《电解与极化作用》word版

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1、物理化学讲稿第十章电解与极化作用第十章电解与极化作用一、本章主要内容§10.1分解电压§10.2极化作用§10.3电解时电极上的反应§10.4金属的电化学腐蚀与防腐§10.5化学电源二、本章重点与难点1、分解电压的概念。2、极化作用。3、电解时电极上的反应。4、金属的电化学腐蚀与防腐。5、化学电源。三、教学目的1、掌握电化动力学的一般原理；2、掌握电化学的基本理论和技能，为后续专业课的学习奠定坚实的理论基础。四、教学要求1、了解分解电压的意义。2、了解产生极化的原因，了解氢超电势在电解中的作用。3、

2、能计算一些简单的电解分离问题。4、了解金属腐蚀的原因和各种防腐的方法。5、了解化学电源的类型及应用。五、授课时数8学时用Nernst方程式处理电化学体系时，都有一个前提，即该体系需处于热力学平衡态。所以用Nernst方程研究的问题具有很大的局限性。一切实际的电化学过程都是不可逆过程。对不可逆电极过程进行的研究，无论是在理论上或实际应用中，都有非常重要的意义。因为要使电化学反应以一定的速度进行，无论是原电池的放电或是电解过程，在体系中总是有显著的电流通过。因此，这些过程总是在远离平衡的状态下进行的。研

3、究不可逆电极反应及其规律对电化学工业有着十分重要的意义。因为它直接涉及工艺流程、能量消耗、原料消耗等因素。本章我们将讨论电解过程中在电极上进行的不可逆反应，从中得出不可逆电极过程的一些规律，将它们应用于电镀、电化学腐蚀、化学电源等方面。第14页喀什师范学院生环系精品课程物理化学讲稿第十章电解与极化作用§10.1分解电压一、理论分解电压图10.1分解电压的测定装置使某电解质溶液能连续不断发生电解反应时所必须外加的最小电压称为理论分解电压。理论分解电压在数值上等于该电解池作为可逆电池时的可逆电动势：E（

4、理论分解电压）＝E（可逆）二、分解电压的测定若外加一电压在一个电池上，逐渐增加电压，使电池中的化学反应发生逆转，这就是电解。当直流电通过电解质溶液时，正离子向阴极迁移，负离子向阳极迁移，并分别在电极上起还原和氧化反应，从而获得还原产物和氧化产物。实验表明，对任一电解槽进行电解时，随着外加电压的改变，通过该电解槽的电流亦随之变化。例如，使用两个铂电极电解HCl溶液时，使用图10.1的线路装置，改变可变电阻，记录电压表和电流表的读数，则可以测量电解槽两端电位差与电流强度的关系曲线。图10.2测定分解电压

5、时的电流-电压曲线开始时，当外加电压很小，几乎没有电流通过电解槽；增加电压，电流略有增加。此时，还没有H2和Cl2生成，它们的压力几乎为零。稍稍增大外压，电极表面上产生了少量的H2和Cl2，压力虽小，但却构成了一个原电池（自发地进行如下反应）：(-)H2(p)→2H+(aH+)+2e-(+)Cl2(g)+2e-→2Cl-(aCl-)当电流增加到某一点后，电流随电压增大而急剧上升，同时电极上有连续的气泡逸出。在两电极上的反应可表示如下：阴极2H+(aH+)+2e.→H2(g,p)阳极2Cl-.(aCl

6、-)→Cl2(g,p)+2e当电极上有气泡逸出时，H2和Cl2的压力等于大气压力。此时，电极上进行的反应的方向正好与电解所进行的反应的方向相反。它产生了一个与外加电压方向相反的反电动势Eb。由于电极上的产物H2和Cl2扩散到溶液中了，需要通过极微小的电流使电极产物得到补充。继续增大外加电压，电极上就有H2和Cl2继续产生并向溶液中扩散，因而电流也有少许增加，相当于图10.2中I-E曲线上的1-2段。此时由于pH2和pCl2不断增加，对应于外加电压的反电动势也不断增加，直至气体压力增至等于外界大气压力

7、时，电极上就开始有气泡逸出，此时反电动势Eb达到最大值Eb,max将不再继续增加。若继续增加外加电压只增加溶液中的电位降(E外-Eb,max)＝IR，从而使电流剧增，即相当于I-E曲线中2-3第14页喀什师范学院生环系精品课程物理化学讲稿第十章电解与极化作用段的直线部分。将直线部分外延到I＝0处所得的电压就是Eb,max，这是使某电解液能连续不断发生电解时所必须的最小外加电压，称为电解液的分解电压。从理论上讲Eb,max应等于原电池的E(可逆)，但实际上Eb,max却大于E(可逆)。这是由两方面的原

8、因引起的。一是由于电解液、导线和接触点都有一定的电阻，欲使电流通过必须用一部分电压来克服IR电位降，这相当于把I2R的电转化为热。二是由于实际电解时在两个电极上进行的不可逆电极过程所引起，即要使正离子在阴极析出，外加的阴极电势一定要比可逆电极电势更负一些，使负离子在阳极析出，外加的阳极电势一定要比可逆电势更正一些。我们把由于电流通过电极时，电极电势偏离可逆电极电势的现象称为极化现象。电极反应和电解产物不一样，分解电压也有差异。小结：我们把使某种电解质开始电解反应时所必