物理化学电子教案第十章

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1、物理化学电子教案—第十章2021/7/18第十章电解与极化作用§10.1分解电压§10.2极化作用§10.3电解时电极上的竞争反应§10.4金属的电化学腐蚀与防腐§10.5化学电源2021/7/18§10.1分解电压三.实际分解电压一.分解电压的测定二.理论分解电压2021/7/18一.分解电压的测定使用Pt电极电解H2O，加入中性盐用来导电，实验装置如图所示。逐渐增加外加电压，由安培计G和伏特计V分别测定线路中的电流强度I和电压E，画出I-E曲线。2021/7/18一.分解电压的测定外加电压很小时，几乎无电流通过，阴、阳极上无H2气和氧气放出。随着E的增大，电极表面产生少量氢气和氧气

2、，但压力低于大气压，无法逸出。所产生的氢气和氧气构成了原电池，外加电压必须克服这反电动势，继续增加电压，I有少许增加，如图中1-2段。2021/7/18一.分解电压的测定当外压增至2-3段，氢气和氧气的压力等于大气压力，呈气泡逸出，反电动势达极大值Eb,max。再增加电压，会使I迅速增加。将此段直线外延至I=0处，得E(分解)值，这是使电解池不断工作所必需外加的最小电压，称为分解电压。2021/7/18二.理论分解电压使某电解质溶液能连续不断发生电解时所必须外加的最小电压，在数值上等于该电解池作为可逆电池时的可逆电动势理论分解电压2021/7/18三.实际分解电压要使电解池顺利地进行连

3、续反应，除了克服作为原电池时的可逆电动势外，还要克服由于极化作用而在阴、阳极上产生的超电势和，以及克服电池电阻所产生的电位降。这三者的加和就称为实际分解电压。显然分解电压的数值会随着通入电流强度的增加而增加。2021/7/18§10.2极化作用一.极化作用及其分类二.超电势三.极化曲线四.极化曲线的测定五.氢气在几种电极上的超电势六.Tafel公式2021/7/18一.极化作用及其分类极化（polarization）当电极上无电流通过时，电极处于平衡状态，这时的电极电势分别称为阳极平衡电势和阴极平衡电势。在有电流通过时，随着电极上电流密度的增加，电极实际分解电势值对平衡值的偏离也愈来愈

4、大，这种对平衡电势的偏离称为电极的极化。2021/7/18一.极化作用及其分类根据极化产生的不同原因，通常把极化大致分为两类：浓差极化和电化学极化。（1）浓差极化在电解过程中，电极附近某离子浓度由于电极反应而发生变化，本体溶液中离子扩散的速度又赶不上弥补这个变化，就导致电极附近溶液的浓度与本体溶液间有一个浓度梯度，这种浓度差别引起的电极电势的改变称为浓差极化。用搅拌和升温的方法可以减少浓差极化，但也可以利用滴汞电极上的浓差极化进行极谱分析。2021/7/18一.极化作用及其分类（2）电化学极化电极反应总是分若干步进行，若其中一步反应速率较慢，需要较高的活化能，为了使电极反应顺利进行所额

5、外施加的电压称为电化学超电势（亦称为活化超电势），这种极化现象称为电化学极化。2021/7/18二.超电势（overpotential）在某一电流密度下，实际发生电解的电极电势E(不可逆)与平衡电极电势之间的差值称为超电势。超电势由极化作用引起。为了使超电势都是正值，把阴极超电势和阳极超电势分别定义为：规律：阳极上由于超电势使电极电势变大，阴极上由于超电势使电极电势变小。2021/7/18三.极化曲线（polarizationcurve）超电势或电极电势与电流密度之间的关系曲线称为极化曲线，极化曲线的形状和变化规律反映了电化学过程的动力学特征。(1)电解池中两电极的极化曲线随着电流密度

6、的增大，两电极上的超电势也增大，阳极析出电势变大，阴极析出电势变小，使外加的电压增加，额外消耗了电能。2021/7/18三.极化曲线（polarizationcurve）(2)原电池中两电极的极化曲线原电池中，负极是阳极，正极是阴极。随着电流密度的增加，阳极析出电势变大，阴极析出电势变小。由于极化，使原电池的作功能力下降。为了使电极的极化减小，必须供给电极以适当的反应物质，由于此物质较容易在电极上反应，可以使极化减小或限制在一定程度内，这种作用称为去极化作用，外加的物质叫做去极化剂。2021/7/18四.极化曲线的测定按图示的装置一般只能测定阴极极化曲线。若测定阳极极化曲线则需使用恒电

7、位仪与三电极配合。2021/7/18五.氢气在几种电极上的超电势电解质溶液通常用水作溶剂，在电解过程中，在阴极会与金属离子竞争还原。利用氢在电极上的超电势，可以使比氢活泼的金属先在阴极析出，这在电镀工业上是很重要的。例如，只有控制溶液的pH，利用氢气的析出有超电势，才使得镀Zn，Sn，Ni，Cr等工艺成为现实。2021/7/18五.氢气在几种电极上的超电势金属在电极上析出时超电势很小，通常可忽略不计。而气体，特别是氢气和氧气，超电势值较大。氢气