电解与极化教程
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10-电解与极化作用
阳，析出 阳，可逆 阳
3、极化曲线的测定
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。
+
测定超电势的装置
如右图所示：
A
电极1为待测电极，
测定分解电压时的电流-电压曲线
二、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
动势达极大值 Eb,max。
电
E外 Eb,max IR
流 I
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。
（2）电化学极化
以铜电极为例： 电极反应进行缓慢
作为阴极：则由外电源输入阴 极的电子来不及消耗，即溶液 中Cu2+不能马上与电极上的电 子结合，变成Cu，结果使阴极 表面积累了多于平衡状态的电 子，导致电极电势比平衡电极 电势更小。
-
- 电源 +
e-
+
e-
Cu
Cu
CuSO4
电解池
作为阳极：类似的，作为阳极时，会使阳极表面的电 子数目小于平衡状态的电子，导致电极电势比平衡电 极电势更大。
Ag ,Ag
-
RT F
ln
1 c,e
c,e c0
阴，不可逆 阴，可逆
c'
扩散层
在浓度梯度作用下(ce’ < c0)Ag+向 电极表面的迁移
阴极浓差极化的结果是阴极电极电势比可逆时变小。
（1）浓差极化
阳极： Ag Ag＋+e ， v扩<v反，c0 < ce`
电解与极化教程课件
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
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
10章_电解和极化作用2-PPT课件
例：298K时，如以Pt为电极电解CuSO4溶液，浓
度为1mol/kg，所组成的原电池为：
Cu ( s ) CuSO ( 1 mol / kg ) O ( g ) Pt ( s ) 4 2
设电解质的活度系数均等于1，并已知氧在铂电
0 . 34 V 极上的电极电势为1.70V， 2 ( Cu Cu )
继续下降，然后降至第三种离子的电极电势，以此类 推。 因此，可以利用这个性质，对多种金属进行分离。
例如：电解液中含有浓度为1mol/kg的Ag+ ,Cu2+
和Cd2+，因为，
所以Ag优先析出， Ag Cu Cd
然后是Cu，最后是Cd。依据这一原理，可以控制外
加电压，依次将金属分离。但是要达到金属分离的目
所以，极化作用会使阳极电势变大，阴极电势 变小。
对于电解池来说，若外加电压，当大于分解
电压时，则在电极上发生电极反应（阴极反应和
阳极反应），所以当电解池的电压施加一定值时，
则凡是能满足大于分解电压的反应都能进行。因
此，讨论电解时所能发生的电极反应对电解及电
镀工业具有重要意义。
★§10.3 电解时电极上的竞争反应
1.对于阴极反应，随着金属的析出，金属离子浓 度不断下降，电极电势不断下降。
另外，在电镀工业中，若加入Cu2+（1mol/kg）， 要使电镀完毕时，Cu2+为0.1mol/kg，则如何控制电 压？
( Cu , 1 mol / kg ) 0 . 337 ( V )E 阳 0 . 3 ( Cu , 0 . 1 mol / kg ) 0 . 307 ( V )E 阳 0 . 3
若在电解池中：
10第十章 电解与极化作用07jgPPT课件
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2020/7/16
极化原因主要有三种:
(a) 浓差极化 当有限电流通过电极时,由于离子扩散的迟缓性
导致电极表面与本体溶液离子浓度的差异,从而使电 极电势偏离可逆电极电势的现象称为浓差极化.
(b) 电化学极化
当有限电流通过电极时,由于电化学反应的迟缓 性导致电极表面带电程度不同,而使电极电势偏离可 逆电极电势的现象称为电化学极化.
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。
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2020/7/16
引言
二、讨论内容：
1、电极过程规律 不可逆电极过程规律------电极极化
2、电极过程应用 ： 电解在工业上的应用
金属的电化学腐蚀与防腐 化学电源
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2020/7/16
阳 析 , 出阳 可 , 逆阳 阴 析 , 出阴 可 , 逆阴
(c) 电阻极化 电极表面生成氧化膜或其它物质,而产生电势降
IR(不具有普遍意义).
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2020/7/16
10.2 极化作用
极化结果: 阳极极化: 电极电势向正向移动, 不可正值增大. 阴极极化: 电极电势向负向移动, 不可负值增大. 不可也称为析出电势
就个别电极而言:
实验表明, 无论是酸还是碱溶液其分解电压都 是1.7V, 因产物都是H2和O2, 而H2和O2构成电池的 电动势都是1.23V, 可见, H2和O2在Pt电极上有相当 大的极化现象.
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2020/7/16
10.2 极化作用
电极的极化现象
物理化学课件6.3章电解与极化作用
实验材料
电解槽、电极、电源、电解质溶液等。
电解实验的设计与操作
实验步骤 1. 准备实验材料，配置电解质溶液。
2. 将电极插入电解槽中，连接电源。
电解实验的设计与操作
3. 观察并记录电极反应现象，测量电流和电压。 4. 分析实验数据，得出结论。
极化作用的实验研究方法
实验目的
通过实验研究，探究极化作用对电极反应的影响，理解极化作用的原理。
电解分离与提纯
总结词
电解分离和提纯是利用电解的原理将混 合物中的不同组分进行分离或提纯的方 法。
VS
详细描述
电解分离是通过电解过程中不同物质在电 极上的吸附、氧化还原反应等特性差异实 现分离。电解提纯则是利用电解过程将杂 质去除，实现物质的纯化。
05 极化作用的应用
电化学反应器
电解槽
利用电解原理进行物质转 化的设备，如氯碱工业中 的隔膜电解槽和电解水制 氢装置。
详细描述
电镀是将金属离子在电场作用下还原成金属并沉积在阴极表面，用于表面防护和装饰。电冶金则是利 用电解过程提取金属，从矿石或盐类等原料中分离和提纯金属。
电解制取气体
总结词
电解水是制取氢气和氧气的常用 方法，具有清洁、高效的特点。
详细描述
通过电解水可以将水分子分解成 氢气和氧气，分别在阴极和阳极 析出。电解水制取的气体可用于 燃料电池、医疗、潜水等领域。
电极反应的极化曲线
极化曲线是描述电极电势与电流密度之间关系的曲线，可以用来研究电极反应的动 力学过程和机理。
在极化曲线上，可以根据电流密度的大小来判断电极反应的速率快慢，以及电极电 势偏离可逆电势的程度。
通过测量不同温度下的极化曲线，可以研究电极反应的热力学性质和动力学过程。
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
第六章(3) 电解和极化
第六章 电化学
（三）极化作用
分解电压
极化现象：电极电势不同于平衡电极电势的现象。 1.分解电压的测定
操作：调节滑动变阻器滑片由左至右，外加电压
由零开始逐渐增大。 现象：外加电压很小时，几乎无电流通过,电压增 加，电流略有增加。电压增到某一数值后， 电流随电压直线上升，同时两极出现气泡。 I 2. 分解电压的定义
-3
阳极： H 2 g 2 H 2e
阴极：2 H 1 2 O2 g 2e H 2O 电池反应：H g 1 2 O g H Ol 2 2 2
分解电压
电池电动势因与电解过程外加电压方向相反而称为反电动势，其最大值称 为理论分解电压。 3.电解过程分析： E(外加)<E(分解)：E反= -E外加，而电解产物的扩散作用使其在两极的浓度减少, 电极上仍有微小电流通过，电解产物不断增多。 E(外加)=E(分解)：电解产物的浓度达到最大值，气体压力达到大气压力而呈气
J/A· -2 m
J/A· -2 m
阴极极化曲线 阴极超电势： 阴 E 阴，平 E (阴) 阳极超电势： 阳 E 阳 E 阳，平
阳极极化曲线
理论分解电压：E(分解)=E(平衡)= E(阳,平) – E(阴,平)。
外加电压（忽略欧姆电势差及浓差极化影响）：
E 外加 E 阳 E 阴 E阳, 平 阳 E 阴, 平 阴
2
0.7630V
H 2 g , 平 E
H
H 2 g
ln
RT 2F
7 2
PH 2 P a H
2
0.02569 2
1.01325
10
（三）极化作用
分解电压
极化现象：电极电势不同于平衡电极电势的现象。 1.分解电压的测定
操作：调节滑动变阻器滑片由左至右，外加电压
由零开始逐渐增大。 现象：外加电压很小时，几乎无电流通过,电压增 加，电流略有增加。电压增到某一数值后， 电流随电压直线上升，同时两极出现气泡。 I 2. 分解电压的定义
-3
阳极： H 2 g 2 H 2e
阴极：2 H 1 2 O2 g 2e H 2O 电池反应：H g 1 2 O g H Ol 2 2 2
分解电压
电池电动势因与电解过程外加电压方向相反而称为反电动势，其最大值称 为理论分解电压。 3.电解过程分析： E(外加)<E(分解)：E反= -E外加，而电解产物的扩散作用使其在两极的浓度减少, 电极上仍有微小电流通过，电解产物不断增多。 E(外加)=E(分解)：电解产物的浓度达到最大值，气体压力达到大气压力而呈气
J/A· -2 m
J/A· -2 m
阴极极化曲线 阴极超电势： 阴 E 阴，平 E (阴) 阳极超电势： 阳 E 阳 E 阳，平
阳极极化曲线
理论分解电压：E(分解)=E(平衡)= E(阳,平) – E(阴,平)。
外加电压（忽略欧姆电势差及浓差极化影响）：
E 外加 E 阳 E 阴 E阳, 平 阳 E 阴, 平 阴
2
0.7630V
H 2 g , 平 E
H
H 2 g
ln
RT 2F
7 2
PH 2 P a H
2
0.02569 2
1.01325
10
电解与极化作用PPT课件
§10.2 极化作用
当有电流时，阴极实际电势比平更负一些，阳 极实际电势比平更正一些。
极化—在有限电流通过电极时，电极电势偏离平 衡值的现象称为电极的极化。
超电势—在某一电流密度下，实际电极电势与可
逆电极电势的差值，用表示，其值为正。
阳= 阳–平 阴= 平–阴
根据极化产生的不同原因，通常可以简单地把极 化分为两类：浓差极化和电化学极化。
b 的数值对于大多数金属都差不多，在常温下一 般等于0.05 V，如用常用对数，则约为0.116V，即电 流密度增加10倍，超电势增加约0.116V。
§10.3 电解时电极上的竞争反应
电解时阴极上发生还原反应。发生还原的物质通 常有金属离子、氢离子。
判断在阴极上首先析出何种物质，应该将可能发 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。
(2)吸氧腐蚀 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。
O2 (g) 4H 4e 2H2O
(O2|H ,H2O)
(O2
|H
,H2O)
RT 4F
ln(aO2 aH4
)
设 aO2
1,
aH
107 ，而
，则 (O2|H ,H2O)
1.229V
(O2|H ,H2O) 0.816V
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Fe(OH)3沉淀，Fe(OH)3又可能部分失 水生成Fe2O3 。
所以铁锈是一个由Fe2+、Fe3+、Fe(OH)3 、 Fe2O3 等化合物组成的疏松的混杂物质。
腐蚀时，阴极上的反应因条件不同而不同： (1)析氢腐蚀
金属的电化学腐蚀
207-223 第十章电解与极化作用
为了不使 H2 析出，问溶液的 pH 值应控制在多少为好？
解：若 E（Zn2+|Zn）>E(H+|H2),则 Zn(S)析出而 H2 不能析出.
即: -0.763V+ 0.5916V lg10−5 >-0.05916V pH-0.75V 2
pH>2.72.
例 3 25°时，用 Zn 电极作为阴极，电解 a±=1 的 ZnSO4 水溶液。
( ) 阳极
H2O ⎯⎯→ 2H+
aH+
+
1 2
O2
(g
)
+
2e−
E阳，析出
=
E O2 H2O H+
+
RT 2F
ln
a2 H+
+O2
= 1.23
V+ RT 2F
ln (0.01)2
+ 0.5
V = 1.612
V
( ) E分解 = E阳，析出 − E阴，析出 = 1.612 + 0.17 V=1.782 V
（1）已知，水溶液为中性，则 Zn2+在 Zn 的平衡电极电势 Ee（Zn2+|Zn）及 H2 在 Zn 电 极上析出的平衡电极电势 Ee（H+|H2）各位多少？
（2）又知在某一电流密度下，H2 在 Zn 极上的超电势为 0.7 V，则 H2 在 Zn 上实际析出 的电势 EH2=?
(3) 若 Zn 在 Zn 电极上的超电势可忽略不计，则上述电解过程中在 Zn 极上优先析出的 是什么？
E 分解=E 可逆+△E 不可逆+IR 2.产生极化作用的原因主要有哪几种？原电池和电解池的极化现象有何不同？ 答：产生极化作用的主要原因是电化学极化和浓差极化。电解时，电流密度愈大，超电 势愈大。外加电压也要增大，所消耗能量越多。原电池放电时，有电流在电极上通过，随着 电流密度增大。由于极化作用，正极比可逆电视愈来愈小，负极比可逆电势愈来愈大，原电 池的电动势逐渐减小，它所能作的电功逐渐减小。 3.什么叫超电势？它是怎样产生的？如何降低超电势的数值？ 答：把某一电流密度下的电势 φ 与 不可逆 φ 可逆之间的差值称为超电势，超电势产生的原因 有，电化学极化和浓差极化，及电解过程中，在电极表面形成一层氧化膜或其他物质，从而 对电流的通过产生阻力（电阻超电势），在外加电压不大的情况下，把溶液剧烈搅动可以降 低浓差极化，但由于电极表面扩散层的存在，不可能把浓差极化完全除去。除此之外，还可 以加入去极化剂和减小体系的阴值 R 来减低超电势的值。 4.析出电势与电极的平衡电势有何不同？由于超电势的存在，使电解池阴、阳极的析出
10章电解与极化作用分解
的电位降。
而： E(理论分解 ) E(可逆)
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2020/10/4
10.2 极化作用
一、极化作用（polarization） 二、浓差极化 三、电化学极化 四、超电势（overpotential） 五、极化曲线
六、氢超电势----Tafel公式
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2020/10/4
三、实际分解电压
实际上要使电解池顺利地进行连续反应，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
在阴、阳极上产生的超电势 (阳) 和 (阴)，以及克服
电池电阻所产生的电位降 IR 。
这三者的加和就称为实际分解电压。
E(分解) E(可逆) E(不可逆) IR
无电流通过，阴、阳极上无 电
H2气和氧气放出。
流 I
随着E的增大，电极表面
3
产生少量氢气和氧气，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。
2
1
E分解
电压E
测定分解电压时的电流-电压曲线
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E(不可逆) (阳) (阴)
显然分解电压的数值会随着通入电流强度的增加而增加。
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2020/10/4
即：实际上要使电解池顺利地进行连续反应，所用 的实际电压大于自发电池的电动势，实际分解电压 表示为：
E(实际分解) E(可逆) E IR
E由电极极化所致，IR项是由于电池电阻所产生
2020/10/4
而： E(理论分解 ) E(可逆)
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10.2 极化作用
一、极化作用（polarization） 二、浓差极化 三、电化学极化 四、超电势（overpotential） 五、极化曲线
六、氢超电势----Tafel公式
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三、实际分解电压
实际上要使电解池顺利地进行连续反应，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
在阴、阳极上产生的超电势 (阳) 和 (阴)，以及克服
电池电阻所产生的电位降 IR 。
这三者的加和就称为实际分解电压。
E(分解) E(可逆) E(不可逆) IR
无电流通过，阴、阳极上无 电
H2气和氧气放出。
流 I
随着E的增大，电极表面
3
产生少量氢气和氧气，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。
2
1
E分解
电压E
测定分解电压时的电流-电压曲线
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E(不可逆) (阳) (阴)
显然分解电压的数值会随着通入电流强度的增加而增加。
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2020/10/4
即：实际上要使电解池顺利地进行连续反应，所用 的实际电压大于自发电池的电动势，实际分解电压 表示为：
E(实际分解) E(可逆) E IR
E由电极极化所致，IR项是由于电池电阻所产生
2020/10/4
第十章电解与极化作用_311_new
为零，所测电动势即为待测电极的氢标还原电极电势5。
第十章 电解与极化作用
标准氢电极 || 待定电极
若待定电极发生还原反应，则电极电势为正； 若待定电极发生氧化反应，则电极电势为负。
上述规定的电极电势是将待定电极作为还 原电极而确定出来的，故称为还原电极电势。
注意：电极的电极电势不是绝对电势，而是相 对于标准氢电极的电极电势规定为零的相对电 极电势。
Zn(s)|Zn2 (aZn2 )||Cu2 (aCu2 )|Cu(s)
()
Zn(s)
Zn
2
(a Zn
2
)
2e
() Cu2 (aCu2 ) 2e Cu(s)
净反应: Zn(s) Cu2 (aCu2 ) = Cu(s) Zn2 (aZn2 )
计算方法2(由电池Nernst方程计算）：
E =
E
E RT ln aB
绝对值。 解决问题的办法：国际上统一(人为)规定：标准
氢电极的电极电势j 为零。（1958年IUPAC规定）
2
第十章 电解与极化作用
1. 标准氢电极
将镀有一层疏松铂黑的铂片插
入 a(H+) = 1 的酸溶液中。
在298.15K时不断通入 p(H2) =100kPa的纯氢气流，铂黑很
易吸附氢气达到饱和，同时对
6
标准氢电极第|十| 待章定电电极解与极化作用 j 增大
K | K(s)
Ca 2 | Ca(s)
Al3 | Al(s) Zn2 | Zn(s) Pb2 | Pb(s)
jOx | Red < 0
（非自发电池）
j Pt| H2 (p ) | H+ (aH+ =1)|| H2 (p ) | Pt
第十章 电解与极化作用
标准氢电极 || 待定电极
若待定电极发生还原反应，则电极电势为正； 若待定电极发生氧化反应，则电极电势为负。
上述规定的电极电势是将待定电极作为还 原电极而确定出来的，故称为还原电极电势。
注意：电极的电极电势不是绝对电势，而是相 对于标准氢电极的电极电势规定为零的相对电 极电势。
Zn(s)|Zn2 (aZn2 )||Cu2 (aCu2 )|Cu(s)
()
Zn(s)
Zn
2
(a Zn
2
)
2e
() Cu2 (aCu2 ) 2e Cu(s)
净反应: Zn(s) Cu2 (aCu2 ) = Cu(s) Zn2 (aZn2 )
计算方法2(由电池Nernst方程计算）：
E =
E
E RT ln aB
绝对值。 解决问题的办法：国际上统一(人为)规定：标准
氢电极的电极电势j 为零。（1958年IUPAC规定）
2
第十章 电解与极化作用
1. 标准氢电极
将镀有一层疏松铂黑的铂片插
入 a(H+) = 1 的酸溶液中。
在298.15K时不断通入 p(H2) =100kPa的纯氢气流，铂黑很
易吸附氢气达到饱和，同时对
6
标准氢电极第|十| 待章定电电极解与极化作用 j 增大
K | K(s)
Ca 2 | Ca(s)
Al3 | Al(s) Zn2 | Zn(s) Pb2 | Pb(s)
jOx | Red < 0
（非自发电池）
j Pt| H2 (p ) | H+ (aH+ =1)|| H2 (p ) | Pt
《电解与极化作用》课件
。
03
重金属离子去除
利用电解法将重金属离子还原成单质或沉淀物，从而降低废水中的重金
属离子浓度。
电解在新能源领域的应用
电解水制氢
通过电解水反应制备氢气和氧气，为氢能源的生产提供基础。
燃料电池
利用电解反应为燃料电池提供所需的电解质，确保燃料电池的正常运行。
太阳能电池
通过电解方法对太阳能电池进行刻蚀、镀膜等处理，提高其光电转换效率。
06
结论与展望
电解与极化作用的总结
1
电解与极化作用在电化学领域中具有重要地位， 对能源储存和转化、电化学反应等方面具有广泛 的应用。
2
电解过程涉及到电子和离子的传输，而极化作用 则与电极表面的电荷分布和电场有关，对电极反 应的速率和机理产生影响。
3
电解与极化作用的研究有助于深入理解电化学反 应的本质，为新材料的开发和应用提供理论支持 。
电解反应的步骤
通电前
电解液中存在的离子在电场作用下向电极移动。
通电后
离子在电极上发生氧化还原反应，形成电流。
断电后
电解液中的离子重新分布，恢复到通电前的状态 。
电解效率的影响因素
电流密度
电流密度越大，电解效率越高，但过高的电流密度会导致副反应增 多。
电解液的组成和浓度
电解液的组成和浓度影响离子的迁移速度和电极反应速率。
01
02
03
电解冶炼
利用电解原理将金属从其 化合物中还原出来。
电镀
通过电解在金属表面镀上 一层金属或合金的过程。
氯碱工业
利用电解饱和食盐水的方 法生产烧碱、氢气和氯气 。
02
电解过程
电解池的构成
电源
提供电能，使电解过程得以进行。
第九章 电解与极化
基本思路：
导出电极电势的改变量 （或）与电 化学反应速度（电流密度 i）的关系。
控制步骤为电化学脱附放电过程：
H吸+ H+ + e ⇌ H2
一般地表为：
Ox Ze Re ( k , k)
Ox Ze Re ( k , k)
考虑电解过程阴极极化，极化后使 变小 （负），即：
不可逆 = 平 （ 即超电势） = 不可逆 平 = （ 0）
讨论：
1）当溶液连续电解时（P = P），如 “2” 点，此时已有一定大小的电解电流 I（I 0），即此为不可逆过程。
• 所以 Eb, max E可逆。事实上：E分解 E可逆， 即不可逆的充电过程，外界需作更多功使
体系恢复原状。
2）分解电压 E分解 的位置 Eb, max不 能测定得很精 确（如图）， 且重复性差。
使 阴 变小（负） 即要使正离子在阴
极上还原析出，其 电势必须比可逆电 极电势更负一些；
阳极极化：
阳 阳, 平
使 阳 变大（正） 即要使阴离子在阳
极上氧化析出，其 电势必须比可逆电 极电势更正一些；
E分解 = 阳 阴 阳, 平 阴, 平 = E可逆
2. 原电池放电
正极极化使 + 变 小（+ +, 平）；
所以整个电极反应的动力学特征与 “控制步骤”的动力学特征相同 （后述有具体例子）。
§9.2 极化现象
一、分解电压
• 用Pt作电极 电解 H2SO4 水溶液：
电极反应： 阳：H2O 2e ½ O2 (PO2) + 2H+ 阴：2H+ + 2e H2 (PH2)
电解反应： H2O H2 (PH2) + ½ O2 (PO2)
导出电极电势的改变量 （或）与电 化学反应速度（电流密度 i）的关系。
控制步骤为电化学脱附放电过程：
H吸+ H+ + e ⇌ H2
一般地表为：
Ox Ze Re ( k , k)
Ox Ze Re ( k , k)
考虑电解过程阴极极化，极化后使 变小 （负），即：
不可逆 = 平 （ 即超电势） = 不可逆 平 = （ 0）
讨论：
1）当溶液连续电解时（P = P），如 “2” 点，此时已有一定大小的电解电流 I（I 0），即此为不可逆过程。
• 所以 Eb, max E可逆。事实上：E分解 E可逆， 即不可逆的充电过程，外界需作更多功使
体系恢复原状。
2）分解电压 E分解 的位置 Eb, max不 能测定得很精 确（如图）， 且重复性差。
使 阴 变小（负） 即要使正离子在阴
极上还原析出，其 电势必须比可逆电 极电势更负一些；
阳极极化：
阳 阳, 平
使 阳 变大（正） 即要使阴离子在阳
极上氧化析出，其 电势必须比可逆电 极电势更正一些；
E分解 = 阳 阴 阳, 平 阴, 平 = E可逆
2. 原电池放电
正极极化使 + 变 小（+ +, 平）；
所以整个电极反应的动力学特征与 “控制步骤”的动力学特征相同 （后述有具体例子）。
§9.2 极化现象
一、分解电压
• 用Pt作电极 电解 H2SO4 水溶液：
电极反应： 阳：H2O 2e ½ O2 (PO2) + 2H+ 阴：2H+ + 2e H2 (PH2)
电解反应： H2O H2 (PH2) + ½ O2 (PO2)
物理化学下课件：第10章 电解和极化
(Fe2+|Fe)
RT zF
ln
1 106
0.617V
这时组成原电池的电动势为 0.204V，是自发电池。
§10.4 金属的电化学腐蚀与防腐
（2）耗氧腐蚀
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：
O2 (g)+4H+ 4e 2H2O
E(O2|H2O,H+ ) E
RT 1
§10.1 分解电压
实际上，测得的分解电压大于可逆电池的 电压。（P118 表10.1）
E（分解）> E(理论分解）= E（可逆）
E(分解) E(可逆) E(不可逆) IR
E(不可逆) (阳) (阴)
IR 是电路中的电阻造成的电势降
§10.2 极化作用
极化作用（polarization） 当电极上无电流通过时，电极处于平衡状态，这 时的电极电势称为可逆电极电势 E可逆 当电极上有电流通过时，随着电流密度增大，这
第十章 电解和极化作用
电解池与原电池: 原电池：将化学能转变为电能的装置 电解池：将电能转变为化学能的装置 在一定条件下二者可以相互转化。如二次电池。 本章主要讨论电解池
第七章 电化学
§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 金属的电化学腐蚀和防腐 §10.5 化学电源
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：
a b ln j
这就称为Tafel 公式。式中 j 是电流密度, a 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，b 是超电势值的决定因素。 在常温下一般等于 0.050 V。
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电解与极化教程
第十章 电解与极化作用
10.1 分解电压 10.2 极化作用 10.3 电解时电极上的反应 10.4 金属的电化学腐蚀与防腐 10.5 化学电源
10.1 分解电压
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。
E (理 论 分 解 )E (可 逆 )
分解电压的测定
阳
电解时电极上的反应
分解电压
E分解 阳，析出阴，析出
EXAMPLE
25℃时以Zn为阴极常压下电解ZnSO4中性水
溶液(aZn2 +=1),若在某一电流密度下H2在锌极上
的超电势为0.7V, 问此时是析出Zn还是析出H2。何 种条件下可析出第二种物质。(Zn电极上析出Zn的 超电势可以忽略)
用搅拌和升温的方法可以减少浓差极化。
极化的类型
浓差极化的结果
阳极: Cu
Cu2+ + 2e-
RTln 1
2F aCu2
Cu
vr
vr
Cu2+(aq) vd
Cu2+
vd
If v扩散 < v反应 ,
aC2u ,
阴极:
Cu2+ + 2e-
Cu
If v扩散 < v反应 ,
aC2u ,
极化的类型 （2）电化学极化
电极电势最大的首先在阴极析出。
阴，析 出阴 O RzFTlnaa((O Rdex))
阴
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,O等H， （2）阳极本身发生氧化。
电极电势最小的首先在阳极氧化。
阳，析 出 阳 O R zFTlnaa((O Rdex))
阳不可逆 可逆 阴可逆 不可逆
析出电势
定义: 当外加电压等于分解电压时，两极的不 可逆电极电势。
阳，析出 阳，可逆 阳 阴，析出 阴，可逆 阴
E分解 阳，析出阴，析出
E可逆阳 阴
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。
10.2 极化作用
极化（polarization） 定义: 电流通过电极时，电极电势偏离平 衡（可逆）电极电势的现象称为电极的 极化。
极化的类型
（1）浓差极化 （2）电化学极化
极化的类型
（1）浓差极化
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。
{82.31946520908ln(101(.1302-7 5)/2100)0.7}V 1.114V
EXAMPLE
Zn2,Zn0.763V0 2H,H2 1.11V4
阴极: 电势高者先析出 (还原反应) 此时，锌在阴极析出。
若不存在氢的超电势，2H,H2 0.414V0氢先析出。
EXAMPLE
如果要使H2析出，则锌的电极电势必须降低至 －1.114以下，这时ZnSO4溶液的浓度必须降低。
Z2n,Zn Z o2n,Zn2 RFT lnaZ12n
阳不可逆 可逆 阴可逆 不可逆
析出电势
定义: 当外加电压等于分解电压时，两极的不 可逆电极电势。
阳，析出 阳，可逆 阳 阴，析出 阴，可逆 阴
E分解 阳，析出阴，析出
E可逆阳 阴
10.3 电解时电极上的反应
阴极上的反应 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 aH+ ）107
氢超电势
Tafel 公式
ablnj
其中：a 、b为常数，j为电流密度(A/cm2)； •a为 j = 1 (A/cm2) 时的超电势，a与电极材料、 电极表面状态、溶液组成、温度有关； •对于大多数金属，b 在常温下接近 0.05 V。
上次课内容小结
极化: 电流通过电极时,电极电势偏离平衡电极电势的现象 极化的结果: 阳极电势变大；阴极电势变小。
解: 在阴极可能发生的反应为
Z2n2e- Zn
2 H 2e- H2
EXAMPLE
Z2n2e- Zn Z2 n,Zn Z o2 n,Zn2 RFT lnaZ 12 n 阴
o Zn2 ,Zn
0.763V0
EXAMPLE
2 H 2e- H2 2H,H 22 oH,H 2R zF lTn (pa/H 2p o)阴
使用Pt电极电解HCl， 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。
分解电压的测定
电解池中的反应：
Cathode:
2H+ (aH+)+ 2e- → H2(p)
anode:
2Cl- (aCl-) → Cl2(p) + 2e-
2HCl (aHCl) → H2(p) + Cl2(p)
原电池 Pt |H2(p)|HCl(a)|Cl2(p) |Pt
反电动势 Eb
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。
由电化学反应缓慢造成
例：阴极 Z2 n 2e－ Zn
富余电子使电极电势下降
极化的结果
阳极电势变得更正；阴极电势变得更负。
超电势（overpotential）
定义: 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。
(j)(0)不可逆 可逆
阳极上由于超电势使电ห้องสมุดไป่ตู้电势变大， 阴极上由于超电势使电极电势变小。
阴可逆 不可逆 阳不可逆 可逆
极化曲线（polarization curve）
(1)电解池中两电极的极化曲线
随着电流密度的增大， 外加的电压增加，额外消 耗了电能。
极化曲线（polarization curve）
(2)原电池中两电极的极化曲线
由于极化，使原电 池的作功能力下降。
影响的因素： ➢电极材料及表面处理状态 ➢J ➢T ➢电解质种类、浓度 ➢溶液中的其他物质
实际分解电压
要使电解池顺利地进行连续反应，除了克服作 为原电池时的可逆电动势外，还要克服由于极化在 阴、阳极上产生的超电势 (阴 ) 和 (阳 ) ，以及克服电 池电阻所产生的电位降 I R 。这三者的加和就称为实 际分解电压。
E(分 解 )E(可 逆 )E(不 可 逆 )IR
E(不 可 逆 )(阳 )(阴 )
第十章 电解与极化作用
10.1 分解电压 10.2 极化作用 10.3 电解时电极上的反应 10.4 金属的电化学腐蚀与防腐 10.5 化学电源
10.1 分解电压
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。
E (理 论 分 解 )E (可 逆 )
分解电压的测定
阳
电解时电极上的反应
分解电压
E分解 阳，析出阴，析出
EXAMPLE
25℃时以Zn为阴极常压下电解ZnSO4中性水
溶液(aZn2 +=1),若在某一电流密度下H2在锌极上
的超电势为0.7V, 问此时是析出Zn还是析出H2。何 种条件下可析出第二种物质。(Zn电极上析出Zn的 超电势可以忽略)
用搅拌和升温的方法可以减少浓差极化。
极化的类型
浓差极化的结果
阳极: Cu
Cu2+ + 2e-
RTln 1
2F aCu2
Cu
vr
vr
Cu2+(aq) vd
Cu2+
vd
If v扩散 < v反应 ,
aC2u ,
阴极:
Cu2+ + 2e-
Cu
If v扩散 < v反应 ,
aC2u ,
极化的类型 （2）电化学极化
电极电势最大的首先在阴极析出。
阴，析 出阴 O RzFTlnaa((O Rdex))
阴
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,O等H， （2）阳极本身发生氧化。
电极电势最小的首先在阳极氧化。
阳，析 出 阳 O R zFTlnaa((O Rdex))
阳不可逆 可逆 阴可逆 不可逆
析出电势
定义: 当外加电压等于分解电压时，两极的不 可逆电极电势。
阳，析出 阳，可逆 阳 阴，析出 阴，可逆 阴
E分解 阳，析出阴，析出
E可逆阳 阴
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。
10.2 极化作用
极化（polarization） 定义: 电流通过电极时，电极电势偏离平 衡（可逆）电极电势的现象称为电极的 极化。
极化的类型
（1）浓差极化 （2）电化学极化
极化的类型
（1）浓差极化
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。
{82.31946520908ln(101(.1302-7 5)/2100)0.7}V 1.114V
EXAMPLE
Zn2,Zn0.763V0 2H,H2 1.11V4
阴极: 电势高者先析出 (还原反应) 此时，锌在阴极析出。
若不存在氢的超电势，2H,H2 0.414V0氢先析出。
EXAMPLE
如果要使H2析出，则锌的电极电势必须降低至 －1.114以下，这时ZnSO4溶液的浓度必须降低。
Z2n,Zn Z o2n,Zn2 RFT lnaZ12n
阳不可逆 可逆 阴可逆 不可逆
析出电势
定义: 当外加电压等于分解电压时，两极的不 可逆电极电势。
阳，析出 阳，可逆 阳 阴，析出 阴，可逆 阴
E分解 阳，析出阴，析出
E可逆阳 阴
10.3 电解时电极上的反应
阴极上的反应 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 aH+ ）107
氢超电势
Tafel 公式
ablnj
其中：a 、b为常数，j为电流密度(A/cm2)； •a为 j = 1 (A/cm2) 时的超电势，a与电极材料、 电极表面状态、溶液组成、温度有关； •对于大多数金属，b 在常温下接近 0.05 V。
上次课内容小结
极化: 电流通过电极时,电极电势偏离平衡电极电势的现象 极化的结果: 阳极电势变大；阴极电势变小。
解: 在阴极可能发生的反应为
Z2n2e- Zn
2 H 2e- H2
EXAMPLE
Z2n2e- Zn Z2 n,Zn Z o2 n,Zn2 RFT lnaZ 12 n 阴
o Zn2 ,Zn
0.763V0
EXAMPLE
2 H 2e- H2 2H,H 22 oH,H 2R zF lTn (pa/H 2p o)阴
使用Pt电极电解HCl， 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。
分解电压的测定
电解池中的反应：
Cathode:
2H+ (aH+)+ 2e- → H2(p)
anode:
2Cl- (aCl-) → Cl2(p) + 2e-
2HCl (aHCl) → H2(p) + Cl2(p)
原电池 Pt |H2(p)|HCl(a)|Cl2(p) |Pt
反电动势 Eb
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。
由电化学反应缓慢造成
例：阴极 Z2 n 2e－ Zn
富余电子使电极电势下降
极化的结果
阳极电势变得更正；阴极电势变得更负。
超电势（overpotential）
定义: 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。
(j)(0)不可逆 可逆
阳极上由于超电势使电ห้องสมุดไป่ตู้电势变大， 阴极上由于超电势使电极电势变小。
阴可逆 不可逆 阳不可逆 可逆
极化曲线（polarization curve）
(1)电解池中两电极的极化曲线
随着电流密度的增大， 外加的电压增加，额外消 耗了电能。
极化曲线（polarization curve）
(2)原电池中两电极的极化曲线
由于极化，使原电 池的作功能力下降。
影响的因素： ➢电极材料及表面处理状态 ➢J ➢T ➢电解质种类、浓度 ➢溶液中的其他物质
实际分解电压
要使电解池顺利地进行连续反应，除了克服作 为原电池时的可逆电动势外，还要克服由于极化在 阴、阳极上产生的超电势 (阴 ) 和 (阳 ) ，以及克服电 池电阻所产生的电位降 I R 。这三者的加和就称为实 际分解电压。
E(分 解 )E(可 逆 )E(不 可 逆 )IR
E(不 可 逆 )(阳 )(阴 )