钛阳极基础知识ppt课件.ppt

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1、钛阳极基础知识电化学基础理论知识电化学应用的研究主要涉及电能与化学能和其他能量形式的转化过程,我们一定要明确关于电能的一些概念。1.库仑:若导线中载有1安培的稳恒电流[1],则在1秒内通过导线横截面积的电量为1库仑库仑是电量单位,库仑不是国际单位制基本单位,而是国际单位制导出单位。1库仑=1安培·秒。为纪念法国物理学家C.A.de库仑而命名。简称库,用C表示,用基本单位表示的关系式为秒·安培(s·A)定义如下:  1A电流在1s内输运的电量,即1C=1A·s。在电化学研究中发现,1库仑相当于用AgNO3溶液电解生成1.0008g的银所需要的能量。

2、库仑定律:在真空中两个静止的点电荷q1及q2之间的相互作用力的大小和q1q2的乘积成正比,和它们之间的距离r的平方成反比,作用力的方向沿着它们的连线,同号电荷相斥,异号电荷相吸引。2.法拉第法拉第定律又叫电解定律,是电镀过程遵循的基本定律。它又分为两个子定律,即法拉第第一定律和法拉第第二定律。(1)法拉第第一定律法拉第的研究表明,在电解过程中,阴极上还原物质析出的量与所通过的电流强度和通电时间成正比。(2)法拉第第二定律电解过程中,通过的电量相同,所析出或溶解出的不同物质的物质的量相同。也可以表述为:电解lmol的物质,所需用的电量都是l个“法拉

3、第”(F),等于96500C或者26.8A•h。1F=26.8A•h=96500C电解及电解原理电解:将直流电通过电解质溶液或溶体,将电能转化为化学能。使电解质在电极上发生化学反应,以制备所需产品的反应过程。电解过程必须具备电解质、电解槽、直流电供给系统、分析控制系统和对产品的分离回收装置。电解过程应当尽可能采用较低成本的原料,提高反应的选择性,减少副产物的生成,缩短生产工序,便于产品的回收和净化。电解过程已广泛用于有色金属冶炼、工业污水处理、阴极保护、离子水机、卫生消毒、电解有机合成、氯碱和无机盐生产等化学工业。原理:电解质中的离子常处于无秩序

4、的运动中,通直流电后,离子作定向运动。阳离子向阴极移动,在阴极得到电子,被还原;阴离子向阳极移动,在阳极失去电子,被氧化。在水电解过程中,OH-在阳极失去电子,被氧化成氧气放出;H+在阴极得到电子,被还原成氢气放出。所得到的氧气和氢气,即为水电解过程的产品。电解时,在电极上析出的产物与电解质溶液之间形成电池,其电动势在数值上等于电解质的理论电解电压。此理论电解电压可由能斯脱方程计算:式中E0为标准电极电位(V);R为气体常数,等于8.314J/(K·mol);T为温度(K);n为电极反应中得失电子数;F为法拉第常数,等于96500C/mol;α1

5、、α2分别为还原态和氧化态物质的活度。整个电解过程的理论电解电压为两个电极理论电解电压之差。在水溶液电解时,究竟是电解质电离的正负离子还是水电离的H+和OH-离子在电极上放电,需视在该电解条件下的实际电解电压的高低而定。实际电解电压为理论电解电压与超电压之和。影响超电压的因素很多,有电极材料和电极间距、电解液温度、浓度、pH等。例如:在氯碱生产过程中,浓的食盐水溶液用碳电极电解时,阴极上放出氢气,同时产生氢氧化钠,阳极放出氯气;稀的食盐水溶液电解时,阴极放出氢气,同时产生氢氧化钠,阳极放出氧气,同时产生盐酸。电解类型和影响电解的因素电解方式:按电

6、解质状态可分为水溶液电解和熔融盐电解两大类。①水溶液电解:主要有电解水制取氢气和氧气;电解氯化钠(钾)水溶液制氢氧化钠(钾)和氯气、氢气;电解氧化法制各种氧化剂,如过氧化氢、氯酸盐、高氯酸盐、高锰酸盐、过硫酸盐等;电解还原法如丙烯腈电解制己二腈;湿法电解制金属如锌、镉、铬、锰、镍、钴等;湿法电解精制金属如铜、银、金、铂等。此外,电镀、电抛光、阳极氧化等都是通过水溶液电解来实现的。②熔融盐电解:主要包括:金属冶炼,如铝、镁、钙、钠、钾、锂、铍等;金属精制,如铝、钍等;此外,还有将熔融氟化钠电解制取元素氟等。影响因素:判断电解过程优劣的主要标准是单位

7、产品电耗,其高低取决于电解过程的电流效率和电压效率。①电流效率单位产品的理论耗电量与实际耗电量之比。理论耗电量可用法拉第定律计算:此式表明,电解时析出的物质量q与析出物质的原子量m、电流强度I及电解时间t成正比,而与电解过程中得失电子数n及法拉第常数F成反比。在正常情况下电流效率比较高。②电压效率电解时电解质的理论电解电压与实际电解电压之比。后者即是电解槽的槽电压。槽电压是理论电解电压、超电压和输电导体电压损失之和。影响槽电压大小的因素很多,除前述影响超电压的因素外,还有导线与电极之间的接触电压、隔膜材料、电解槽结构、电流密度等。槽电压通常远大于

8、理论电解电压,导致电压效率很低。因此,降低超电压和输电导体的电压损失是提高电压效率的关键。多年来,人们围绕这一问题进行了多方面的研究,不

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