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时间:2020-11-06
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1、硫酸锰溶液的电解---电解机理[导读] 电解二氧化锰阴、阳极电化学过程的机理比较复杂,其总反应为 MnSO4+2H2O===MnO2+H2SO4+H2 (1) 1)阴极过程 电解二氧化锰一般采用碳棒或紫铜管作用阴极。在负电极化下,主要发生析氢反应。 2H++2e-===H2(g) (2) 当PH2=100Pa,φ25=0-0.0591pH;φ100=0-0.071pH 即温度由25℃上升至100℃析氢反应(2)的析出电势随着pH值的增
2、加而变负。 鉴于前人对于高离子强度酸性复杂硫酸溶液中(特别当高温情况下)离子平均活度系数尚无数据,钟竹前、梅光贵拟以浓度代替活度计算高浓度酸性硫酸盐pH值,并导出了一个近似计算式,并进行了计算:10pHθ10-pH+{1+10pHθ[(SO42-)T-(H+)T]}·10-pH-[H+]T=0 (3)式中 (SO42-)T——溶液中SO42-组分的总浓度,mol/L (H+)T——浓液中H+组分的总浓度,mol/L. pHθ——SO42-+H+=HSO4-反应的标准[(SO42-)=(HSO42-)]平衡pH值。计算所得各温度的pHθ值如下:温度/℃25406080100pHθ1.912.
3、0932.42.7383.091 根据(3)式计算得到: (1)在固定[SO42-]T=2.3mol/L温度25~100℃情况下各[H+]T时的pH值见图1。 (2)在固定[H+]T=0.4mol/L和温度25~100℃情况下各[SO42-]T时的pH值,见图2。 从图1和图2可清楚看出,随着[SO-4]T的增加,特别是温度的升高,溶液中的pH值增大。而溶液中pH值的增大,对电解中的阳极电流效率提高将显示重大的作用。 2)阳极过程 电解二氧化锰目前均采用Ti玻纹板或Ti-Mn合金涂层为阳极,从钟竹前、梅光贵制作的Ti-H2O系φ-pH图(图3)可以看出,在阳极的氧化条件
4、下,Ti表面生成TiO2,从而呈现出不溶钝化状态。 Ti-H2O系φ-pH图的有关反应式如下: Ti2++2e-===Ti (1) φθ25=-1.628 Ti3++e-===Ti2+ (2) φθ25=-0.3686 TiO+2H+===Ti2++H2O (3) pHθ25==5.451 T
5、iO+2H++2e-===Ti+H2O (4) φ25=-1.3059-0.0591pH Ti2O3+2H++2e-===2Ti+H2O+O2 (5) φ25=-1.2027-0.0591pH Ti2O3+6H++2e-===2Ti2++3H2O (6) φ25=-0.5171-0.1183pH TiO2+4H++2e-===Ti2++2H2O (7)
6、 φ25=-0.5171-0.1183pH TiO2+4H++e-===Ti3++2H2O (8) φ25=-0.6657-0.2365pH 2TiO2+2H++2e-===Ti2O3+H2O (9) φ25=-0.4714-0.0591pH 钛作为阳极具有优异的机械性能和耐腐蚀性能,密度小,强度高,并且有较好的可加工性,易于成型。然而,钛作为电解过程中的阳极使用时,很易产生钝他现象,钝化后导电性能严重下降。 钛在电化学序中处于铁和锌之间,是热力学上很活泼的金属,
7、其标准平衡电极电势为-1.63V,但是钛表面极易生成保护性的氧化膜(钝化膜),因而其实际电极电势远远地偏向正值,这种具有高电阻的钝化膜使钛具有很优良的而腐蚀性能。在钛作为阳极时,由于阳极电流的致钝作用,使钛表面的钝化膜不断增厚,使电解过程的槽电压急剧上升电耗增加,直至电解过程无法继续进行。围绕着如何避免钛阳极钝化,并且提高其应用时的电流密度,以期降低电耗,提高生产率,各国研究者们提出了许多解决方案
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