电化学反应

　　电化学反应是属于电化学范畴的化学反应。电化学反应过程中常伴随着电极表面析氢、析氧和析氯的电极反应，这些析出的气体会以气泡形式吸附于电极表面，从而造成电极活性面积减少、电极表面电位和电流密度的微观分布不均，产生电极极化。

电化学的研究内容

　　电化学是物理化学的重要分支，也是一个跨学科的边沿领域科学，主要研究电子导体一离子导体，离子导体一离子导体的界面现象、结构和化学过程，以及与此相关的现象和过程。

　　电化学研究的内容包括两个方面：

　　①电解质学(或离子学)，研究电解质的导电性质、离子的传输特性、参与反应的离子的平衡性质，其中电解质溶液的物理化学研究常称为电解质溶液理论;

　　②电极学，包括电极界面(通常指电子导体一离子导体界面)和离子导体一离子导体界面(两者常称为电化学界面)的平衡性质和非平衡性质(分别称为电化学热力学和电化学动力学)。

　　当代电化学十分重视研究电化学界面结构、界面上的电化学行为和动力学。

电化学反应的特点

　　对于下列的氧化还原反应：

　　Fe³⁺+Cu⁺→Fe²⁺+Cu²⁺

　　如果将Fe³⁺离子溶液和Cu⁺离子溶液混合，混合溶液中Fe³⁺离子与Cu⁺离子之间直接发生电子交换生成Fe²⁺离子和Cu²⁺离子。这就是一般化学中讨论的氧化还原反应。这一氧化还原反应具有如下一些特点：

　　(1)反应质点必须直接接触发生碰撞;

　　(2)反应质点碰撞时直接进行电子交换，电子转移经历的路径很短;

　　(3)反应质点间的碰撞具有混乱性，电子可在空间的任何方向上转移，如下图所示;

　　(4)反应伴随的能量效应为热能形式。

　　上述氧化还原反应也可设计在下图所示的原电池装置中按照电化学反应形式进行。在这种原电池装置中，Fe³⁺离子溶液和Cu⁺离子溶液在空间上是分开的，Cu⁺离子溶液与金属片M(阳极)构成阳极室，Fe³⁺离子溶液与金属片M(阴极)构成阴极室，阴极室与阳极室之间用阴离子隔膜K隔开两电极通过导线接通外电路时，外电路的电流表A上就有电流通过，而原电池的阴、阳两极上分别发生如下反应：

　　阴极反应：Fe³⁺+e→Fe²⁺

　　阳极反应：Cu⁺-e→Cu²⁺

　　电池反应：Fe³⁺+Cu⁺→Fe²⁺+Cu²⁺

　　此氧化还原反应按照这种电化学反应形式进行时具有如下特点：

　　(1)反应质点在空间上是完全隔开的，反应质点不发生碰撞;

　　(2)电子转移经过的路径很长，有一个公共通道(导线);

　　(3)电子通过外电路由阴极流向阳极而具有方向性(产生电流);

　　(4)反成伴随的能量效应为电能形式。

　　上述分析表明，电化学反应过程与一般化学中讨论的氧化还原反应进行的方式完全不同，电子必须从—种反应质点脱出，沿着唯一的公共通道转移到另一种反应质点上。因此，反应质点不直接接触而与两电极相接触，再用金属导体连接两电极，是进行电化学反应过程的必要条件。

　　一般来说，任何的氧化还原反应原则上都可以以电化学反应的形式进行，其总反应和能量的变化相同，但其能量效应和反应动力学规律不同。电化学反应速度不仅与温度、参加反成物质的活度、催化剂材料(电极)这些决定氧化还原反应速度的共同因素有关，而且还依赖于电极电势这一特定因素。

　　控制电极电势或两电极之间的端电压，就可控制电化学反应速度。为此，不论是在热力学方面(过程能量效应)，还是在动力学方面(反应活化能)，电化学反应都与一般化学中讨论的氧化还原反应有所区别。

电化学反应的应用

　　电化学反应的实际应用大致分为：

　　①电合成无机物和有机物，例如氯气、氢氧化钠、高锰酸钾、己二腈、四烷基铅;

　　②金属的提取与精炼，例如熔盐电解铝、镁，湿法电解锌，电解精炼铜、铅;

　　③电池，例如锌锰电池、铅酸电池、镉镍电池、锂电池、燃料电池、太阳能电池;

　　④金属腐蚀与防护研究，例如金属的电化学保护、缓蚀剂;

　　⑤表面精饰，包括电镀、阳极氧化、电泳涂漆等;

　　⑥电解加工，包括电成型(电铸)、电切削、电抛磨等;

　　⑦电化学分离技术，例如电渗析、电凝聚、电浮离等应用于工业生产或废水处理;

　　⑧电化学技术在环境工程中的应用——电沉积、电化学氧化与还原、光电化学氧化、电吸附、电凝聚、电化学消毒、电化学修复土壤。污染土壤的原位修复又称电动力学修复，即用电流清除土壤或泥浆中的放射性物质、重金属、某些有机物或者无机物与有机物混合污染物;

　　⑨电分析化学在工业、农业、环境保护、医药卫生等方面的应用。

　　无机物、有机物和金属的电解制备统称为电解工业，电解工业和电池工业是两个规模庞大的电化学工业体系。

　　此外，电化学在选矿、采矿、医疗等方面都有广泛的应用，如浮选电化学、电化学采油、电化学治癌仪等。电化学在生命科学中也得到了广泛应用，因为生命现象的许多过程伴随着电子传递反应。

　　随着人口的急剧增长和工业的迅速发展，环境的破坏日趋严重，环保已成为工艺开发的关键因素。以电子作为清洁剂的电化学产业具有传统的非电化学产业所没有的优越性，如节能、方便、易于自动化、生产成本低等。因此，电化学必将为解决人类面临的环保、资源缺乏、能源短缺等重大问题发挥更大的作用。