【摘 要】電化學(xué)是近現(xiàn)代新興的一門科學(xué)，它是研究如何將化學(xué)物質(zhì)與電力互相轉(zhuǎn)化，從而滿足人類生產(chǎn)生活的技術(shù)。本文通過簡單的論述，向讀者展示了電化學(xué)是如何從無到有，走到今天的。

【關(guān)鍵詞】原電池；電解池；電化學(xué)

電，作為一種神秘的能源，與其他能源不同，他并不是自然界隨處可見的，而是通過一定的條件才能夠觸發(fā)的，然而電在我們的生活中隨處可見，比如雷電，摩擦起電，干燥起電，等等。人類又是如何發(fā)現(xiàn)電的呢？

17世紀(jì)，法國化學(xué)家發(fā)現(xiàn)了正負(fù)兩種電荷，并總結(jié)出了同種電荷互相排斥異種電荷互相吸引的觀點(diǎn)，1791年，伽伐尼在一次偶然的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了金屬絲能讓青蛙的腿部抽搐，進(jìn)而認(rèn)為青蛙體內(nèi)與金屬產(chǎn)生電，使得腿部肌肉抽搐，通過他的大膽設(shè)想小心求證，最后從中得到啟發(fā)，用不同的金屬片夾濕紙制成了全世界第一個化學(xué)電源，稱為伏打堆，雖然此電源不能被用在生產(chǎn)，但是它為人類開啟了一扇門，讓人類可以看到，化學(xué)和電并不是完全割裂開的兩種物質(zhì)，電是通過化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，并不只能夠通過物理接觸或者天然采集。

隨著人們對于電的理解愈加深入，人類發(fā)現(xiàn)了電的越來越多的用途，同時電與化學(xué)反應(yīng)的聯(lián)系也愈加緊密起來，人類發(fā)現(xiàn)電和化學(xué)物質(zhì)可以通過電化學(xué)反應(yīng)互相轉(zhuǎn)化，而電化學(xué)則是研究這些過程的。電化學(xué)反應(yīng)裝置一般都分為原電池和電解池兩種

1.原電池

原電池，顧名思義，就是化學(xué)物質(zhì)通過一定的組合與反應(yīng)，可以起到電池的作用。原電池最早的起源就是來自于伏打堆，因?yàn)橘しツ嵴J(rèn)為是蛙腿組織液與金屬之間存在電流刺激才會產(chǎn)生抽搐，后來伽伐尼的猜想得到了進(jìn)一步的證實(shí)與完善，原電池的形成需要幾個條件：（1）電極材料要有兩種活潑性不同的金屬或者其他可以導(dǎo)電的材料（2）電極在電解質(zhì)溶液中，并且其中至少一個電極要與電解質(zhì)發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)（3）兩電極之間有導(dǎo)線連接，形成閉合回路。這三個條件缺一不可，一旦都具備，就可以形成原電池，產(chǎn)生電流，作為電源使用。

原電池的反應(yīng)機(jī)理很簡單，就是氧化還原反應(yīng)得失電子的過程，不過與一般的氧化還原反應(yīng)不同的就是，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)不在一起進(jìn)行，電源的負(fù)極需要與電解質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，電極質(zhì)量減少或者不斷溶解，同時把反應(yīng)中失去的電子通過導(dǎo)線傳到正極；與此同時，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極質(zhì)量不變或者增加，同時接受負(fù)極傳過來的電子，電子的轉(zhuǎn)移產(chǎn)生電流。

原電池可以為人類通過化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造電，但是同時也有不好的影響，例如鋼鐵的銹蝕。一般來講，鋼鐵的銹蝕分為兩種，一種是發(fā)生在干燥且特殊的環(huán)境下產(chǎn)生的銹蝕，而大多數(shù)則來自于原電池反應(yīng)。原因在于工業(yè)煉制的鋼結(jié)構(gòu)都是有碳元素的加入，碳具有良好的導(dǎo)電性能，一旦鋼鐵上沾染了水，加上溶解于水中的二氧化碳和其他電解質(zhì)，形成了電解質(zhì)溶液，鐵作為負(fù)極，碳作為正極，三者一起就形成了一個原電池，與氧氣反應(yīng)是鋼鐵銹蝕，如果水偏酸性腐蝕則將更加嚴(yán)重，并且原電池還有促進(jìn)反應(yīng)的開始與進(jìn)行的作用，使得鋼鐵銹蝕更加劇烈。所以在鋼鐵生產(chǎn)出之后，往往會加一些保護(hù)措施，例如涂保護(hù)層，加保護(hù)金屬，經(jīng)常保持金屬干爽等，或者利用原電池的特性，采用犧牲負(fù)極的正極保護(hù)法，在鋼鐵上外加比其活潑性更強(qiáng)的金屬如鋁等，構(gòu)成原電池，使得鋼鐵作為正極被保護(hù)下來。因而了解電化學(xué)，可以幫我們避免一些生產(chǎn)生活材料的消耗，更加合理地保護(hù)和利用資源，趨利避害。

原電池在我們的生活中有很廣泛的應(yīng)用，例如鋅錳電池，平時生活中常用于手電筒等小型用電設(shè)施中，一般電壓為1.5V—1.8V之間，它以鋅作為負(fù)極，以二氧化錳作為正極放電，有防漏性能好，電壓穩(wěn)定，放熱少，能量密度大等優(yōu)點(diǎn)。很簡單的設(shè)計(jì)，例如海上航標(biāo)燈的電源就是海水電池，以鋁為負(fù)極，碳為正極，海水作為電解質(zhì)溶液，通過鋁和空氣的反應(yīng)，產(chǎn)生電流，如此既可以最大化利用資源，又不產(chǎn)生有害物質(zhì)，并且操作簡便。而最近流行的一種燃料電池，也是利用了原電池的原理，例如甲烷原電池，氫氧原電池，這樣的原電池利用的是燃料與氧氣的燃燒反應(yīng)，燃料在負(fù)極反應(yīng)，氧氣在正極反應(yīng)，用酸或者堿溶液作為電解質(zhì)溶液，這樣的燃料電池與普通的燃燒反應(yīng)相比，可以產(chǎn)生更少的光能，熱能等的消耗，更大化地轉(zhuǎn)化為電能這一清潔能源，提高利用效率。同時產(chǎn)生的二氧化碳等物質(zhì)可以被吸收而進(jìn)一步加工和利用，從而減少碳排放，保護(hù)環(huán)境，合理利用資源

2.電解池

電解池的作用與原電池恰恰相反，電解池需要外接電源，通入電流，推動反應(yīng)進(jìn)行，是一種將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。電解池的構(gòu)成條件有：（1）陰陽兩極連接在直流電源上；（2）有可以導(dǎo)電的兩個電極，其中與電源正極相連的為陽極，與負(fù)極相連的為陰極；（3）陰陽兩極放置在電解質(zhì)溶液中；（4）形成閉合回路。四個條件中，既有構(gòu)成完整電路的必要條件，也有發(fā)生氧化還原反應(yīng)的必要條件。電解池的反應(yīng)機(jī)理是，陽極上失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極如果是活潑金屬構(gòu)成，則是活潑金屬與失電子變成金屬離子進(jìn)入到電解質(zhì)溶液，如果是非活潑金屬如鉑或者是非金屬如碳等物質(zhì)則是電解質(zhì)溶液的陰離子反應(yīng)，而此時陰極溶液中的陽離子發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子，反應(yīng)平衡。電解池的好處是可以使得兩極的產(chǎn)物分離，并且可以完成一些正常條件下不能完成的反應(yīng)。

電解池在鋼鐵工業(yè)中應(yīng)用頗豐。利用電解池，可以實(shí)現(xiàn)在金屬表面鍍上一層其他金屬，稱為電鍍。鍍上的金屬稱為鍍層金屬，待鍍的金屬稱為鍍件，電鍍時，將鍍層金屬作為陽極，鍍件作為陰極，含有鍍層金屬離子的溶液作為電解質(zhì)溶液，通過電解池反應(yīng)，鍍層金屬從陽極轉(zhuǎn)移到陰極，在鍍件上形成金屬膜，得到的鍍件表面平滑，不影響性能，反應(yīng)平緩快速。同樣的道理，也可以通過電解池提煉有雜質(zhì)的金屬。如提純銅，將粗銅作為陽極，精銅作為陰極，硫酸銅溶液做電解質(zhì)溶液，就可以達(dá)到提純粗銅的目的。利用電解池還可以保護(hù)金屬不被銹蝕，在金屬上外加電源，金屬作為陰極就可以實(shí)現(xiàn)。電解池幫化工行業(yè)解決了不少難題，例如活潑金屬的制備。鋁是一種活潑的金屬，常溫下就可以與氧氣反應(yīng)，還原性很強(qiáng)，很難在常溫下在其化合物中置換出來，而工業(yè)上利用電解池，在冰晶石的催化下，電解三氧化二鋁，就可以得到鋁的單質(zhì)。鈉是比鋁更活潑的金屬，工業(yè)上則使用電解熔融氯化鈉的方式制取鈉單質(zhì)。電解池使得工業(yè)生產(chǎn)很多物質(zhì)都成為可能。

燒堿，NaOH，作為一種工業(yè)原料，在化學(xué)藥品制造，造紙，紡織等方面應(yīng)用廣泛；氯氣，黃綠色氣體，在消毒，漂白劑，農(nóng)藥，化學(xué)藥品，有機(jī)溶劑等制造上應(yīng)用廣泛，氫氣，作為一種新興的清潔燃料，工業(yè)原料，作用也極大，而電解飽和食鹽水的反應(yīng)就可以同時實(shí)現(xiàn)這三個物質(zhì)的制備與分離，采用兩個惰性電極作為陰陽極，飽和食鹽水作為電解質(zhì)溶液，陽極產(chǎn)生氯氣，陰極產(chǎn)生燒堿溶液和氫氣。這個反應(yīng)已經(jīng)成為一個單獨(dú)的工業(yè)稱為氯堿工業(yè)，生產(chǎn)這三種物質(zhì)，是化學(xué)工業(yè)中較為重要的一環(huán)。

總而言之，電化學(xué)作為一種時間較短的科學(xué)，早已經(jīng)進(jìn)入到每個人的生活，電和化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)緊緊地聯(lián)系在一起，只要人類合理地利用電化學(xué)的奧妙，趨利避害，一定可以更加充分，巧妙地利用地球的資源，獲得最大的方便。

【參考文獻(xiàn)】

[1]司大均，許力，仁宗禮，趙玉玲.鹽通式原電池的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室探索與研究，2011（11）.

[2]張芹，朱元榮，黃志勇.化學(xué)/電化學(xué)腐蝕法快速制備超疏水金屬鋁[J].高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報，2009（11）.

[3]張愛華.我國氯堿工業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].石油化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2004（02）.