应用原理（共12篇）
应用原理 篇1
电解池是一种将电能转变成化学能的装置, 它由电源、电解质溶液、两个电极构成闭合回路.电解原理在生产生活中有很多应用.
一、电解的有关知识
1.电极的判断
(1) 看电源的正负极:与电源负极相连的极为阴极, 与电源正极相连的极为阳极.
(2) 看电子的流向:电源负极→阴极→电解质溶液→阳极→电源正极 (电流方向相反) .
(3) 看两极发生的反应类型:阳极失电子发生氧化反应, 阴极得电子发生还原反应.
2.电解时电极产物的判断
(1) 阳极产物
①活性材料作电极 (金属活动性顺序表Ag以前) 时, 金属材料本身在阳极失电子被氧化成阳离子进入溶液, 阴离子不容易在电极上放电.
②用惰性电极 (Pt、Au、石墨、钛等) 时, 要看溶液中阴离子的失电子的能力.阴离子的放电顺序是:OH-<Cl-<Br-<I-<S2-, 一般情况下, SO
(2) 阴极产物
无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应, 发生反应的是溶液中的阳离子.阳离子的放电顺序是:Ag+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+> (H+) (水) , 一般情况下, Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+在溶液中不会放电.
3.用惰性电极电解电解质溶液的规律
二、电解原理的应用
1.制取消毒液
例1 (2002年上海市) 某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器, 用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液, 通电时, 为使Cl2被完全吸收, 制得有较强杀菌能力的消毒液, 设计了如图1的装置, 则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是 ( )
(A) a为正极, b为负极;NaClO和NaCl
(B) a为负极, b为正极;NaClO和NaCl
(C) a为阳极, b为阴极;HClO和NaCl
(D) a为阴极, b为阳极;HClO和NaCl
解析:电解饱和NaCl溶液的电极反应式分别为:阴极:2H++2e-H2↑
阳极:2Cl--2e-Cl2↑
总反应式:
H2和NaOH都在阴极生成, 而由题意知, 家用消毒液的主要成分是NaClO和NaCl, 它是由NaOH与Cl2反应后得到的.要想使Cl2被完全吸收, 必须保证Cl2不能从上端的管口逸出, 因而Cl2应该在如图装置的下端产生, 即下端为阳极, 故b为正极, a为负极.所以答案为 (B) .
2.电镀
例2 (2002年试测) 右图A为直流电源, B为渗透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸, C为电镀槽, 接通电路后, 发现B 上的 c 点显红色, 请填空:
(1) 电源A的a为____极.
(2) 滤纸B上发生的总反应方程式为:.
(3) 欲在电镀槽中实现铁上镀锌, 接通K点, 使c、d两点短路, 则电极e上发生的反应为:, 电极f上发生的反应为:, 槽中盛放的镀液可以是 或 (只要求填两种电解质溶液) .
解析:由B上c点变红知, 滤纸B上饱和食盐水发生了电解, 在c点处生成了碱, 可确定c为阴极, 从而确定b为负极, a为正极.电镀是一种特殊情况下的电解, 它要求阳极为镀层金属, 阴极为镀件, 电解质溶液必须含有镀层金属的离子.由于a为正极, 因此e为阳极, 锌失电子;f为阴极, 溶液中的Zn2+得电子, 镀液只要是可溶性锌盐即可.
答案: (1) 正
3.电解精炼
例3 (2005年天津) 金属镍有广泛的用途.粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质, 可用电解法制备高纯度的镍, 下列叙述正确的是 (已知:氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+) ( )
(A) 阳极发生还原反应, 其电极反应式:Ni2++2e-Ni
(B) 电解过程中, 阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
(C) 电解后, 溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+
(D) 电解后, 电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
解析:依据电解反应规律, 镍精炼时粗镍做阳极, 此极发生氧化反应, 按金属还原性强弱依次失电子:Zn-2e-Zn2+、Fe-2e-Fe2+、Ni-2e-Ni2+, Cu、Pt还原性小于镍, 不会发生反应, 它们以阳极泥的形式沉在电解槽的底部, 所以 (A) 错误, (D) 正确.纯镍做阴极, 电解质溶液必须含有Ni2+, 由于Ni2+的氧化性强于Zn2+、Fe2+, 所以阴极反应只有Ni2++2e-Ni, 因此 (B) 、 (C) 错误.
四、冶炼和提纯金属
例4 (2006年北京理综) 铝和氢氧化钾都是重要的工业产品.请回答:
(1) 工业冶炼铝的化学方程式是 .
(2) 铝与氢氧化钾反应的离子方程式是 .
(3) 工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质, 可用离子交换膜法电解提纯.电解槽内装有阳离子交换膜 (只允许阳离子通过) , 其工作原理如图所示.
①该电解槽的阳极反应式是____ .
②通电开始后, 阴极附近溶液pH会增大, 请简述原因____ .
③除去杂质后氢氧化钾溶液从液体出口 (填写“A”或“B”) 导出.
解析: (1) 工业上通过电解氧化铝来制取铝:
5.氯碱工业
例5 (1998年上海市) 氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下:
依据图4, 完成下列填空:
(1) 在电解过程中, 与电源正极相连的电极上所发生反应的化学方程式为____ , 与电源负极相连的电极附近, 溶液pH值____ (选填:不变、升高或下降) .
(2) 工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质.精制过程发生反应的离子方程式为 ____, ____ .
(3) 如果粗盐中SO
(A) Ba (OH) 2 (B) Ba (NO3) 2 (C) BaCl2
(4) 为有效除去Ca2+、Mg2+、SO
(A) 先加NaOH, 后加Na2CO3, 再加钡试剂
(B) 先加NaOH, 后加钡试剂, 再加Na2CO3
(C) 先加钡试剂, 后加NaOH, 再加Na2CO3
(5) 脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异, 通过____、冷却、____ (填写操作名称) 除去NaCl.
(6) 在隔膜法电解食盐水时, 电解槽分隔为阳极区和阴极区, 防止Cl2与NaOH反应;采用无隔膜电解冷的食盐水时, Cl2与NaOH充分接触, 产物仅是NaClO和H2, 相应的化学方程式为 .
解析:除杂时, 不能引入新的杂质, 因此Ca2+、Mg2+分别用Na2CO3、NaOH来沉淀;SO
答案: (1) 2Cl--2e-Cl2↑ 升高
(2) Ca2++CO
(3) (A) 、 (C) (4) (B) 、 (C)
(5) 蒸发、过滤
6.处理废水
例6 工业上处理含Cr2O
(1) 电解时的电极反应式:阳极____, 阴极____.
(2) 写出Cr2O
(3) 电解过程中Cr (OH) 3和Fe (OH) 3沉淀是怎样产生的?____.
(4) 能否将Fe电极改成石墨电极?为什么?____.
解析:此题是电极反应、氧化还原反应、水解反应等方面知识的综合题.根据电解原理可判断:阳极为非惰性材料Fe, 发生氧化反应:Fe-2e-Fe2+.废水呈酸性, c (H+) 较大, 阴极发生还原反应:2H++2e-H2↑.在酸性溶液中, 阳极不断溶解下来的Fe2+将Cr2O
7.测定阿伏加德罗常数
例7 (1999年上海) 某学生试图用电解法根据电极上析出的物质的质量来验证阿佛加德罗常数值, 其实验方案的要点为:①用直流电电解氯化铜溶液, 所用仪器如图5;②在电流强度为I安培, 通电时间为t秒钟后, 精确测得某电极上析出的铜的质量为m克.试回答:
(1) 连接这些仪器的正确顺序为 (用图中标注仪器接线柱的英文字母表示.下同) .E接 __ , C接__ , __ 接F.实验线路中的电流方向为 __ →__ → __ → C→ __ → __ .
(2) 写出B电极上发生反应的离子方程式 __ ;G试管中淀粉KI溶液变化的现象为 __ ;相应的离子方程式是 __.
(3) 为精确测定电极上析出铜的质量, 所必需的实验步骤的先后顺序应是 __ . (选填下列操作步骤的编号)
①称量电解前电极质量 ②刮下电解后电极上的铜并清洗 ③用蒸馏水清洗电解后电极 ④低温烘干电极后称量 ⑤低温烘干刮下的铜后称量 ⑥再次低温烘干后称量至恒重
(4) 已知电子的电量为1.6×10-19库仑.试列出阿伏加德罗常数的计算表达式:
NA=____ .
解析:此题是将电解反应与实验相结合的综合题.根据电解原理和物理上的电学知识, 可以很简单地连接出线路图.电流方向与电子流出的方向相反, 即为:电源正极→阳极→电解质溶液→阴极→电源负极.B极为阳极, 发生氧化反应:2Cl--2e-Cl2↑, Cl2通入淀粉KI溶液中, 发生反应:Cl2+2I-2Cl-+I2, I2可使淀粉变蓝色.测定电极上析出的铜的质量时, 不需也不能将铜刮下, 只要称出反应前后两次的质量得到质量差即为铜的质量, 但要注意洗去铜上吸附的溶液并要确保铜上的水分全部干燥除去, 故②、⑤为错误操作.因为析出铜的物质的量为
答案: (1) E接D、C接A、B接F F→B→A→C→D→E
(2) 2Cl--2e-Cl2↑ 变蓝色 Cl2+2I-
8.电解计算
例8 (1999年全国) 用惰性电极电解
M (NO3) x的水溶液, 当阴极上增重a g时, 在阳极上同时产生b L氧气 (标准状况) :从而可知M的原子量为 ( )
解析:用惰性电极电解硝酸盐溶液时, 两极发生的反应分别是:
阳极 4OH--4e-2H2O+O2↑
阴极 Mx++xe-M
根据守恒原理, 两极得失电子数相等, 所以得到:
练习:
1.pH=a的某电解质溶液中, 插入两支惰性电极通直流电一段时间后, 溶液的pH<a, 则该电解质可能是 ( )
(A) NaOH (B) H2SO4
(C) AgNO3 (D) K2SO4
2.按图6装置进行实验:A极是铜锌合金, B极为纯铜, 电解质中含有足量的铜离子.通电一段时间后, 若A极恰好全部溶解, 此时B极质量增加7.68 g, 溶液质量增加0.03 g, 则A合金中Cu、Zn原子个数比为 ( )
(A) 4∶1 (B) 3∶1
(C) 2∶1 (D) 任意比
3.在25 ℃时, 将两个铂电极插入一定量的Na2SO4饱和溶液中进行电解, 通电一段时间后, 在阳极逸出a mol气体, 同时有w g Na2SO4·10H2O晶体析出, 若温度不变, 此时, 剩余溶液的溶质质量分数为 ( )
4.近年来研究表明, 高铁酸盐在能源、环境保护等方面有着十分广泛的用途.我国学者提出在浓KOH溶液中用电化学方法来制备高铁酸盐 (FeO
(A) 阳极发生的电极反应为Fe+8OH--6e-FeO
(B) 正极发生的电极反应为6H2O+6e-3H2↑+6OH-
(C) 电解一段时间后, 阳极区周围溶液的pH降低
(D) 当收集到的气体为3.36 L (标准状态) 时, 获得的高铁酸钾的物质的量为0.1 mol
5.用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液, 通电一段时间后, 向所得的溶液中加入
0.1 mol Cu (OH) 2后恰好恢复到电解前的浓度和pH.则电解过程中转移的电子数为 ( )
(A) 0.4 mol (B) 0.3 mol
(C) 0.2 mol (D) 0.1 mol
6.以石墨为电极, 电解1 L CuSO4和NaCl的混合溶液, 其中CuSO4和NaCl的物质的量之和为0.2 mol, CuSO4的物质的量占总物质的量的比值为x.
(1) 若x=0.5, 当Cu2+在阴极恰好全部析出时, 产生的气体是什么?物质的量为多少?所得溶液的pH为多少? (忽略溶液体积的变化)
(2) 电解一段时间后, 阴阳两极产生气体的物质的量恰好相等, 均为0.16 mol, 试求x值.
(3) 若Cu2+在阴极全部析出时, 阳极产生的气体是单一气体, 试求x的取值范围.
答案
1. (B) (C) 2. (B) 3. (D) 4. (A) (C)
应用原理 篇2
②将铜片插入稀硫酸中报告实验现象。
③将与铁锌铜片相互接触或用导线连接起来插入稀硫酸中报
告实验现象。
④在③中把锌片和铜片之间连上电流计，观察其指针的变化。
结论：①锌片能和稀硫酸迅速反应放出H2
②铜片不能和稀硫酸反应
③铜片上有气体生成
④电流计的指针发生偏转，说明在两金属片间有电流产生
结论：什么是原电池？（结论方式给出）它的.形成条件是什么？
原电池定义:把化学能转化为电能的装置叫做原电池.
形成条件: ①两个电极
②电解质溶液
③形成闭合电路
讨论：1、Zn|H2SO4|Cu形成装置后有电流产生，锌片上发生了什么
反应？铜片上发生了什么反应？（可以取锌片周围的溶液
用NaOH溶液鉴别；取铜片上生成的气体检验。）
结论：在锌片周围有锌离子生成；铜片上生成的是H2
讨论：可能造成此现象的原因？俩金属片上的反应式的书写。
结论：在Zn上:Zn C 2e- =Zn2+
在Cu上:2H++2e-=H2
Zn失去电子流出电子通过导线--Cu--电解质中的离子获得电子
我们把： 流出电子的一电极叫负极；
电子流入的一极叫做正极
两极反应的本质：还是氧化还原反应，只是分别在两极进行了。
负极失电子 被氧化 ,发生氧化反应
正极得电子 被还原 发生还原反应
实验：分别用两个铜片和两个锌片做上述实验④。
结论：两种情况下电流计不发生偏转，说明线路中无电流生成，铜
片上无气体生成。即两电极必须是活泼性不同的金属与金属
浅析阀门原理及应用 篇3
【关键词】阀门；故障；维修；建议
0.前言
阀门是管道流体系统中的重要控制部件，其基本功能有： 接通或切断、调节压力、引导流向、防止逆流、稳压泄压等。阀门的种类繁多、功能多样，控制水、蒸汽、空气、油类、腐蚀类、泥浆等各种介质的阀门产品在国内大概有几千种。长期以来，管道阀门在运行过程中“关不严、漏水、更换频繁”等通病比比皆是，除了有阀门本身的质量问题及施工安装不当的原因之外，还与阀门的选用有很大的关系，很多情况下是由于阀门选用不当造成的。由于流体的切断、连通、分流、泄流等功能是通过阀门来实现的，因此，阀门的选型和安装直接关系到其使用效果的好坏。本文对管道阀门的优劣性进行了分析，供选用阀门时参考。
1.阀门简介
1.1公称通径与公称压力
阀门的两个重要指标就是公称通径与公称压力。其中公称通径：用“DN+数字”表示阀门口径，但它并不是阀门口径的实测值，根据国家标准的规定，实测值大于等于公称通径值的95%。一般阀门采用公制，美标阀门为英制；而公称压力：则是用“PN+数字”表示压力大小，公称压力不等于阀门的实际测量值，它是阀门在基准温度下允许的最大工作压力，选用时应向此值“靠拢”。
1.2阀门的特性
阀门的特性主要表现在使用以及结构上，其中使用特性包括阀门的种类、结构、材质等，不同使用特性的阀门所使用的范围以及性能都是不同的；而使用结构上的特性主要包括阀门的大小、连接方式以及阀杆的结构等，不同结构的阀门所需要的保养以及维修方法都是不同的，这就需要根据实际情况进行选择。
1.3性能指标
阀门的性能指标主要包括流量系数、气蚀系数以及密封性能这三方面。首先，流量系数是衡量阀门流通能力的指标，流量系数越大，说明介质通过阀门时的压力损失越小；其次，气蚀系数：需根据使用工况实测得到；最后密封性能是阀门密封部位介质泄漏大小的一个指标，分为内漏与外漏两种。内漏就是指“关不严”，外漏就是指由阀内流向阀外。
1.4铸造缺陷
因阀门生产采用铸造工艺，有时不可避免地产生一些缺陷，如砂眼、气孔、疏松、渣孔、等的孔眼类缺陷；冷、热裂纹类缺陷；结构形状尺寸缺陷等。
1.5生产标准
阀门生产分为国标和企标两种，阀门铭标一定要注明国标编号或企标的相关说明。阀门的说明书务必标明：规格型号、工作压力、制造标准、阀杆材质、密封材质、填料材质、流体流向、制造厂厂名、出厂日期、出厂编号、安装维护的注意事项等。
2.管道阀门的优劣性分析
不同的工况、不同的环境、不同的介质以及不同的使用要求，催生出形式多样的各种阀门。下面以几种常用的阀门为例，简单地分析其优缺点。
2.1闸阀
闸阀的工作原理主要是通过压力阀门，关闭和疏导流体。具有流体压力损失小、流体流动不受限制、形体结构简单、坚固耐用、而且具有成熟的制造技术等优点。但缺点是体积大、笨重开启高度较高、安装空间大、密封面容易产生划痕、闸板与阀杆容易脱落、高速液流会造成局部开放条件下闸门的振动。适用于不经常开启和关闭的管道系统。
2.2截止阀
截止阀的工作原理主要是阀瓣沿阀座中心移动，对阀门进行启闭。优点在于耐高温、耐磨，制造工艺性比较好，便于维修。而缺点则是流体压力损失大，开启速度慢。只允许介质单向流动，密封性稍差。适用范围：适用于采暖及蒸汽系统，在管道系统中，需要对流量切断一般采用截止阀。
2.3蝶阀
蝶阀的工作原理是阀瓣是一个圆盘，阀杆在0°～90°范围内往复回转实现阀门的启闭。优点在于结构简单，体积小、质量轻，操作简单，流体压力损失小。而缺点则是流量调节范围不大，密封性能较差，阀板受介质的冲蚀较大。适用范围： 适用于空间小、大口径管道系统中。
3.阀门的安装及使用
3.1止回阀的安装
止回阀分为升降式、旋启式两种。DN<50mm时，宜选用升降式； 口径DN≥50mm 时，宜选用旋启式。升降式止回阀只能安装在水平管道上，旋启式止回阀在水平或垂直管道均可以安装。升降式止回阀安装时要保证其阀瓣垂直，以便升降灵活； 旋启式止回阀安装时要保证其销轴水平，以便旋启灵活。升降式止回阀的阻力比旋启式止回阀大一些； 大口径管道及水泵出口处宜采用缓闭式止回阀，且在止回阀上部设有球阀或闸阀，以方便检修； 对于装有管道倒流防止器的管段，无需再安装止回阀。
3.2减压阀的安装
安装减压阀一般情况下需要增加旁通管。但是，给水系统在分区需要增设减压阀时，一定不能增设旁通管，而要设两组同样配置的减压阀，一用一备。减压阀要直立安装在水平管道上，不能倾斜。
3.3控制阀
有时为了调节控制流体的压力、流量等参数，需要安装调节机构（ 控制阀），其原理是改变阀门阀瓣与阀座间的流通面积，以达到调节的目的，控制方式一般有电动式、气动式、液压式等。常用的控制阀有电动调节阀、减压阀、气动调节阀、稳压阀等。
3.4阀门选用及使用原则
截止阀一般用于DN≤50mm供水管网中，空调管道尽量少用截止阀。闸阀通常用于不需要经常启闭，而且长期保持闸板全开或全闭的情况下。闸阀不能作为调节流量使用，一般不用于输送泥浆等介质的管路中。闸阀在小开度时，关闭速度一定要慢，不然会产生水锤。一般情况下，蝶阀口径<150mm 时采用手柄式（D71X、D41X），蝶阀口径>150mm 时采用蜗轮传动式（D371X、D341X）。蝶阀作为调节流量使用时，15°开度内不宜长期使用，这样会产生振动和气蚀。其他功能阀门的选用。①要求关闭较严密的阀门：截止阀、柱塞阀、球阀；②控制流量的阀门：截止阀、旋塞阀、球阀；③改变方向的阀门：旋塞阀、球阀；④带有悬浮颗粒的流体的阀门：球阀和旋塞阀；⑤全开、全闭最方便的阀门：球阀、闸阀；⑥安装空间小的场所宜采用的阀门：蝶阀、球阀；⑦水泵进出口宜采用的阀门：蝶阀；⑧分、集水器之间采用的阀门：压差旁通阀；⑨具有方向性的阀门：截止阀、节流阀、减压阀、止回阀；⑩供热工程中变流量系统采用的阀门：平衡阀。
3.5阀门的安装
给水工程的阀门内壁涂料必须是无毒的，用于污水工程的阀门应耐腐蚀、不易堵塞。阀门安装质量的好坏直接影响到使用效果，若安装不当，可能使阀门的性能下降，所以必须予以重视。
第一、阀门安装前，必须仔细阅读阀门说明书； 分清阀门的方向和位置。
第二、 阀门吊装时，绳索应绑在阀盖与阀体的法兰连接处，不能拴在手轮或阀杆上。
第三、阀门与管道对口连接时，不得生拉硬拽强行对口。法兰螺栓要对角线分次紧固，最后再依次拧紧。
第四，阀门的全程安装过程中拐弯部分不要太多。
第五，阀门部分的安装要保证麻丝的稳定性，通过麻丝沿线涂料来减少锈迹堆积，这样会影响阀门的使用安全性。
第六，在蒸汽型的管道安装过程中，安装的固定阀门支架必须要设置正确的位置和恰当的安装使用规则，保证管道的热胀冷缩的变化不会导致阀门的爆裂。 [科]
【参考文献】
[1]裘叶琴.浅析阀门设计领域中的知识构成问题[J].科技创新导报，2010.12：17-19.
[2]刘进.阀门常见故障原因及处理方法[J].科技创新导报，2011.09：38-40.
[3]陈长军，王魏，王海涛，车福利.阀门常见故障及其保养维护研究[J].机电信息，2012.11：33-35.
[4]潘志利.化工企业阀门故障预防管理探讨[J].黑龙江科技信息，2013.10：26-28.
潮汐原理及其应用 篇4
海水涨落的潮汐现象是由地球和天体运动以及它们之间的相互作用而引起的。在海洋中, 月球的引力使地球的向月面和背月面的水位升高。由于地球的旋转, 这种水位的上升以周期为12h25min和振幅小于1m的深海波浪形式由东向西传播。太阳引力的作用与此相似, 但是作用力小些。当太阳、月球和地球在一条直线上时, 就产生大潮;当它们成直角时, 就产生小潮。除了半日周期潮和月周期潮的变化外, 地球和月球的旋转运动还产生许多其他的周期性循环, 其周期可以从几天到数年。同时地表的海水又受到地球运动离心力的作用, 月球引力和离心力的合力正是引起海水涨落的引潮力。如果用万有引力计算, 月球所产生的最大引潮力可使海水面升高0.563m, 太阳引潮力的作用为O.246m, 但实际的潮差却比上述计算值大得多。
二、相关公式及计算方法
(一) 月球的引潮力公式
海水的引潮力在x、y轴上的分力分别为:
由 (2) (4) 两式得月球对海水的引潮力有:
(二) 太阳对海水的引潮力公式
同理, 太阳对海水的引潮力有:
(三) 月球和太阳对潮汐现象的影响
由月球、太阳的引潮力公式可知:月球和太阳对近月、近日一侧海水的引大小分别为:
根据已知的数据:
代入可得:
可见, 月球的引潮力比太阳的引潮力大, 月球对潮汐现象的贡献比太阳的大。所以说月球对潮汐的大小起主要影响。
三、潮汐能的发电原理
潮汐发电与普通水利发电原理类似, 通过出水库, 在涨潮时将海水储存在水库内, 以势能的形式保存, 然后, 在落潮时放出海水, 利用高、低潮之间的落差, 推动水轮机旋转, 带动发电机发电。利用潮汐发电必须具备两个物理条件:首先潮汐的幅度必须大, 至少要有几米;第二海岸地形必须能储蓄大量海水, 并可进行土建工程。潮汐发电的工作原理与一般水力发电的原理是相近的, 即在河口或海湾筑一条大坝, 以形成天然水库, 水轮发电机组就装在拦海大坝里。潮汐电站可以是单水库或双水库。
潮流发电研究国际上开始于70年代中期, 主要有美国、日本和英国等进行潮流发电试验研究, 至今尚未见有关发电实体装置的报导。我国潮流发电研究始于70年代末, 首先在舟山海域进行了8k W潮流发电机组原理性试验。80年代一直进行立轴自调直叶水轮机潮流发电装置试验研究, 目前正在采用此原理进行70k W潮流试验电站的研究工作。在舟山海域的站址已经选定。我国已经开始研建实体电站, 在国际上居领先地位, 但尚有一系列技术问题有待解决。
四、结束语
潮汐现象是一种自然现象, 潮汐的分析、计算及预报对沿海农田水利、港务业、捕劳、盐业等建设及潮汐能利用都有很重要的作用。随着其它能源的减少, 开发潮汐能已引起了人们的重视, 巨大的潮汐能如太阳能一样, 正等待人们去开发, 我国应全力发展潮汐发电。
参考文献
[1]戎晓洪.潮汐能发电的前景[J].中国能源.2002, (06) :25.
gps原理及应用 篇5
1、gps定位技术相对于其他定位技术的特点：（1）观测站之间无需通视（2）定位精度高（3）观测时间短（4）提供三维坐标（5）操作简便（6）全天候作业
2、简述gps定位系统的构成，并说明各部分的作用：由三部分组成:空间部分—GPS星座(GPS星座是由24颗卫星组成的星座，其中21颗是工作卫星，3颗是备份卫星);地面控制部分—地面监控系统;用户设备部分—GPS 信号接收机。GPS的空间部分是由24 颗工作卫星组成,它位于距地表20 200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗),轨道倾角为55°。此外,还有4 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。地面控制部分由一个主控站,5 个全球监测站和3 个地面控制站组成。用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星,并跟踪这些卫星的运行。
3、Wgs-84坐标是如何构建的：一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向BIH（国际时间）1984.O定义的协议地球极（CTP)方向，X轴指向BIH 1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系统。
GPS广播星历是以WGS-84坐标系为根据的
4、水准面：静止的水面称为水准面，水准面是受地球表面重力场影响而形成的，是一个处处与重力方向垂直的连续曲面，因此是一个重力场的等位面。设想一个静止的海水面扩展到陆地部分。这样，地球的表面就形成了一个较地球自然表面规则而光滑的曲面，这个曲面被称为水准面。
大地水准面：一个与静止的平均海水面重合并延伸到大陆内部的包围整个地球的封闭的重力位水准面。
高程：的是某点沿铅垂线方向到绝对基面的距离，称绝对高程。简称高程。某点沿铅垂线方向到某假定水准基面的距离，称假定高程。原子时：原子时：ATI（inernational atomic time），以物质的原子内部发射的电磁振荡频率为基准的时间计量系统[1]。原子时的初始历元规定为 1958年1月1日世界时0时，秒长定义为铯-133 原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9192631770周所持续的时间。这是一种均匀的时间计量系统。由于世界时存在不均匀性和历书时的测定精度低，1967年起，原子时已取代历书时作为基本时间计量系统。
Gps时：GPS时钟也是基于最新型GPS高精度定位授时模块开发的基础型授时应用产品。能够按照用户需求输出符合规约的时间信息格式，从而完成同步授时服务。其主要原理是通过GPS或其他卫星导航系统的信号驯服晶振，从而实现高精度的频率和时间信号输出，是目前达到纳秒级授时精度和稳定度在1E12量级频率输出的最有效方式。
5、参心坐标系和地心坐标系的区别：
参心坐标系
reference-ellipsoid-centric coordinate system
是以参考椭球的几何中心为原点的大地坐标系。通常分为：参心空间直角坐标系（以x，y，z为其坐标元素）和参心大地坐标系（以B，L，H为其坐标元素）。[1]
参心坐标系是在参考椭球内建立的O-XYZ坐标系。原点O为参考椭球的几何中心，X轴与赤道面和首子午面的交线重合，向东为正。Z轴与旋转椭球的短轴重合，向北为正。Y轴与XZ平面垂直构成右手系。
“参心”意指参考椭球的中心。在测量中，为了处理观测成果和传算地面控制网的坐标，通常须选取一参考椭球面作为基本参考面，选一参考点作为大地测量的起算点（大地原点），利用大地原点的天文观测量来确定参考椭球在地球内部的位置和方向。参心大地坐标的应用十分广泛，它是经典大地测量的一种通用坐标系。根据地图投影理论，参心大地坐标系可以通过高斯投影计算转化为平面直角坐标系，为地形测量和工程测量提供控制基础。由于不同时期采用的地球椭球不同或其定位与定向不同，在我国历史上出现的参心大地坐标系主要有BJZ54（原）、GDZ80和BJZ54等三种。
地心坐标系
geocentric coordinate system
以地球质心为原点建立的空间直角坐标系，或以球心与地球质心重合的地球椭球面为基准面所建立的大地坐标系。
以地球质心(总椭球的几何中心)为原点的大地坐标系。通常分为地心空间直角坐标系(以x，y，z为其坐标元素)和地心大地坐标系(以B，L，H为其坐标元素)。
地心坐标系是在大地体内建立的O-XYZ坐标系。原点O设在大地体的质量中心，用相互垂直的X，Y，Z三个轴来表示，X轴与首子午面与赤道面的交线重合，向东为正。Z轴与地球旋转轴重合，向北为正。Y轴与XZ平面垂直构成右手系。
6、广播星历 ：卫星发播的预报一定时间内卫星轨道信息的电文信息。
精密星历：供卫星精密定位所使用的卫星轨道信息。
区别是，前者是预报星历，后者是后处理星历
7、载波相位测量的原理：载波信号量测精度优于波长的1/100，载波波长（L1=19cm, L2=24cm）比C/A码波长(C/A=293m)短得多，所以GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距（C/A码或P码）定位高得多的成果精度。
伪距测量的原理：GPS接收机对测距码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对C/A码测得的伪距称为C/A码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。
8、绝对定位又称为单点定位，这是一种采用一台接收机进行定位的模式，它所确定的是接收机天线的绝对坐标。这种定位模式的特点是作业方式简单，可以单机作业。绝对定位一般用于导航和精度要求不高的应用中。相对定位又称为差分定位，这种定位模式采用两台以上的接收机，同时对一组相同的卫星进行观测，以确定接收机天线间的相互位置关系。
接收设备安置在运动的载体上的定位成为动态定位
9、Gps定位原理：GPS的基本定位原理是：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。
10、Gps误差来源有哪些：（1）与GPS卫星有关的因素（2）与传播路径有关的因素（3）接收机有关的因素（4）GPS控制部分人为或计算机造成的影响，数据处理软件的影响，固体潮、极潮和海水负荷的影响，相对论效应。
11、Gps控制网布点原则：（1）周围应便于安置接收设备和操作，视野开阔，视场内障碍物的高度角不宜超过15度；（2）远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），其距离不小于200m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不小于50m；（3）附近不应有强烈反射卫星信号的物件（如大型建筑物等）；（4）交通方便，并有利于其他测量手段扩展和联测；（5）地面基础稳定，易于点的保存；（6）AA、A、B级GPS点，应选在能长期保存的地点；（7）充分利用符合要求的旧有控制点；（8）选站时应尽可能使测站附近的小环境（地形，地貌，植被等）与周围的大环境保持一致，以减少气象元素的代表性误差。
12、基线：三角测量中推算三角锁、网起算边长所依据的基本长度边。
观测时段：测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时间段，简称时段。
同步观测：两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行的观测。同步观测环：三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环，简称同步环。独立观测环：由独立观测所获得的基线向量构成的闭合环，简称独立环。
异步观测环：在构成多边形环路的所有基线向量中，只要有非同步观测基线向量，则该多边形环路叫异步观测环，简称异步环。独立基线：对于N台GPS接收机的同步观测环，有J条同步观测基线，其中独立基线数为N-1。
非独立基线：除独立基线外的其它基线叫非独立基线，总基线数与独立基线之差即为非独立基线数。
13、同步网之间的连接方式有哪些？
对于由N台GPS接收机构成的同步图形中一个时断包含的GPS基线数为：
但其中仅有N-1条是独立的GPS边，其余为非独立边。当接收机数N=2～5时所构成的同步图形
当同步观测的GPS接收机数N≥3时，同步闭合环的最少数应为：
14、Gps网形设计原则：（1）GPS网中不应存在自由基线。所谓自由基线是指不构成闭合图形的基线，由于自由基线不具备发现粗差的能力，因而必须避免出现，也就是GPS网一般应通过独立基线构成闭合图形。（2）GPS网中的闭合条件中基线数不可过多。网中各点最好有三条或更多基线分支，以保证检核条件，提高网的可靠性，使网中的精度、可靠性较均匀。（3）GPS网应以“每个点至少独立设站观测两次”的原则布网。这样不同接收 机数测量构成的网之精度和可靠性指标比较接近。（4）为了实现GPS网与地面网之间的坐标转换GPS网至少应与地面网有2个重合点。
15、数据预处理的目的：对原始数据进行编辑、加工、整理、分流并产生各种专用信息文件，为进一步平差计算做准备。
Gps测量定位技术设计及技术总结包括那些内容？
在gps测量工作完成后，应按要求编写技术总结报告，其具体内容包括外业和内业两大部分。外业技术总结内容
测区范围与位置，自然地理条件，气候特点，交通及电信、电源等情况
任务来源，测区已有测量情况，项目名称，施测目的和基本精度要求；
施测单位，施测起讫时间，技术依据，作业人员情况； 接收设备作业仪器类型与数量、精度、检验情况； 点位观测质量评价，埋石与重合点情况； 观测方法要点与补测、重测情况； 外业观测数据质量分析与野外数据检验情况 内业技术总结内容：
数据处理方案、所采用的软件、所采用的星历、起算数据、坐标系统，以及无约束、约束平差情况。误差检验及相关参数与平差结果的精度估计等。
上交成果中尚存在的问题和需要说明的其他问题、建议或改进意见 综合附表与附图
16、GPS数据预处理的目的是：①对数据进行平滑滤波检验，剔除粗差；②统一数据文件格式并将各类数据文件加工成标准化文件（如GPS卫星轨道方程的标准化，卫星时钟钟差标准化，观测值文件标准化等）；③找出整周跳变点并修复观测值(整周跳变的修复见5.3.3)；④对观测值进行各种模型改正。
17、Gps基线向量网平差有哪些类型：三维无约束平差法，二维约束平差，三维联合平差，二维联合平差
18、Gps信号接收机分类：按工作原理分为，码相关型接收机，平方型接收机，混合型接收机。按接收机用途分为：导航型接收机，测量型接收机，授时型接收机。按接收机接收的载波频率分为，单频接收机，双频接收机。按接收机的通道数分为，多通道接收机，序贯通道接收机，多路复用通道接收机
单片机原理及其应用 篇6
【关键词】高精度串行A/D；CS5523；单片机
1.引言
在工业控制过程、医疗器械及仪器仪表等许多应用中，对系统的速度、功耗及成本等性能的要求越来越高。为了满足这些要求，迫使设计工程师进一步求助数字电路、尤其是模数转换器ADC。这些集成化的ADC包括了完整的前端系统，保证了低电压、低功耗方式工作，在更大程度上降低系统成本。下面介绍一种高精度、硬件电路简单、计量精确、抗干扰性好、性能稳定可靠、性价比高的A/D转换芯片CS5523。
2.CS5523简介
CS5523是CIRRUS LOGIC公司生产的16位高精度串行A/D芯片。其内部结构框图如图1所示。
CS5523芯片内集成了一个仪表放大器、一个可编程增益放大器、多路开关、数字滤波器、自校正和系统校正电路。通过简单的串行连接，CS5523可方便地由MCU控制，以实现多通道高精度的A/D转换。主要特性如下：
底输入电流（100pA）和用斩波器稳定的一仪器放大器；
可升级的输入跨距（双极/单级）；
宽VREF输入范围（+1伏至+5伏）；
4阶Delta-Sigma模/数转换器；
3线制串行接口；
系统校准和自校准；
8个可选择的输出率；
单电源+5V供电；
低功耗；5.5mW；
24脚SSOP和PDIP两种封装。
3.CS5523在MCS-51单片机系统中的应用
3.1 硬件接口
CS5523以串行接口方式与单片机接口。CS5523的SDI、SDO、SCLK、CS引脚分别和STC89C52RC单片机的P10～P13口相连。图2是CS5523与STC89C52RC单片机接口的硬件原理图。
单片机通过P10～P13口来控制CS5523，并读取转换结果。图2中采用32.768KHz外部时钟。CS5523的模拟信号有单端输入和差分输入两种，这里采用单端输入方式。AIN1-、AIN2-、AIN3-、AIN4-分别接地。外部模拟信号的调理和放大电路，以及基准电压电路这里不作为重点，并未给出。
3.2 软件设计
如图2所示，单片机STC89C52RC和CS5523的通信采用采用串行通信方式。STC89C52RC的P10～P13口对CS5523进行控制及数据传输。图3为STC89C52RC操作CS5523的总的时序图，对CS5523的操作软件都是以时序图为基础编写的。这里，只给出了几个基本的读写数据和命令的子程序，仅供参考。CS5523总的控制程序是在这几个子程序基础上实现的，这里不做介绍。
uchar SPI_HostReadByte()
{
uchar idata i,rByte;
rByte = 0;
for(i=0;i<8;i++)
{
SPISCK = 0;
SPISCK = 1;
rByte <<= 1;
rByte |= SPISO;
}
return rByte;
}
void
SPI_HostWriteByte(uchar wByte)
{
uchar idata i;
for(i=0;i<8;i++)
{
if(((wByte << i ) & 0x80) == 0x80)
{
SPISI = 1;
}
else
{
SPISI = 0;
}
SPISCK = 0;
SPISCK = 1;
}
}
void Cs5523ReadAdData()
{
uchar i;
SPISCK = 0;
NOP;
if (PartSelect == 1)
{
CS1 = 0;
CS2 = 1;
}
else if (PartSelect == 2)
{
CS1 = 1;
CS2 = 0;
}
else
{
CS1 = 1;
CS2 = 1;
}
PerformConver = 0x98;
SPI_HostWriteByte(PerformConver);
SPISO = 1;
while(SPISO == 1);
PerformConver = 0x00;
SPI_HostWriteByte(PerformConver);
for (i = 0;i < 12 ;i++)
{
ReadBuffer[i]=SPI_HostReadByte();
}
}
void Cs5523WriteData(uchar GeShu)
{
uchar i;
for (i = 0;i < GeShu ;i++)
{
SPI_HostWriteByte(ReadBuffer[i]);
}}
void WriteCommand(uchar Commandcs){
SPI_HostWriteByte(Commandcs);}
4.总结
该芯片以成功应用于油田采油现场数据采集系统。运行一年来，系统稳定。
参考文献：
[1]CIRRUS LOGIC公司CS5523芯片数据手册.
[2]马忠梅等,编著.单片机的C语言应用程序设计[M].北京航空航天大学出版社,2005.
[3]戴佳,编著.51单片机C语言应用程序设计实力精讲[M].电子工业出版社,2006.
作者简介：申佳，男，现就读于西安外事学院工学院电子信息工程专业。
LED原理与应用 篇7
(一) LED的原理
简单地说在一块本征半导体的两边通过不同的掺杂分别做成P型和N型半导体。P型半导体中空穴为多数载流子, N型半导体中电子为多数载流子。由于浓度差, 这两种载流子会自发向对方区域扩散。因为空穴带正电, 电子带负电, 所以两种载流子会在交界面复合, 从而在交界面两侧形成一个空间电荷区, 其电场方向由N指向P, 这就是PN节。这个内电场的形成阻碍了多数载流子的扩散运动, 因此一定温度下PN节的尺度是确定的 (见图1) 。
当PN节外加正向电压时 (P型半导体接电源正极, N型半导体接电源负极) , 外电场与内电场作用, 总的效果是削弱内电场, 从而空穴和电子可以再向对方区域扩散形成稳定的电流。此时高能态的电子与空穴复合时就把多余的能量以光的形式释放出来, 从而把电能直接转化成光能 (见图2) 。当然在发光二极管的PN节上加反向电压 (P型半导体接电源负极, N型半导体接电源正极) , 由于内电场被加强, 所以进一步阻止了多数载流子的扩散运动, 电路不能导通就不能发光。光二极管的, 目前用得较多的是GaP (磷化稼) , GaAsP (磷砷化稼) 等。通常的LED结构见图3。
值得注意的是, 不是所有的半导体材料都能用来做成发光二极管的, 目前用得较多的是GaP (磷化稼) , GaAsP (磷砷化稼) 等。通常的LED结构见图3。
(二) LED的优势
与目前大量使用的白炽灯、日光灯、高压汞 (钠) 灯等相比, LED具有以下的优势:
1. 发光效率高节能效果明显。
要达到相同的照明度, LED消耗的电能只有白炽灯的10%, 在能源紧缺的今天具有较大的经济效益。
2. 使用寿命长。
传统的马路照明使用的高压灯一年半左右要更换一次, 而大功率的LED光源则可以使用10年以上, 使用寿命是普通照明灯具的10倍。
3. 安全可靠。
LED具有工作电压较低、密封性好、体积小、没有易碎的玻璃、抗震性好等特点, 因此使用时安全可靠;
4. 单色性强、无频闪现象。
目前在这一领域中已开发出单色性好的红、橙、黄、蓝、绿LED, 应用于交通指示、夜景装饰照明等有特殊需要的场合, 不久前高亮度的白色LED也研发成功, 可用于普通照明领域。由于其发光时无频闪现象, 能有效保护人的视力。
(三) LED的应用
LED作为新型、高效、节能、环保的产品, 正悄然走进人们的生产生活。在许多领域都得到了广泛的应用[4][5][6,7,8]。
1. 交通指示信号
在交通指挥中, 要大量用到红、黄、绿色的信号灯, LED的单色性能满足这一要求。目前这一邻域的大部分灯具都是LED的产品 (见图4) 。
2. 夜景照明
在城市中, 一些重要的建筑、商业中心、休闲娱乐场所等在夜间需要用各种不同颜色的灯光进行装饰。以前大量使用的是霓红灯, 存在制作工艺难度大、玻璃部件过多易碎、工作电压高、能耗大等弊端和安全隐患。现在在政府的大力推动下, 越来越多的LED产品应用到夜景照明中。如上海的东方明珠电视塔, 全塔的光导点现已换成了LED灯, 且夜间光彩依旧, 每天因此而节约下来的电够800多户居民使用4小时。
3. 特种照明
在一些特殊场场合, 如军事和医疗上, 需要光源无红外辐射和热辐射。若采用普通的光源则很难达到要求, 采用LED后则可以消除这些弊端。采用LED照明的军用车辆, 能在夜间行使时更具隐蔽性和安全性。手术室的照明若采用LED则能满足不发热、无重影的良好效果 (见图5) 。
4. 作为背光源
在液晶电视、手机等显示屏后大多采用LED作为背光源。普通萤光灯、日光灯发光响应时间一般为毫秒级, 而LED则能达到纳秒级, 从而使电视图象看起来更加流畅和鲜明。并且能有效节约用60%以上的电能 (见图6) 。
5. 城市道路照明
LED在开始研发阶段其功率只有几毫瓦, 而目前国内的很多LED产家都能生产出单灯功率超过200瓦的产品。上海、北京、杭州等城市已决意采用高效节能的LED来代替传统的高压钠 (汞) 灯做为夜间道路的照明 (见图7) 。
在机场、地铁等地经常看到利用电子牌提示的相关信息、为出行的人提供相关的信息, 给大家带来方便。其实这种电子牌就是利用LED来制作的。在一些商业区, 户外的电子广告墙小的有几平米, 大到几十平米, 其基本元件也是LED, 通过相应的控制电路, 让这数千数万个LED发出不同颜色的光, 就能显示出很流畅的图像 (见图8) 。
值得一提的是近年来该领域发展的一种新思路—太阳能与LED的结合。在一些生活小区、公园、景区等地, 已出现利用太阳能电池板对LED进行供电的示范工程。这种照明是独立成系统, 不需要从电网获得能量。从而进一步拓宽了太阳能和LED的应用, 能取得更好的节能效果 (见图8) 。
参考文献
[1]吕慧敏, 蔡永泉.节能高手——LED的应用[J].现代显示2006, 70:49-51.
[2]刘向阳.发光二极管 (LED) 和背光源透视[J].光源与照明, 2008, 4:14-17.
[3]屠大维, 吴仍茂, 杨恒亮, 等.LED封装光学结构对光强分布的影响[J].光学精密工程2008, 16 (5) :833-837.
[4]王春丽.LED光源的电视应用[J].信息通讯, 2008, 5:75-77.
芬顿的原理与应用 篇8
目前长江中下游地区化工厂数量较多, 每个化工厂都有污水产生, 因此污水处理对于长江水源的保护有着重要的作用。由于化工废水大多数具有高毒性, 很难被传统方法直接处理, 所以需要进行预处理。Fenton作为一种很好的预处理方式, 对于提高废水的可生化性有着很好的作用, 本文就对Fenton处理废水进行浅谈。
1 Fenton的原理
芬顿反应一般都是在酸性条件下进行, 反应的最佳pH值条件是pH值为2~4。
芬顿反应是由Fe2+和H2O2之间的催化氧化反应, 催化生成羟基自由基 (·OH) , 反应过程中的Fe2+是作为反应的催化剂, 与H2O2经过反应产生羟基自由基 (·OH) , 主要起到氧化作用[1]。芬顿反应的作用原理如下:
EF法反应还原溶解氧生成H2O2, 如离子反应式 (2) 、 (3) 所示, 反应得到的H2O2继续与Fe2+发生芬顿反应, 可以产生·OH。
2 电芬顿技术在化工废水处理中的分析和发展
目前EF法研究方向的分析包括:协同氧化技术;对电极材料的研制;催化剂的分析;电解池的结构开发。
2.1 EF协同氧化技术
目前发展较好的是应用电和光协同反应。发展方向可以把电流和紫外光外加在传统Fenton法的基础上, 经过两种反应作用加速反应, 进而达到去除污染和快速深度地降解有机物的目的。
Brillas等[1]做了很多的工作。他们对降解效果不同的各种方法进行分析, 在降解速率方面得到的结论可以看出来, PEF法对于TOC的去除率要大于其它方法。主要原因是加入了可以使EF氧化加速的照射和紫外光, 使整个反应过程中的中间产物可以降解, 可以使污染物完全矿化为CO2, 从而缩短反应时间并且减少消耗H2O2的量[2]。最近在EF系统中引入超声波或等离子的技术也出现在研究中。这两种技术都能使H2O2的产量及水体中污染物的降解效率有所提高。
2.2 电极材料
电极材料的分析一直都是电化学氧化的热点, 比如阴极材料的分析常见的有:碳-PTFE、多孔石墨、活性炭纤维 (ACF) 等。阳极材料分析常见的是在对Pt和涂布硼砂的金刚碳或其它氧电位较高的惰性材料为主。
分析阴电极时, 由于吸附催化性能较好的石墨、石墨-PTFE电极得到广泛应用[3]。聚吡咯导电聚合物的电极, 提升H2O2的生成量可以在pH为中性条件下实现。乙酰壳多糖络合铁因为稳定性和催化性较好, 可以作为一种新颖的夹层电极, 同时可以实现重复使用。此外纳米材料在EF系统中的电极也有应用。
2.3 其余类型催化剂的分析
按照正常情况分析, 过渡金属可能具有较高催化性能, 包括Mn、V和部分过渡金属氧化物, 整个反应过程容易得到再生, 比较于Fe2+, 代替催化剂本身具有较好的催化效果[4]。比较催化剂Fe2+和Mn2+得出结论, 初期Fe2+的降解效果好, 但在后期情况却相反[5]。主要是由于Mn3+更易转化为Mn2+的原因, 从而保证后期大量的·OH从水溶液中产生。相似的情况例如Cu+/Cu2+体系相比较于Fe2+/Fe3+体系的降解有机物能力更高效, 矿化速率更快且耗电量更高[5]。
所以在对H2O2具有催化作用的Fe2+以外, 其余均相金属离子如Fe3+、Cu2+、Mn2+、Co2+等均能与铁粉、石墨以及铁锰的氧化矿物同样具有相似的功能。
2.4 电解池结构分析
从目前对于Fenton研究的总体分析来看, 国内外对微电极产·OH的分析还很不透彻[5]。对电场分布和变化规律、三维电极反应器内的粒子电极电位分布和颗粒的物理化学性质、有机物降解等规律有必要进行分析得出结论。
目前较为常见的是一体式阴阳极电解系统大量应用于分析中的电解池。
3 EF技术在废水处理中的展望
从反应机理方面来看, 分析者们对于芬顿反应的基本原理有共识, 可是有机物的EF降解原理很复杂, 主要有复杂的催化原理以及电化学原理等多种机理。认清其降解机理是EF法技术是实际用化突破的第一步[6]。
4 结语
通过Fenton处理过的废水, 其可生化性得到了很大提高, 同时, 不同的Fenton处理方法对于废水处理有着各种不同的作用。研究出其各种不同芬顿方法的反应机理和过程是研究的重点, 对于废水处理有着重要的作用。
摘要：电芬顿作为一种新型电化学氧化技术, 由于它在阴极和阳极都能产生羟基自由基 (·OH) 氧化降解水体中污染物, 引起了学者们广泛的关注。针对含苯酚废水来源广、危害大、成分复杂的特点, 采用Fenton技术对苯酚废水的处理效果进行了研究, 考察了催化剂、氧化剂、粉煤灰的用量和pH值对芬顿试剂氧化苯酚的影响。
关键词：苯酚废水,Fenton试剂,粉煤灰,电芬顿,水处理技术,羟基自由基
参考文献
[1]王代芝, 周珊, 叶双凤, 等.电-Fenton法处理间甲基苯酚废水[J].江苏化工, 2005 (3) :42-45.
[2]Neyens E, Bacyens J.A review of classic Fenton's peroxidation as advanced oxidation echnique[J].Journal of Hazardous Material, 2003 (B98) :25-28.
[3]文军.微波场强化Fenton反应[D].广州:华南理工大学, 2002.
[4]雷乐成, 何峰.均相Fenton氧化降解苯酚废水的反应机理探讨[J].化工学报, 2003 (11) :1592-1597.
[5]陈胜兵, 何少华, 资金生, 等.Fenton试剂的氧化作用机理及其应用[J].环境科学与技术, 2004 (3) :105-107.
电化学原理及应用 篇9
一、原电池的工作原理
该考点主要考查原电池的形成条件、电极类型和电极反应、电子 (或电流) 的流向、电解质溶液中离子的移动方向、实验现象、能量转换形式等问题, 认真分析课本中的原电池模型是解题的关键。
例1. (2015·天津卷) 锌铜原电池装置如下图所示, 其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是 ()
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后, 甲池的c (SO42-) 减小
C.电池工作一段时间后, 乙池溶液的总质量增加
D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动, 保持溶液中电荷平衡
答案:C
A.反应开始时, 乙中石墨电极上发生氧化反应
B.反应开始时, 甲中石墨电极上Fe3+被还原
C.电流表读数为零时, 反应达到化学平衡状态
D.电流表读数为零后, 在甲中溶入FeCl2固体, 乙中的石墨电极为负极
答案:D
二、原电池原理的应用
利用原电池原理可以设计化学电池, 防止金属腐蚀, 比较金属活泼性, 加快氧化还原反应的反应速率等。该考点主要考查原电池原理在生产、生活中的应用, 要求用电化学知识分析解决一些实际问题, 理解原电池的工作原理是解题的关键。
例3.银质器皿日久表面会逐渐变黑, 这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理:在铝质容器中加入食盐溶液, 再将变黑的银器浸入该溶液中, 一段时间后发现黑色会褪去。下列有关说法正确的是 ()
A.处理过程中银器一直保持恒重
B.银器为正极, Ag2S被还原生成单质银
D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl
答案:B
A.电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极
B.为使电池持续放电, 离子交换膜需选用阴离子交换膜
C.电极A极反应式为2NH3-6e-N2+6H+
D.当有4.48LNO2 (标准状况) 被处理时, 转移电子为0.8mol
答案:C
三、电解原理及规律
该考点主要考查电解池的电极和电极反应, 电子和离子的流向, 电解产物的判断和计算等, 根据离子的放电顺序判断电解产物是考试的热点。分析电解问题时, 特别要注意阳极的电极类型, 若阳极是非惰性电极, 电解时总是阳极首先被氧化。
例5.若按图甲装置进行实验, 图乙中x、y分别表示流入电极的电子、某产物的物质的量。若将甲装置中的溶液改为等体积、等物质的量浓度的CuSO4和NaCl溶液的混合液, 电解过程中溶液的pH随时间t变化的示意图如图丙所示。则下列叙述中正确的是 ()
A.E表示反应生成Cu的物质的量
B.F表示反应生成H2SO4的物质的量
C.BC段阳极产物是Cl2
D.CD段电解的物质是NaCl
答案:B
C.电解得到的Cu的物质的量为0.05mol
D.电解后溶液中c (H+) 为0.2mol·L-1
答案:A
四、电解原理的应用
该考点主要考查氯碱工业、电冶、电镀和电解精炼等重要化学工业的生产原理, 电解原理的非常规应用是考试的热点。复习这部分内容时, 应加强对容易混淆的装置和概念的比较, 从而加深对反应原理的理解。
例7.铝阳极氧化处理后形成的氧化膜比铝的天然氧化膜耐磨性、耐腐蚀性及装饰性有明显的提高, 工业上以铝为阳极, 置于硫酸溶液中电解, 装置如右图所示。下列说法正确的是 ()
B.随着电解的进行, 溶液的pH逐渐增大
C.当阴极生成气体3.36L (标况) 时, 阳极增重2.4g
D.电解过程中H+移向Al电极
答案:C
例8.用右图装置 (熔融CaF2-CaO作电解质) 获得金属钙, 并用钙还原TiO2制备金属钛。下列说法正确的是 ()
A.电解过程中, Ca2+向阳极移动
C.在制备金属钛前后, 整套装置中CaO的总量减少
D.若用铅蓄电池作该装置的供电电源, “+”接线柱是Pb电极
解析:电解过程中, Ca2+向阴极移动, A项错误;F-和O2-向阳极移动, O2-在阳极被氧化为O2, 高温下石墨与O2反应生成CO2, B项正确;电解生成的Ca与TiO2反应生成CaO, 整套装置中CaO的总量不变, C项错误;若用铅蓄电池作该装置的供电电源, “-”接线柱是Pb电极, D项错误。
答案:B
五、重要的化学电池
该考点主要考查新型电池, 高考中常见的新型电池有镍氢电池、高铁电池、碱性锌锰电池、海洋电池、锂离子电池、燃料电池、银锌电池、纽扣电池、Mg-AgCl电池、Mg-H2O2电池等。随着科学技术的发展, 各种新型电池不断出现, 命题的背景可以不断翻新, 但考查的知识点不变, 复习时要做到以不变应万变。
例9.A、B、C、D分别为固体氧化物燃料电池、碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、熔融盐燃料电池, 其中正极的反应产物为水的是 ()
答案:C
例10. (1) 某种氢氧燃料电池的电解液为稀硫酸, 该电池的正极反应式为___, 负极反应式为___。
(2) 某燃料电池以CO为燃料, 以空气为氧化剂, 以熔融态K2CO3为电解质。写出该电池两极的电极反应式:___。
(3) NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池, 其原理如下图所示。该电池在使用过程中, 石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y, 其电极反应为____, 石墨Ⅱ上的电极反应为____。
六、金属的腐蚀与防护
该考点主要考查金属电化学腐蚀的条件、类型、反应原理, 以及利用电化学知识防止金属腐蚀的方法。金属发生的腐蚀主要是电化学腐蚀, 析氢腐蚀和吸氧腐蚀是电化学腐蚀的两种主要类型, 对比复习有助于加深对概念的理解。
例11.下列与金属腐蚀有关的说法正确的是 ()
A.图a中, 插入海水中的铁棒, 越靠近底端腐蚀越严重
B.图b中, 开关由M改置于N时, Cu-Zn合金的腐蚀速率减小
C.图c中, 接通开关时Zn腐蚀速率增大, Zn上放出气体的速率也增大
D.图d中, Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
解析:A项, 插入海水中的铁棒靠近液面的位置与氧气接触, 易发生吸氧腐蚀;B项, 开关由M改置于N时, Zn作负极, Cu-Zn合金作正极, 合金受到保护;C项, 接通开关形成原电池, Zn作负极, Zn的腐蚀速率增大, 但气体是在Pt电极上生成;D项, Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由Zn发生氧化反应引起的。
答案:B
例12. (2014·上海卷) 如右图所示, 将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中。下列分析正确的是 ()
B.K1闭合, 石墨棒周围溶液pH逐渐升高
C.K2闭合, 铁棒不会被腐蚀, 属于牺牲阳极的阴极保护法
D.K2闭合, 电路中通过0.002 NA个电子时, 两极共产生0.001mol气体
答案:B
七、电化学的综合运用
电化学内容是进行综合命题的重要素材, 其常见综合形式有: (1) 将原电池和电解池结合在一起, 综合考查化学反应中的能量变化和氧化还原反应等知识; (2) 将电化学内容与无机推断或化学实验等进行综合; (3) 以环境问题、物质制备、新能源、新科技等为载体, 考查电化学知识在生产、生活中的应用。
答案:B
例14. (2016·天津卷) 氢能是发展中的新能源, 它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。回答下列问题:
(1) 与汽油相比, 氢气作为燃料的优点是_____ (至少答出两点) 。但是氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池, 写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式:______。
(1) 电解一段时间后, c (OH-) 降低的区域在____ (填“阴极室”或“阳极室”) 。
(2) 电解过程中, 须将阴极产生的气体及时排出, 其原因为____。
(3) c (Na2FeO4) 随初始c (NaOH) 的变化如图2所示, 任选M、N两点中的一点, 分析c (Na2FeO4) 低于最高值的原因:___。
(2) (1) 阳极室 (2) 防止Na2FeO4与H2反应使产率降低 (3) M点:c (OH-) 低, Na2FeO4稳定性差, 且反应慢[或N点:c (OH-) 过高, 铁电极上有Fe (OH) 3 (或Fe2O3) 生成, 使Na2FeO4产率降低]
【跟踪训练】
1. (双选) 某电池以K2FeO4和Zn为电极材料, KOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是 ()
A.Zn为电池的负极
C.该电池放电过程中电解质溶液浓度不变
D.电池工作时, OH-向负极迁移
2. 研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。下列有关说法错误的是 ()
A.若d为石墨, 铁片的腐蚀将加快
C.若d为锌块, 铁片不易被腐蚀
3. 某同学为了研究电化学原理, 设计了右图所示的装置。下列说法中错误的是 ()
A.X和Y不连接时, 铜棒上会有金属银析出
C.若X接直流电源的正极, Y接负极, Ag+向银电极移动
D.无论X和Y是否连接, 铜棒均会溶解, 溶液都从无色逐渐变成蓝色
4. 依据下列甲、乙、丙三图判断, 下列叙述不正确的是 ()
A.甲装置是原电池, 乙装置是电镀池
B.甲、乙装置中, 锌极上均发生氧化反应
C.乙、丙装置中, 阳极均发生氧化反应而溶解
D.乙装置中, 溶液中的Cu2+浓度基本不变
5. 某反应中, 反应物与生成物有FeCl2、FeCl3、CuCl2、Cu。
(1) 将上述反应设计成的原电池如图甲所示。请回答下列问题:
(1) 图中X溶液是_____。
(2) 石墨电极上发生的电极反应式为_____。
(3) 原电池工作时, 盐桥中的_____ (填“K+”或“Cl-”) 不断进入X溶液中。
(2) 将上述反应设计成的电解池如图乙所示, 乙烧杯中金属阳离子的物质的量与电子转移的物质的量的变化关系如图丙所示。请回答下列问题:
(1) M极是_____极。
(2) 图丙中的 (2) 线是____的变化。
(3) 当电子转移为2mol时, 向乙烧杯中加入________L 5mol·L-1NaOH溶液才能使Cu2+沉淀完全。
电化学原理及应用
1.AD 2.D 3.C 4.B
(2) (1) 负 (2) Fe2+ (或FeCl2) (3) 2.8
LED测量原理及其应用 篇10
白炽灯和荧光灯这类传统光源因为发光特性比较稳定, 评价手段相对比较简单, 检测光通量和色坐标即可。然而, LED这种新型光源, 通常存在发光不稳的问题, 样品存在批次间的亮度和颜色差异大, 而且在点燃后需花更长的时间亮度和颜色才能使光源稳定, 其光学特性评估项目较传统光源更多、更复杂。
以白光LED为例, 我们可以通过光谱图了解到白光LED灯主要是由蓝色LED芯片激发YAG荧光粉混合形成的白光。从制备经验看, 由于不同的蓝光芯片激发波长不同, 混合所需的YAG荧光粉的比例和颜色也有不同, 从而导致批次间的白光LED光色度表现不一样。所以对于LED的检测还需要从多个光色度参数去评估才能更好地控制白光LED的品质, 这些参数就包括了光源的照度/色度、显色指数、光谱数据、亮度/色度等。
从光学原理来看, 人眼能观察到自然界的波长为可见光, 感应范围包括从380nm～780nm的明亮、色彩和波长段。国际照明委员会CIE也定义了工业仪器在光度和色度的计算原理, 通过被测光源的光谱与人眼视觉功率函数V (λ) 积分计算可得到明度值, 通过光源光谱与人眼配色函数曲线积分计算其红、绿、蓝三个代表值XYZ, 进而换算xy, u’v’以及色温T等。不同的仪器的测试参数与测试原理不同, 导致实际应用也有所不同。例如, 亮度是光源本身的属性, 与测量距离无关。照度是离开光源某处的光通量强度, 离光源越远, 照度越低。针对亮度和照度的测试, 分别有亮度计如LS-100、LS-110、CS-100A、CS-200、CA-310、CS-2000系列测量;照度Ev测量则用T-10A系列、CL-200A、CL-500A、CS-2000+照度改造型等仪器。需要强调的概念是:照度是照射到单位面积上的光通量, 亮度是单位立体角中发出的光通量。这两个是完全不同的参数, 需加以区分。
光源颜色的测量参数包括X Y Z、 (1931 Yxy/1976UCS) 、色温T、显色指数、主波长λ。其中, 三刺激值XYZ是最基本的数据, 已经包含了亮度和色度信息。X代表红色, Y代表绿色/光度学值 (亮度和照度等) , Z代表蓝色。根据XYZ的值, 按x=X/ (X+Y+Z) , y=Y/ (X+Y+Z) 计算色坐标Lxy的值;按u’=4X/ (X+15Y+3Z) , v’=9Y/ (X+15Y+3Z) 计算均匀色空间的色度。
色温的概念则起源于物体被加热至不同温度时, 它表现出来相对应的不同颜色。颜色与温度之间有联系, 当温度升高时, 物体的辐射会改变导致其颜色发生变化。某类特殊的发光物体被加热时, 它能以100%的效率辐射。人们把这类理想的完全辐射称作黑体辐射, 这种辐射体称为黑体。理想黑体辐射时的颜色根据特定的温度而变化, 色相范围可以在CIE色度图上显示为一条曲线, 这条曲线称作黑体辐射轨迹 (或叫普朗克轨迹) 。当温度上升时, 颜色会从深红色转为橙色、黄色、白色直至最终略带蓝色的白色。大多数自然光源如太阳光、星光和火焰的色彩温度特性都非常接近普朗克轨迹。当一个完全辐射体处于特定温度下, 某些光源的色彩与它的色彩相对应。对于某些特定的应用, 引入色温的概念对这类光源的区分十分方便 (测量单位为开尔文) 。如果被测光源和一个黑体类似, 测量结果会非常精确。因此, 这条轨迹在对白色分类时非常有用, 在灯及显示设备制造领域的应用尤为广泛。当光源的特性与完全辐射体的特征完全吻合时, 色温的概念是适用的。但一般光源发出的光接近但不完全吻合于黑体辐射, 色温概念因此需要被延伸。当要描述一个光源的色温与黑体辐射体的色温的接近程度时, 会用相关色温 (CCT) 来衡量。在色温曲线上引入等温线, 等温线是一些直线, 它表示被测光源的色温与黑体辐射色温在看起来相似时, 它与黑体辐射曲线之间的同色温点上色差, 通常用Δuv来表示, 最大的色差大小Δuv为±0.02。
在摄像和后期制作环节, 对录播现场的舞台灯具颜色评估显得非常重要。当LED灯具进入录制现场成为常用光源时, 灯光师对灯光评价主要通过对色温和显色指数的考量。显色指数是用来表征显色性的数目值, 指物体在被测光源下的颜色与参照光源下物体的颜色符合程度的器量。Ra表示“一般显色指数”。它是指数R1～R8的平均值, 也是显色指数的典型值。R1～R15称为“特殊显色指数”, 一般来说, 光源的显色指数越接近100, 越能显示物体的真实颜色。特殊显色指数R9用以表示光源的饱和红色, 实验表明, 当R9值接近0或为负数时, 表示光源的红色成分缺少, Ra值也相对较低。另一个用以表征颜色的参数是特征波长, 也称主波长。xy色度图中某点的特征波长为连接该点和白点的连线与光谱轨迹的交点处的波长值。光源的主波长对白光LED混色制备和单色LED的比对提供了实际的参数指标。
按现行国家文化部的测试标准WH/T 26-2007的要求, 用于演播室或者节目现场的灯具的一般显色指数Ra值需达到80或85以上, 不同录播场地对灯光的Ra值也有着不同的要求。能够方便、直观、准确地了解光源的照度 (Ev) 、一般显色指数 (Ra) 、色温 (Tc) 三个参数指标, 对灯光师了解现场灯光显得尤为重要。
另一方面, 由于LED发光具有特定的方向性, 而且光谱波峰容易在450nm～500nm之间发生移动, 产品在混光后的效果不稳定, 加上灯具的配光设计材料也会对输出光斑的光色度值产生影响, 有时候会造成光斑照度不均匀和局部的颜色不均匀, 对光斑的平面照度和光色度的测量, 用积分球和大型的测光设备显得并不适合, 便携式的分光辐射照度计或色彩照度计在光斑测量上就可以发挥出很好的优势。
电解原理及其应用的考查技巧 篇11
一、电解的原理
1.电解定义：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
2.能量转化形式：电能转化为化学能。
3.电解池：（1）构成条件：
a.有与电源相连的两个电极。b.电解质溶液（或熔融盐）。c.形成闭合回路。
（2）电极名称及电极反应式（如图1）：
（3）电子和离子移动方向：a.电子：从电源负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。b.离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。
例1图2为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是（ ）。
A.逸出气体的体积，a电极的小于b电极的
B.一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气体
C.a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色
D.a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色
解析SO2-4、OH-移向b极，在b极OH-放电，产生O2，b极附近c（H+）>c（OH-），石蕊溶液变红。Na+、H+移向a极，在a极H+放电产生H2，a极附近c（OH-）>c（H+），石蕊溶液变蓝。所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体。A、B均错。答案：D。
例2用石墨电极电解CuCl2溶液（见图3）。下列分析正确的是（ ）。
A.a端是直流电源的负极
B.通电使CuCl2发生电离
C.阳极上发生的反应：Cu2++2e-Cu
D.通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体
解析A.铜离子应移向阴极，则a为负极；B.CuCl2发生电离是在水分子的作用下完成的，并非通电才能发生；C.反应Cu2++2e-Cu应在阴极上发生，阳极上发生的反应应为2Cl--2e-Cl2↑；D.通电一段时间后，应在阳极附近观察到黄绿色气体。答案：A。
二、电解过程的思维程序
1.分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组（不要忘记水溶液中的H+和OH-）。
2.排出阴、阳两极的放电顺序
阴极：阳离子放电顺序Ag+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Fe2+>Zn2+>H+（水）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
阳极：活性电极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子。
3.分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
例3下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是（ ）。
A.HCl、CuCl2、Ba（OH）2B.NaOH、CuSO4、H2SO4
C.NaOH、H2SO4、Ba（OH）2 D.NaBr、H2SO4、Ba（OH）2
解析电解质溶液电解时只生成氧气和氢气，相当于是电解水，根据电解时离子的放电顺序，当电解强酸、强碱、活泼金属含氧酸盐的溶液时均相当于电解水。答案：C。
例4工业废水中常含有一定量的Cr2O2-7，会对人类及生态系统产生很大损害，电解法是一种行之有效的除去铬的方法之一。该法用Fe作电极电解含Cr2O2-7的酸性废水，最终将铬转化为Cr（OH）3沉淀，达到净化目的。下列有关说法不正确的是（ ）。
A.电解时选用Fe作阳极，石墨棒作阴极
B.阴极附近的沉淀只有Cr（OH）3
C.阳极附近溶液中，发生反应的离子方程式是Cr2O2-7+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O
D.消耗1 mol Cr2O2-7，将有336 g Fe消耗，因此要定期更换铁电极
解析Fe作阳极，反应产生Fe2+，Fe2+与Cr2O2-7发生氧化还原反应，Fe2+被氧化为Fe3+，Cr2O2-7被还原为Cr3+；阴极是H+得到电子，导致阴极附近溶液的碱性增强，Fe3+、Cr3+都会变为Fe（OH）3、Cr（OH）3沉淀，B错误；消耗1 mol Cr2O2-7必消耗6 mol Fe2+，根据Fe守恒将有6 mol Fe消耗，质量为336 g。答案：B。
三、电解原理的应用
1.电解饱和食盐水
（1）电极反应：阳极：2Cl--2e-Cl2↑
阴极：2H2O+2e-H2↑+2OH-
（2）总反应方程式：
2NaCl+2H2O电解2NaOH+H2↑+Cl2↑
（3）应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。
2.电镀
（1）镀件作阴极，镀层金属作阳极。
（2）电解质溶液是含镀层金属阳离子的盐溶液。（3）特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。
3.电解精炼铜
（1）电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。
（2）电解质溶液：含Cu2+的盐溶液。
（3）电极反应：阳极：Zn-2e-Zn2+、Fe-2e-Fe2+、Ni-2e-Ni2+、Cu-2e-Cu2+；阴极：Cu2++2e-Cu。
微知识清单：分析电解下列物质的过程，并总结电解规律（用惰性电极电解）
电解质（水溶液）电极方程式被电解的物质总化学方程式或离子方程式电解质浓度溶液pH电解质溶液复原需加入的物质
含氧酸（如H2SO4）阳极：2H2O-4e-O2↑+4H+
nlc202309041246
阴极：4H++4e-2H2↑水2H2O电解O2↑+2H2↑增大减小加H2O
强碱（如NaOH）阳极：4OH--4e-O2↑+2H2O
阴极：4H2O+4e-2H2↑+4OH-水2H2O电解O2↑+2H2↑增大增大加H2O
活泼金属的含氧酸盐（如KNO3、Na2SO4）阳极：4OH--4e-O2↑+2H2O
阴极：4H2O+4e-2H2↑+4OH-水2H2O电解O2↑+2H2↑增大不变加H2O
无氧酸（如HCl） ，除HF外阳极：2Cl--2e-Cl2↑
阴极：2H++2e-H2↑酸2HCl电解Cl2↑+H2↑减小增大通入HCl气体
不活泼金属的无氧酸盐（如CuCl2），除氟化物外阳极：2Cl--2e-Cl2↑
阴极：Cu2++2e-Cu盐CuCl2电解Cu+Cl2↑减小——加CuCl2
活泼金属的无氧酸盐（如NaCl）阳极：2Cl--2e-Cl2↑
阴极：2H2O+2e-H2↑+2OH-水和盐2Cl-+2H2O电解
Cl2↑+H2↑+2OH-生成新电解质增大通入HCl气体
不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4）阳极：2H2O-4e-O2↑+4H+
阴极：2Cu2++4e-2Cu水和盐2Cu2++2H2O电解2Cu+O2↑+4H+生成新电解质减小加CuO或CuCO3
例5利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是（多选）（ ）。
A.电解时以精铜作阳极
B.电解时阴极发生还原反应
C.粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu Cu2++2e-
D.电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥
解析电解精炼铜时，应该用粗铜作阳极，连接电源的正极，A、C错；电解时阴极上铜离子得电子发生还原反应，B正确；由于Ag、Pt等金属在电极上不能失电子，故沉积到阳极底部，形成阳极泥，D正确。答案：BD。
例6用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，在电解后的电解液中加适量水，能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是（ ）。
A.NaCl B.Na2CO3 C.CuSO4 D.K2S
解析加适量水能使溶液恢复到电解前的浓度，则实际是电解水，故只有B项符合条件。答案：B。
四、电解方程式
1.电解方程式的书写步骤（以用石墨作电极电解CuSO4溶液为例）
第一步：明确溶液中存在哪些离子。阳离子：Cu2+、H+（少量）；阴离子：OH-（少量）、SO2-4。
第二步：判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。阴极：Cu2+>H+；阳极：OH->SO2-4。
第三步：写电极反应式和总的电解方程式。阴极：2Cu2++4e-2Cu；
阳极：2H2O-4e-O2↑+4H+。
根据得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：2CuSO4+2H2O电解2Cu+O2↑+2H2SO4
2.规避电解池中方程式书写的3个易失分点
（1）书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。（2）要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。（3）电解水溶液时，应注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放电。
例7用固体二氧化钛（TiO2）生产海绵钛的装置如图4，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2中的氧离子进入熔盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是
（ ）。
A.当电路中有0.4mol电子通过时，能产生2.24L O2
B.通电后，O2-向阴极移动
C.阴极的电极反应式为：TiO2+4e-Ti+2O2-
D.石墨电极的质量不发生变化
解析该法为电解法炼钛，A项未给气体的状态，不能求气体的体积，错误；通电后，O2-向阳极移动，B项错误；阴极发生还原反应TiO2被还原为Ti，C项正确；石墨电极为阳极，有氧气生成，氧气将石墨氧化为CO、CO2，石墨质量减小，D项错误。答案：C。
例8用惰性电极电解尿素[CO（NH2）2]的碱性溶液制氢，装置如图5所示，电解池中的隔膜仅阻止气体通过。电解时总的化学方程式为：
CO（NH2）2+2OH-通电CO2-3+N2↑+3H2↑
以下说法不正确的是（ ）。
A.a为阳极，b为阴极
B.电解时，溶液中OH-向b极移动
C.阴极反应式：2H2O+2e-H2↑+2OH-
D.电解后，溶液pH减小
解析由电解时总的化学方程式知，氮元素由-3价升高到0，发生氧化反应，在a极区生成，故a为阳极，氢元素由+1价降低到0，发生还原反应，在b极区生成，故b为阴极；电解时，溶液中OH-向阳极移动，B项错误；阴极反应式：2H2O+2e-H2↑+2OH-；电解过程中要不断消耗OH-，故电解后，溶液pH减小。答案：B。
（收稿日期：2014-11-26）
汽车蓝牙技术原理与应用 篇12
汽车系统与蓝牙技术相结合, 将会给汽车的生产和服务带来更大的方便, 如果进一步与移动电话甚至Internet连接起来, 车主即可在任何时间、任何地点都能了解汽车的状况, 并给予必要的控制。蓝牙技术是一种低功耗的无线技术, 成本低, 实现容易, 便于推广。但是, 要在汽车内实现蓝牙技术, 还需要使蓝牙技术与CAN (控制器局域网) 等技术相配合。
1.蓝牙技术的特点
蓝牙技术的实质内容是建立通用的无线通信空中接口及其控制软件的公开标准, 使通信和计算机进一步结合, 使不同厂家生产的仪器、便携式设备, 如车载电话、移动电话、手提电脑等, 在没有电线或电缆连接的情况下, 能在近距离内具有互相通信、相互操作的性能。
蓝牙技术支持“点对点”和“一点对多点”的通信, 其基本网络组成是皮可网 (Piconet) 。通过蓝牙技术连接在一起的所有仪器就是一个皮可网。由于具有蓝牙技术的电子模块尺寸较小, 能够安装在小型电子仪器中, 具备发射器和接收器功能, 一旦具有蓝牙技术的两个仪器相遇, 便会自动建立通信联系, 同时构成皮可网, 此间不需要用户介入。
一个皮可网最多可以为8个活跃的蓝牙技术仪器提供地址, 也可以最多同时排列256个非活跃的蓝牙技术仪器。皮可网中需要有一个核心部件———指令器, 由指令器构造皮可网, 其它的仪器需要与指令器适配同步。只有从指令器得到数据包的仪器才允许做出应答, 这样在构造皮可网时就不会混乱。奥迪A8轿车的电话/电子通信系统控制单元就是蓝牙技术的指令器。
新一代的汽车上将包含更多的通过两个或更多的网络连接起来的微处理器, 其优点是汽车参数可以通过软件个别定制, 并且汽车具有更大程度上的自诊断功能。为了充分利用这些特点, 有必要在汽车系统和生产工具以及服务工具 (用以下载新软件、新参数或上载汽车状态、诊断信息等) 间建立双向通信。这些生产工具在很大程度上是基于计算机技术的, 汽车系统与生产工具之间的连接是通过电缆、直接CAN总线或网关来实现的。
最廉价的方法是通过电缆直接使CAN总线与计算机相连, 但电缆必须很短。根据CAN的标准, 在1Mbit/s下应小于30cm。在实际应用中, 电缆可以再长一点, 但从使用方便性来说还是不够长。在新的设计中, 也使用CAN/USB (通信串行总线) 网关。同时, 因蓝牙技术可在汽车系统与生产工具之间建立无线通信, 所以有很大的优势。表1是USB与蓝牙技术的简要比较。
从表1可以看出, 蓝牙技术的最大优点是无线连接, 它不仅可以用在汽车和生产工具之间, 还可以用在汽车和车主喜好的服务工具之间。蓝牙技术的最大缺点是反应时间慢和安全性较差。蓝牙技术是为任意实体间建立开放连接而开发的, 但对于汽车系统来说, 在大部分情况下是专一连接的。
2.蓝牙技术的关键技术
为了使蓝牙技术在汽车中真正具有吸引力, 必须能够在标准蓝牙MAC层 (Media Access Control-数据链路层) 与用户订制的MAC层之间切换。用户订制的MAC层主要是为了获得更好的实时性, 并简化避免窃听和其它蓝牙站的干涉。主要的时间要求是:以1000～5000bit/s的速度交换CAN信息, 如对10～20bit长的数据包, 需要75～100kbit/s的速率和5～10ms的转换时间。
蓝牙技术工作在全球通用的2.4GHz ISM频段, 其数据传输速率为1Mbit/s。蓝牙技术发射器的发射半径为10m, 在特殊情况下, 通过附加信号放大器可以达到100m。
在蓝牙技术的发展上, 生产商花了很大的气力来保证数据安全, 以防止数据在传输时被窃听和操纵。数据通过一个128Bit长的密码编码, 接收器通过一个128Bit长的密码对其正确性进行检测。所有仪器使用同一个密码, 通过密码, 不同的仪器可以相互识别。密码在每次连接时重新生成。因为作用半径为10m, 也提高了数据的安全性。
3.蓝牙技术在汽车上的应用
1) 蓝牙技术在汽车上的应用场合
蓝牙技术在汽车上服务的场合如下:
(1) 当汽车进入服务站时, 它的蓝牙站与服务站主计算机建立连接, 它和汽车计算机通过蜂窝电话系统交换信息。
(2) 服务站主计算机提醒服务人员分配任务, 同时他的计算机与汽车建立连接, 并下载一些需要的信息。
(3) 服务人员在其计算机上获得必要的工作指示, 当给汽车服务时, 他可以通过计算机控制和调节一些功能, 如车灯、窗户、空气、发动机参数等, 也可以为任何电子控制单元下载最新版本的软件。
前两点是无可争论的, 但汽车制造商喜欢隐藏或控制一些信息, 以致它们不能被未授权者改变。第三点则更具有魅力, 在将来, 汽车可以通过计算机实现远程控制, 将会遇到高实时性和不受干扰的问题。因此, 我们要区分两种模式, 一是连接模式, 二是控制模式。
在连接模式, 平常的蓝牙MAC层应可以很好地工作, 而在停车厂, 蓝牙站的密度会导致一些问题。在控制模式, 蓝牙的MAC层就不是很合适。当建立连接时, 仅需要点到点的连接, 别的服务 (如漫游、临近连接等) 将会产生问题。因控制模式MAC的特性是由汽车制造商确定的, 所以, 必须能从蓝牙MAC层向用户订制的MAC层切换。
蓝牙组织没有必要重新设计当前的MAC层或提供更实时的MAC层, 这可由汽车制造商自己或他们的组织来制定。但是, 为了使在每辆汽车内包含一个蓝牙节点对汽车制造商有更大的吸引力, 应该以用户定制的MAC来暂时替代蓝牙MAC。
2) 汽车中的蓝牙网
在汽车里, 每个车门、前座和操纵轮都有灵活的电缆, 而这些灵活的电缆常常会出现问题。这里, 可以在小范围内采用无线电缆延伸器, 但在CAN网络中, 小范围内实现可靠的位到位无线连接很困难, 因此电缆延伸器应该是网桥而不是简单的转发器。而且, 在小范围内的位到位电缆延伸器需要14个无线单元, 还要求网络间的兼容性, 所以这种体系结构没有吸引力。
另一种方案是用一个节点相连, 仅需8个基站。这样, 利用电缆延伸器可把CAN网分为两个网, 其中一个网络将仅由一个节点组成, 这就解决了高复杂性和高费用的问题。另外, 基站可能与其它蓝牙特性产生兼容问题, 因此应用也可减少, 这就同时降低了硬件价格。汽车中的网络拓扑如图1所示。
3) 蓝牙技术在奥迪A8轿车上的应用
在汽车上实现蓝牙技术, 需要蓝牙技术与汽车原有的CAN总线技术、光纤数据总线技术等相连接。图2为奥迪A8轿车的总线网络示意图。
CAN总线它将各个单一的控制单元以某种形式连接 (多为星形连接) 起来, 形成一个完整的系统。连接各控制单元进行数据传输的是两根缠绕在一起的双绞线, 分别为CAN-High和CAN-Low。
在光纤数据总线MOST (Media Oriented Systems Transport, 多媒体定向系统传输) 技术的环形结构中, 控制单元通过一根光导纤维把数据传送至环形结构中的下一个控制单元, 这个过程一直持续到数据返回至原先传送它们的那个控制单元, 由此形成了一个闭合的环路。MOST总线系统的诊断是借助于数据总线的诊断接口和诊断CAN进行的。
奥迪A8轿车利用电子通信控制单元等实现了蓝牙技术, 不仅能用于打电话, 还可以用来听音乐。在奥迪公司与韩国三星公司合作开发的车载蓝牙音乐系统中, 根据三星公司与奥迪公司达成的技术合作协议, 三星向奥迪A8汽车的收音系统发射数据, 播放MP3。三星与奥迪之间进行音乐传输, 遵循了基于蓝牙技术的“Advanced Audio Distribution Profile”协议, 三星可以实时地通过蓝牙连接方式向奥迪A8轿车发送MP3音乐的数据, 而奥迪A8轿车中内置的蓝牙组件可以将三星通过蓝牙连接发送来的音乐数据实时播放, 实现了手机存储资源和汽车播放资源的同时利用。
很多MP3播放器产品就具有类似的功能。有的MP3产品本身具有FM发射功能, 它可以将其内部的MP3音乐调制成FM发射所需要的信号, 汽车则通过其FM收音系统接收由MP3播放器发送来的FM信号并播放出来。三星提供的服务信号不需要将MP3音乐调制成FM信号, 而是将数据通过蓝牙传输到汽车的相关系统中。
4.汽车蓝牙技术的发展前景
汽车电气系统与蓝牙技术相结合, 给汽车的使用和服务带来了更大的方便, 将皮可网 (Piconet) 与移动电话甚至是Internet连接起来, 车主在任何时间、任何地点都可以了解汽车的状况, 并给予必要的控制;当汽车进入维修服务站时, 汽车的皮可网会与服务站的计算机建立通信, 服务人员可以通过服务站的计算机获得必要的工作指示。在给汽车服务时, 可以通过服务站计算机设置和调整一些参数, 如车灯、发动机、空调系统的参数等, 还可以为汽车任何系统的电控单元下载最新版本的软件。