李孟泽

摘 要：电化学知识是化学学科理论知识的主要构成部分，其知识内容丰富，应用范围也非常广泛，涉及到化工、机械、轻工、环境科学、航天、冶金、能源、材料、生命科学等诸多领域。因此，学习和掌握一定的电化学知识十分必要。本文主要介绍了电化学的概念以及电化学的原理，针对电化学的应用展开研究。

关键词：电化学；原理；应用

一、电化学概述

电化学通俗解释就是电能转化为化学能、化学能转化为电能，是一种能量转换。随着社会的发展，电化学包括的范围越来越大，现在是由多个分支组成，比如量子电化学、半导体电化学、有机导体电化学、光谱电化学、生物电化学等。电化学的主要研究方向就是电极和电解质溶液，电极中主要研究电极的极化和平衡性质，而电解质针对的是电解质的导电性和离子的运输性质展开的研究。

二、电化学的化学原理

想要学好电化学的前提是先掌握有关原电池的知识，因此原电池是电化学的基础，所以电化学又可以叫做“电池的科学”。电池的结构比较简单只包含两个部分电极与电极之间电解质。掌握电化学的关键是学习有关电解的相关知识，所以弄懂原电池的相关知识是学好电化学的基础。

2.1 原电池的定义

原电池就是在电解质溶液中放入由导线，其连接的两种不同的金属片，它的工作原理就是正极失去电子，负极得到电子的过程。在这个过程中会发生能量装换，电子的失去和电子的得到属于化学反应，最终结果会产生电能，因此这个过程是化学能转换为电能的过程，促使这个能量发生转换的化学反应是氧化还原反应。

2.2原电池的工作原理

原电池的电极反应氧化还原反应，氧化还原反应的本质是电子运动的过程，电子通过导线从负极运动到正极的定向运动。在这个过程中正极发生氧化反应、负极发生还原反应，伴随着化学反应的产生，就会一直产生电能，这就是原电池的工作原理，在原电池工作的过程中伴随着的能量转换是化学能转化为电能。

2.3电解的工作原理

电解是电流借助电解液的作用在原电池的正负极发生氧化还原反应（正极氧化反应，负极还原反应）。氧化还原反应发生的过程就是在外界电流的作用下发生的电解，电解是在电解液中发生的一种化学反应，在发生化学反应时电子会发生运动会不断的失去和得到。电子在运动时会进入电解液中正离子向负极运动，负离子向正极移动，电荷的定向移动就会产生电流。伴随这个过程发生的能量转换是电能转换为化学能。

三、电化学的应用

电化学在日常生活中的应用非常广泛，涉及到的领域化工、冶金、医学、材料、金属腐蚀与防护、环境科学等，利用电化学知识可以为人类、社会、国家创造出巨大的财富。

3.1冶金

冶金的过程中也用到了电化学的知识， 电化学的应用开启了冶金行业的新纪元，常用到的方法是电化学冶金，电化冶金即在熔融态金属化合物中通电，还原出Na、K、Al等金属单质。最活泼的金属不易从化合物中制得单质，所以用电解法。将金属放入电解溶液中，利于正电极与负电极的相互反应，从而使杂质沉淀，得到的金属质量比较高且杂质少，并且电化冶金成本低，效率高，在冶金业广泛应用。在冶金的过程中会产生废水，也可以用电化学的方法处理废水。

3.2环境保护

在环境保护方面我们也用到了电化学知识，我们常用的方法是用电解的方法去除污染物。电解法的优势是不仅能快速又高效而且在去除污染物时不会产生二次污染。如将微电解工艺用于染料废水的处理，对含偶氮染料活性蓝和络合染料活性绿及二硝基氯苯等难生化降解物质的溶液进行微电解处理后， 其脱色率达93%

3.3细胞生物生理行为的电化学研究

在医学方面，运用电化学的氧化还原反应原理。研究人员利用对离子和氧化还原反应敏感的染料作指示剂，可以间接测定细胞的电位和离子浓度，以探测细胞中的离子行为。从而分析表征细胞每时每刻的状态和细胞的生理行为，了解和比较不受外界干扰下细胞的状态和在外界因素干扰下细胞的状态。通过电化学在医学的运用，可以使人类更好的了解细胞，利于医学长远发展。

3.4电化学制备纳米材料

在制备纳米材料时，传统的制备方法不足以满足我们对高质量的要求，随着社会的进步我们制备纳米材料的方法也得到了创新。其中常用的方法是陽极氧气法，阳极氧气法的核心知识是电解。电化学法制备纳米晶体的工作原理就是以金属钛为阳极，以导电性好金属片为阴极，产生稳定的电流，在钛基底上制得排列整齐的Tio纳米管。这种方法具备的优势是节约资金、反应稳定快速、操作方便快捷。

3.5金属的腐蚀与防护

金属腐蚀的过程就是气体或液体发生氧化反应的过程。其原理就是金属原子失去电子变成金属阳离子发生氧化反应。那么避免金属发生氧化就可以避免金属被腐蚀，避免金属氧化的方法常用的有在金属表面镀上一层不易氧化的、不活泼的金属比如锌、镍、铬等，这样就会避免被保护的金属与空气或液体接触这样就不会发生氧化反应。还可以采用牺牲阳极保护阴极的方法进行金属保护，那么这种方法就是用到了电化学的原理。

四、结论

电化学发应的过程包括了电能与化学能之间的能量转换，还涉及到了其它知识比如离子传输性质、化学热力学、化学动力学以及物质结构等许多方面。电化学的应用不仅在冶金、化工、机械、轻工行业广泛应用，甚至在医学方面也都卓有贡献。故而当今社会的发展离不开电化学，我们高中生应该积极学习电化学方面的知识，以备日后更好地应用科学知识推动社会发展。

参考文献：

[1]高体玉冯军慈云祥.细胞电化学的研究进展[J].学术期刊，2012-09-03

[2]闫丽君.石墨烯复合材料的电化学传感器的制备与应用研究[J].学术期刊，2014-05-01