电解及其应用课件.pptx
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- 电解 及其 应用 课件
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1、13.4 电解及其应用电解及其应用 3.4.1 电解的基本原理电解的基本原理 3.4.2 分解电压分解电压 3.4.3 超电压超电压 3.4.4 电解产物的判断电解产物的判断 3.4.5 电解原理在工程实际中的应用电解原理在工程实际中的应用 23.4.1 电解的基本原理电解的基本原理 电解装置电解装置水溶液水溶液+-阳极阳极阴极阴极电电 解解 池池直流电源直流电源M+X-3 借助于外加直流电源使氧化还原反应得以借助于外加直流电源使氧化还原反应得以实现的过程称为实现的过程称为电解电解(electrolysis)。进行电。进行电解的装置称解的装置称电解池电解池(electrolytic cell)
2、。电解过程电解过程是将电能转变成化学能。是将电能转变成化学能。在电解池内,阳极在电解池内,阳极(anode)与电源正极相与电源正极相连,发生氧化反应;阴极连,发生氧化反应;阴极(cathode)与电源负极与电源负极相连,发生还原反应。相连,发生还原反应。4如电解如电解CuCl2溶溶液:液:阳极反应阳极反应 :2Cl =Cl2+2e-氧化反应氧化反应 阴极反应阴极反应 :Cu2+2e-=Cu 还原反应还原反应 正负离子在电极上得失电子的过程称正负离子在电极上得失电子的过程称 放电放电(discharge)。正负离子在电极上得失电正负离子在电极上得失电子是同时进行的。子是同时进行的。5原电池和电解
3、池比较:原电池和电解池比较:1.原电池是把化学能转成电能的装置;原电池是把化学能转成电能的装置;电解池是把电能转成化学能的装置。电解池是把电能转成化学能的装置。2.氧化反应氧化反应:负极负极(原电池原电池)阳极阳极(电解池电解池)还原反应还原反应:正极正极(原电池原电池)阴极阴极(电解池电解池)3.原电池电子流方向从负极流向正极,原电池电子流方向从负极流向正极,电解池电子流方向:从阳极经电源流向阴电解池电子流方向:从阳极经电源流向阴 极。极。63.4.2 分解电压分解电压AVNaOHPt伏特计电流计R分解电压测定图分解电压测定图电流密度电流密度电压7NaOH溶液溶液+-阳极阳极 e-阴极阴极e
4、-O2H2正极正极负极负极e-e-电电 解解 池池直流电源直流电源8以以Pt为电极电解为电极电解0.1 moldm3 NaOH溶液为例溶液为例 阳极反应:阳极反应:4OH =O2+2H2O+4e-阴极反应:阴极反应:2H+2e-=H2 两极产物两极产物O2和和H2分别吸附在分别吸附在Pt电极上,电极上,组成了氢组成了氢-氧原电池,该原电池的电子流方向氧原电池,该原电池的电子流方向正好与外加电源的电子流方向相反,即形成正好与外加电源的电子流方向相反,即形成了一个与外加电压相反的电动势,称了一个与外加电压相反的电动势,称反向电反向电动势动势(back electromotive force)。9
5、形成的形成的氢氢-氧原电池氧原电池正极反应:正极反应:O2+2H2O+4e-=4OH 负极反应:负极反应:H2 =2H+2e-电动势电动势:E=E(+)-E(-)已知:已知:E(O2/OH)=0.4009V (pO2=100kPa)E(+)=E(O2/OH)=0.4009V+lg =0.46V0.0592V41(0.1)410 E (H+/H2)=0 V (pH2=100kPa)E()=E(H+/H2)=0+lg(1013)2=0.77 V E=E(+)E()=0.46V(0.77V)=1.23 V 0.0592V211 理论计算的反向电动势称理论计算的反向电动势称理论分解电压理论分解电压(t
6、heory decomposition voltage),用用E理分理分表示。表示。使电解反应得以顺利进行的最低电压称使电解反应得以顺利进行的最低电压称实际分解电压实际分解电压(actual decomposition voltage),用用E实实分分表示。表示。实验实验证明:证明:E实分实分 E理分理分12E理分理分和和E实实分分的计算的计算:E理分理分=E阳阳 理理 E阴阴 理理E实实分分=E阳阳 实实 E阴阴 实实13 3.4.3 超电压超电压由由 E实分实分 E理分理分 可知:可知:在阴阳极上析出在阴阳极上析出产物时,实际的电极电势产物时,实际的电极电势(或称析出电势或称析出电势)与与
7、理论电极电势理论电极电势(或称平衡电势或称平衡电势)有偏差。这种有偏差。这种偏差称偏差称电极的极化电极的极化(polarization)。把某一电把某一电流密度下的实际析出电势与平衡电势之差的流密度下的实际析出电势与平衡电势之差的绝对值称为绝对值称为超电势超电势(over potential),用用 表示表示。1.浓差极化浓差极化 2.电化学极化电化学极化14 1.浓差极化浓差极化 阳极还原态放电被氧化,电极附近还原态阳极还原态放电被氧化,电极附近还原态浓度减小,使阳极电极电势增大;浓度减小,使阳极电极电势增大;阴极氧化态放电被还原,电极附近氧化态阴极氧化态放电被还原,电极附近氧化态浓度减小,
8、使阴极电极电势减小。浓度减小,使阴极电极电势减小。两极极化的结果使分解电压增加。两极极化的结果使分解电压增加。这种由浓度差别引起的偏差称这种由浓度差别引起的偏差称浓差极化浓差极化。搅拌和升高温度可减少或消除浓差极化搅拌和升高温度可减少或消除浓差极化。152.电化学极化电化学极化 电化学极化电化学极化是由于电极反应过程中某一步是由于电极反应过程中某一步骤骤(如离子的放电、离子结合为分子、气泡的如离子的放电、离子结合为分子、气泡的形成等形成等)迟缓而引起迟缓而引起电极电势偏离平衡电势的电极电势偏离平衡电势的现象。现象。16以以H+放电为例:放电为例:1、H+(本体溶液本体溶液)H+(电极表面电极表
9、面)2、H+(电极表面电极表面)+e-H(吸附在电极表面吸附在电极表面)3、2H H2(吸附在电极上的氢分子吸附在电极上的氢分子)4、H2 H2(g)(形成氢气离开电极表面形成氢气离开电极表面)第第 三步三步 是最慢的一步,具有较高的活化是最慢的一步,具有较高的活化能,因此能,因此,需要消耗更多的能量。需要消耗更多的能量。扩散扩散17极化的结果:极化的结果:E阳实阳实 =E阳理阳理 +阳阳 (1)E阴实阴实 =E阴理阴理 -阴阴 (2)两电极的超电势之和称两电极的超电势之和称电解池的超电压电解池的超电压E超超 (over voltage)。即即 E超超 =阳阳 +阴阴 (3)(1)-(2)得到
10、得到 E实分实分=E理分理分+阳阳+阴阴 即即 E实分实分=E理分理分+E超超 18电势电势 电势电势 E正理正理 E阳实阳实 E正实正实 阳阳 E阳理阳理 E负实负实 E理分理分 E阴理阴理 E负理负理 阴阴 E阴实阴实 电流电流 电流电流 原电池的极化曲线原电池的极化曲线 电解池的极化曲线电解池的极化曲线 19影响电极超电势的因素:影响电极超电势的因素:1.电解产物不同,超电势不同。金属超电电解产物不同,超电势不同。金属超电势较小,气体超电势较大势较小,气体超电势较大,尤其尤其O2和和H2 ;2.电极电极材料不同,超电势不同;电极材料材料不同,超电势不同;电极材料相同,而材料表面不同,超电
11、势也不同;相同,而材料表面不同,超电势也不同;3.电流密度大,超电势大;电流密度大,超电势大;4.温度越高,超电势越小。温度越高,超电势越小。20例题例题:298K下,将下,将Ag插在插在0.1mol dm-3 AgNO3 溶液中,溶液中,Cu插在插在1.0 mol dm-3 CuSO4溶液中,组成原电池。溶液中,组成原电池。(1)写出原电池符号;写出原电池符号;(2)计算原电池电动势计算原电池电动势E;(3)用此原电池做电源,电解用此原电池做电源,电解0.01 mol dm-3 的的NaOH溶液,溶液,Pt为电极,计算说明有无为电极,计算说明有无 H2或或O2生成?生成?所需数据自行查表。所
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