高中化学电化学研究论文

生活中的化学组长：经过了一学期的研究学习，本小组完成了对生活中的化学研究。具体分工如下：：生活中的化学试验：网上资料收集：资料整理 经过本次研究性学习我们更加认识到了化学在生活中的重要性。生活是与化学密不可分的。经过多次的试验我将找到了生活中许多现象的化学本质，将所学化学知识应用到了实际。例如苹果在空气中的氧化试验，洗衣粉的清污原理。。。另外对一些网络资料进行了整理，从而了解到我们所不能亲自试验的化学现象。得出以下结论。在昏暗的灯光下，一个披散着满头长发的中年男子半闭着眼睛，右手手中胡乱地挥舞着一把“宝剑”，口中念念有词，突然，他象看见了什么，眼睛一动不动，紧紧盯着前方，怕是惊动了什么似的，小心翼翼地把腰间的“宝葫芦”凑到嘴边喝了一口“仙水”，随着他手中宝剑虚空一刺 ，大喝一声“哪里跑！”对着宝剑“噗”的喷了一口，顿时，殷红的鲜血从宝剑上一滴一滴的滴下来。只见他对着早已吓瘫在地的一对母女说：“别怕！我已经把鬼杀了……”这就是科教片《崇尚科学，反对迷信》中《空中斩鬼的把戏》。 原来，他是利用了化学反应FeCl3 + 3KSCN = Fe(SCN)3 + 3KCl生成的Fe(SCN)3显血红色的道理来钱的。 其实化学就在我们身边，生活中处处有化学。只要我们留心，就会有收获。请看： 1．同一支笔使用不同型号的墨水，为什么容易造成堵塞。 墨水是胶体，不同的墨水胶体粒子带不同的电荷。当两种带相反电荷的胶体混合时，由于互相中和电性，使胶体粒子间因带同种电荷的排斥作用减小，从而使之聚集成大的颗粒，出现胶体的聚沉造成堵塞。 ２．为什么一夜之间，香蕉就熟了 你知道吗？北方吃到的香蕉并不是在树上成熟的。原来，香蕉在尚未完全成熟以前，采摘下来运到北方。在出售以前，把要出售的香蕉放在一间密封好的屋子里，喷洒一种人工合成的化学调节剂——乙烯利。乙烯利被香蕉吸收后，在香蕉内释放出乙烯，而乙烯对香蕉的成熟有促进作用。于是，第二天，香蕉便变黄成熟了。如果你家里有青香蕉、绿橘子等尚未完全成熟的水果，要想把它尽快催熟，可以把它们与熟苹果放在一个塑料袋里，系紧袋口。过几天就成熟了。这是因为水果在成熟的过程中，自身能放出乙烯气体，利用成熟水果放出的乙烯可以催熟生水果。 ３．为什么用同一种粘土烧制的砖瓦有的是青色有的是红色 在烧制砖瓦时，用粘土做成的坯经过烘烧后，铁的化合物转化成Fe2O3而制得红色的砖瓦。若烧制后期从窑顶向下慢慢喷洒冷水，窑内会因发生化学反应C + H2O = CO+H2而产生大量的CO和H2，它们把红色的Fe2O3还原为黑色的Fe3O4和FeO，从而制得青色的砖瓦 ４．洗衣粉是怎样把衣服洗干净的 洗衣粉的成分是合成洗涤剂，它的主要成分是烷基磺酸钠等，从它的分子结构上看，可以分成两部分，如图1：一部分是非极性的憎水基CH3-(CH2)n-，它具有亲油的性质，另一部分是极性的亲水基-SO3Na它易溶于水。在洗涤过程中，憎水基CH3-(CH2)n-部分就插入污垢中的油脂中，而亲水基-SO3Na部分伸在油污的外面，如图2：这样油污就被包围起来。再经磨擦、振动，大的油污就被分散成小的油珠，从而脱离衣物。 ５．鬼火是怎么回事 你见过“鬼火”吗？夏日的晚上，当你走在一片坟地边的时候，常常会看见坟地周围有明灭可见的蓝莹莹的“鬼火”，加上远处猫头鹰的叫声，显得阴森可怖。更有人说这是阎罗王出巡的鬼灯笼……其实不然，人类与动物尸体中含有很多磷，腐烂后生成了磷化氢，磷化氢在空气中能自燃放火，就形成了“鬼火”。 在实验室里，我们可以造出“鬼火”，先在烧瓶里加入白磷与浓的氢氧化钾溶液，加热后，玻璃管口就冒出磷化氢气泡，这时把窗户用黑布遮上，就会看到从玻璃管口冒出一个个浅蓝色的亮圈，在空中游荡，宛如“鬼火”。 ６．家用炒菜铁锅用水清洗放置后为什么出现锈斑 家用炒菜铁锅等生活中的铁制品，都是铁的合金，里面混有一定量的碳元素。当用水清洗放置时，洗去了表面的油脂，且在表面有一层薄薄的水，水是极弱的电解质，这就有了发生电化学腐蚀的条件——电解质溶液。这样就形成了无数个微小的Fe-C原电池。作负极的铁发生反应Fe-2 e- = Fe2+,在正极C的表面发生反应2 H2O + O2 + 4e- = 4OH-。生成的Fe2+和OH-又发生反应生成Fe(OH)2，而Fe(OH)2又极易被O2 氧化为Fe(OH)3：4Fe(OH)2 + 2 H2O + O2 = 4Fe(OH)3，最后Fe(OH)3失水，生成Fe2O3·n H2O即为红色锈斑。 ７．怎样除去煤饼燃烧时呛人的煤味 煤饼燃烧时呛人的煤味是含硫煤在燃烧时产生了有毒气体SO2，它具有强烈的刺激性。如果在煤中加入石灰，则燃烧时产生的SO2与石灰Ca(OH)2发生反应Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3 + H2O ；生成的CaSO3又和O2发生反应：2CaSO3 + O2 = 2CaSO4。生成CaSO4，从而消除了有害气体SO2的排放，也就闻不到“煤味”了。 ８．“卤水点豆腐，一物降一物”是怎么回事 原来，豆浆是蛋白质分散在水中的胶体，卤水中有MgCl2等电解质，当将卤水加入煮沸后的豆浆中时，MgCl2电离的带电离子与蛋白质胶体粒子吸附的电荷发生中和，减小了胶体因带同种电荷的排斥作用，而使之发生聚沉，聚沉后部分胶体粒子和水凝聚在一起形成豆腐花，再压制成型就成了蛋白质和水凝胶——豆腐了。 ９．馒头为什么松软而且多孔 在做馒头前首先要“发面”，就是将面“引子”或酵母粉同面粉、 水和成面团，里面的酵母菌遇到潮湿的面团，迅速繁殖。它们把面粉里的部分淀粉分解成葡萄糖和二氧化碳还有有机酸乳酸等。等面“发”好以后，再加上纯碱制成馒头，上蒸笼去蒸，原来面团中的二氧化碳和有机酸与纯碱反应生成的二氧化碳受热后膨胀起来，最后从面团里跑出来，馒头里就留下了无数的小洞洞，馒头蒸熟了，也就变得又大又松了。 10．打开汽水瓶为什么冒气泡 汽水是用小苏打（碳酸氢钠）和柠檬酸，甜味剂、食用色素等按一定比例混溶于水中而制得的。小苏打和柠檬酸发生反应，生成二氧化碳气体，而瓶子已塞紧，二氧化碳被迫溶解在水中，当瓶塞打开后，压强变小了，二氧化碳在水中的溶解度变小，便从水中逸出，也就是我们见到的气泡翻腾的原因。 11．为什么炸油条要用明矾 明矾的化学式为2KAl(SO4)２·12H2O，在炸油条时与小苏打(NaHCO3）按照一定的比例一并和入面团中用作膨松剂，高温油炸的过程中由于Al3+和HCO3-发生双水解反应，产生二氧化碳气体，使油条膨发。反应方程式如下：6NaHCO3 + 2KAl(SO4)２= 3Na2SO4 + K2SO4 + 2Al(OH)3↓+6CO２↑。如果在食物中经常摄入过多的铝，在人体内积累过多，容易影响脑细胞功能，导致记忆力下降，思维迟钝。但是患有胃病的人，常吃油条有好处， 因为生成的氢氧化铝是胃舒平的主要成分，它能中和胃中产生过多的胃酸(盐酸)以保护胃壁粘膜。 12．为什么用草木灰洗盘子特别干净 过去人们在洗刷锅盖、油缸、盘子时，往往先抓一把草木灰搓一搓，然后用清水漂洗，洗过后特别干净。原来草木灰中含有碳酸钾，它在水中水解生成氢氧根离子，而氢氧根离子与油脂（高级脂肪酸的甘油酯 ）发生皂化反应，生成可溶于水的高级脂肪酸钠和甘油从而洗去油污。 13．鲁迅先生是怎样阅读方志敏同志的“无字信”的 1935年方志敏同志从狱中巧妙地躲开了愚蠢的看守，托人捎给鲁迅先生一封“无字信”。聪明的鲁迅先生收到后找来一盆加了几滴碘酒的清水，然后把这封“无字信”放入水中，顺利地阅读了信的内容。原来，这封信是方志敏同志趁吃饭时悄悄地用米汤写成的，米汤中有淀粉，淀粉遇碘单质会变蓝色，而鲁迅先生加的碘酒中就有碘单质，因此，就会显出蓝色的字迹来了。 以上是我们身边化学中的点滴，平时的学习、生活中，我们应做个有心人，用化学来解释生活中的现象，把化学用到生活中去，使化学更好地服务于我们的生活。

燃料电池的演化及发展探析摘要：对燃料电池的工作原理进行了详细的分析；对其演化过程进行了简述；对其最新技术进行了详细的研究；对国内燃料电池技术的发展提供了参考意见。关键词：燃料电池；碱性燃料电池；磷酸型燃料电池；熔融碳酸型燃料电池；固体氧化物燃料电池；直接醇类燃料电池；固体高分子膜燃料电池随着工业化过程的进一步加强，大气中二氧化碳的排放量和污染程度加剧，导致了温室效应越来越明显，因此环保问题引起了各国政府的重视。为此，绿色能源技术引起了各国的普遍关注，并且正在逐步成为一种趋势。经过了各方的互相协作和努力，燃料电池技术正日趋成熟。作为一项重要技术，从本质上讲，它是一种电化学的发电装置，等温地按电化学方式，直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程，不受卡诺循环限制，因而能量转化效率高，且无噪音，无污染，因此正在成为理想的替代能源。1 燃料电池的演化过程1．1 燃料电池的演化过程燃料电池是一种新型的无污染、高效率汽车、游艇动力和发电设备，在本质上是一种能量转化装置。1839年，格罗夫发表了第一篇有关燃料电池研究的报告。1889年，蒙德和朗格尔采用了浸有电解质的多孔非传导材料为电池隔膜，一铂黑为电催化剂，以钻孔的铂或金片为电流收集器组装出燃料电池。但此后的一段时间里，奥斯卡尔德等人在探索燃料电池发电过程的实验都因为反映速度太慢而使实验没有成功。与此同时，热机研究却取得了突破性进展并成功运用而迅速发展。因此燃料电池技术在数十年内没能取得大的进展。直到1923年，由施密特提出了多孔气体扩散电极的概念，在此基础上，培根提出了双孔结构电池概念，并成功开发出中温度培根型碱性燃料电池。以此为基础，经过一系列发展，这项燃料电池技术得到了突飞猛进的发展。在20世纪60年代由普拉特一惠特尼公司研制出的燃料电池系统，并成功应用于宇航飞行，使得燃料电池进入了应用阶段。1．2 燃料电池的基本工作原理燃料电池是一种能量转化装置，它就是按电化学原理，即原电池工作原理，等温地把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，因而实际过程是氧化还原反应。从本质上说是水电解的一个“逆”装置。电解水过程中，通过外加电源将水电解，产生氢和氧；而在燃料电池中，则是氢和氧通过电化学反应生成水，并释放出电能。因此，燃料电池的基本结构与电解水装置是相类似的，它主要由4部分组成，即阳极、阴极、电解质和外部电路。其阳极为氢电极，阴极为氧电极。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，目的是用来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质，电解质可分为碱性型、磷酸型、固体氧化物型、熔融碳酸盐型和质子交换膜型等类型。燃料电池的工作原理如下(以磷酸型或质子交换膜型为例)：(1)氢气通过管道或导气板到达阳极；(2)在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢离子，即质子，并释放出2个电子；(3)在电池的另一端，氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极，同时，氢离子穿过电解质到达阴极，电子通过外电路也到达阴极；(4)在阴极催化剂的作用下，氧与氢离子和电子发生反应生成水；与此同时，电子在外电路的连接下形成电流，通过适当连接可以向负载输出电能。1．3 燃料电池的特点由上所述可知，燃料电池在本质上是电化学转化装置，它能够通过电化学过程直接将化学能转化为电能和热能，因而具有如下优点：1)干净清洁。利于环保，可减少二氧化碳的排放；无噪音，并自给供水；2)高效。由于其转化过程没有经过热机过程，因此效率高。3)适用性。由于污染小，无噪音，可靠，可使用于终端用户，因而可减少各种损失，并节省设备投资。4)可调制性。由于它是组合的结构，因而可以调节，以满足需求。5)燃料多样性。由于燃料可以是氢气、天然气、煤气、沼气的功能碳氢化合物燃料。基于以上特点。燃料电池成为绿色能源技术发展的重点。成为本世纪最有发展前途的技术之一。2 国内外燃料电池的最新进展2．1 碱性燃料电池（AFC）AFC技术是第一代燃料电池技术，已经在20世纪60年代就成功地应用于航天飞行领域。它是最早开发的燃料电池技术。目前德国一家公司开发的AFC在潜艇动力实验上获得了成功。国内对AFC的研究工作是从20世纪60年代开始的，主要是集中在中科院的下属研究机构。武汉大学和中科院长春应化所在上世纪60年代中期即开始对AFC进行基础研究。上世纪70年代，由于航天工业的需求，天津电源研究所研制出lkW AFX2系统。与此同时，A型号(即以纯氢、纯氧为燃料和氧化剂)、B型号(即以N2H4分解气、空气氧为燃料和氧化剂)燃料电池系统也在中科院大连化物所研制成功。此外，其它的研究机构也都展开了对AFC的研究。2．2 磷酸型燃料电池（PAFC）PAFC也是第一代燃料电池技术，也是目前最为成熟的应用技术。已经进入了商业化应用和批量生产。目前美国、日本、欧洲各国已有100多台200KW 发电机组投入使用或在安装中，最长的已经运行了37000小时。因此已经证实了PAFC是高度可靠的电源。只是由于其成本太高，目前只能作为区域性电站来现场供电、供热。国内对PAFC的研究工作相对较少。尽管如此，在对PAFC的研究过程中仍进行了卓有成效的工作，取得了不俗成绩。如国内学者魏子栋等人在对氧化还原发应的电催化剂研究过程中发现了Fe、Co对Pt的锚定效应。2．3 熔融碳酸型燃料电池(MCF℃)MCFC是属于第二代燃料电池技术。目前对MCF℃ 的研究国家有美国、日本和西欧，主要是应用于设备发电，目前还处于试验阶段。美国对MCFC的研究单位有国际燃料电池公司和能源研究公司及M—C动力公司。而日本对MCFC的主要是NEIX)公司、电力公司、煤气公司和机电设备厂商组成的MCFC研究开发组。大坂工业技术研究所从1991年开始10kW的MCFC单电池的长期运行试验，到1995年l1月止，累计运行了4万小时，确证了MCFC实用化的可能。德国MTU宣布在MCFC技术方面取得了突破。由该公司开发出来的世界上最大的280kW 的单电池还在运行。国内对MCFC的研究是中科院大连化物所从1993年开始的。现在正处于组合电池的研究阶段。而经过多年的艰苦努力与创新突破，上海交通大学科研人员率先在国内成功进行了1～1．5l 的熔融碳酸型燃料电池(M ℃)发电实验，取得了在国外一些国家至少需要6年甚至10年左右时间才能获得的成果。参加项目评审的专家认为，它整体水平达到了当前国内领先水平、国际20世纪90年代初同类技术的先进水平。2．4 质子交换膜型燃料电池系统(PEMF℃)PEMFC是属于第三代燃料电池技术。20世纪60年代，美国就已将PEMFC应用于宇航飞行，但由于技术问题，使得在其发展过程中受到了影响。直到20世纪80年代，加拿大Ballad公司才展开对PEMFC的研究工作。并取得了突破性进展。目前开发出来的电池组合功率达到了1000W／L、700W／kg的指标，因此这一技术引起了各国的广泛关注。目前Ballad公司在这一技术领域处于领先地位。国内对PEMFC的研究是从20世纪70年代天津电源研究所展开一聚苯乙烯蟥酸膜为电解质的PEM—FC基础研究。但进展缓慢。而国外在这一领域发展较快。因此在90年代开展了PEMFC的跟踪研究。目前，在PEM 方面，国内技术在多个方面取得了突破，北京富原新技术开发总公司已出现了50W、75W、150W、5KW 等样机。而上海神力科技有限公司已研制出5KW，10KW 的大功率型质子交换墨燃料电池系统，这大大缩小了与世界先进水平的距离。