正极的位置发生了变化，电流表的指针移动方向产生了变化。

如果用稀土磁体，由于产生的电流强度较大，电流表就没有必要调整0为50毫安处。而用改变接线的方式来让电流表移动。

改变磁体位置：如果用磁体直接吸引铁片电极没有浸在液体中的部份的方式来改变磁体位置，铁片电极不退磁处理也行。

下图所示磁体位置改变，电流表指针偏转方向改变。证明电流流动方向改变，《磁场中电化学反应》成立。电流流动方向说明了磁体在电极的正极位置。

三、实验结果讨论

此演示实验产生的电流是微不足道的，我认为此演示的重点不在于产生电流的强度的大小，而重点是演示出产生电流流动的方向随磁体的位置变动而发生方向性的改变，这就是说此电源的正极是随磁体在电源的那一极而正极就在磁体的那一极。因此，可以证明，"磁场中的电化学反应"是成立的，此电化学反应是随磁体位置发生变化而产生的可逆的电化学反应。请特别注意"可逆"二字，这是本物理现象的重点所在。

通过磁场中的电化学反应证实：物理学上原电池的定律在恒定磁场中是不适用的（原电池两极是用不同种金属，而本实验两极是用相同的金属）。

通过磁场中的电化学反应证实：物理学上的洛仑兹力（洛伦兹力）定律应修正，洛仑兹力对磁性运动电荷是吸引力，而不是偏转力。并且洛仑兹力要做功。

通过实验证实，产生电流与磁场有关，电流流流动的方向与磁体的位置有关。电极的两极是用的同种金属，当负极消耗后又补充到正极，由于两极是同种金属，所以总体来说，电极没有发生消耗。这是与以往的电池的区别所在。而且，正极与负极可以随磁体位置的改变而改变，这也是与以往的电池区别所在。

《磁场中电化学反应》电源的正极与负极可以循环使用。

产生的电能大小所用的计算公式应是法拉弟电解定律，法拉第电解第一定律指出，在电解过程中，电极上析出产物的质量，和电解中通入电流的量成正比，法拉第电解第二定律指出：各电极上析出产物的量，与各该物质的当量成正比。法拉第常数是1克当量的任何物质产生（或所需）的电量为96493库仑。而移动磁体或移动电极所消耗的功应等于移动磁体或移动电极所用的力乘以移动磁体或移动电极的距离。

四、进一步实验的方向

1、在多大的铁片面积下，产生多大的电流？具体数字还要进一步实验，从目前实验来看，铁片面积及磁场强度大的条件下，产生的电流强度大。如铁片浸入硫酸亚铁溶液20毫米时要比浸入10毫米时的电流强度大。

2、产生电流与磁场有关，还要作进一步的定量实验及进一步的理论分析。如用稀土磁体比铁氧体磁体的电流强度大，在实验中，最大电流强度为200微安。可以超过200微安，由于电流表有限，没有让实验电流超过200微安。

3、产生的电流值随时间变化的曲线图A-T(电流-时间)，还要通过进一步实验画出。

4、电解液的浓度及用什么样电解液较好？还需进一步实验。

五、新学科

由于《磁场中的电化学反应》在书本及因特网上查不到现成的资料，可以说是一门新学科，因此，还需要进一步的实验验证。此文起抛砖引玉之用。我希望与有识之士共同进行进一步的实验。

我的观点是，一项新实验，需要不同的时间、不同的人、不同的地点重复实验成功才行。

参考文献

电化学范文篇4

现有制造电池、蓄电池的原理是电化学反应。电极是不同种元素、不同种化合物构成，产生电流不需要磁场的参与。

目前有磁性材料作电极的铁镍蓄电池（注1），但铁镍蓄电池放电时没有外加磁场的参与。

通过数次实验证明，在磁场中是可以发生电化学反应的。本实验报告是研究电化学反应发生在磁场中，电极是用同种元素、同种化合物。

《磁场中的电化学反应》不同于燃料电池、磁流体发电。

二、实验方法和观察结果

1、所用器材及材料

（1）：长方形塑料容器一个。约长100毫米、宽40毫米、高50毫米。

（2）：磁体一块，上面有一根棉线，棉线是作为挂在墙上的钉子上用。还有铁氧体磁体Φ30*23毫米二块、稀土磁体Φ12*5毫米二块、稀土磁体Φ18*5毫米一块。

（3）：塑料瓶一个，内装硫酸亚铁，分析纯。

（4）：铁片两片。（对铁片要进行除锈处理，用砂纸除锈、或用刀片除锈、或用酸清洗。）用的罐头铁皮，长110毫米、宽20毫米。表面用砂纸处理。

2、电流表，0至200微安。

用微安表，由于要让指针能向左右移动，用表头上的调0螺丝将指针向右的方向调节一定位置。即通电前指针在50微安的位置作为0，或者不调节。

3、"磁场中的电化学反应"装置是直流电源，本实验由于要使用电流表，一般的电流表指针的偏转方向是按照电流流动方向来设计的，（也有随电流流动方向改变，电流表指针可以左右偏转的电流表。本实验报告示意图就是画的随电流流动方向改变，电流表指针可以向左或向右偏转的电流表）。因此本演示所讲的是电流流动方向，电流由"磁场中的电化学反应"装置的正极流向"磁场中的电化学反应"装置的负极，通过电流表指针的偏转方向，可以判断出"磁场中的电化学反应"装置的正极、负极。

4、手拿磁体，靠近塑料瓶，明显感到有吸引力，这是由于塑料瓶中装了硫酸亚铁，说明硫酸亚铁是铁磁性物质。

5、将塑料瓶中的硫酸亚铁倒一些在纸上，压碎硫酸亚铁晶体，用磁体靠近硫酸亚铁，这时有一部分硫酸亚铁被吸引在磁体上，进一步说明硫酸亚铁是铁磁性物质。

6、将磁体用棉线挂在墙上一个钉子上让磁体悬空垂直不动，用装有硫酸亚铁的塑料瓶靠近磁体，当还未接触到悬空磁体时，可以看到悬空磁体已开始运动，此事更进一步说明硫酸亚铁是铁磁性物质。（注：用另一个塑料瓶装入硫酸亚铁饱和溶液产生的现象同样）

7、通过步骤4、5、6我们得到这样的共识，硫酸亚铁是铁磁性物质。

8、将塑料瓶中的硫酸亚铁适量倒在烧杯中，加入蒸溜水溶解硫酸亚铁。可以用饱和的硫酸亚铁溶液，然后倒入一个长方形的塑料容器中。实验是用的饱和硫酸亚铁溶液。装入长方形容器中的液面高度为40毫米。

9、将铁片分别放在塑料容器中的硫酸亚铁溶液两端中，但要留大部分在溶液之上，以便用电流表测量电流。由于两个电极是用的同种金属铁，没有电流的产生。

10、然后，在塑料容器的外面，将铁氧体磁体放在某一片铁片的附近，让此铁片处在磁埸中。用电流表测量两片铁片之间的电流，可以看到有电流的产生。（如果用单方向移动的电流表，注意电流表的正极应接在放磁体的那一端），测量出电流强度为70微安。为什么同种金属作电极在酸、碱、盐溶液中有电流的产生？电位差是怎样形成的？我是这样看这个问题的：由于某一片铁片处在磁埸中，此铁片也就成为磁体，因此，在此铁片的表面吸引了大量的带正电荷的铁离子，而在另一片铁片的表面的带正电荷的铁离子的数量少于处在磁埸中的铁片的带正电荷的铁离子数量，这两片铁片之间有电位差的存在，当用导线接通时，电流由铁离子多的这一端流向铁离子少的那一端，（电子由铁离子少的那一端铁片即电源的负极流向铁离子多的那一端铁片即电源的正极）这样就有电流产生。可以用化学上氧化－还原反应定律来看这个问题。处在磁埸这一端的铁片的表面由于有大量带正电荷的铁离子聚集在表面，而没有处在磁埸的那一端的铁片的表面的带正电荷的铁离子数量没有处在磁埸中的一端多，当接通电路后，处在磁埸这一端的铁片表面上的铁离子得到电子（还原）变为铁原子沉淀在铁片表面，而没有处在磁埸那一端的铁片失去电子（氧化）变为铁离子进入硫酸亚铁溶液中。因为在外接的电流表显示，有电流的流动，可以证明有电子的转移，而电子流动方向是由电源的负极流向电源的正极，负极铁片上铁原子失去电子后，就变成了铁离子，进入了硫酸亚铁溶液中。下图所示。

11、确定"磁场中的电化学反应"的正、负极，确认正极是处在磁体的位置这一端。这是通过电流表指针移动方向来确定的。

12、改变电流表指针移动方向的实验，移动铁氧体磁体实验，将第10步骤中的磁体从某一片上移开（某一片铁片可以退磁处理，如放在交变磁埸中退磁，产生的电流要大一些）然后放到另一片铁片附近，同样有电流的产生，注意这时正极的位置发生了变化，电流表的指针移动方向产生了变化。

如果用稀土磁体，由于产生的电流强度较大，电流表就没有必要调整0为50毫安处。而用改变接线的方式来让电流表移动。

改变磁体位置：如果用磁体直接吸引铁片电极没有浸在液体中的部份的方式来改变磁体位置，铁片电极不退磁处理也行。

下图所示磁体位置改变，电流表指针偏转方向改变。证明电流流动方向改变，《磁场中电化学反应》成立。电流流动方向说明了磁体在电极的正极位置。

三、实验结果讨论

此演示实验产生的电流是微不足道的，我认为此演示的重点不在于产生电流的强度的大小，而重点是演示出产生电流流动的方向随磁体的位置变动而发生方向性的改变，这就是说此电源的正极是随磁体在电源的那一极而正极就在磁体的那一极。因此，可以证明，"磁场中的电化学反应"是成立的，此电化学反应是随磁体位置发生变化而产生的可逆的电化学反应。请特别注意"可逆"二字，这是本物理现象的重点所在。

通过磁场中的电化学反应证实：物理学上原电池的定律在恒定磁场中是不适用的（原电池两极是用不同种金属，而本实验两极是用相同的金属）。

通过磁场中的电化学反应证实：物理学上的洛仑兹力（洛伦兹力）定律应修正，洛仑兹力对磁性运动电荷是吸引力，而不是偏转力。并且洛仑兹力要做功。

通过实验证实，产生电流与磁场有关，电流流流动的方向与磁体的位置有关。电极的两极是用的同种金属，当负极消耗后又补充到正极，由于两极是同种金属，所以总体来说，电极没有发生消耗。这是与以往的电池的区别所在。而且，正极与负极可以随磁体位置的改变而改变，这也是与以往的电池区别所在。

《磁场中电化学反应》电源的正极与负极可以循环使用。

产生的电能大小所用的计算公式应是法拉弟电解定律，法拉第电解第一定律指出，在电解过程中，电极上析出产物的质量，和电解中通入电流的量成正比，法拉第电解第二定律指出：各电极上析出产物的量，与各该物质的当量成正比。法拉第常数是1克当量的任何物质产生（或所需）的电量为96493库仑。而移动磁体或移动电极所消耗的功应等于移动磁体或移动电极所用的力乘以移动磁体或移动电极的距离。

四、进一步实验的方向

1、在多大的铁片面积下，产生多大的电流？具体数字还要进一步实验，从目前实验来看，铁片面积及磁场强度大的条件下，产生的电流强度大。如铁片浸入硫酸亚铁溶液20毫米时要比浸入10毫米时的电流强度大。

2、产生电流与磁场有关，还要作进一步的定量实验及进一步的理论分析。如用稀土磁体比铁氧体磁体的电流强度大，在实验中，最大电流强度为200微安。可以超过200微安，由于电流表有限，没有让实验电流超过200微安。

3、产生的电流值随时间变化的曲线图A-T(电流-时间)，还要通过进一步实验画出。

4、电解液的浓度及用什么样电解液较好？还需进一步实验。

五、新学科

由于《磁场中的电化学反应》在书本及因特网上查不到现成的资料，可以说是一门新学科，因此，还需要进一步的实验验证。此文起抛砖引玉之用。我希望与有识之士共同进行进一步的实验。

我的观点是，一项新实验，需要不同的时间、不同的人、不同的地点重复实验成功才行。

参考文献

电化学范文篇5

论文摘要介绍扫描探针显微镜教学演示软件。该软件将CAI技术和SPM技术结合在一起，主要运用文字说明，静态图像，三维动画，模拟仿真等方法，对SPM的初学者进行SPM的原理介绍和使用培训，可以大大缩短他们的学习时间，并能使其在较短的时间内对SPM有一个较为深入和全面的了解。

ApplicationofScanningProbeMicroscopeinMachineryTeaching//YueRui,ZhuWengsheng

AbstractThissoftwarecombinesCAItechnologywithSPMtechnologyandmainlusesmethodsoftextexplanation,three-dimensionanimationaswellasmathematicalsimulationtotrainthebeginnersofSPM.Afterusingthesoftware,thebeginnerscanquicklygetdeepandwholeknowledgeofSPM.

KeywordsscanningtunnellingmicroscopeofNANOVISUAtape（STM）;Pictureprocessing:ScanningProbeMicroscope（SPM）;AtomicForceMicroscope;teachingeffictiveness

Author’saddress

1.GraduateSchool,NanjingAgricultureUniversity，210095,Nanjing,China

2.LianshuiVocationEducationCentre,223400,Lianshui,Jiangsu,China

1引言

1982年，IBM瑞士苏黎士实验室的葛·宾尼（G．Binning）和海·罗雷尔（H．Rohrer）研制出世界上第一台扫描隧道显微镜（ScanningTunnellingMicroscope，简称STM）．STM使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的[1]排列状态和与表面电子行为有关的物化性质，在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广泛的应用前景，被国际科学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之一。为表彰STM的发明者们所作出的杰出贡献，1986年宾尼和罗雷尔被授予诺贝尔物理学奖金.NanoVisual，教学型扫描隧道显微镜可在机械教学中发挥良好作用。

2教学型NANOVISUAL扫描隧道显微镜

NanoVisual是针对高等院校实验课程和中学素质教育而设计的教学型扫描隧道显微镜。为了适应教学要求，NanoVisual去繁就简，扫描部件高度集成，操作流程简练便捷，具备工作原理清晰、稳定性优越等特点。在线控制软件和后处理软件用户界面友好，辅以生动的教学课件，引导学生轻松掌握扫描隧道显微镜的原理和基本操作方法。[2]NanoVisual扫描隧道显微镜具有一定的可扩充性，可以根据需要增加某些功能部件，从而具备一定科研能力。

3主要性能

扫描图像BMP/TIFF全兼容文件格式，当前全部工作环境参数同步保存。基于WindowsXP/2000/9X的在线控制软件和后处理分析软件，简约化的扫描隧道显微镜探头，初学者只需经简单的培训即可掌握操作方法，具有I-V曲线等测量分析功能，具有图形刻蚀模式和矢量扫描模式的纳米加工技术，样品尺寸直径30mm、厚度10mm。主控制系统采用德州仪器(TI)32位数字信号处理器(DSP),每秒可实现高达10亿次32位运算。主控制系统采用10M/100M快速以太网(FastEthernet10/100)与计算机连接。[3]全数字控制,系统状态、仪器类型、扫描器和探针架参数智能识别和控制。具针尖表征及图像重建功能(针尖形貌估计/图像重建/用已知针尖重建图像)。按功能模块划分的纵向插卡式结构，便于日后系统维护和升级。

3.1.技术指标

1）软件系统：基于WindowsXP/2000/9X的在线控制软件和后处理软件。

2）系统功能：扫描隧道显微镜（STM）。纳米加工和操纵，包括图形刻蚀模式和矢量扫描模式。

3）参数性能：电流检测灵敏度：≤10pA。图像分辨率：128X128,256X256,512X512,1024X1024。扫描角度：0～360°。扫描频率：0.1～100Hz。预置隧道电流：0.1～10nA。偏置电压：-2～+2V。

4）电子控制系统：8通道16-bitDAC，建立时间1.5微秒。通信接口：10M/100M快速以太网（FastEthernet10/100）接口。

5）机械性能：样品尺寸：最大可达直径30mm，厚度10mm。全自动步进电机控制进样系统。

4扫描隧道显微镜（STM）[1，2]原理分析

扫描隧道显微镜（STM）的基本原理是利用量子理论中的隧道效应。将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近时（通常小于1nm），在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极。这种现象即是隧道效应。隧道电流I是电子波函数重叠的量度，与针尖和样品之间距离S和平均功函数Φ有关.[4]。

隧道电流强度对针尖与样品表面之间距非常敏感，如果距离S减小0.1nm，隧道电流I将增加一个数量级，因此，利用电子反馈线路控制隧道电流的恒定，并用压电陶瓷材料控制针尖在样品表面的扫描，则探针在垂直于样品方向上高低的变化就反映出了样品表面的起伏。

将针尖在样品表面扫描时运动的轨迹直接在荧光屏或记录纸上显示出来，就得到了样品表面态密度的分布或原子排列的图象[5]。这种扫描方式可用于观察表面形貌起伏较大的样品，且可通过加在z向驱动器上的电压值推算表面起伏高度的数值，这是一种常用的扫描模式。对于起伏不大的样品表面，可以控制针尖高度守恒扫描，通过记录隧道电流的变化亦可得到表面态度的分布。这种扫描方式的特点是扫描速度快，能够减少噪音和热漂移对信号的影响，但一般不能用于观察表面起伏大于1nm的样品[6]。

是利用SPM进行纳米加工的客观依据。同时也说明，SPM不是简单用来成像的显微镜，而是可以用于在原子、分子尺度进行加工和操作的工具。

5教学课程安排

1）第一周：原理简介与上机模拟。课后着手资料定向查询并准备实验报告。

2）第二周：演示与学生实验。先用铁丝作探针练习，熟练后再用铂铱合金丝制作针。指定样品（光栅）的测量。

3）第三周：改变电压及扫描角度重新扫描，进行图像处理。课后资料定向查询并完成实验报告。报告内容:心得、体会及建议，STM在某个领域的应用或STM仪器的某部件的原理。

4）第四周：宣讲实验报告，每人15分钟（包括5分钟提问）。

6图像处理

1）平滑处理：将像素与周边像素做加权平均。

2）斜面校正：选择斜面的一个顶点，以该顶点为基点，现行增加该图像的所有像数值，可多次操作。

3）中值滤波：傅立叶变换。对图像的周期性很敏感，在做原子图像扫描时很有用.

7结束语

在线控制软件和后处理软件用户界面友好，辅以生动的教学课件，引导学生轻松掌握扫描隧道显微镜的原理和基本操作方法.作为一种CAI软件，本软件界面好，操作简便。采用文字、图形、三维动画等方式将SPM这一尖端复杂仪器的原理和使用与计算机辅助教学这一形式结合起来，经部分人员试用后，效果明显，反应良好。可大大增加操作者学习SPM的兴趣，并能起到事半功倍的效果，提高课堂教学效果。不足的是AFM和SNOM的数学模型还有待进一步研究。

参考文献：

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［2］MicrosoftPress,MicrosoftWindows:GuidetoProgramming,1990.

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［4］戴长春，黄桂珍等.国产GSPM-930型扫描探针显微镜介绍[J].现代科学仪器，1998，(1-2)∶92—93.

电化学范文篇6

关键词：化学工艺；废水处理；低碳环保

生产废水、生产污水是废水的主要种类，废水对生态环境的危害十分严重，需要选择科学高效的方式对废水进行处理，降低废水对生态环境的危害。其中，化学工艺就是处理废水的主要技术之一。在进行废水处理时根据废水不同的状态与性质选择合适的化学工艺处理技术。

1废水的种类与危害

废水主要是指人们在生活生产中排水的水体以及径流雨水的总称，废水包括生活污水、工业废水与流入排水管渠等其他无用水。通常是指经过一定技术处理后无法再次循环利用的水体。生活污水是人们生活中使用过并且被生活废料所污染的水质，生活污水通常不具有有毒物质，但是却十分适合微生物的繁殖，带有一定的病原体，对人体有一定的危害；工业废水是在经济生产行为中所形成的废水，包括生产废水、生产污水，其中生产废水是在工业生产过程中没有直接参与生产工艺，没有被生产原料、半成品等原料污染的水体。生产污水是指在工业生产中直接参与形成，并且被生产原料、半成品等原料污染的水体。废水对生态环境有着严重的威胁，主要表现在以下几个方面。1.1病原体污染。生活污水、屠宰场、医院等场所排出的废水往往带有大量的病原体，例如病毒、寄生虫等。水体在遭受病原体的污染后则会传播疾病，霍乱、病毒性肝炎等都是病原体传染的常见疾病。病原体污染物在水体中数量庞大、存活时间长、繁殖速度快、容易产生抗药性，难以彻底灭绝。1.2耗氧污染物。工业废水中常常含有大量的碳水化合物、蛋白质、油脂等，这些物质漂浮或溶解在废水中，可以通过微生物的生物化学作用进行分解，而在分解中需要耗费氧气，因此被称为耗氧污染物。这一污染物会导致水中溶解氧含量降低，对鱼类和其他生物的正常生长造成影响。如废水中的溶解氧被消耗完毕，则有机物进行厌氧分解，形成硫化氢、硫醇等异味气体，造成水质进一步恶化。1.3有毒污染物。有毒污染物主要是指进入生物体后能够累积到一定数量并且使得水体组织出现生化与生理功能变化，导致病理状态，甚至威胁到生命。有毒污染物主要包括：（1）重金属汞、镉、铅、钴、钡等元素，其中重金属汞、镉、铅的危害极大，并且不易在自然界小时，会被食物链吸收富集，甚至直接作用于人体引发疾病；（2）无机阴离子中的亚硝酸根离子；（3）有机物质，如酚类化合物、苯酚等，毒性极高。1.4石油污染物。石油污染物的污染是水体污染的重要原因之一，尤其是近海水域和河口水域。石油是烷烃、芳香烃的混合物，进入水体后会产生多方面的危害。例如，在水体上形成油膜，影响水体复氧作用进行。如黏附在鱼鳃上会导致鱼类窒息；如黏附在藻类、浮游类生物上会导致生物死亡。

2化学工艺在废水处理中的应用

2.1化学工艺在废水处理中的原则。废水类型多样，在运用化学工艺进行废水处理时需要严格遵循相关原则，以保证化学技术应用的合理性与科学性，避免造成废水的二次污染。2.1.1要遵循条件利用原则。在运用化学工艺进行废水处理时要了解废水的构成、废水的性质、主要污染物的化学性质、具体含量，并且在这一基础上对企业排放的废水进行分流处理，利用现有条件尽可能地提升废水处理效果。2.1.2废水分类处理原则。不同类型废水中所含的物质均有所不同。如不同种类的废水进行混合则会产生不同的化学反应，造成二次污染。基于此，为了避免废水混合造成的二次污染，在废水出来的过程中需要对废水进行分类处理，针对不同类别的废水选择合适的化学工艺进行处理。2.1.3废水分离处理原则。在利用化学工艺处理废水时，需要将废水与居民生活用水进行严格的独立分离处理，避免在废水排放处理的过程中对居民生活用水造成污染。2.2化学工艺在废水处理中的应用。2.2.1电化学技术在废水处理中的应用。电化学技术即为在特定的电化学反应设备中，通过设计得出的电极反应以及由此出现的一系列化学反应、电化学过程，使得废水中的污染物进行降解转化。电化学技术处理废水的装置设备相对简易，占地面积小，日常使用维护成较低，能有效避免废水处理后的二次污染，可控性良好，十分适合工业自动化过程。电化学处理技术不会受到生物毒性的影响，因此可以作为高毒性、高腐蚀性有机物的处理技术，也可以作为生物处理技术的预处理，使得高毒性的大分子化解为小分子有机物，提高生物处理技术效率。电化学技术还可以将电子作为化学反应剂，以电场能为反应推动力，不需要额外使用化学试剂，从而避免二次污染的出现[2]。常见的电化学处理技术主要有：①电絮凝法。利用废水在直流电的影响下，铁或铝阳极失去电子后溶解在水中形成铁离子或铝离子，经过水解后形成氢氧化铁与氢氧化亚铁等微絮体就能够起到絮凝的作用，吸附水中的污染物。在电解过程中阳极所形成的中间产物，如原子态氧、羟自由基等，对废水的有机污染物也能够起到一定的降解作用。废水中污染物质颗粒被极化、电泳，并且在两极形成强氧化与强还原反应，使得水溶性污染物被还原或氧化为低毒、无毒物质。②电化学氧化法。电化学氧化法使得废水在电极上形成直接或间接的电化学反应，从而消除废水中的有害物质。电化学氧化法可以分为直接电解与间接电解：直接电解是指污染物在电极上直接被化学氧化或还原能去除。直接电解包括阳极过程与阴极过程，阳极过程是指废水中污染物在阳极表面氧化、转化为低毒性的物质，去除污染物。阴极过程即为废水中的污染物在阴极表面还原被去除；而间接电解则是电化学形成的氧化还原物质作为反应剂，使得污染物转化成为低毒性物质[3]。间接电解分为可逆过程与不可逆过程。可逆过程是指氧化还原物在电解过程中可以通过电化学再生以及循环利用；而不可逆过程是指通过不可逆电化学反应所形成的物质，例如强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、过氧化氢等物质氧化的过程。例如，在印染废水的处理中电化学氧化法就有着无可比拟的优势。印染废水的水量大、色度深、水质复杂，同时其中的高浓度悬浮物质与胶质固体会阻碍电化学反应，使得电化学反应困难。而使用电化学氧化法则能够有效处理印染废水。Kim[1]所设计的流化床生物膜-化学絮凝-电化学氧化法的化学工艺组合能够有效处理印染废水，COD去除率高达95.6%，色度去除率高达98.6%。2.2.2声化学技术在废水处理中的应用。声化学主要是运用超声波加速化学反应，提升产率的一项技术。声化学技术处理废水是利用超声空化效应所带来的高温高压，使得污染物在这一状态下全部氧化降解。生化学技术处理废水的效率优势明显，但反应装置较为复杂，并且有高温引起废水温度上升，使得声化学技术废水处理的冷却系统复杂，从而提升了废水处理成本。超声技术处理废水中的有机污染物的整体反应过程与有机物高温焚烧处理过程十分接近，但该技术会把污染物从水中进行富集处理，也不会被有机物种类与品种所影响，是一种处理废水有机污染物的高效方法。例如，声化学技术在处理油气田废水时就是在频率处于16~100MHz的声波影响下，液体在极端状态下形成自由基，在对废水污染物进行氧化破坏的同时超声波在液体介质中形成“空化现象”，“空化现象”即为超声波的周期性波动，对液体介质产生收缩舒张作用，使得空化气泡出现、增大最后崩溃，“空化现象”的过程在10μs内全部完成，气泡在崩溃的瞬间周围空间形成瞬间高温与高压，释放巨大能量以消除废水中的有害物质[4]。声化学技术降解消除废水中的有害物质十分有效，尤其对于高浓度难降解的，有机污染浓度高的废水能够起到理想的作用。声化学技术不仅可以单独使用还能够与其他废水处理工艺结合使用，具有良好的发展前景。然而声化学技术处于废水仍然处理初步研究阶段，还需要进一步考虑其实用性与协同性。2.2.3微波化学技术在废水处理中的应用。微波化学技术是废水处理中的创新技术之一，是一种可以广泛应用的废水处理技术。微波化学废水处理技术相对于传统废水处理技术其创新之处在于“极性分子理论”，利用微波对水中的不同物质进行选择性分子加温，使得水中物质的分子被选择性的加温，直至超过1400℃高温，进而有力推动废水中物质的催化、固体的凝聚作用，以达到处理废水污染物质的目的。微波对废水中的重金属分子具有强烈的吸附与凝聚作用，对水中的有机物质具有一定的氧化破坏效果、还原效果以及灭菌效果[5]。微波化学技术的优势在于水中的物质分子在被微波处理后能够把微波能直接转变为热能，同时不会将新的污染物带入废水中，进一步节约了微波化学处理技术的综合耗能。微波化学处理后的废水可以全部实现回收使用，从而全面实现废水处理的高效性、环保性与节能性。

3结束语

总的来说，在未来社会经济发展过程中，废水处理技术的发展方向必然是低碳环保节能。如何进一步提升废水处理的技术，实现绿色、高效、环保、节能是废水处理中需要高度关注的问题。只有做到绿色低碳废水处理才能够使得废水处理更好的服务生产生活。化学工艺凭借着其技术优势已经被普及应用在废水处理中，电化学技术、声化学技术、微波化学技术都能够对废水进行高效处理，保护生态环境。

参考文献

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电化学范文篇7

关键词:有机化学实验;二茂铁甲酸;电化学性质

有机化学本身是非常重要的基础自然科学，也是学习生命科学、材料科学、环境科学、医药科学等众多科学的理论基础，与工农业生产和社会生活密切相关［1］，为人类带来了无尽的实惠。而有机化学又是一门以实验为基础的科学，实验技能是有机化学工作者必备的基本素质，因此有机化学实验教学环节在整个化学教育中占有很重要的地位，对学生的知识能力和素质的协调发展起着至关重要的作用，有机化学实验教学方法改进［2－6］则至关重要。有机化学实验是化学与化工专业本科生必修的基础课程之一，传统的实验课堂，很多都是模式化的教育方式，学生在老师的指挥下依次操作就可以顺利的完成实验，但对于实验操作中制备的化合物具体的化学性质，在其他方面的用途不了解。现代分析测试手段是我们认识客观物质世界的眼睛，是从事化学、化工、材料、生物、医学、药物、食品、环境等领域专业研究和生产实践中不可缺少的关键环节，是当代相关专业本科生和研究生必须具备的基本科研素质。越来越多的科研工作和生产实践离不开仪器分析，越来越多的学生反映在就业面试中经常会被询问到在校期间对各种分析仪器尤其是大型分析仪器了解、掌握和应用的情况，《仪器分析实验》作为一门实验课程的重要性日显突出。结合上述因素，我们设想开设综合化学实验将有机化学实验和仪器分析实验相结合，例如将有机合成的化合物进行电化学表征，让学生了解合成的过程，应用的阶段。本实验选取二茂铁甲酸的制备，二茂铁是一种具有芳香族性质的有机过渡金属化合物，外观为橙色，有樟脑气味，不溶于水，溶于甲醇、乙醇等有机溶剂中，其分子呈现极性，具有高度热稳定性、化学稳定性和耐辐射性，其在工业、农业、医药、航天、节能、环保等行业具有广泛的应用。极化的二茂铁衍生物具有独特的电化学及光学特性，连接吸电子基共扼体系的二茂铁衍生物具有良好的二阶非线性光学响应。利用二茂铁基团的氧化还原可逆特性，则有可能通过电化学可逆特性来控制其衍生物的光化学特性，实现氧化还原开关效应。由于二茂铁不溶于水，测试电化学性质需要使用有机溶剂和高氯酸盐，限制其在其应用的范围。在实验中，我们设计合成水溶性二茂铁甲酸，利用其具有良好的碱性水溶液的高溶解性，测试其电化学性质，并讨论氢氧化钠对电化学反应类型的影响。

1实验目的

(1)按实验要求合成二茂铁甲酸，掌握低温控制、萃取、回流和重结晶等的各种有机实验基本操作。(2)掌握电化学工作站的使用方法，利用循环伏安法测试二茂铁甲酸的电化学性质。

2仪器与实验药品

(1)仪器:圆底烧瓶(250mL)，球形冷凝管，直形冷凝管，量筒，干燥管，温度计，恒温磁力搅拌浴，磁子，天平;玻碳电极，铂片电极，氯化银参比电极，电解池;电化学工作站CHI760E。(2)药品:二茂铁，邻氯苯甲酰氯，三氯化铝，叔丁醇钾，二氯甲烷，乙醇，碳酸氢钠、无水硫酸钠、叔丁醇钾、乙二醇二甲醚、乙醚和浓盐酸均为化分析纯。

3化合物制备与表征化合物制备路线

3．1邻氯苯甲酰二茂铁的制备

［7－8］氮气保护下向三口烧瓶中依次加入1．86g(0．01mol)二茂铁、1．75g(0．01mol)邻氯苯甲酰氯和100mL二氯甲烷，通过冰浴控制温度在0～5℃之间，后分批缓慢加入1．40g(0．01mol)催化剂无水三氯化铝，并控制反应液温度低于5℃，在冰浴条件下反应0．5h，升至室温下继续反应2h。将反应混合液注入150mL冰水中，用二氯甲烷萃取水相(30mL×3)，合并有机相，并依次用30mL水和30mL饱和碳酸氢钠溶液洗涤有机相，无水硫酸钠干燥后减压浓缩得粗产品，进一步使用正己烷重结晶得红色固体，收率为70%。3．2二茂铁甲酸的制备［8］氮气保护下三口圆底烧瓶中加入50mL乙二醇二甲醚、1.12g(0．01mol)叔丁醇钾和0．81g(0．0025mol)邻氯苯甲酰二茂铁，加热回流3h，将反应液倒入50mL水中，用乙醚萃取，水相使用盐酸调节pH值，待有固体析出，过滤干燥得到黄色粉末0．45g，收率约为78%。

4电化学测试

4．1溶液的配制

溶液1:取10mmol的二茂铁甲酸和10mmol氢氧化钠溶解，然后用纯水稀释到50mL。溶液2:取10mmol的二茂铁甲酸和15mmol氢氧化钠溶解，然后用纯水稀释到50mL。溶液3:取10mmol的二茂铁甲酸和20mmol氢氧化钠溶解，然后用纯水稀释到50mL。溶液4:取10mmol的二茂铁甲酸和25mmol氢氧化钠溶解，然后用纯水稀释到50mL。

4．2循环伏安法电化学测试

取10mL上述溶液加入25mL电解池中，将电解液置入三电极系统，铂电极作为对电极，氯化银电极作为参比电极，玻碳电极作为工作电极。向电解池通氮除氧15min，然后在氮气氛条件下进行测试。选择合适的电位窗口(0．0～1．0V)，扫描速率分别为100mVs，记录其循环伏安曲线中的氧化峰电位(Epa)和还原峰电位(Epc)，参见图1。根据记录的数据判断二茂铁甲酸反应的可逆性。由图1可知:四组测试结果均出现一对氧化还原峰，二茂铁甲酸与氢氧化钠的摩尔比的改变导致还原峰电位与氧化峰电位的电位差(ΔEp)发生变化，当10mmol的二茂铁甲酸和25mmol氢氧化钠配比时，电位差最小(184mV)，学生根据测试记录数据(表1)。

5总结

综合有机化学实验是有机化学实验与仪器分析实验之间的一座桥梁，使得原来在各分离的化学实验中学到的操作和知识能够进一步整合和灵活运用。根据具体的实验教学条件和学生的操作能力情况，二茂铁甲酸的合成和电化学分析实验是完整的综合实验。学生在具体的实验中，可以按照教材提供的操作方法逐步完成合成实验，也可以文献查阅的基础上学习傅克酰基化和水解反应条件，确定分离和纯化操作步骤。本实验室通过傅克酰基化和水解反应在化合物中引入羧基官能团，与有机化学学习的引入官能团的方法有所区别，让学生了解实际操作合成中有机化学的灵活应用。电化学分析让学生掌握电化学工作站的使用以及了解二茂铁类衍生物的电化学性质，通过本次实验使用学生对有机化学以及仪器分析课程有更深入的了解，使学生对课程产生兴趣，综合有机化学实验可促进学生终身学习能力的养成。

参考文献

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［7］王世辉，洪秀云，孙蕊，等．二茂铁甲酸的合成［J］．应用化工，2007，36(6):540－541．

电化学范文篇8

自组装指的是分子在氢键、范德华力等弱作用力推动下,自发形成具有特殊结构和形状的分子集合体的过程。利用自组装原理实现的自组装膜技术能够在分子水平上设计膜的结构，以获得特殊的性能和功能，进而应用于检测某些特殊目标分子。近年来,自组装膜技术开始被应用于修饰改性电极材料，以实现特定的电化学功能,在电分析领域显示了巨大的优势,逐渐成为一个热门的研究领域，广泛运用于构筑电化学或生物电化学传感器。耐尔蓝作为一种具有电活性的染料分子，在自组装膜技术方面表现出了独特的性质。李俊等将耐尔蓝通过共价键结合在金电极表面的自组装膜上，制得耐尔蓝自组装膜修饰电极，并对其稳定性、电化学及电催化性质进行了研究。研究表明，耐尔蓝利用其分子中的伯胺基团，共价键合与自组装膜修饰电极表面，得到的修饰电极呈现出良好的氧化还原性质和电催化特性，可以制备以耐尔蓝为媒介体的生物传感器，直接测定生物体系中的过氧化氢或环境样品中的其它过氧化物，并可以间接检测生物样品中的葡萄糖、胆固醇等的含量，为构造生物传感器提供稳定的媒介层。颜萍菲等利用自组装膜技术在金电极表面修饰上耐尔蓝，然后将辣根过氧化物酶交联固定于自组装膜修饰电极表面，得到HRP/NB/SAM/Au修饰电极，研究了该修饰电极的电化学特性及对过氧化氢的检测条件。研究结果表面，该修饰电极具有灵敏度高、稳定性好、抗干扰能力强的特点，为构筑尓以耐蓝为媒介体，辣根过氧化物酶为生物敏感组分的双氧水传感器提供了理论依据。

2耐尔蓝在探针分子方面的应用

化学探针是化学传感技术领域的一项重大发现，是化学生物学研究中的重要工具，目前已有愈来愈多的探针应用于分子水平上进行实时检测，可以帮助我们在分子水平探索复杂生命体中的生命过程和调控网络，分子探针因其灵敏度高、检测对象广、响应信号丰富等特点，成为了用于临床分析、环境检测、生物分析等领域不可缺少的检测工具。

3耐尔蓝在聚合物修饰电极方面的应用

许多染料被作为生物分子电化学氧化（或还原）的中间体或促进剂修饰在电极表面进行生物分子的尓测定及生物氧化还原电子传递过程的研究，耐蓝是一种水溶性良好的分子，能够通过吸附或电聚合的方法固定在电极表面，以备用作氧化还原的介体。刘惺等尓将耐蓝电聚合到玻碳电极表面，再尓将石墨烯分散液滴涂在电极表面，得到聚耐蓝/石墨烯薄膜修饰电极，用该电极检测蔬菜中残余的尓对硫磷，相对于裸电极、聚耐蓝单层膜修饰电极，对硫磷在双层膜修饰电极上的电化学响应显著增强。通过对实验条件的优化，大大提高了对硫磷在修饰电极上的灵敏度，将该修饰电极应用于实际蔬菜残留对硫磷的实际测定，获得比较满意的结果。

4结论

电化学范文篇9

【关键词】船舶；腐蚀成因；涂料

船舶腐蚀是一个非常复杂的化学现象，表现为腐蚀环境多样、腐蚀形态各异、腐蚀原因不同。而往往各种腐蚀又会相互交叉。比如船体某一处腐蚀，通常会是几种腐蚀的共同作用的结果，如果单独采用一种防腐措施，仍然不能解决腐蚀现象，需要对腐蚀机理进行全面分析。

1船舶腐蚀机理分析

1.1机械腐蚀

机械腐蚀通常包括应力腐蚀开裂、空泡腐蚀等。应力腐蚀开裂是指船体部位受到外力或内部应力，导致金属每部出现穿晶或沿晶的裂纹，比如船舶停靠码头时需要拖船作业，由于拖船的外力作用，船体机构产生了内应力，使结构产生弹性或小的塑性变形，破坏了金属表面保护层，降低了抗腐蚀能力；空泡腐蚀是由高速且不规则的液体流动产生的空泡对金属表面保护膜产生的破会，通常被称为“水锤现象”，最典型表现比如所有海水系统，必须进行合理的流速设计。

1.2电化学腐蚀

当船体处于飞溅区及潮差区的干湿交界处，氧气作用于船体的干区和湿区浓度存在差异，形成了氧浓差电池效应，船体干区氧气含量充足，形成阴极而受保护，船体湿区因缺氧而形成阳极而受到腐蚀。而实际表现是在海水的空泡腐蚀的共同作用下，漆膜容易脱落，致使保护手段失效，而产生电化学腐蚀作用。电化学腐蚀产生的部位和表现其实有很多，比如压载舱内压载水的排空和进水，在阳光作用下，边柜内会产生高温水蒸气，也会产生电化学作用。如果船体续建部位的材质和原材质不同，同样会发生电化学腐蚀作用。海水管系续建时，如其材料应与原系统材料不同，也要发生电化学腐蚀。

1.3生物腐蚀作用影响

如果船舶长期处于海水中，会有海生物附着，一是影响航速和经济性，二是海洋生物会产生化学腐蚀，使船底漆脱落，失去保护作用。而海生物本身也会产生具有腐蚀性的排泄物，和船底材质直接发生化学作用。

2船舶腐蚀防护技术

2.1主动防护措施

主动防护是指阴极保护，使船舶整体作为阴极，避免电化学腐蚀。机理是当两种化学性质不同的金属在电解质溶液中电性连结时，负极金属成为阳极而与电解质溶液发生化学反应而腐蚀，正极的金属变成阴极受到保护而不受电解质溶液的腐蚀。如果采用比钢铁电极电位更负的金属与钢铁电性连结，使钢铁整体上成为阴极，或给钢铁不断地加上一个与腐蚀时产生的腐蚀电流方向相反的直流电，同样使钢铁在整体上成为阴极，并且得到极化，则可使钢铁免遭腐蚀，得到保护。这种电化学的保护方法，称之为阴极保护法。常用的阴极保护法有两种，即“牺牲阳极保护”和“外加直流电阴极保护”。目前，船体通常使用的牺牲阳极材料主要有铁合金阳极、高效铝合金阳极、三元锌牺牲阳极等。外加电流保护技术原理和牺牲阳极保护是一样的。它是将直流电源加入到钢板与阳极之间，然后利用海水构成回路而起到保护作用。在该技术中，钢板得到电源输入的保护电流，使其形成阴极并得到相应的保护。“牺牲阳极保护”的特点是方法简单易操作，且价格较便宜；“外加直流电阴极保护”装置的一次性投资较大，但它具有性能稳定、基本免维护等优点。外加电流保护技术具有电流、电位可调节性强，设计保护寿命长等特点。因此，在今后的发展中，改进辅助阳极的排流量、外加电源的可靠性和参比电极的长期稳定性将是研究的重点方向。

2.2被动防护

被动防护主要是采用涂料，由于船舶各部位腐蚀环境的差别，所采用的涂料也是千差万别，即使是同一腐蚀环境中，所采用的涂料也不一定相同。船底部分，一般要涂装防锈层、中间层和防污层，既要防止船底的氧化作用，又要防生物附着；水线区由于受到海水干湿交替作用，所以水线部位的涂料必须有良好的耐水性、耐候性、耐干湿交替性，还要具有良好的机械强度、耐摩擦和耐冲击；大气曝露区由于受到盐雾、大气和阳光的作用，要求涂料有优良的防锈性、耐候性、抗冲击与摩擦性能，还要有保色性和保光性；压载水舱环境湿热、盐分高，所以要求涂料要有优良的耐水、耐盐雾、耐干湿交替和抗腐蚀性能；饮水舱涂料要求具有耐水性、无毒性，所含元素对人体不能造成损害；机、泵舱的舱顶和舱壁涂料要求不易燃烧和耐水性和耐油性等等。环氧类防腐涂料、聚氨酯类防腐涂料、橡胶类防腐涂料、氟树脂防腐涂料、有机硅树脂涂料、聚脲弹性体防腐涂料以及富锌涂料等，其中环氧类防腐涂料所占的市场份额最大。所以高性能、环保、节能、便捷是船舶涂料的发展方向，需要注意的是，防腐涂层的效果不仅仅取决于材质，与涂装之前的表面处理质量、涂膜厚度、涂装时的气候条件及涂装工艺等诸多因素有关。

3结束语

综上所述，腐蚀防护的实质是降低材料与环境条件之间的电化学反应速度。因此，改善材料、改变环境、把两者隔离、或者减少离子、氧、水在材料与环境之间的交换是相应的措施。选择何种腐蚀防护措施，要视具体的使用条件而定，是采取何种腐蚀控制技术和何时采用腐蚀控制的重要环节，而环保、低成本、安全、易施工、高性能是腐蚀防护技术发展的总趋势。

作者:李晓江 李怀景 单位:中国人民解放军91202部队

【参考文献】

电化学范文篇10

[关键词]三维电化学；印染废水；COD去除率；氨氮去除率

近年来，国内外每年都会有大量的印染废水产生，由于其色度高、有机物组分复杂、有毒害等特点，常规的生物处理工艺难以达到要求，需要以高级氧化法进行预处理。基于羟基自由基(•OH)的高级氧化法是一种有效的方法，利用•OH的强氧化性和无选择性使印染废水中有机物得以去除[1]。三维电化学作为高级氧化技术的一种，具有催化效率稳定、操作简单及电流效率高等优点，并且能高效地降解废水中的有机污染物。其原理是在反应体系中，三维电极极板发生直接氧化和间接氧化，产生强氧化性的•OH、HC1O等活性物质，这些活性物质可以与废水中的有机物发生氧化反应，将大分子有机物降解为小分子物质，或者将其直接转化成无污染的CO2和H2O，从而废水中难降解的大分子有机物得到有效降解[2-3]。本实验采用石墨毡电极为阴极，钛板为阳极，以实际印染废水为研究对象开展三维电化学降解实验研究。探究电极电压、反应时间、初始pH、极板间距、曝气量以及电解质浓度六个单因素对三维电化学处理废水过程中COD、氨氮去除率的影响。

1材料与方法

1.1实验材料。聚丙烯腈基石墨毡(3mm，北京晶龙特碳科技有限公司)，和丙酮化学试剂均为分析纯，实验用水皆为去离子水。实验所用水样为荆州市某印染废水处理厂调节池水，水质为：CODCr800~1300mg/L；氨氮32~55mg/L；pH6.0~7.0；电导率2200~2540us/cm；色度400~600倍。1.2实验装置与方法。实验装置主要由反应器、阴阳两主电极极板、粒子电极、空气泵和直流电源等部分组成。其中钛板为阳极板，石墨毡电极为阴极板，阴阳极板尺寸均为21.0cm×14.0cm。活性炭为粒子电极放置在两主电极之间，进行三维电化学实验。向实验装置中加入1.2L的印染废水，使用气体流量计调节增氧泵的流量，打开电源，开始反应并计时。定时取样，沉淀后取其上清液并测定COD和氨氮。反应结束后，极板用弱酸溶液浸泡清洗，并用蒸馏水反复冲洗。1.3分析方法。COD的测定采用快速消解分光光度法(HJ/T399-2007)；氨氮的测定采用纳氏试剂分光光度法(HJ535-2009)[4]。

2结果与分析

2.1电极电压、反应时间对处理效果的影响。研究电极电压对三维电极电催化氧化印染废水的影响，极板间的电压分别为取3V，6V，9V，12V，15V，考察在反应时间为120min的过程中COD和氨氮去除率的变化。其他反应条件为：初始pH为6.25(印染废水原水pH)，曝气量为4L/min，极板间距为9cm，每20min取样测定一次，结果如图1所示。由图1可见，电极电压为3V，反应时间为120min时，COD和氨氮的去除率分别为61.06%和65.42%，去除水平相对较低。随着电极电压增大到6V，COD和氨氮的去除率分别为78.45%和93.17%，均达到最高水平。但随着电极电压继续地增加，COD和氨氮去除率都明显下降。这是由于反应体系中的析氢和析氧等副反应越加剧烈，电极表面生成并覆盖大量气泡，大大地降低了有机污染物与电极表面活性位点的接触机会，影响了电极反应的进行，遏制了有机污染物的降解[5]。因此，最佳电压为6V。反应时间从20min到80min时，COD去除率提高了10%~16%，氨氮去除率提高了2%~20%，从80min到120min，两者的增幅都比较缓慢，过长地延伸反应时间，对反应体系益处不大，反而消耗电能，所以最佳反应时间为80min。2.2初始pH对处理效果的影响。研究初始pH对处理效果的影响，其他反应条件为：反应时间80min，电极电压6V，曝气量4L/min，极板间距9cm，初始pH分别取3、5、6.25(印染废水原水pH)、7、9、11，考察COD和氨氮去除率的变化情况，结果如图2所示。Fig.2EffectofinitialpHontreatmenteffect初始pH是三维电化学处理中的一个重要运行参数，选取合适的初始pH，可以有效的提高该工艺的处理效率。从图2可以看出，初始pH在3~11的范围内，COD去除率介于47.9%到72.74%之间，氨氮去除率介于77.33%到90.17%之间。初始pH为6.25时，COD去除率和氨氮去除率最高，随着溶液酸性碱性的增加，两者去除率都有所下降。因此，处理印染废水的最佳初始pH为6.25。2.3极板间距对处理效果的影响。研究极板间距对处理效果的影响，其他的反应条件为：反应时间80min，电极电压6V，曝气量4L/min，初始pH为6.25，极板间距分别取2cm，3cm，5cm，7cm，9cm，考察COD和氨氮去除率的变化情况，结果如图3所示。电化学过程的传质主要表现为电迁移传质和扩散传质，而传质速率与极板间距的大小有着密切的关系。从图3中可以看出，随着极板间距的增加，COD去除率先增加而后持续下降，在极板间距为3cm时，COD去除率最大为71.19%；氨氮去除率在极板间距为3cm时，达到去除率为84.47%，去除率的变化与极板间距之间没有规律性。因此，极板的最佳间距为3cm。2.4曝气量对处理效果的影响。研究曝气量对处理效果的影响，其他反应条件为：反应时间80min，电极电压6V，初始pH为6.25，极板间距3cm，曝气量分别取2L/min，4L/min，6L/min，8L/min，10L/min，12L/min，考察COD和氨氮去除率的变化情况，结果如图4所示。从图4可以看出，当曝气量从2L/min增大到10L/min范围内，COD去除率和氨氮去除率呈现上升的趋势，当曝气量超过10L/min后，两者的去除率明显下降。这是因为曝气量过大时，反应器内的废水会因曝气而剧烈搅动，致使废水中的污染物与主极板的接触时间过短，氧化作用不能够彻底，并且反应过程中产生的•OH等强氧化物质的存活时间极短，可直接导致•OH等活性物质，还未与废水中的有机污染物接触反应完全，就已猝灭[6]。因此，最佳曝气量为10L/min。2.5电解质浓度对处理效果的影响。研究电解质浓度对处理效果的影响，其他反应条件为：反应时间80min，电极电压6V，初始pH为6.25，极板间距3cm，曝气量为10L/min，电解质(Na2SO4)浓度分别取0.1g/L，0.25g/L，0.5g/L，1g/L，1.5g/L，2g/L，考察COD去除率和氨氮去除率的变化情况，结果如图5所示。从图5中可以看出，随着电解质浓度的增加，COD去除率也随之增大。当电解质浓度0.1g/L增大到1.0g/L时，COD去除率由54.98%增加到67.71%，提高了12.73%，之后，升高幅度较小。对于氨氮去除率，随着电解质浓度的增大，去除率逐渐增加，当电解质浓度为1g/L时，氨氮去除率提高了14.92%，达到最大值83.03%，超过该值后，去除率随着电解质浓度的增加而减小。改变电解质浓度，COD和氨氮的去除率都呈现上升的趋势，这是因为电解质的添加，提高了反应体系的电导率，进而影响了反应电流的大小，从而提高了废水的去除率。然而电解质过高，会带来大量的阴阳离子，不利于氨氮的去除。因此，最佳电解质浓度为1.0g/L。

3结论

采用石墨毡催化电极为阴极，钛板为阳极，活性炭为粒子电极进行三维电化学降解印染废水实验研究，结果表明，在电极电压为6V，反应时间为80min，初始pH为原水pH，极板间距为3cm，曝气量为10L/min时，电解质浓度为1g/L时，COD去除率处于70%左右，氨氮去除率达到85%左右，处理效果较好，可作为实际应用中的依据。

参考文献

[1]王燕，孙梅香，刘松，等．响应面法优化光电-Fenton氧化处理印染废水[J]．工业水处理，2019，039(003)：17-21．

[2]张显峰，王德军，赵朝成，等．三维电极电催化氧化法处理废水的研究进展[J]．化工环保，2016，36(3)：250-255．

[3]段少芳，刘松，江博．转子搅拌型三维电化学降解效能研究[J]．广东化工，2019(17)．

[4]国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会．水和废水监测分析方法[M]．北京：中国环境科学出版社，2002：91-281．

[5]张大全，高立新，杨文莲．电化学法对印染废水COD_(Cr)的处理效果研究[J]．工业水处理，2012(02)：52-55．