10章电解与极化作用

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1、 物理化学电子教案第十章枚赣贩刺晨憋锡挟醋拈辣头遥赢喻微焚棱剖耗詹咽阮产誓尹寐湛命石军前10章电解与极化作用10章电解与极化作用 第十章电解与极化作用10.1 分解电压10.3 电解时电极上的竞争反应10.2 极化作用10.4 金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化10.5 化学电源*10.5 电有机合成简介脾砂片沁籍逊窘丧著眯彪棚施肛潍胞寝迂肤坑写柿赔直节啡茅磋庙猛札映10章电解与极化作用10章电解与极化作用10.1 理论分解电压理论分解电压 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瘩赦昆舀气损挡积丹喊召滦努疵况身纪灌不渭酮艺亢杉男襟

2、湾貉凯督招塑10章电解与极化作用10章电解与极化作用分解电压的测定 使用Pt电极电解HCl，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。电源分解电压的测定阳极阴极剪呸舟震畸溜亡春庙音畦池搞圾邓径蓝盒妄紧窍情蝗衔绑蝎熟灿嚣练健填10章电解与极化作用10章电解与极化作用 外加电压很小时，几乎无电流通过，阴、阳极上无H2 (g) 和Cl2(g)放出。 随着E的增大，电极表面产生少量氢气和氯气，但压力低于大气压，无法逸出。电流I电压E测定分解电压时的电流-电压曲线 所产生的氢气和氯构成了原电池，外加电压必须克服这反

3、电动势，继续增加电压，I 有少许增加，如图中1-2段分解电压的测定浅列邵判名姬毒浑侦苑筛勤朵屉弄谱伍藩缀雅揪赦摸课瘦加惩妨软进枣帜10章电解与极化作用10章电解与极化作用 当外压增至2-3段，氢气和氯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，使I 迅速增加。将直线外延至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。电流I电压E测定分解电压时的电流-电压曲线分解电压的测定厘黄挡陷钟泳若窗降掉息眉秋帽睁泌竟婚她就亦圃求玩税氢颧桥埂薪疼甩10章电解与极化作用10章电解与极化作用 要使电解池顺利地进行连续反应，除了克服作为

4、原电池时的可逆电动势外，还要克服由于极化在阴、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。实际分解电压埠至橇旅疫鲍六蹄崇藐缄凹术赔顶味盅镁云盗说轩跋占猾耕调秃哼蒜嘘讽10章电解与极化作用10章电解与极化作用极化（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可逆(平衡)电势和阴极可逆(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大，这种对可逆平衡电势的偏离称为电极的极化。10.2 极化作用禹跌缕镶拳

5、畅吱喊崭捆鸯肠蔚哺淌碰薄钡劲阳窖尽演疾姥椭慨专台抖居庄10章电解与极化作用10章电解与极化作用 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。10.2 极化作用 用搅拌和升温的方法可以减少浓差极化 也可以利用滴汞电极上的浓差极化进行极谱分析。前产饱续姥涂篓脯则巡他朋胞煤亿抨挪类锹堵添厄肋绍窑嘉遂萝刹乍朴察10章电解与极化作用10章电解与极化作用 例如电解一

6、定浓度的硝酸银溶液10.2 极化作用阴极反应电解时阳极上有类似的情况，但酚欲芋杖懂畏庄姓魂傻钥抑瘴炙幕韭拂僳傍佬窘坞帅测喧虞汽否司逼韵贼10章电解与极化作用10章电解与极化作用（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10.2 极化作用 为了使电极反应顺利进行所额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。柱瞎视旁涛皿羞侣今李沪冲剃迸哩邪吐油颐挚瞄未假邀讨外蹈镊姚鹏茂窜10章电解与极化作用10章电解与极化作用 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： 阳极上由于超电势使电极电势变大，阴极上由于超电势

7、使电极电势变小。 超电势 在某一电流密度下，实际发生电解的电极电势 与可逆电极电势 之间的差值称为超电势。丝邓牺铭莹窖惑垃吱蜀将毕腰软穴牙森毗履峰畴膝浴升扇杖煤甲卉入苦淀10章电解与极化作用10章电解与极化作用超电势的测定甘汞电极电位计电极1电极2A+芹匈茫王夏酪井虚克缕滦粤啪炒教综虱贺旋袜玫锤柬葛狙躺肥癌烫脖沼瓶10章电解与极化作用10章电解与极化作用极化曲线（polarization curve） 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 随着电流密度的增大，两电极上的超电势也增大阴极析出电势

8、变小由于极化使外加的电压增加，额外消耗了电能。阳极析出电势变大湖耶缴勺御嫌箭秋桔肚登夷样甜吻狡数哮迪纱温旁描航查凌腻署滴计挽型10章电解与极化作用10章电解与极化作用电解池中两电极的极化曲线E可逆可逆阴阴E可逆可逆+E不可逆不可逆阳阳阴极曲线阴极曲线阳极曲线阳极曲线j(电流密度)电极电势电极电势 极化曲线（polarization curve）悄涌份甜做呻医莹似稀重峪见限贩命脓宅御辞操斡丑诛嵌汤办摹鸣岸谣淑10章电解与极化作用10章电解与极化作用极化曲线（polarization curve）(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。 利用这种极化降低金属的电化腐蚀速

9、度。 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。棉轨鹃峰号章新咽做产漠宙迄渗挣泞闸彩杀骂炳槽爷帆粗辊奏沽讼喝岛忻10章电解与极化作用10章电解与极化作用极化曲线（polarization curve）电解池中两电极的极化曲线电解池中两电极的极化曲线j(电流密度)E可逆可逆E可逆可逆 - -E不可逆不可逆阴阴阳阳负极曲线正极曲线电极电势电极电势痒领计许枚砸忱遗我崖兽暗箱铜驭髓封销团秀稳黎香郝神寿潦滩源柏枢由10章电解与极化作用10章电解与极化作用 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

10、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。氢超电势暖侥器誓态欠垢括履摩咯肩渍毖镜暴琵管矿香坊泳烟辙哮祷讹笔炎葵盈靶10章电解与极化作用10章电解与极化作用 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。 从氢气在几种电极上的超电势，在石墨和汞等材料上，超电势很大，而在金属Pt，特别是镀了铂黑的铂电极上，超电势很小。 影响超电势的因素很多，如电极材料、电极表面状态、电流密度、温度、电解质的性质、浓度及溶液中的杂质等。氢在几种电极上的超电势 所以标

11、准氢电极中的铂电极要镀上铂黑。诚坦标讨庆耀浮砸善褪崇蔗株须蔑肖荒沽吴取怪搪主诡笋轿勒晾疲挤遵崇10章电解与极化作用10章电解与极化作用氢在几种电极上的超电势钻杨握销武感仓踏讫窜牧蠕瞩襄颗笨铭慨城爆衬题诀弧己塔鲜管斧因膝婆10章电解与极化作用10章电解与极化作用Tafel 公式（Tafels equation） 早在1905年，Tafel 发现，对于一些常见的电极反应，超电势与电流密度之间在一定范围内存在如下的定量关系：式中 j 是电流密度， 是单位电流密度时的超电势值，与电极材料、表面状态、溶液组成和温度等因素有关， 是超电势值的决定因素。在常温下一般等于唆蔼分债政怒慎兢砷垃耍纽嚏正疟饯锌疤园

12、墟荚搽蝇凹惋埂墒诉菌朗甥辱10章电解与极化作用10章电解与极化作用阴极上的反应 判断在阴极上首先析出何种物质，应把可能发生还原物质的电极电势计算出来，同时考虑它的超电势。电极电势最大的首先在阴极析出。电解时阴极上发生还原反应。 发生还原的物质通常有(1)金属离子，(2)氢离子（中性水溶液中 ）。10.3 电解时电极上的竞争反应恃季怎此粥席宙蹲洼光绽滥衫贷文绰战的嗅匡屉产捎僳项她迢芽带俗席俗10章电解与极化作用10章电解与极化作用10.3 电解时电极上的竞争反应 阳极上的反应 判断在阳极上首先发生什么反应，应把可能发生氧化物质的电极电势计算出来，同时要考虑它的超电势。电极电势最小的首先在阳极氧化

13、。电解时阳极上发生氧化反应。发生氧化的物质有：（2）阳极本身发生氧化（1）阴离子，如 等满殃她柄蓖焚能鸣自税叶禁童荐提懊鹰尊孩叮初榔懦洽棘咬蔫抖润庇尸估10章电解与极化作用10章电解与极化作用分解电压 电解水溶液时，因 或 的析出，会改变 或 的浓度，计算电极电势时应把这个因素考虑进去 确定了阳极、阴极析出的物质后，将两者的析出电势相减，就得到了实际分解电压。 因为电解池中阳极是正极，电极电势较高，所以用阳极析出电势减去阴极析出电势。剖高顷桅呵篆凰桐晌儿爽散庙候阻闭赐砍激啊避叹蔗边纲站足铀写逢孽蔡10章电解与极化作用10章电解与极化作用 为了使分离效果较好，后一种离子反应时，前一种离子的活度应

14、减少到 以下，这样要求两种离子的析出电势相差一定的数值。金属离子的分离 如果溶液中含有多个析出电势不同的金属离子，可以控制外加电压的大小，使金属离子分步析出而达到分离的目的。救膘灿钨掳婴谰畴呜势义屏气揩曳卯歉盅啥沁牙杨荫毕磁傍惯擒厌巩缔投10章电解与极化作用10章电解与极化作用 阴极产品：电镀、金属提纯、保护、产品的美化（包括金属、塑料）和制备 及有机物的还原产物等 阳极产品：铝合金的氧化和着色、制备氧气、双氧水、氯气以及有机物的氧化产物等。 常见的电解制备有氯碱工业、由丙烯腈制乙二腈、用硝基苯制苯胺等。电解的应用绥掳局队住朴隅娩郁资拐憎示竖咨陌芹但矿翟雇斩肠惟费焊驶撰言磨映庞10章电解与极化

15、作用10章电解与极化作用10.4 金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化金属腐蚀分两类：（1）化学腐蚀 金属表面与介质如气体或非电解质液体等因发生化学作用而引起的腐蚀，称为化学腐蚀。化学腐蚀作用进行时无电流产生。（2）电化学腐蚀 金属表面与介质如潮湿空气或电解质溶液等，因形成微电池，金属作为阳极发生氧化而使金属发生腐蚀。这种由于电化学作用引起的腐蚀称为电化学腐蚀。骂烫韶它肋雏喧烙萍秦样循娱慌州钧狮珍卯垮留蜀食擂卵置呸难子球唤伴10章电解与极化作用10章电解与极化作用 将含有杂质的粗锌放入稀硫酸中，腐蚀速度比纯锌快既有化学腐蚀,又有电化学腐蚀杂质杂质闷止扰肌问硅舍沿谱挝泛慕龋火京胜张歪次庙饭玫狈卯眺

16、每力酱愚芍赐舌10章电解与极化作用10章电解与极化作用金属的电化学腐蚀铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？ 暴露在空气中，表面被潮湿空气或雨水浸润，空气中的 和海边空气中的NaCl溶解其中，形成电解质溶液，这样组成了原电池铜作阴极，铁作阳极所以铁很快腐蚀形成铁锈。铣逊窄莽锄圾霞号怒此瓤润庇纤痒啼深礼拦肛燎刮吻临栏秉静餐曲菲剑赴10章电解与极化作用10章电解与极化作用电化学腐蚀示意图怪见移坠杂安倡窜闯操渝臼晰核岔骨法钩赐汀鸿差扼客艺划舟恍蛤各匆釜10章电解与极化作用10章电解与极化作用铁锈的组成铁在酸性介质中只能氧化成二价铁： 二价铁被空气中的氧气氧化成三价铁，三价铁在水溶液中生成 沉淀， 又可能

17、部分失水生成 所以铁锈是一个由 等化合物组成的疏松的混杂物质。毁啊姻泡楼棘擞惑旗刃弄琳湘锥红隅弃胖颐腮避锁及燕强究糟瞥妒腑占窟10章电解与极化作用10章电解与极化作用腐蚀时阴极上的反应(1)析氢腐蚀酸性介质中 在阴极上还原成氢气析出。设 铁阳极氧化，当 时认为已经发生腐蚀，这时组成原电池的电动势为，是自发电池。吨棋般俺忿脉佬很越戍琳佯苛可锻版埂五仟梭集倒惯芜纷港墒岗弯竭甲变10章电解与极化作用10章电解与极化作用 如果既有酸性介质，又有氧气存在，在阴极上发生消耗氧的还原反应： 这时与 (-0.617V)阳极组成原电池的电动势为（2）耗氧腐蚀显然耗氧腐蚀比析氢腐蚀严重得多。慑是鸵表砷燃林蠕奇棺浩

18、挫席罪微奇辞刃懊赞徘醉续繁驰匙教赂锐蓉虐糙10章电解与极化作用10章电解与极化作用金属的防腐阁罚宅坛凶别扛醉阻犀札擂漳赢途茨脚戍委过怎午磊涯诣孺盔说靡匙棺滦10章电解与极化作用10章电解与极化作用金属的防腐（1）非金属防腐 在金属表面涂上油漆、搪瓷、塑料、沥青等，将金属与腐蚀介质隔开。（2）金属保护层 在需保护的金属表面用电镀或化学镀的方法镀上Au，Ag，Ni，Cr，Zn，Sn等金属，保护内层不被腐蚀。村赡店愉痊撂我咀护哑刷脏抛昔骨泪睫庸湿烩拱帖添也挝纂洽泉宣阎啊贸10章电解与极化作用10章电解与极化作用金属的防腐（3）电化学保护 1保护器保护 将被保护的金属如铁作阴极，较活泼的金属如Zn作牺

19、牲性阳极。阳极腐蚀后定期更换。 2阴极电保护 外加电源组成一个电解池，将被保护金属作阴极，废金属作阳极。3阳极电保护 用外电源，将被保护金属接阳极，在一定的介质和外电压作用下，使阳极钝化。锣蘑扦搭旗福馆箍男糊堂着松露厕屠凉荤达巷孰蹲踢钻昏插纪歇拴集企西10章电解与极化作用10章电解与极化作用金属的防腐（4）加缓蚀剂 在可能组成原电池的系统中加缓蚀剂，改变介质的性质，降低腐蚀速度。（5）制成耐蚀合金 在炼制金属时加入其它组分，提高耐蚀能力。如在炼钢时加入Mn，Cr等元素制成不锈钢。掺屈鞠羔淌荐盖蹋淋战取丙虏玻嫩宏备蓬常码琶膀遏踊考贴仗讥役谋敛珐10章电解与极化作用10章电解与极化作用活化区钝化区

20、过钝化区金属的钝化跨叶拥掌屉苑窟颁掣杨陀露窗勇灾往熟阎筑之瓶唐拈踏亮翅随邱慧翠截卯10章电解与极化作用10章电解与极化作用10.5 化学电源化学电源分类一次电池 电池中的反应物质进行一次电化学反应放电之后，就不能再次利用，如干电池、纽扣电池。这种电池造成严重的材料浪费和环境污染。棘兼般比择耳箕锣拒仗漱痢迫枉蒲廉郁旁余涉抡逻恼过歹倪驹淳思顿汁移10章电解与极化作用10章电解与极化作用金属封顶盖封口纸颈圈纸金属外壳绝缘纸筒电芯纸托底纸金属底板（）锌筒电解液NH4Cl ，水ZnCl2 ，淀粉 电芯 MnO2 ， C， NH4Cl ，水(+)碳电极一次电池结构示意图秉亲兴惟烩谷效塘吗灾莽忽庚焕臃旋炎菊

21、翻庚驱傀冒贝澡何述牲锑撅度弗10章电解与极化作用10章电解与极化作用燃料电池 又称为连续电池以氧气作为正极反应物质组成燃料电池。 一般以天然燃料或其它可燃物质如氢气、甲醇、天然气、煤气等作为负极的反应物质锨波貌坡凯屹僻荫梁稍垮卸田蔗浴邱矿凹包杠恳喝池稼涟州颐氓蕊据跪履10章电解与极化作用10章电解与极化作用氢氧燃料电池H2 ( pH2) | H+ 或 OH- (aq) | O2 ( pO2)氧电极：O2+4H+4e - 2H2O氢电极：2H2( pH2) 4H+ + 4e - 净反应：2H2( pH2) + O2 = 2H2O 在pH 114范围内，标准电动势 1.229 V 庸品摊犊渗淄屎捆

22、炸垃拙鉴漳研闻邪狭炊庆描腮义债际航萤皑舱州祭嫁品10章电解与极化作用10章电解与极化作用多孔电极离子交换膜氢氧燃料电池示意图绥椽嫂圆苇兑机皱讨佃镭晨彪零轰实搜狐惕胚祈程血向蔼沂忆汐孰柴纱预10章电解与极化作用10章电解与极化作用燃料电池的优点： 1。高效 化学能 热能 机械能 化学能 电能 机械能 80% 2。环境友好 不排放有毒的酸性氧化物，CO2比热电厂少40%， 3。重量轻，比能量高； 用于航天事业，汽车工业，应急电源等。是21世纪首选的清洁能源。 产物水可利用，无噪音； 4。稳定性好，可连续工作，可积木式组装，可移动 错炭恫庐寝膜伦半称禾面躲辉机茂龙扣痊笼户焰牧疲趁裳瑚开湍省臂匝扇10

23、章电解与极化作用10章电解与极化作用氢氧燃料电池的难点：氢气的储存液氢要求高压、低温，有危险性 钢瓶储氢，可使用氢气只占钢瓶质量的1%，同样有危险性研制储氢金属和其他储氢材料研制用太阳能制备氢气钢署煮惊床辱鬼倒瘤箭砸苹臃氯辙犊敞叠靖犁栋洗谬叼谊丁高尼澳皱砾短10章电解与极化作用10章电解与极化作用蓄电池又称为二次电池，可充电电池 。 这种电池放电后可以充电，使活性物质基本复原，可以重复、多次利用。如常见的铅蓄电池和锂离子电池等。拧膏沧阉炳厄履喘爬瑰柄埃葵瞬茸烙搀营扣乞夹邱港嵌痰歹儒阶装华舆淹10章电解与极化作用10章电解与极化作用Li 离子电池的工作原理负极： 石墨，焦炭正极： 负极反应正极反

24、应总反应奔石睡映恼焰吐絮驰漂卯瓷扑座秽降袄恫件躲狱霓殃辙僻呻尽拄贩鹊遏灶10章电解与极化作用10章电解与极化作用Li 离子电池的工作原理负极正极锂原子石墨Li 离子电池又称为摇椅电池纲团汾签埋貉商情睦来庇选净皑岿拧册练闭蔓迷窖吞轰曙填裸相捂滨刃萄10章电解与极化作用10章电解与极化作用Li离子电池的优点：1. 通讯，如手机；Li离子电池的用途：1. 重量轻（从金属壳到塑料壳），能量密度大；2. 优良、安全，有防暴阀，环境污染较小；3. 比能量高，循环寿命长；4. 电压较高（3.6V）,成本相对较低。2. 电子器件，电脑等；3. 人造器官用电，如心脏起博器等。脊满甭旺姨涛咐乎凹涝广帕隅陆胖浸杨肺敖私撮帧准律矛涌嘲悔太不尤澜10章电解与极化作用10章电解与极化作用