第九章 电解与极化作用
电解与极化教程课件
contents
目录
• 电解基本概念 • 极化现象 • 电解过程 • 极化过程 • 电解与极化的关系
01
电解基本概念
电解定义
电解是指在直流电的作用下，在电解质溶液中阳离子移向阴极，阴离子移向阳极， 发生氧化还原反应的过程。
电解是一种电化学过程，通过施加外部电流，使电解质溶液中的离子定向移动并 在电极上发生氧化还原反应。在电解过程中，阳离子向阴极移动，并在阴极上获 得电子发生还原反应；阴离子向阳极移动，并在阳极上失去电子发生氧化反应。
感谢观看
电解过程原理
电解过程原理基于法拉第定律和 电流电势差，当电流通过电解质 溶液时，溶液中的离子在电极上
发生氧化还原反应。
阳极上发生氧化反应，阴极上发 生还原反应，通过控制电流和电 压可以控制电解反应的速率和产
物。
电解过程中，离子的迁移和电荷 传递是关键步骤，影响电解效率。
电解过程应用
金属的电解精炼
根据空间分布的不同，极化可以分为 空间电荷极化和空间电场极化等类型。
按电场作用时间分类
根据电场作用时间的长短，极化可以 分为瞬时极化、静态极化和动态极化 等类型。
极化应用
01
02
03
介质材料
利用材料的极化特性，可 以制造各种介质材料，如 电容器、绝缘材料、微波 介质等。
传感器
利用材料的极化特性，可 以制造各种传感器，如电 容式传感器、电感式传感 器等。
电解在工业上用于制备金属、处理废水、生产化工产品等。在能源领域，电解可用于水分解制氢、燃 料电池发电等。在环保领域，电解可用于废水处理和重金属的回收。此外，电解还在电镀、食品工业 等领域有广泛应用。
02
极化现象
南京大学《物理化学》考试 第九章 电解与极化作用
第九章电解与极化作用物化试卷(一)1. 当电池的电压小于它的开路电动势时，则表示电池在：(A) 放电 (B) 充电(C) 没有工作 (D) 交替地充放电2. 当发生极化现象时，两电极的电极电势将发生如下变化：(A)φ(平，阳)＞ φ(阳) ； φ(平，阴)＞φ(阴)(B) φ(平，阳)＜ φ(阳) ； φ(平，阴)＞ φ(阴)(C) φ(平，阳)＜ φ(阳) ； φ(平，阴)＜ φ(阴)(D) φ(平，阳)＞ φ(阳) ； φ(平，阴)＜ φ(阴)3. 极谱分析仪所用的测量阴极属于下列哪一种？(A) 浓差极化电极 (B) 电化学极化电极(C) 难极化电极 (D) 理想可逆电极4. 极谱分析中加入大量惰性电解质的目的是：(A) 增加溶液电导 (B) 固定离子强度(C) 消除迁移电流 (D) 上述几种都是5. 极谱分析的基本原理是根据滴汞电极的(A) 电阻 (B) 浓差极化的形成(C) 汞齐的形成 (D) 活化超电势6. 电解金属盐的水溶液时, 在阴极上 ：(A) 还原电势愈正的粒子愈容易析出(B) 还原电势与其超电势之代数和愈正的粒子愈容易析出(C) 还原电势愈负的粒子愈容易析出(D) 还原电势与其超电势之和愈负的粒子愈容易析出7. 用铜电极电解 CuCl2的水溶液，在阳极上会发生：(A) 析出氧气 (B) 析出氯气(C) 析出铜 (D) 铜电极溶解8. 25℃时, H2在锌上的超电势为 0.7 V，φ(Zn2+/Zn) = -0.763 V，电解一含有 Zn2+(a=0.01) 的溶液，为了不使H2析出，溶液的 pH值至少应控制在(A) pH > 2.06 (B) pH > 2.72(C) pH > 7.10 (D) pH > 8.029. 通电于含有相同浓度的Fe2+, Ca2+, Zn2+, Cu2+的电解质溶液, 已知φ(Fe2+/ Fe) = -0.440 V ，φ(Ca2+/ Ca) = -2.866 V,φ(Zn2+/ Zn) = -0.7628 V ，φ(Cu2+/ Cu) = 0.337 V 当不考虑超电势时, 在电极上金属析出的次序是 ：(A) Cu → Fe → Zn → Ca (B) Ca → Zn → Fe → Cu(C) Ca → Fe → Zn → Cu (D) Ca → Cu → Zn → Fe10. 一贮水铁箱上被腐蚀了一个洞，今用一金属片焊接在洞外面以堵漏，为了延长铁 箱的寿命，选用哪种金属片为好？(A) 铜片 (B) 铁片(C) 镀锡铁片 (D) 锌片11. 在还原性酸性溶液中, Zn的腐蚀速度较Fe为小, 其原因是：(A) φ(Zn2+/Zn)(平) < φ(Fe2+/Fe)(平)(B) φ (Zn2+/Zn) < φ(Fe2+/Fe)(C) φ (H+/H2)(平,Zn) < φ(H+/H2)(平, Fe)(D)φ (H+/H2)(Zn) < φ (H+/H2)(Fe)12. 将铅蓄电池在 10.0 A 电流下充电 1.5 h，则 PbSO4分解的量为：（Mr(PbSO4)= 303）(A) 0.1696 kg (B) 0.0848 kg(C) 0.3392 kg (D) 0.3564 kg13. 铅蓄电池负极反应的交换电流密度，比正极反应的交换电流密度约小两个数量级, 这表明 ：(A) 负极反应的恢复平衡的速率大, 容易出现极化(B) 正极反应的恢复平衡的速率大, 容易出现极化(C) 负极反应的恢复平衡的速率小, 容易出现极化(D) 正极反应的恢复平衡的速率小, 容易出现极化14. 298 K、0.1 mol·dm-3的 HCl 溶液中，氢电极的热力学电势为-0.06 V，电解此溶液 时，氢在铜电极上的析出电势φ(H2) 为：(A) 大于 -0.06 V (B) 等于 -0.06 V(C) 小于 -0.06 V (D) 不能判定15. j 代表电池的电流密度，j0代表电极的交换电流密度，以下关系式中哪个反映了 常用参比电极的工作特性？(A) │j│>> j0 (B) │j│<< j0(C) │j│= j0≠0 (D) │j│= j0= 016. Tafel公式 η =a+blgj 的适用范围是 ：(A) 仅限于氢超电势(B) 仅限于j ≈ 0, 电极电势稍有偏差的情况(C) 仅限于阴极超电势, 可以是析出氢, 也可以是其他(D) 可以是阴极超电势, 也可以是阳极超电势17. 298K，101.325 kPa 下，以 1 A 的电流电解 CuSO4溶液，析出0.1 mol 铜，需时间 大约是：(A) 20.2 h (B) 5.4 h(C) 2.7 h (D) 1.5 h18. 电解时, 在阳极上首先发生氧化作用而放电的是：(A) 标准还原电势最大者(B) 标准还原电势最小者(C) 考虑极化后，实际上的不可逆还原电势最大者(D) 考虑极化后，实际上的不可逆还原电势最小者19. 金属活性排在H2之前的金属离子, 如Na+ 能优先于H+在汞阴极上析出, 这是由于：(A) φ(Na+/Na) < φ(H+/H2)(B)η(Na) < η(H2)(C) φ (Na+/Na) < φ(H+/H2)( D) H2在汞上析出有很大的超电势, 以至于φ(Na+/Na) >φ(H+/H2)20. 下列对铁表面防腐方法中属于"电化保护"的是：(A) 表面喷漆 (B) 电镀(C) Fe表面上镶嵌Zn块 (D) 加缓蚀剂。
09-电解与极化作用答案
九、电解与极化作用答案九、电解与极化作用答案一、选择题( 共26 题)1. 1 分(4802) (A)2. 2 分(4803) (C)3. 1 分(4855) (B)4. 2 分(4857) (C)5. 2 分(4861) (A)6. 2 分(4863) (B)7. 2 分(4869) (C) 8. 1 分(4870) (D) 9. 1 分(4871) (B) 10. 2 分(4889) (B) 11. 2 分(4910) (A) 12. 2 分(4946) (D) 13. 2 分(4921) (B) 14. 2 分(4924) (B) 15. 1 分(4931) (D) 16. 2 分(4932) (B) 17. 2 分(4940) (A) 18. 2 分(4946) (D) 19. 2 分(4947) (A) 20. 2 分(4948) (D)21. 2 分(5102) (D) 22. 2 分(5105) (D) 23. 1 分(5106) (C)24. 2 分(5154) (B) 25. 2 分(5165) (B) 26. 2 分(5166) (C)二、填空题( 共27题)1. 2 分(4801)[答] Pb│H2SO4(m) ；PbO2│H2SO4(m) ；Pb│H2SO4(m) ；PbO2│H2SO4(m)2. 2 分(4807)[答] j = nFr3. 2 分(4815)[答] 电解质虽然不同, 但电极上发生的反应一致, 都是电解水。
4. 2 分(4816)[答] E分解=E可逆+η阴+η阳+IR；增加5. 5 分(4851)[答] 电流密度；电极电位偏离平衡电位或静止电位；浓差极化，电化学极化，有电流通过时，电极电位对平衡电位的偏离。
6. 2 分(4858)[答] 正，负，负，正7. 2 分(4859)[答] 增加；减少8. 5 分(4860)[答] (1) 1.9 V ；0.5 V (3分)(2) 高(2分) 9. 2 分(4866)[答] 低超压；高超压(各1分) 10. 2 分(4867)[答] 电子的电流密度是j e/e, 因每个电子携带电量大小为e, 则：（1）4.94×1015 cm-2·s-1 (1分)(2) 1.56×1016 cm-2·s-1 (0.5分)(3) 3.12×107 cm-2·s-1(0.5分) 11. 5 分(4868)[答] j = j e{exp(-αη F/RT)-exp([1-α ]η F/RT)}.(1)0.31mA·cm-2(2分)(2) 5.41mA·cm-2(2分)(3) 1.39×1042mA·cm-2(1分)- 902 -九、电解与极化作用 答案- 903 -12. 2 分 (4884)[答] 极谱分析的滴汞电极, 铅蓄电池的充电, 氯碱工业, 电镀杂质的分离等. 13. 2 分 (4888)[答] 提供电流, 使研究电极极化; 测量研究电极的超电势值。
电解与极化作用
第九章 电解与极化作用前边讨论的电池与电极都是可逆的，那么应用能斯特公式来处理电化学体系时，它的前提就是该体系必须是处于热力学平衡态，但是对于一些现实的电化学过程来说一般都是不可逆过程，因此应用Nernst 公式研究电化学问题就具有很大的局限性。
事实上当原电池或电解池，只要有电流通过，就有极化作用发生，该过程就是不可逆过程。
研究不可逆电极反应及其规律性对电化学工业是十分重要的,所以我们要讨论不可逆电极过程。
在这一部分除了讨论电解池中的极化作用外，还要简单介绍一些电解在工业上的应用上及金属的防腐和化学电源等。
§9-1 电极的极化1、不可逆条件下的电极电势一个不可逆电池所具备的条件有两个：①电池反应在充电与放电时互为逆反应；②通过电池的电流I →0，即没有电流通过电池。
显然组成可逆电池的两个电极都是可逆电极，那么可逆电极的电极反应都是在可逆的条件下发生的。
这时电极所具有的电势就称为可逆电极电势。
可逆电极电势对许多电化学和热力学问题的解决是相当重要的。
但是在实践当中许多电化学过程，如进行电解和使用化学电源做电功时，并不是在可逆情况下进行的，也就是说要有电流通过电池或电解池，此时的电极反应就是不可逆的了，不可逆电极的电极电势用“I ϕ”表示，当然这个电极电势与可逆电极的电极电势r ϕ是不相同的，那么我们就把电极在有限电流通过时所表现的电极电位I ϕ与可逆电极电势产生偏差的现象叫做电极的极化。
偏差的大小（绝对值），称为“过电势”。
用“η”表示，||r I ηϕϕ=-，对于原电池，在可逆放电时，两电极的端电压是最大的，这个端电压就是电动势E ，它等于两个可逆电极的电位差。
()()()()r r r r E ϕϕϕϕ=-=-正阳阴负在不可逆条件下进行放电，两电极的端电压用E I 表示，它一定要小于原电池的电动势E ，E I ＜E ，E I =E-△E其电动势的降低主要是由于两个因素引起的，当有电流通过时， ①电池具有一定的内阻R 的消耗电位降IR ；②不可逆条件电极要产生极化，也会造成电动势下降，所以不可逆电池两电极的电位差通常就叫端电压。
最新南大物化PPT09章电解与极化作用
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/1/12
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。
09章_电解与极化作用
9.3 电解时电极上的反应
阳极上的反应 电解时阳极上发生氧化反应。发生 氧化的物质通常有：（1）阴离子，如 Cl,OH 等， （2）阳极本身发生氧化。
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。
(A|
Az )
分解电压的测定
电解池中进行的反应为
()2H (a H) 2e H2( pH2 ) ()2Cl (aCl ) Cl 2( pCl2 ) 2e 原电池中进行的反应为
()H2( pH2 ) 2H (a H) 2e
()Cl
2(
pCl2
)
2e
2Cl
(A|
Az )
RT zF
ln aAz
阳
例题
298K，以石墨为阳极，电解0.01mol·kg-1的NaCl溶液，
已知
Cl2，Cl
=1.36V，Cl2
=0V，O 2，OH
0.401V,O2
0.8V,
判断阳极上首先析出何种物质。
例题
阳极可能发生的反应 2Cl (a) Cl2 (p ) 2e
显然分解电压的数值会随着通入电流强度的增加而增加。
9.2 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可逆电极电势 （可逆）。
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可逆电势值的偏离也愈来愈大， 这种对平衡电势的偏离称为电极的极化。
(a Cl
)
分解电压的测定
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
电解与极化教程课件
在离子传递过程中，离子从溶 液中传递到电极表面，同时伴 随着离子的迁移和浓度的变化 。
04
电解与极化的应用
电解的应用
电解在工业上的应用
电解广泛用于金属的冶炼、电镀、电解精炼等工业生产中 。通过电解，可以将金属从化合物中还原出来，或者将粗 金属提纯为高纯度的金属。
电解在环保领域的应用
电解技术也可用于处理废水、废气等环境污染物。通过电 解，可以将有毒有害物质分解为无害或低害物质，实现环 保目的。
03
电解技术可用于处理工业废水、重金属离子等，为环保领域提
供新的解决方案。
极化技术的发展趋势
新型极化材料的研发
01
研究具有高稳定性、高导电性的新型极化材料，提高
极化效率。
极化技术在传感器和执行器中的应用
02 拓展极化技术在传感器和执行器领域的应用，如电致
伸缩材料、电致变色材料等。
极化技术与信息技术的结合
电解与极化教程 课件
目录
• 电解与极化概述 • 电解过程 • 极化过程 • 电解与极化的应用 • 电解与极化的实验研究 • 电解与极化的未来发展
01
电解与极化概述
电解的定义与原理
定义
电解是指在电流通过电解质溶液或熔 融电解质时，在电场的作用下发生氧 化还原反应的过程。
原理
电解过程中，电解质溶液中的阴阳离 子在电场的作用下分别向两极移动， 并在电极上发生氧化还原反应，从而 产生电流。
通过控制电极的极化行为，可以提高电解效率 、减少副反应和节约能源，对于工业生产具有 重要的意义。
02
电解过程
电解质的分类
离子导体
电解质中的离子在电场作用下能够定向移动，如食盐、硫酸等。
电子导体
电解与极化作用
阳极，r： Zn ir：Zn
Zn2+＋2eZn2+＋2e-
带电程度不同，ir 时Zn上多余正电荷 ∴ ir,阳>r,阳
由此可见：
(1) 电化学极化的原因：当I≠0时，电极上的电化学反
小结： 1. 当外加电压小于分解电压时，形成的反电动势与外加电压对 抗，电流很小 2. 在达到分解电压时，电解产物的浓度达到最大，氢气和氯气 压力达到大气压力而逸出，此时的反电动势最大Emax 3. 再继续增加外加电压E外，电流就直线上升，电流I=(E外-Emax)/R 4. 当外加电压等于分解电压时，两极的电极电势就是氢气和氯气 的析出电势
例如：只有控制溶液的pH，利用氢气的析出有超电 势，才能使得镀Zn、Sn、Ni、Cr等工艺成为现实。
氢气在几种电极上的超 电势图。可见在石墨和 汞等材料上，超电势很 大，而在金属铂，特别 是镀了铂黑的铂电极上， 超电势很小，所以标准 氢电极中的铂电极要镀 上铂黑。
影响超电势的因素：电 极材料，电极表面状态， 电流密度，温度，电解 质性质，浓度以及溶液 中杂质等
Tafel公式的理论解释
H+的放电机理 (1) H+从本体溶液扩散到电极附近 (2) H+从电极附近的溶液中移到电极上 (3) H+在电极上发生电化学反应放电---电化学步骤 (a) H+ + Me + e- ----Me-H Volmer反应 或 H2O + Me + e- ----Me-H + OH(b) H+ + Me – H + e- ----Me + H2 Heyrovsky反应 (4) 吸附在电极上的H原子化合为H2 Me – H + Me-H ---- 2Me + H2 Tafel反应（复合脱附步骤） (5) H2从电极上扩散到溶液内或形成气泡逸出
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第九章电解与极化作用
返回上一页
1. 在298 K时,用Pb(s)电极来电解H2SO4溶液(0.1 mol/kg,γ±=0.265),若在电解过程中,把Pb阴极与另一摩尔甘汞电极相连组成原电池,测得其电动势
E=1.0685 V.试求H2(g)在Pb电极上的超电势(只考虑H2SO4的一级电离).已知
(甘汞)=0.2802 V.
2. 在锌电极上析出氢气的塔菲尔公式为η=0.72+0.116lgj 在298K时,用Zn(s)作阴极,惰性物质作阳极,电解浓度为0.1 mol/kg的ZnSO4溶液,设溶液pH为7.0,若要使H2(g)不和锌同时析出应控制在什么条件?
3. 在298 K时,当电流密度为0.1 A·cm-2时, H2(g)和O2(g)在Ag(s)电极上
的超电势分别为0.87和0.98 V.今用Ag(s)电极插入0.01 mol/kg的NaOH溶液中进行电解,问在该条件下在两个银电极上首先发生什么反应?此时外加电压为
多少?(设活度系数为1)
4. 在298K,标准压力时,某混合溶液中,CuSO4浓度为0.50 mol/kg, H2SO4浓
度为0.01 mol/kg,用铂电极进行电解,首先Cu(s)沉积到Pt电极上.若H2(g)在
Cu(s)上的超电势为0.23V,问当外加电压增加到有H2(g)在电极上析出时,溶液中所余Cu2+的浓度为多少?(设活度系数均为1, H2SO4作一级电离处理)
5. 在298K,标准压力时,以Pt为阴极,C(石墨)为阳极,电解含CdCl2(0.01
mol/kg)和CuCl2(0.02 mol/kg)的水溶液.若电解过程中超电势可忽略不计,试问: (活度系数均为1)
(1) 何种金属先在阴极析出.
(2) 第二种金属析出时,至少须加多少电压?
(3) 第三种金属析出时,第一种金属离子在溶液中的浓度为若干?
(4) 事实上在O2(g)在石墨上是有超电势的.设超电势为0.6 V,则阳极上首先发生什么反应?
6. 在298K, 压力时,用Fe(s)为阴极, C(石墨)为阳极,电解6.0 mol/kg的
NaCl水溶液,若H2(g)在铁阴极上的超电势为0.20 V, O2(g)在石墨阳极上的超电势为0.60 V,Cl2(g)的超电势可忽略不计,试说明两极上首先发生的反应及计算至少须加多少外加电压,电解才能进行?(设活度系数均为1)
7. 在298K, 压力时,电解一含 Zn2+溶液,希望当Zn2+浓度降至1×
mol/kg时,仍不会有H2(g)析出,试问溶液的pH值应控制在多少为好?已知H2(g)在Zn(s)上的超电势为0.72 V,并设此值与浓度无关.
8. 在298K,压力时,用电解沉积法分离Cd2+,Zn2+混合溶液,已知Cd2+,Zn2+
的浓度均为0.10 mol/kg (设活度系数均为1), H2(g)在Cd(s)和Zn(s)上的超电势分别为0.48和0.70 V,设电解液的pH保持为7.0.试问:
(1) 阴极上首先析出的是何种金属?
(2) 第二种金属析出时第一种析出的离子的残留浓度是多少?
(3) 氢气是否有可能析出而影响分离效果?
9. 在298K, 压力时,电解含有
Ag+(a Ag+=0.05),Fe2+(a Fe2+=0.01),Cd2+(a Cd2+=0.001),Ni2+(a Ni2+=0.1)和
H+(a H+=0.001,并设a H+不随电解的进行而变化)的混合溶液,又已知H2(g) 在Ag,Ni,Fe和Cd上的超电势分别为0.20,0.24,0.18和0.30 V.当外加电压从零开始逐渐增加时,试用计算说明在阴极上析出物质的顺序.
10. 在298K,原始浓度Ag+为0.1 mol/kg和CN-为0.25 mol/kg的溶液中形成了配离子Ag(CN)2-,其离解常数Ka=3.8×.试计算在该溶液中Ag+的浓度和
Ag(s)的析出电势. 设活度系数均为1。
11. 欲从镀银废液中回收金属银,废液AgNO3的浓度为 1×mol/kg,还含有少量的Cu2+.今以银为阴极,石墨为阳极用电解法回收银,要求银的回收率达99%.试问阴极电位应控制在什么范围内?
Cu2+的浓度应低于多少才不致使Cu(s)和Ag(s)同时析出?(设所有的活度系数均为1)
12. 工业上目前电解食盐水制造NaOH的反应为
2NaCl + 2H2O ＝2NaOH + H2(g) +Cl2(g) (1)
有人提出改进方法,改造电解池的结构,使电解食盐水的总反应为 2NaCl + 2H2O + 1/2O2(空气)＝ 2NaOH +Cl2(g) (2)
(1) 分别写出两种电池总反应的阴极和阳极反应.
(2) 计算在298 K时,两种反应的理论分解电压为各多少?设活度系数均为1,溶液pH=14.
(3) 计算改进方法在理论上可节约多少电能?(用百分数表示)
13. 某一溶液中含KCl,KBr和KI的浓度均为0.1 mol/kg. 今将该溶液放入带有Pt电极的素烧瓷杯内,将杯再放在带有Zn(s)电极和大量0.1 mol/kg的ZnCl2溶液的较大器皿中,若略去液接电势和极化影响,
试求298K时下列各情况所须施加的外加电压最少为若干?设活度系数均为1.
(1) 析出99%的碘.
(2) 析出Br2至Br-浓度为1×mol/kg.
(3) 析出Cl2至Cl-浓度为1× mol/kg.
14. 以Ni(s)为电极,KOH水溶液为电解质的可逆氢,氧燃料电池在298K和压力下稳定的连续工作,试回答下述问题:
(1) 写出该电池的表达式,电极反应和电池反应.
(2) 求一个100 W(1W=3.6 kJ*h-1)的电池,每分钟需要供给298K, 压力的H2(g)多少体积?
已知该电池反应的=－236k J/mol(每mol H2(g))
(3) 该电池的电动势为多少?。