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1、第十节第十节 电化学节能技术电化学节能技术 一、了解内容一、了解内容 （一）（一） 什么是电化什么是电化学学？电化学是研究化学能？电化学是研究化学能与电能相互转化以及与这个过程有关的规律与电能相互转化以及与这个过程有关的规律的学科。的学科。 电化学所讨论的是在消耗电能情况下进电化学所讨论的是在消耗电能情况下进行的反应，或通过反应产生电能，这种化学行的反应，或通过反应产生电能，这种化学反应称为电化学反应。反应称为电化学反应。 由外加电能引起化学反应，将电能转化由外加电能引起化学反应，将电能转化为化学能的这种装置称为电解池。为化学能的这种装置称为电解池。 （二）电化学的基本应用（二）电化学的基本应
2、用 在化工领域中，可以利用电化学方法制备许在化工领域中，可以利用电化学方法制备许多基本化工产品，如电解氯化钠水溶液得到烧碱、多基本化工产品，如电解氯化钠水溶液得到烧碱、氯气和氢气。氯气和氢气。 在冶金工业中，利用电解提取的方法可以从在冶金工业中，利用电解提取的方法可以从溶液或熔体中提取有价金属。几乎所有的金属都溶液或熔体中提取有价金属。几乎所有的金属都可以采用电解提取的方法得到，而且得到的往往可以采用电解提取的方法得到，而且得到的往往是高纯度金属。是高纯度金属。 熔盐电解法是得到金属铝、碱金属和碱土金熔盐电解法是得到金属铝、碱金属和碱土金属的主要工业方法，有些甚至是唯一的方法。属的主要工业方法
3、，有些甚至是唯一的方法。 电化学加工的一些主要应用，如电镀、电解电化学加工的一些主要应用，如电镀、电解加工、电解磨削加工、电解磨削 、电化学抛光、电铸。、电化学抛光、电铸。 二、理解要点二、理解要点（一）法拉第定律（一）法拉第定律 在电解质导电的过程中，外加一定的电量，在电解质导电的过程中，外加一定的电量，在两个电极上就会消耗或析出一定量的物质。消在两个电极上就会消耗或析出一定量的物质。消耗或析出物质的数量成正比，这种数量关系符合耗或析出物质的数量成正比，这种数量关系符合法拉第定律。法拉第定律。 在电解质导电的过程中，当两个电极之间有在电解质导电的过程中，当两个电极之间有96485库仑电量（相
4、当于库仑电量（相当于1mol电子的电量）通电子的电量）通过电解质溶液时，会有过电解质溶液时，会有1mol的反应物发生反应，的反应物发生反应，同时也要有同时也要有1mol的电解产物生成。的电解产物生成。（二）电流效率（二）电流效率 电化学生产中，会出现不符合法拉第定律的电化学生产中，会出现不符合法拉第定律的现象。如镀锌时，通过的电量是现象。如镀锌时，通过的电量是1F，得到的镀，得到的镀锌层的量却不到锌层的量却不到1克当量。这是因为在锌反应的克当量。这是因为在锌反应的同时，还产生了氢，两种反应物加起来的和仍同时，还产生了氢，两种反应物加起来的和仍为为1克当量。产生氢的反应称为副反应。副反应克当量。
5、产生氢的反应称为副反应。副反应的发生减少了所需要的反应产物，这里就有了的发生减少了所需要的反应产物，这里就有了一个产出效率的问题。因此，我们定义了电流一个产出效率的问题。因此，我们定义了电流效率的概念。效率的概念。 电解时，通过一定量的电流后，其电流效电解时，通过一定量的电流后，其电流效率率 = P1/ P, 式中：式中：P1-反应产物的实际产量；反应产物的实际产量；P -反应产物的理论产量。反应产物的理论产量。（三）金属的阴极过程和阳极过程（三）金属的阴极过程和阳极过程 在电化学反应中，阴极附近金属离子放电在电化学反应中，阴极附近金属离子放电还原成金属的过程称为金属的阴极过程。金属还原成金属
6、的过程称为金属的阴极过程。金属的阳极过程是指金属作为反应物发生氧化反应的阳极过程是指金属作为反应物发生氧化反应的过程。一般来说，只要阴极电势足够负，任的过程。一般来说，只要阴极电势足够负，任何金属离子都能在阴极上还原成金属，发生金何金属离子都能在阴极上还原成金属，发生金属的电沉积属的电沉积 。金属的阳极过程既包括阳极的活。金属的阳极过程既包括阳极的活性溶解，也包括金属的钝化现象性溶解，也包括金属的钝化现象 。钝化使金属。钝化使金属表面出现了一层氧化物膜或其他吸附层，导致表面出现了一层氧化物膜或其他吸附层，导致金属阳极的溶解速度大大减慢金属阳极的溶解速度大大减慢 。 三、掌握重点三、掌握重点 电
7、化学的节能技术：电化学的节能技术： 1.合理选择和设计电解槽。在氯碱工业中，合理选择和设计电解槽。在氯碱工业中，主要采用三种电解方法，即隔膜法电解、水银主要采用三种电解方法，即隔膜法电解、水银法电解和离子膜法电解，其中离子膜法电解耗法电解和离子膜法电解，其中离子膜法电解耗电量最小。铝电解工业的电解槽分为两类，即电量最小。铝电解工业的电解槽分为两类，即自焙阳极电解槽和预焙阳极电解槽。大电流预自焙阳极电解槽和预焙阳极电解槽。大电流预焙阳极电解槽较老式自焙阳极电解槽，节电效焙阳极电解槽较老式自焙阳极电解槽，节电效果明显。电化学生产过程中的电流非常大，其果明显。电化学生产过程中的电流非常大，其耗电量与
8、槽电压成正比，因此，降低槽电压是耗电量与槽电压成正比，因此，降低槽电压是节电的主要着眼点。节电的主要着眼点。 2.改进工艺。在工件表面处理过程中控制好改进工艺。在工件表面处理过程中控制好电解液中各种成分的比例，氯碱生产中适当升电解液中各种成分的比例，氯碱生产中适当升高电解液的温度，电镀工件时选择电流效率高高电解液的温度，电镀工件时选择电流效率高的镀种等工艺改进措施，都能有效地节约电能。的镀种等工艺改进措施，都能有效地节约电能。 3.改进电极。电极一方面将直流电压加到电改进电极。电极一方面将直流电压加到电解槽上，通过大电流。另一方面，阳极和阴极解槽上，通过大电流。另一方面，阳极和阴极往往也参与整
9、个反应过程。因此，电极性能的往往也参与整个反应过程。因此，电极性能的好坏对电化学过程有重要影响。好坏对电化学过程有重要影响。 4.使用添加剂对于加速电化学反应过程，提使用添加剂对于加速电化学反应过程，提高反应质量和效率，有着明显的作用。高反应质量和效率，有着明显的作用。 5.采用高效电力整流电源，降低电解、电采用高效电力整流电源，降低电解、电镀设备直流网络的压降损失。镀设备直流网络的压降损失。 6.在安装电力整流设备时，应使整流电源在安装电力整流设备时，应使整流电源的位置尽量靠近电解槽，缩短供电路径。适当的位置尽量靠近电解槽，缩短供电路径。适当加大母线排的截面积，降低供电线路的电阻，加大母线排的截面积，降低供电线路的电阻，减少供电损耗。减少供电损耗。 7.及时检测电解、电镀设备的运行状况。及时检测电解、电镀设备的运行状况。电流效率和平均槽电压每天至少测算一次，单电流效率和平均槽电压每天至少测算一次，单槽电压每月测试一次，以便掌握设备的运行状槽电压每月测试一次，以便掌握设备的运行状况。况。 8.加强电解槽保温，减少电解槽的热损失。加强电解槽保温，减少电解槽的热损失。 9.同人工控制相比，采用计算机控制技术控同人工控制相比，采用计算机控制技术控制各种操作及运行参数，能够提高电流效率。制各种操作及运行参数，能够提高电流效率。
第十节 电化学节能技术
