环境工程电化学论文-有机物电化学氧化中电极的研究进展

第一篇：环境工程电化学论文-有机物电化学氧化中电极的研究进展

有机物电化学氧化中电极的研究进展

摘要：电化学氧化技术是高级氧化技术中一种高度灵活、应用广泛的技术，在高毒性、难生物降解的有机物处理方面得到了国内外研究者的高度重视。在影响电化学氧化效果的多方面因素中，电极是一个重要的因素，电极的影响主要体现在电极材料和电极结构两方面的影响。在电化学氧化废水中有机物机理的简要阐述基础上，介绍了目前常用的电极材料类型：贵金属、金属氧化物、碳素材料等的特点以及电极结构的研究现状。最后探讨了为让电化学氧化技术得到更广泛的工业应用，电极材料和电极结构的发展方向。关键词：电化学氧化

电极材料 电极结构

Advances in the study of electrodes in electrochemical oxidation

of organic pollutants Abstract: Electrochemical oxidation technology is a highly maneuverable and wildly used technolgy among all the advanced oxidation processes and it is highly emphasized by domestic and international researchers for its application in the treatment of toxic and refractory organic pollutants.The electrode is one of the important factors affecting the efficiency of electrochemical oxidation.Both the materials and the structures of the electrodes will influence.The research of the characters of the common electrode materials such nobel metal, metallic oxide,carbon and graphite, as well as the structures of the electrodes are introduced on the basic of the mechanism of electrochemical oxidation in degradation of organic pollutants in wastewater.In the end, developing directions of materials and structures of eletrodes used in electrochemical oxidation are discussed for a wider application of this technology in industrial wastewater treatment.Keywords: electrochemical oxidation, electrode material, electrode structure

0 前言

生物处理法是污水中有机物去除的传统主流方法，该法不但处理效果好, 而且费用低。然而许多有机化合物的生物可降解性很差或不能被生物降解, 有些人工合成的有机物(如含有苯环和多环等复杂结构的有机物、结构复杂的大分子有机物等)还会对微生物产生毒害作用, 所以对含有这些有机物的污水直接利用生物处理显然是不合适的。因此, 开始有研究者研究用物化法（过滤、絮凝、吸附）、化学氧化法（氯气氧化、臭氧氧化、双氧水氧化、湿式氧化）、高级氧化技术（芬顿反应、臭氧联合UV反应、光催化反应、电化学技术）等处理这类的废水[1]。其中，电化学氧化技术因为使用电子作为唯一的“试剂”,不需要或很少需要外加化学试剂，从而避免了由外加药剂而引起的二次污染问题；并且还拥有反应条件温和、反应设备简单，可控性较强，适应面广等优点，从而得到了国内外研究者的重视[2]。

目前，国内外关于应用电化学氧化技术处理有机物的应用情况、降解机理、影响因素的研究很多。杨卫身[3]等研究了用复极性固定床电极处理偶氮类染料活性蓝和络合染料活性艳绿废水, COD去除效率可达50%以上，脱色率可达98%以上；对蒽醌染料废水的处理, COD去除效率可达90%以上,脱色率近100%。Lidia Szpyrkowicz[4]等用Ti/Pt和Ti/Pt/Ir电极处理制革废水,电化学过程不仅能去除有机物,而且能去除NH3-N并且在Cl-存在的间接氧化过程更明显,NH3-N的去除率几乎为100%。Apostolos G V lyssides等[5]用圆柱固定床电极对制革厂生产废水进行处理,也得到了较好的效果, COD去除效率达52%,苯类化合物的去除率达95.6%,NH3-N的去除率达64.5%,硫化物的去除率达100%,同时,废水的可生化性大大增强。Li-Choung Chiang等[6]用PbO2/Ti作阳极,铁板作阴极研究了木质素、丹宁酸、氯四环素和乙二氨四乙酸(EDTA)混合废水的电解预处理,凝胶色谱分析表明:电化学过程可以有效地破坏这些大分子,并且可降解其毒性, 处理后的废水可生化降解性提高。众多的研究表明电化学氧化技术不仅仅可以用于处理模型污染物配成的模拟废水，也可以用于处理含有多种有机物的实际废水；不仅仅可以用于作为一项单独的处理技术，也可以作为生物处理的前处理技术，从而降低生物处理负荷。电化学氧化机理 电化学氧化降解有机物的机理会随着电极材料、电解液、电解控制参数等的变化而有所不同, 因此电化学氧化降解有机物的机理是一个十分复杂的问题。在现在的研究中，根据产生氧化有机物的强氧化性物质的途径和种类,电化学催化氧化可分为直接氧化与间接氧化。

1.1 直接电化学氧化

直接的电化学氧化是指有机污染物在电极表面电子的直接传递作用下被氧化，电极表面只有电子参与了反应，这也被称为直接电解；或者是有机污染物与电极表面上产生的强氧化剂作用而被氧化，这是通常说的直接电化学氧化。1.1.1 直接电解

有机物通过直接与电极表面的电子发生反应而进行矿化转变。以苯酚为例，典型的矿化反应如下：

C6H5OH+11H2O6CO2+28H++28e-（1）

反应过程中释放的H+通过在阴极生成H2而释放出来。

在低于氧气的析出电位时，直接电解在理论上是可行的，但是反应速率通常都很小，而且因为阳极表面会形成聚合物层造成阳极中毒从而使得阳极的催化活性降低，反应速率也降低[1]，所以利用直接电解降解有机物的并不多。1.1.2 直接电化学氧化

电化学直接氧化有机物是伴随着活性氧在电极表面析出而进行的。以金属氧化物电极为例，Comninellis等[

7、8]提出了伴随活性氧析出时有机物氧化的模型。第一步是水电解生成OH·，金属氧化物吸附OH·：

MO+HOMO(.OH)+H++e-

（2）

x2x下面的反应根据电极材料性质的不同而不同。在“活性”电极表面，被吸附的OH·与金属氧化物结合成金属过氧化物：

MOX(.OH)MOX+1+H++e-

（3）

电极表面的氧化还原对MOX+1/MOX就可以作为有机物选择性氧化或转化的中间物。在无法形成金属过氧化物的“非活性”电极表面，被吸附的OH·就会无选择性地氧化有机物，导致有机物的完全矿化：

MOX(.OH)+RMOX+CO2+H2O+H++e-（4）

通常，氧气析出电位比较低的电极（较好氧气析出催化活性的电极）比如碳素材料、IrO2、RuO2、铂等属于“活性”电极，有机物在这类电极表面会选择性地氧化；氧气析出电位高的电极比如SnO2、PbO2、BDD等属于“非活性”电极，它们能够无选择性地矿化有机物。

1.2 间接电化学氧化 间接氧化避免了有机物和电极表面之间电子的直接交换，在间接电化学氧化过程中，利用电化学反应产生的强氧化剂传质到本体溶液中,与污染物发生反应从而氧化有机物。金属氧化还原对如Ag(Ⅱ),Ce(Ⅳ),Co(Ⅲ),Fe(Ⅲ)以及Mo(Ⅲ)通常可以作为氧化的中间物。此外，根据电解质成分的不同，电化学反应生成的氧化剂常见的还有Cl2,O3,以及过硫酸盐、过磷酸盐和过碳酸盐等等。间接氧化过程中对电极的选择性不强，常见的电极材料均可。

其实，直接、间接电化学过程的分类并不是绝对的，实际上一个完整的有机物电化学降解过程往往包含电极上的直接电化学氧化和间接电化学氧化两个过程，即使针对同一个电极，反应体系、操作条件的变化，也可以使得电极上所发生的氧化反应的类型发生变化。电极材料

影响电化学氧化效果的因素有反应条件，如pH、温度、电流密度、电解质种类及浓度[9-12]等；以及被氧化的有机物本身的结果如取代基的种类、数目等[13-14]，不过在众多影响因素中，因为电化学反应是在电极与电解质间的界面上发生的，所以电极是最重要的影响因素。电极的影响包括电极材料的影响和电极结构的影响两个方面，即使在相同的电解质、相同的参数控制条件下, 电极材料不同, 电化学反应的形式可能差别很大。目前, 电化学工程中应用的电极材料主要有纯金属(如Pt等贵金属)、碳和石墨及金属氧化物(PbO2、MnO2、SnO2、DSA 等)。

2.1 贵金属电极

以铂、钯为代表的贵金属电极因为导电性强以及在高电位下的化学稳定性好的优势使得它们成为电化学氧化过程中的常见电极材料,贵金属电极克服了早期的金属阳极材料溶出导致阳极损耗且向溶液引入新的杂质的问题，但是铂电极上氧析出电位不高，只有1.6V，因此电催化活性不是很高，有机物污染物只能被选择性转化，矿化电流效率不高，处理废水所需时间太长,效率太低,且电极易污染而失活。例如苯酚在铂电极上氧化时，生成马来酸、反丁烯二酸等中间产物后就不能进一步被矿化，溶液的TOC也没法得到很好地去除[

7、9]。

2.2 碳素电极

石墨、碳等碳素电极材料因为价廉、表面积大、导电性强、可以发挥吸附和电化学降解两种功能而得到了广泛的应用，主要是用于三维电极的电化学氧化反应器中。常见的碳素电极的形式有碳纤维、碳颗粒、碳毡、玻璃碳、石墨颗粒、石墨环等，不过传统碳素电极体积和表面结构容易发生改变的缺陷减短了它的使用寿命，使得碳素电极的使用受到一定程度的限制。

目前研究较多的一种碳素电极是活性炭纤维（简称ACF），ACF的原材料是黏胶纤维、酚醛树脂纤维、聚丙烯腈纤维或沥青纤维等。有学者[15]对ACF的吸附性能作了研究,结果发现,当ACF作为吸附剂去除有机物时，初始效率较高，但当达到吸附饱和时，因在ACF上形成了一层有机物膜,使去除率急剧下降。但当ACF作为阳极时，电化学催化氧化可以把有机物膜除去，使去除率有明显提高。郑春燕等[16]以ACF为阳极,不锈钢板为阴极降解含酚废水，结果表明该方法对苯酚和COD去除率均能达到95%以上。ACF结构不同，对有机物的去除率也不相同；Yi等[17]经研究发现比表面积高、含中孔比率大的ACF作为阳极时去除率高。由于ACF还具有不溶性，因此ACF电极能够将导电、吸附、催化及稳定性有效结合起来，实现高效净化。为了进一步提高ACF的催化能力，可在ACF上负载过渡金属。Gaur等[18]的研究表明，ACF上负载过渡金属的种类不同，ACF催化性能也不同，并且负载的金属量与ACF催化性能有很大关系。

2.3 金属氧化物电极

金属氧化物电极大多是由金属基体和金属氧化物膜组成。基体可以是钛、钽、铌、锆等金属，金属氧化物膜多为过渡金属(钌、铂、锰、铱等)及锡、铅的氧化物。大量的研究表明,作为电催化剂基体的电极有两个基本要求：良好的导电性及稳定耐蚀。良好的导电性可以降低槽电压, 节约电催化过程的能耗。稳定耐蚀保证了电极的使用寿命, 若电极的使用寿命过短, 即使有再高的电催化活性, 在实际中也难以得到应用。2.3.1 DSA电极

DSA电极即“形稳阳极”，因具有阴极-阳极近距离不因时间的延续而发生改变,显示电极的损耗很小而能保持尺寸稳定而得名[19]。一般的DSA电极都是以金属钛为基材，二氧化铱或二氧化钌为涂层制成。它具有良好的催化活性，良好的稳定性（不易溶出），并且这类电极可以通过改进材料及表面涂层结构而具有较高的析氧过电位,同时能够随着氧化物膜的组成和制备工艺条件不同而获得优异的稳定性和催化活性。

DSA电极常用的氧化膜涂层是IrO2[20]、RuO2[21],它们的氧析出电位较低，所以有机物主要在电极表面发生电化学转化。有研究[22]表明这些电极在降解苯酚过程中溶液由无色逐渐转变为暗黄色或棕褐色,直至苯酚完全去除,溶液颜色也不褪去。产生上述现象的原因是这些电极在降解过程中生成的小分子有机物容易聚合形成难以降解的具有颜色的有机聚合物；有机聚合物粘附在电极表面,使降解难以进行完全。

为了延长钛基电极寿命和提高导电性能，钛基电极增加了锡、锑、锰和钛等氧化物中间层；为了提高电极催化性能，电极表层采用沉积或刷涂工艺制作锡、锰、铅和铬氧化物表层。2.3.2 二氧化铅电极

PbO2电极的制作成本低且制作过程简便；此外，二氧化铅表面的氧析出电位高，催化活性高；Martinez Huitle等[20]研究了不同金属氧化物膜电极，结果表明PbO2电极具有良好的电催化活性。但是PbO2电极会从溶液中溶出，使电极的稳定性变差[23],并造成二次污染,从而限制了PbO2电极的推广使用。增强PbO2的稳定性可通过在电沉积溶液中加入一些离子得以改善，Velichenko等[24]指出掺杂Fe的PbO2电极的理化性质与普通PbO2电极相比有很大不同；Andrade等[25]研究了四种电极(PbO2电极、掺杂F-的PbO2电极、掺杂Co的PbO2电极和同时掺杂F-、Co的PbO2电极)的电催化性能和稳定性，结果表明,在含Co量比较低时,同时掺杂F-、Co的PbO2电极的稳定性较高。2.3.3 二氧化锡电极

SnO2电极有高的析氧电位,但其导电性较差，是一种半导体材料[26]，在该电极中掺杂Sb元素可以明显提高其导电性能与催化活性.吴星五等[27] Ti/SnO2+Sb2O3等五种电极对苯酚废水进行了降解研究，结果表明Ti/SnO2 + Sb2O3电极有良好的降解效果；Ti/SnO2+Sb2O3电极具有良好的电催化活性主要因为Sb可使SnO2晶格膨胀产生缺陷，并使SnO2的能级发生分裂产生新的缺陷能级，位于表面的缺陷部位比较活泼，表面能大,处于不稳定状态,是吸附和催化的活性中心,从而提高了电极的催化活性[28]。

2.4 BDD电极

掺硼的人造金刚石电极简称BDD电极，为了增强导电性，在金刚石中掺杂硼原子，掺杂的比例是B/C:1000-10000ppm。高品质的BDD电极具有电势范围大（-1.25V——+2.3V），不易腐蚀，比较稳定等优势，且BDD电极表面吸附能力差，使得钝化膜不易附着导致电极“中毒”。但是BDD电极也存在成本高以及难找到合适的基体材料等缺陷。电极结构

3.1 三维电极 电极的结构对电催化的效果也会产生重要的影响。目前工程中使用最普遍的是二维电极, 包括板式或管式电极两种。但在研究中越来越多的研究者注重对三维电极的开发研制。三维电极是在在传统二维电极间装填粒状或碎屑状工作电极材料,使工作电极材料表面带电,从而发生化学反应[29]。三维电极可以增大反应器的比电极面积, 在一定电流密度下, 反应器可通过更大的电流, 具有更高的生产强度，克服了二维电极单位槽体积降解有机物处理量小的缺陷;减少了粒子间的距离,提高了电流效率[30]。常见的三维电极的结构设计有粉末多孔电极、固定床填充电极、流化床填充电极、移动床电极。

王建秋[31]采用三维电极法处理氯苯废水并研究了外加槽电流、停留时间、氯苯初始质量浓度、废水初始pH等对氯苯去除率的影响；在外加槽电流为2.0 A、氯苯初始质量浓度为1～200 mg /L、停留时间为40～60 min、废水初始pH为7的条件下,氯苯去除率达83%以上。熊蓉春[32]以罗丹明B为代表的染料废水为处理对象,比较研究了二维电极法和三维电极法的处理结果，发现采用三维电极法时, 能在较短时间内达到优异的水处理效果。

3.2 气体扩散电极

气体扩散电极是一种特制的多孔膜电极，大量气体可以到达电极内部，且与电极外面的电解质相连通，组成了一种三相（固、液、气）膜电极。它既有足够的“气孔”，使反应气体容易传递到电极上，又有大量覆盖在催化剂表面的薄液层。目前用于做气体扩散电极的材料多为碳素材料，它们对还原水中溶解氧得电子生成H2O2有较高的催化活性。

应用碳素基材做气体扩散电极时通过不断地向水中供氧,使水中的溶解氧不断地在阴极上还原生成H2O2，再与水中的Fe2+发生芬顿反应,生成羟基自由基OH·。HuiW等[

33、34]将Pd负载到活性碳的表面上,制备出了Pd/C气体扩散电极,用于电化学降解4-氯酚和2、4-二氯酚,结果表明,Pd/C气体扩散电极的处理效果好于C/PTFE气体扩散电极。总结

影响有机物电化学氧化效果和速率的主要有两个方面，一是有机物发生氧化反应本身的速率和性质，这个主要是跟电极材料有关；另一方面是有机物从从溶液主体迁移至阳极表面传质影响，这个主要是跟电极结构有关。为了提高这两个方面的速率，使得电化学氧化技术得到更广泛的工业应用，电极材料应该选择催化能力强、稳定性高又廉价的材料；电极结构应该朝传质阻力小、表面吸附能力弱的方向发展。

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第二篇：溶胶-凝胶论文：溶胶—凝胶与纳米材料修饰电极及其电化学性质

溶胶-凝胶论文：溶胶—凝胶与纳米材料修饰电极及其电化学性质

【中文摘要】近年发展起来的溶胶-凝胶技术,其载体为无机多孔材料,具有许多高分子无法比拟的特性,为纳米材料的固定提供了更广阔的空间。纳米材料具有比表面积大、催化活性高、亲和力强等特点,在电催化及传感器材料领域有着广阔的应用前景。研究表明,电化学过程与电极材料的表面性质密切相关。由于该材料的尺寸效应和介电限域效应等特性,将纳米材料修饰到电极表面,能增加电流响应,降低检测限,大大提高检测的灵敏度。本论文致力于溶胶-凝胶与纳米材料修饰电极的制备及其电催化性能的研究,修饰电极过程简单、方便,实现了将溶胶-凝胶、纳米材料、修饰电极和电分析化学的有机结合。主要工作如下:1.3-氨丙基三乙氧基硅烷单层修饰电极及其表面非均相扩散:铂纳米花的形成及其电催化性质3-氨丙基三乙氧基硅烷在铂电极表面形成单层修饰膜,诱导铂纳米花在其表面形成。我们通过场发射扫描电镜、X-粉末衍射和电化学方法表征了得到的铂纳米花的性能。本工作细致探讨了铂纳米花的生长机理,可能的解释是PtCl62-离子在铂电极表面的不均匀扩散。我们还发现铂纳米花修饰电极比铂纳米修饰电极对甲醇的氧化和氧气的

【英文摘要】Recently, sol-gel-based nanomaterials and devices have been extensively applied in all kinds of fields due to their porous structure, good mechanical strength and

long-term stability.It is well-known that the electrochemical responses of modification electrodes are related to the electrode materials.Current response can be improved and detection limit can be extended when the nanomaterials modified electrodes are employed.The main work of this paper is focus on preparation of sol–gel-based materials and novel nanomaterials modified electrodes, which have been used to investigate the electrocatalytic properties.Compared with the traditional electrodes, the modification process is simple and convenient.Moreover, the above proposed electrodes have been used to detect and analysize some analysts, such as methanol, oxygen, and hydrogen peroxide.The details are listed below:1.Inhomogeneous Diffusion on Electrode Surface Induced by（3-Aminopropyl）triethoxysilane Monolayer: the Formation of Pt Nanoflowers and its ElectrocatalysisHierarchical flowerlike Pt（Pt nanoflowers, PtNFs）nanostructures have been formed on the surface of Pt electrode induced by 3-aminopropyltriethoxysilane（APTES）monolayer.Scanning electron microscopy, X-ray powder diffraction, and electrochemical methods have been used to characterize the properties of these obtained PtNFs.The growth mechanism of the PtNFs has been discussed carefully, which may be due to the

inhomogeneous diffusion of PtCl62-ions on the surface of Pt electrode.It has been found that the PtNFs modified electrodes exhibit excellent electrocatalytic activity towards the oxidation of methanol and the reduction of oxygen compared to Pt nanoparticles modified electrodes.The increased catalytic activity may be a result of the unique morphology of the PtNFs.2.Electrochemically deposited sol-gel-derived silicate films and the electrochemical properties of pore electrodeSol gel-derived silicate films were electrochemically deposited on conductive surfaces from a sol consisting of tetramethoxysilane（TMOS）.In this method, a sufficiently negative potential is applied to the electrode surface to reduce oxygen to hydroxyl ions, which serves as the catalyst for the hydrolysis and condensation of TMOS.The electrodeposited films were characterized for their surface morphology, electrochemical probe techniques.The electrodeposited films were found to have a completely different surface structure and to be significantly rougher relative to spin-coated films.This is likely due in part to the separation of the gelation and evaporation stages of film formation.The pore electrode was fabricated by electrodeposited in negative potential, which was

characterized by Scanning electron microscopy and electrochemical methods.The electrode was applied in biosensor fields.3.Electrochemical synthesis Au@Pt nanoparticles on choline chloride modified glassy carbon electrode for sensitive detection hydrogen peroxideA simple electrochemical sensor for sensitive determination of hydrogen peroxide was fabricated by electrochemical synthesis of Au@Pt nanoparticles（core@shell）on the surface of choline chloride（Ch）modified glassy carbon electrode（GCE）.Ch was used to combine metal ions, and also played a dual role of stabilizer in the construction of Au@Pt nanoparticles.Au nanoparticles was immobilized on the Ch by underpotential electrodeposition（UPD）process.A one-atom-thick shell of Cu was modified on the Au core by electrochemical underpotential deposition, and then this modified electrode was put into H2PtCl6 solution, the Cu monolayer was replaced with Pt by galvanic exchange.The obtained Au@Pt nanoparticles were characterized by scanning electron microscope（FE-SEM）and electrochemical techniques.As a result, the Au@Pt（core@shell）exhibited remarkable electrocatalytic activity towards the reduction of hydrogen peroxide.Under the optimum conditions, Chronoamperometric experiments showed that at an applied potential of 10mV（AgCl），the reduction current of H2O2 was linear to its concentration in the range of 32uM to 2.496mM and a low detection limit of 1.0×10-6 M, the promising electrochemical sensor was investigated against ascorbic acid（AA）and uric acid（UA）, the results demonstrated that the sensor exhibited stability, repeatability, and selectivity.【关键词】溶胶-凝胶 纳米材料 修饰电极 电催化

【英文关键词】sol-gel nanomaterials modified electrode electrocatalysis 【目录】溶胶—凝胶与纳米材料修饰电极及其电化学性质要5-7ABSTRACT7-9

第一章 综述11-20

摘

1.1 溶胶-凝胶的制备、性质及应用11-12及应用12-161617-20

1.2 纳米粒子制备、性质

1.3 双金属核-壳结构纳米复合电极的构建

16-17

参考文献1.4 本论文的研究目的和设想第二章 3-氨丙基三乙氧基硅烷单层在电极表面非均相

20-39

2.1 前言散: 铂纳米花的形成及其电催化性质20-2122-342.2 实验部分21-222.4 结论34-35

2.3 结果与讨论参考文献35-39

第三章

电化学沉积四甲氧基硅烷膜孔状电极及其电化学性质39-483.1 前言39-40

3.2 实验部分40-41

参考文献47-48

3.3 结果与讨论41-473.4 结论47第四章 在胆碱修饰的玻碳电极上电化学合成 Aucore@ Ptshell 纳

米粒子用于双氧水的检测48-59实验部分49-5057

4.1 前言48-494.2

4.3 结果与讨论50-57

工作展望59-60

4.4 实验结论附录：研究参考文献57-59生期间发表论文及获奖情况60-61致谢61

第三篇：电化学高级氧化反应器常规工艺及优点

电化学高级氧化反应器常规工艺及优点化工废水、印染废水、印刷油墨废水、喷漆喷油废水、电镀废水治理工艺到现在已有很多成熟的工艺了，氧化反应器在废水治理中为做出很大的贡献。常规工艺是化学混凝沉淀、气浮和生化处理工艺，但废水中各种成分的污染物都有，废水有机物浓度高，盐类含量高，有的成分对微生物有毒害作用，生化处理效果不是很理想。且很多有机物是溶于水中，用物理方法如沉淀、气浮工艺处理效果也不佳。

针对这种状况，我公司组织一了批长期从事废水治理的专家、技术员，经多年的攻关研究，开发出了一套常温常压光电催化氧化反应器的废水治理设备，专门对高浓度，难生化的工业污水进行处理。

三、设备优点

1、设备适用范围广：即可适用于新建废水处理的配套设备，也可适用于现在废水处理设备的改造。可放于废水治理工艺的前端，根据实际情况也可用于废水治理后面(主要是去除COD)。还可适用于高浓度难降解废水的生物预处理，改善废水可生化性。特别适用于小型工业废水有机物的一次性治理。

2、紫外灯装置采用一体化浸没式，可从管两端安装和拆卸，清洗更换方便，因废水PH调节在弱酸性，金属离子不会发生沉积，有机物被彻底氧化，催化氧化装置内不会发生结垢和有机物粘附现象，无需经常清洗。这样处理工艺简单，操作管理方便。根据情况进水前可选择安装前置永磁防垢除垢器，利用永磁(铷、铁、硼)，当水通过磁场时，水分子在磁场的作用下，产生扭曲、变形、反转、震动、使其分子加强从而使原来的水中缔合形成的各种链状、团状的大分子(H2O)N，解离成单个双分子(H2O)2，使水的活性增加，改变了水的物理结构通过磁场对溶液中的离子产生作用，使水中钙、镁盐类结垢物的针状结晶改变成颗粒状结晶体，使它们不能交织在一起成为坚硬的水垢附着在器壁或管壁上。而成为微小的颗粒沉淀于底部，随排污排出，从而达到防水垢的作用;对原有的老水垢也可通过已处理水的作用，使之逐渐剥蚀、软化、松动、龟裂、直到脱落，达到除垢目的。防止废水中的盐类在紫外灯套管表面结垢。

3、该设备在常温常压下运行，控制简单方便，维护少，可实现全自动控制。

4、反应最终产物是二氧化碳、水、氮气及其它无害氧化物，不产生二次污染，特别适用于污水回用的预处理工艺，保证污水回用进水水质，防止有机物对RO膜造成污堵。

5、催化表面积大，一立方水的平均催化面积达20平方米，催化效率高;紫外光能利用充分，大大降低单位处理能耗。运行成本较原有工艺要低，药剂用量比原有工艺要少，处理效果比原有工艺好，同时减少废水中可溶性固体的增加。

四、废水治理工艺说明：

车间废水经收集后用耐腐蚀泵提升，打入前置过滤器，滤除大颗粒悬浮物和砂粒，防止其在管式催化氧化装置内沉积而影响催化效果。过滤装置采用不锈钢袋式过滤器，具有容污量大，维护管理方便的特点。滤渣定时清理。泵前同时用计量泵计量加入双氧水和硫酸，用PH仪控制PH在所需要的范围。加药后的废水进入催化氧化装置，在其中进行氧化。反应器内壁都涂有二氧化钛涂层，紫外线不能透过催化涂层，因此对容器也不会造成损害，保证设备能正常使用。主要工艺流程如下所示：

双氧水→计量泵 计量泵←硫酸

↓ ↓

高浓度有机废水→提升泵→过滤装置→催化氧化装置→生化反应→排放

双氧水→计量泵 计量泵←硫酸

↓ ↓

低浓度有机废水→提升泵→过滤装置→催化氧化装置→排放

五、设备操作说明

1、初次启动：在初次启动前，全面检查所有电机是否能正常工作，紫外灯系统工作是否正常，管路是否按工艺要求正确连接。然后用清水打通，检查所有设备是连接完好，没有没渗漏现象。一切正常后，才启动提升泵，将废水打入反应器，水量达到80%左右容量时，启动加药装置。加入双氧水和硫酸，调节进水水量到一定值，根据进水水质和水量，调整好加药量。控制PH在弱酸性。水量达到100%容量时，开启紫外灯系统。使整个装置进入正常运行状态。

2、正常运行：设备进入正常运行状态时，要定时检测双氧水含量，保证其有正常浓度范围。同时也要及时观察PH是否在要求的范围之内。紫外灯系统打开后最好是常开，不能频繁启停，否则对紫外灯的使用寿命有严重影响。

3、停机：正常的停机顺序是先停提升泵，然后停计量泵，再停循环泵，最后停紫外灯系统。如果是短时间停止，紫外灯不能停，同时循环泵也得保持开启状态。

4、维护保养：紫外灯使用时间超过其正常使用寿命后，就得及时更换。如果反应产生的深沉物很多，根据情况要及时将沉淀物排出和对设备内部进行清洗。

六、注意事项

1、因该装置中有大功率的紫外灯，有很强的紫外线辐射，未经许可严禁私自打开反应器。在正常运行时保证设备在密封状态，不能有紫外光透出，以免造成人身伤害。

2、正常维护时，一定要关闭紫外灯装置电源才进行。在设备保修期内，未供货商经许可，不能对设备私自拆装，如果私自拆装造成任何损失，由拆装人员自负，供货商概不负责。

3、废水原水中含有大量悬浮物时,必须经过预处理去除,以免影响设备运行效果。

第四篇：第七章 氧化还原反应 电化学基础

第七章 氧化还原反应 电化学基础

(7-3)

(1)2KMnO4(aq)+5H2O2(aq)+3H2SO4(aq)→2MnSO4(aq)+5O2(g)+K2SO4(aq)+8H2O(l)

这一氧化反应有事被错误地写作下列形式：

2KMnO4+H2O2+3H2SO4→2MnSO4+3O2+K2SO4+4H2O

从反应方程式看，两边各元素的原子数目都相等，电荷也是平衡的，似乎没有错误。但实验证明，酸性溶液中KMnO4与H2O2反应生成的O2都来自于H2O2，而不是KMnO4。所以采用观察法配平时会出现

上述错误结果，即KMnO4作为氧化剂将H2O2氧化为O2，同时自身又分解出O2，部分地作为还原剂。

应用离子-电子法配平时则不会出现这样的结果。相应的半反应为：

MnO4-(aq)+8H+(aq)+5e-→ Mn2+(aq)+4H2O(l)

H2O2(aq)→ O2(g)+2H+(aq)+2e-

2-类似的情况还有酸性溶液中Cr2O7与H2O2的反应为：

2Cr2O72-+8H2O2+16H+ = 2Cr3++3O2+7H2O

若写作2Cr2O72-+8H2O2+16 = 4Cr3++7O2+16H2O是错误的。

---2-(3)3As2S3(aq)+14ClO3(aq)+18H2O(l)=14Cl(aq)+6H2AsO4(aq)+9SO4(aq)+24

H+(aq)

2-+3+(6)3CH3OH(aq)+Cr2O7(aq)+8H(aq)= 3CH2O(aq)+2Cr(aq)+7H2O(l)

(8)P4(s)+10HClO(aq)+6H2O(l)=4H3PO4(aq)+10Cl-(aq)+10(aq)

配平酸性溶液中的氧化还原反应方程式时，反应物和产物中都不能出现OH-。如果采用离子-电子法，在半反应中也不能出现OH-。

(7-4)

(2)3ClO-(aq)+2Fe(OH)3(s)+4OH-(aq)= 3Cl-(aq)+2FeO42-(aq)+5H2O(l)

(3)2CrO42-(aq)+3CN-(aq)+5H2O(l)= 2Cr(OH)3(s)+3CNO-(aq)+4OH-(aq)

--2-(5)3Ag2S(s)+2Cr(OH)3+7OH(aq)= 6Ag+3HS(AQ)+2CrO4(aq)+5H2O(l)

(6)2CrI3(s)+27Cl2(g)+64OH-(aq)= 2CrO42-(aq)+32H2O(l)+6IO4-(aq)+54Cl-(aq)

(7)以离子-电子半反应来配平：

氧化剂的半反应为：

Ce4+(aq)+3OH-+e-→ Ce(OH)3(s)

还原剂的半反应为：

Fe(CN)64-(aq)+75OH-(aq)-61e-→ Fe(OH)3(s)+6CO32-(aq)+6NO3-(aq)+36H2O(l)在配平还原剂的半反应中一个还原剂离子Fe(CN)64-比转化为一个Fe(OH)3(s)，6个CO32-，6个NO3-。

2---O，H的配平：6个CO3，6个NO3中共36个O，应有72个OH提供它们所需要的36个O，并转化为36个H2O。

--一个需3个OH，则该半反应方程的左边共75个OH，方程式右边18个负电荷，左边79个负电荷，应再减

去61e-，电荷才能平衡。

两半反应得时电子的最小公倍数为61。最后得到：

4-4+-Fe(CN)6(aq)+61Ce(aq)+258OH →

Fe(OH)3(s)+61Ce(OH)3(s)+6CO32-(aq)+6NO3-(aq)+36H2O(l)

由此不难看出离子-电子半反应发将一个复杂的配平问题简化了。同样，应注意配平碱性溶液中氧化还

原反应方程式时，反应物和产物中都不能出现H+。采用离子-电子发配平时，半反应中也不应出现H+。

(7-5)

(1)电池反应为：Zn(s)+Fe2+(aq)→ Zn2+(aq)+Fe(s)

由于该反应不再标准状态下进行，可以应用电池反应的Nernst方程式计算原电池的电动势。

θθ2+θ2+EMF =E(Fe/Fe)-E(Zn/Zn)

=-0.4089-(-0.7621)=0.3532V

EMF =EMFθ-(0.0592/2)lg{[c(Zn2+)/cθ]/[c(Fe2+)/cθ]}

=0.3532-(0.0592/2)lg[0.010/0.0010]=0.3236V

应用电极反应的Nernst方程可以分别计算正极和负极电极电动时，再计算原电池的电动势。

(2)电池反应为：2Fe2+(aq)+Cl2(g)→ 2Fe3+(aq)+2Cl-(aq)

-正极反应为：Cl2(g)+2e → 2Cl(aq)

E(Cl2/Cl-)=Eθ(Cl2/Cl-)+(0.0592/2)lg{[p(Cl2)/pθ]/[c(Cl-)/cθ]2}

2=1.360+(0.0592/2)lg(1.0/2.0)=1.342V

负极反应为：Fe3+(aq)+e-→ Fe2+(aq)

E(Fe3+/Fe2+)=Eθ(Fe3+/Fe2+)+0.0592lg{[c(Fe3+)/cθ]/[c(Fe2+)/cθ]}

=0.769+0.0592lg[0.10/0.010]=0.828

EMF=E(Cl2/Cl-)-E(Fe3+/Fe2+)

=1.342-0.828=0.514V

(4)此电池是一个浓度差电池，其电池反应可表示为：

+-1+-1Ag(s)+Ag(0.10mol·L)→ Ag(0.10mol·L)+Ag(s)

EMFθ =Eθ(Ag+/Ag)-Eθ(Ag+/Ag)=0

θAg+θAg+θEMF =EMF-(0.0592/1)lg{[c2()/c]/[c1()/c]}

=0-0.0592lg[0.010/0.10]=0.0592V

(7-6)

(1)电池反应的反向是正极的氧化型与负极的还原型反应，生成正极的还原型 和负极的氧化型。

Co(s)+Cl2(g)→ Co2+(g)+2Cl-(aq)

(2)由附表六查得，则Eθ(Cl2/Cl-)=1.360V,则

EMFθ =Eθ(Cl2/Cl-)-Eθ(Co2+/Co)

θ2+θ-θE(Co/Co)=E(Cl2/Cl)-EMF

=1.360-1.642=-0.282

-(3)p(Cl2)增大时，E(Cl2/Cl)将增大，EMF将增大。从正极反应的Nernst方程

式或电池反应的Nernst方程式都可以得到这一结果。

(4)当c(Co2+)=0.010mol·L-1时，θ2+θ2+2+θE(Co/Co)=E(Co/Co)-(0.0592/2)lg{1/[c(Co)/c]}

=-0.282-(0.0592/2)lg[1/0.010]=-0.341V

-2+EMF=E(Cl2/Cl)-E(Co/Co)

=1.360-(-0.341)=1.701V

(7-10)

(1)查得Eθ(In3+/In+)=-0.445V，Eθ(In+/In)=-0.125V。标准电极电势大的电对氧化型和标准电势小的电对还原型都是In+，所以它能发生歧化反应，生成In3+和In。

+3+3In(aq)→ In(aq)+2In(s)

EMFθ =Eθ(In+/In)-Eθ(In3+/In+)

=-0.125-(-0.445)=0.320V

lgKθ= zEMFθ/0.0592=2×0.320/0.0592=10.811

Kθ=6.47×1010

(2)查得Eθ(Tl3+/Tl+)=1.280V，Eθ(Tl+/Tl)=-0.336V。

θ可以画出铊的元素电势图EA/V：

Tl3+→1.280→Tl+→-0.336→Tl

因为Eθ（右）

能发生歧化反应：

+3+3Tl → Tl+2Tl

EMFθ =Eθ(Tl+/Tl)-Eθ(Tl3+/Tl+)

=-0.336-1.280=-1.616V

lgKθ= zEMFθ/0.0592=2×(-1.616)/0.0592=-54.595

Kθ=2.54×10-55

(3)查得碱性溶液中溴元素有关电对的标准电极势，画出其元素电势图EBθ/V：

θ-θ-因为E(Br2/Br)>E(BrO/Br2)，所以Br2(l)在碱中能歧化：

Br2(l)+ 2OH-(aq)→ BrO-(aq)+Br-(aq)+H2O(l)

-BrO能否进一步歧化呢？由溴元素的电势图中已知的标准电极电势可以求出Eθ(BrO-/Br-)

和Eθ(BrO3-/BrO-)。

Eθ(BrO-/Br-)=1/2[Eθ(BrO-/Br2)+Eθ(Br2/Br-)]

=1/2(0.4556+1.0774)=0.7665V

Eθ(BrO3-/BrO-)=1/4[6Eθ(BrO3-/Br-)-2Eθ(BrO-/Br-)]

=1/4(6×0.6126-2×0.7665)=0.5356V

θ--θ-----E(BrO/Br)>E(BrO3/BrO)，所以BrO能进一步歧化为BrO3和Br： 3BrO-(aq)→BrO3-(aq)+2Br-(aq)

--由此可见，Br2(l)在碱性溶液中歧化的最稳定产物是BrO3和Br。从溴的元素电

势图还

可以求出Eθ(BrO3-/Br2)。

Eθ(BrO3-/Br2)=1/5[4Eθ(BrO3-/BrO-)+Eθ(BrO-/Br2)]

=1/5×[4×0.5356+0.4556]=0.5196V

由Eθ(Br2/Br-)>Eθ(BrO3-/Br2)也可以判断出Br2(l)的碱性溶液中能歧化为

--BrO3和Br。

3Br2(l)+6OH-(aq)→5Br-(aq)+BrO3-(aq)+3H2O(l)

θθ-θ-EMF =E(Br2/Br)-E(BrO3/Br2)

=1.0774-0.5196=0.5578V

lgKθ= zEMFθ/0.0592=5×0.5578/0.0592=47.111

Kθ=1.30×1047

那么，BrO3-或Br2能否歧化产生BrO4-呢？从相关手册中查出

Eθ(BrO4-/BrO3-)=0.92V，进而计算出Eθ(BrO4-/Br2)=0.634V，可推断BrO3-可以歧化或Br2可以歧化为

--BrO4和Br。

但是，实际上在碱溶液中Br2(l)只能歧化为BrO3-和Br-。这是由于歧化为BrO4-的反应速率很慢的缘故。

(7-11)

3+(1)根据电池反应，HClO2是氧化剂，HClO2/HClO电对为正极；Cr是还原剂，电对Cr2O72-/Cr3+为负极。查得Eθ(HClO2/HClO)=1.673V，Eθ(Cr2O72-/Cr3+)=1.33V，则

θθθ2-3+EMF =E(HClO2/HClO)-E(Cr2O7/Cr)

=1.673-1.33=0.34V

+-1(2)当PH=0.00时，c(H)=1.00mol·L

EMF=EMFθ-(0.0592/6)lg{{[c(HClO)/cθ]3[c(Cr2O72-)/cθ]

[c(H+)/cθ]8}/{[c(HClO2)/cθ]3[c(Cr3+)/cθ]2}} ==EMFθ-(0.0592/6)lgJ 0.150=0.34-(0.0592/6)lgJ

lgJ=6×(0.34-0.150)/0.0592=19.26 J=1.8×1019

J={0.203×0.80×1.008}/{0.153×[c(Cr3+)/cθ]}=1.8×1019

c(Cr3+)/cθ=3.2×10-10 c(Cr3+)=3.2×10-10mol·L-1

θθ(3)25℃时，lgK= zEMF/0.0592=6×0.34/0.0592=34.46

Kθ=2.9×1034

-13+-1θ(4)混合后，c(HClO2)=0.500mol·L，c(Cr)=0.25mol·L。由于K很大，设平衡时c(Cr3+)=xmol·L-1，则各物种的平衡浓度如下：

3HClO2+2Cr3++4H2O → 3HClO+Cr2O72-+8H+

平衡时c/cθ 0.500-3/2(0.25-x)x 3/2(0.25-x)1/2(0.25-x)1.0

Kθ={[c(HClO)/cθ]3[c(Cr2O72-)/cθ][c(H+)/cθ]8}/{[c(HClO2)/cθ]3[c(Cr3+)/cθ]2}

{[3/2(0.25-x)]3[1/2(0.25-x)]1.08}/{[0.500-3/2(0.25-x)]3x2}=2.9×1034解得x=1.1×10-17，即c(Cr3+)=1.1×10-17mol·L-1；

c(Cr2O72-)=0.125mol·L-1。

由于Cr2O72-浓度大，Cr3+浓度很小，所以溶液为橙色。

(7-12)

正极的电极反应为：2H+(aq)+2e-→ H2(g)

E(1)(H+/H2)=Eθ(H+/H2)-(0.0592/2)lg{[p(H2)/pθ]/[c1(H+)/cθ]2}

= 0-(0.0592/2)lg[1.00/[c1(H+)/cθ]2]=-0.0592V

由于是恒定的，所以

EMF(1)-EMF(2)=-0.0592pH(1)-(-0.0592pH(2))

×0.412-0.427=-0.05924.008+0.0592pH(2)

pH(2)=3.75,c2(H+)=1.8×10-4mol·L-1

HA(aq)→ H+(aq)+A-(aq)

Kaθ(HA)=[c2(H+)/cθ][c(A-)/cθ]/[c(HA)/cθ]

=1.8×10-4×1.0/1.0 =1.8×10-4

此题是可以先求出E(1)(H+/H2)，再求出E(-)，然后求出E(2)(H+/H2)，最后求出c2(H+)及Kaθ(HA)。

(7-13)

(1)这是一个非标准状态下的电池反应。查得：

Eθ(Sn4+/Sn2+)=0.1539V，Eθ(Hg2+/Hg)=0.8519

EMFθ =Eθ(Hg2+/Hg)-Eθ(Sn4+/Sn2+)

=0.8519V-0.1539V=0.6980V

θΔrGm=-zEMFθ=-2×96485×0.6980=-134.7kJ·mol-1

lgKθ= zEMFθ/0.0592=2×0.6980/0.0592=23.58 Kθ=3.8×1023

EMF=EMFθ-0.0592/2×lg[c2(Sn4+)/cθ]/[c(Sn2+)/cθ][c(Hg2+)/cθ]

×=0.6980-0.0592/2×lg(0.020/(0.100.010))=0.6595 V

ΔrGm=-zEMF=-2×96485×0.6595=-127.3kJ·mol-1

θ也可以应用公式ΔrGm=ΔrGm+RTlnJ计算反应的ΔrGm。

(3)查出Eθ(Cl2/Cl-)=1.360，Eθ(Ag+/Ag)=0.7991V，Kspθ(AgCl)=1.8×10-10 反应Cl2(g)+ 2Ag(s)→ 2AgCl(s)可由下列两个电极反应相减得到： Cl2(g)+2Ag+(aq)+2e-→ 2AgCl(s)

2Ag+(aq)+2e-→ 2Ag(s)

先求出Eθ(Cl2/AgCl)。将下列两个电极反应组成原电池：

Cl2(g)+2e-→ 2Cl-(aq)

+-Cl2(g)+2Ag(aq)+ 2e → 2AgCl(s)

自行推导得出：

θθ-E(Cl2/AgCl)=E(Cl2/Cl)+0.0592/2×lg{1/{[c(Ag+)/cθ][c(Cl-)/cθ]}} =Eθ(Cl2/Cl-)+0.0592×lg1/Kspθ(AgCl)=1.360+0.592lg1/(1.8×10-10)=1.937V

电对的Cl2/Cl-还原型Cl-生成沉淀AgCl，使电极电势增大。即

Eθ(Cl2/AgCl)>Eθ(Cl2/Cl-)

EMFθ =Eθ(Cl2/AgCl)-Eθ(Cl2/Cl-)

=1.937-0.7991=1.138V

θθ×ΔrGm=-zEMF=-296485×1.138=-219.6kJ·mol-1

lgKθ= zEMFθ/0.0592=2×1.138/0.0592=38.446 Kθ=2.79×1038

θθΔrGm=ΔrGm+RTln1/[p(Cl2)/p]

=-219.6+8.314×298×ln{1/[10.0/100.0]}

=-213.9kJ·mol-1

此题中电池反应也可由下列两个电极反应相减得到：

Cl2(g)+2e-→ 2Cl-(aq)

2Ag+(aq)+ 2e-→ 2Ag + 2Cl-

θθθθθ先求出（或查出）E(AgCl/Ag)，然后再计算EMF，ΔrGm，K和ΔrGm。

9(7-14)(1)各电池反应分别为：

(a)Tl3+(aq)+2Tl(s)→ 3Tl+(aq)

(b)两个半反应为：

3×)Tl3+(aq)+ 2e-→ Tl+(aq)

-2×)Tl3+(aq)+ 3e-→ Tl(s)

----------------------------

3Tl3+(aq)-2Tl3+(aq)→ 3Tl+(aq)-2Tl(s)

或写作：

3Tl3+(aq)+2Tl(s)→ 2Tl3+(aq)+ 3Tl+(aq)

3++这就是电池反应(b)，由此计算出来的转移电子数(zb)为6，对应的电对为Tl/Tl

与Tl3+/Tl。

但是，通常把方程式两边相同离子消掉，该电池反应又可写为：

Tl3+(aq)+2Tl(s)→ 3Tl+(aq)

3++3+该电池反应所对应的电对是Tl/Tl与Tl/Tl，相应的转移电子数(zb,1)为2。

(c)同理，Tl3+(aq)+ 3e-→ Tl(s)

-3×)Tl+(aq)+e-→ Tl(s)

Tl3+(aq)+3Tl(s)→ Tl(s)+3Tl+(aq)

反应式对应的电对为和，转移电子数

第五篇：磁场中的电化学反应

《磁场中的电化学反应》实验报告

辽宁省营口市 辽宁省实验中学营口分校高二二班张启明。指导教师：黄满龙

摘要

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。

一、实验目的：

通过实验证实，产生电流与磁场有关，电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。

二、实验器材：

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。

5、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。

“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。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。

三、实验步骤：

1、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。

2、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。

3、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）

4、通过步骤1、2、3我们得到这样的共识，硫酸亚铁是铁磁性物质。

5、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。

6、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。

7、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。

8、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。

9、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7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。

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。

四、实验结论

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。

参考文献

注1: 湖南省邮电管理局《蓄电池的使用和维护》编写组,《蓄电池的使用和维护》, 人民邮电出版社,1979年北京第2版，统一书号：15045总2031-有514。