电解与极化教程
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电解与极化教程课件
能源领域
利用材料的极化特性，可 以开发各种新能源技术， 如太阳能电池、燃料电池 等。
03
电解过程
电解过程概述
电解过程是将电能转化为化学 能的过程，通过电解反应将电 解质溶液中的离子分离成元素 或化合物。
电解过程需要外加直流电源， 通过电极反应使电解质溶液中 的离子发生氧化还原反应。
电解过程广泛应用于工业生产 中，如金属的电解精炼、电镀、 氯碱工业等。
电解与极化的相互作用
在电解过程中，电解和极化是相互作用 的，它们共同决定了电极的反应行为和
效率。
通过深入了解电解与极化的相互作用关 电解与极化的相互作用关系在电化学工
系，可以优化电极材料和电解液的组成， 业、能源转换和存储、环境治理等领域
提高电解过程的效率和产物的质量。
具有广泛的应用前景。
THANKS
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
极化定 义
极化定义
极化现象是指在电场的作用下， 物质中的正负电荷发生相对位移，
导致材料出现电偶极矩的现象。
电解过程中产生的产物会在电极表面沉积，影响电极表面的反应活性位点，进一步影响电极 的极化。
第三节第四节电解与极化作用1
腐蚀时阴极上的反应
（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
4F
ln
aO2
a4 H+
E 1.229 V
设 aO2 1, aH+ 107 ,则 E(O2|H2O,H+ ) 0.816V
这时与 E(Fe2+∣Fe)(-0.617V)阳极组成原电池的电 动势为1.433 V。显然耗氧腐蚀比析氢腐蚀严重得多。
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2024/7/17
腐蚀电流
影响金属表面腐蚀 的主要因素：
1. 原电池的可逆电 动势;
2. 氢、氧在金属表 面的超电势；
3. 金属的极化性能
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(阳) (阳,不可逆) (阳,平) (阳,不可逆) (阳,平) (阳)
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2024/7/17
3. 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
在某一电流密度下，实际发生电解的电极电势不可逆 与平衡电极电势可逆之间的差值称为超电势。
电解与极化
7
分解电压：
?用作图法可确定分 解电压即最大反电 动势 Eb, max =EA；
? 使某电解质溶液能连续稳定发生电解（出 产物）所必需的最小外加电压（如图中的 “2”点），即 Eb, max （最大反电动势）。
8
讨论：
1）当溶液连续电解 时（P = P?）， 如 “2”点，（I ? 0），即此为不 可逆过程。
不可逆过程导致需要外加更多 的功，才能使得电解反应发生
15
2. 原电池放电
? 正极极化使 ? + 变小 （? + ? ? +, 平）；
? 负极极化使 ? ? 变大 （? ? ? ? ?, 平）；
? E不可逆 = ? + ? ? ?
? ? +, 平 ? ? ?, 平
= E可逆
不可逆过程导致体系对外做电
可逆分解电压 E分解 -E可逆
1.23
0.46
1.23
0.49
1.23
0.44
1.23
0.47
? 分解电压一般远大于可逆电动势，具体数值主要与电极材料 有关；
? 电极材料一定时，电解不同的电解液，如果电极反应相同， 则分解电压基本相同
10
二、极化现象
? 由于电流 i ? 0，电极的电极电势 ? 偏离 i ? 0 平衡时的电极电势 ? 平 的现象称为 极化现象：
分解电压：
?用作图法可确定分 解电压即最大反电 动势 Eb, max =EA；
? 使某电解质溶液能连续稳定发生电解（出 产物）所必需的最小外加电压（如图中的 “2”点），即 Eb, max （最大反电动势）。
8
讨论：
1）当溶液连续电解 时（P = P?）， 如 “2”点，（I ? 0），即此为不 可逆过程。
不可逆过程导致需要外加更多 的功，才能使得电解反应发生
15
2. 原电池放电
? 正极极化使 ? + 变小 （? + ? ? +, 平）；
? 负极极化使 ? ? 变大 （? ? ? ? ?, 平）；
? E不可逆 = ? + ? ? ?
? ? +, 平 ? ? ?, 平
= E可逆
不可逆过程导致体系对外做电
可逆分解电压 E分解 -E可逆
1.23
0.46
1.23
0.49
1.23
0.44
1.23
0.47
? 分解电压一般远大于可逆电动势，具体数值主要与电极材料 有关；
? 电极材料一定时，电解不同的电解液，如果电极反应相同， 则分解电压基本相同
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二、极化现象
? 由于电流 i ? 0，电极的电极电势 ? 偏离 i ? 0 平衡时的电极电势 ? 平 的现象称为 极化现象：
第十章电解与极化作用
5
ຫໍສະໝຸດ Baidu
注意:
如果外电压再增大，则此 电压只增加溶液中的电位降， 从而使电流急剧增加。如图中 的 2 ~ 3 段。
此时
( E外 - E分解 ) = I R
3
1.229 V 1
1.70 V 2
E分解
2～3 直线外延至 I＝0 处所得的电压，即 E 分解. ——— 使电解质溶 液能连续不断发生电解时所必须的最小外加电压，称为该电解质溶液的
压，向溶液本体扩散，不可逆；
反向电压：超过 1. 70 V 时：
电极上产生的气体压力等于大气 压，气体逸出，电解反应开始发生。
4
分析：
造成上述结果的原因是在电解时，电极上有极化作用， 而使电解过程要以明显的程度进行时，外电压必须超过 E可 逆，此超过的值———超电势。
结论：
实际分解电压( E 分解)=理论分解电压 ( E 可逆) + 超电势 ( △E )
此时 η＝ω j， ω 值与金属电极的性质有关。
19
电极极化的结果：
有利也有害！
害处：电解时要消耗电功，化学电源少得电功。
如：电解 NaCl(aq)，超电势高就要增加槽电压，增大电能消耗。若升高 0. 3 V，每生产一吨 H2 就多消耗 800 度电。
益处：由于H2有较高的过电位，就使得许多较氢电极电势低的金属能从水 溶液中析出。如汞阴极电解 NaCl(aq)，Na＋放电后形成钠汞齐，再 与水作用生成烧碱和 H2，以得到纯度高的 NaOH，而 H+不放电。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
注意:
如果外电压再增大，则此 电压只增加溶液中的电位降， 从而使电流急剧增加。如图中 的 2 ~ 3 段。
此时
( E外 - E分解 ) = I R
3
1.229 V 1
1.70 V 2
E分解
2～3 直线外延至 I＝0 处所得的电压，即 E 分解. ——— 使电解质溶 液能连续不断发生电解时所必须的最小外加电压，称为该电解质溶液的
压，向溶液本体扩散，不可逆；
反向电压：超过 1. 70 V 时：
电极上产生的气体压力等于大气 压，气体逸出，电解反应开始发生。
4
分析：
造成上述结果的原因是在电解时，电极上有极化作用， 而使电解过程要以明显的程度进行时，外电压必须超过 E可 逆，此超过的值———超电势。
结论：
实际分解电压( E 分解)=理论分解电压 ( E 可逆) + 超电势 ( △E )
此时 η＝ω j， ω 值与金属电极的性质有关。
19
电极极化的结果：
有利也有害！
害处：电解时要消耗电功，化学电源少得电功。
如：电解 NaCl(aq)，超电势高就要增加槽电压，增大电能消耗。若升高 0. 3 V，每生产一吨 H2 就多消耗 800 度电。
益处：由于H2有较高的过电位，就使得许多较氢电极电势低的金属能从水 溶液中析出。如汞阴极电解 NaCl(aq)，Na＋放电后形成钠汞齐，再 与水作用生成烧碱和 H2，以得到纯度高的 NaOH，而 H+不放电。
电解与极化,金属的电化学腐蚀和保护2
• 因为 H+/O2 = 1.23V（ Cl/Cl2 = 1.36 V）
• 所以 HCl 水溶液的电分解产物为：
– 阴极：H2 – 阳极：Cl2 + 少量 O2
• 因此，E分解偏低于纯 H2、Cl2 可逆电池的 E可逆。
共一百八十九页
二、极化 现象 (jíhuà)
• 由于 电流 (yóuyú) i 0，电极的电极电势 偏离 i 0 平衡时的电极电势 平 的现象称为极化。
共一百八十九页
§9.2 极化 现 (jíhuà) 象
一、分解 电 (fēnjiě) 压
• 用Pt作电极 电 解 ( d i à n j í) H2SO4 水溶 液：
共一百八十九页
• 在电解过程中，电 极(diànjí) Pt 上产生的 O2、H2 与电解液 H2SO4一起构成原电 池；
• 该原电池产生一个
共一百八十九页
• 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(wàijiè)需作更多功使体 系恢复原状。
共一百八十九页
2）分解电压(diànyā) E分
解 的位置Eb,max不 能测定得很精确 （如图），且重 复性差。
上述 I-E 曲线的物理意义不很确切，仅作了一 些定性说明(shuōmíng)。但这确实很有实用价值。
共一百八十九页
• 所以 H2、O2
• 所以 HCl 水溶液的电分解产物为：
– 阴极：H2 – 阳极：Cl2 + 少量 O2
• 因此，E分解偏低于纯 H2、Cl2 可逆电池的 E可逆。
共一百八十九页
二、极化 现象 (jíhuà)
• 由于 电流 (yóuyú) i 0，电极的电极电势 偏离 i 0 平衡时的电极电势 平 的现象称为极化。
共一百八十九页
§9.2 极化 现 (jíhuà) 象
一、分解 电 (fēnjiě) 压
• 用Pt作电极 电 解 ( d i à n j í) H2SO4 水溶 液：
共一百八十九页
• 在电解过程中，电 极(diànjí) Pt 上产生的 O2、H2 与电解液 H2SO4一起构成原电 池；
• 该原电池产生一个
共一百八十九页
• 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(wàijiè)需作更多功使体 系恢复原状。
共一百八十九页
2）分解电压(diànyā) E分
解 的位置Eb,max不 能测定得很精确 （如图），且重 复性差。
上述 I-E 曲线的物理意义不很确切，仅作了一 些定性说明(shuōmíng)。但这确实很有实用价值。
共一百八十九页
• 所以 H2、O2
物理化学课件6.3章电解与极化作用
电解与极化作用的联系与区别
联系
电解和极化作用都是电场作用下的物理化学现象，它们都涉及到电子或离子的 运动和变化。在电解过程中，电极表面的极化现象对电解反应的速率和产物有 重要影响。
区别
电解是电化学反应的一种，涉及到电子的转移和物质的化学变化；而极化作用 只是外加电场对物质分子或原子电子云分布的影响，不涉及物质的化学变化。
物理化学课件6.3章电解与极化作 用
目录
• 电解与极化作用概述 • 电解过程 • 极化作用 • 电解的应用 • 极化作用的应用 • 实验与探究
01 电解与极化作用概述
电解的定义与原理
定义
电解是指在直流电的作用下，电解质溶液中的阳离子在阴极 得电子发生还原反应，阴离子在阳极得电子发生氧化反应的 过程。
电解质的电离与离解能
电离过程
电解质在水分子作用下，正离子和负 离子从分子中分离出来的过程称为电 离。电离过程需要吸收能量，称为离 解能。
离解能与电离程度
离解能越低，电解质的电离程度越高 。强电解质具有较低的离解能，因此 在水溶液中完全电离；而弱电解质具 有较高的离解能，仅部分电离。
电解质的离子淌度与迁移数
感谢您的观看
02 电解过程
电解质的分类与特性
电解质分类
电解质可以根据其在水溶液中的电离程度分为强电解质和弱电解质。强电解质在 水溶液中完全电离，如强酸、强碱和大部分盐类；弱电解质在水溶液中部分电离 ，如弱酸、弱碱和少数盐类。
电解与极化教程课件
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。
极化的定义与原理
定义
极化是指电极电位偏离其平衡电位的现象。
原理
在电解过程中，电极表面会吸附溶液中的离子或物质，导致电极电位偏离平衡 电位，这种现象称为极化。
电解与极化的关系
电解过程中，电极的极化现象会影响电流的效 率和产物，因此需要了解和控制电极的极化行 为。
极化现象的产生与电解过程中的电流密度、电 极材料、溶液组成和温度等因素有关，因此需 要根据实际情况选择合适的电极和操作条件。
电性能和能量密度。
03
电解与极化在环境治理中的综合应用
电解用于处理废水中的重金属离子，而极化则可用于处理有机污染物，
通过电解和极化的结合，可以实现废水的深度处理和资源化利用。
05
电解与极化的实验研究
实验设备与材料
电源
提供实验所需电流和电压，一 般采用直流电源。
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。
极化的定义与原理
定义
极化是指电极电位偏离其平衡电位的现象。
原理
在电解过程中，电极表面会吸附溶液中的离子或物质，导致电极电位偏离平衡 电位，这种现象称为极化。
电解与极化的关系
电解过程中，电极的极化现象会影响电流的效 率和产物，因此需要了解和控制电极的极化行 为。
极化现象的产生与电解过程中的电流密度、电 极材料、溶液组成和温度等因素有关，因此需 要根据实际情况选择合适的电极和操作条件。
电性能和能量密度。
03
电解与极化在环境治理中的综合应用
电解用于处理废水中的重金属离子，而极化则可用于处理有机污染物，
通过电解和极化的结合，可以实现废水的深度处理和资源化利用。
05
电解与极化的实验研究
实验设备与材料
电源
提供实验所需电流和电压，一 般采用直流电源。
第六章(3) 电解和极化
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
EΒιβλιοθήκη BaiduZn
Zn , 平 E H
H 2 g
∴金属锌析出。
E η(阳) E(阳平) E E(阴平) η(阴) J E(阳平) J E(平衡) E(平衡) E η(阳) E E(阴平) η(阴)
电解池极化曲线
原电池极化曲线
电解时的电极反应
电解规律： 阴极：极化电极电势最大的还原反应优先进行。 阳极：极化电极电势最小的氧化反应优先进行。 例：铂电极作阴极电解1mol· -1的盐酸溶液 L
阴极反应： H 2e H 2 g 2
铂电极作阴极电解含FeCl3的1mol· -1的盐酸溶液 L 阴极反应：Fe3 e Fe2 阳极和阴极的极化电极电势：
E 阴 E 阴, 平 阴 E阳 E 阳, 平 阳
电解时的电极反应
例：25℃时，锌电极作阴极电解 a 1 的ZnSO4水溶液，在某一电流密度下， 氢气在锌电极上的超电势为0.7V。 则：常压下电解时，阴极析出的物质是氢气还是金属锌？ 解：阴极上可能发生的反应：
《物理化学》第十章 电解与极化作用PPT课件
例3 25℃时用铜电极电解分别含有0.1mol·kg-1 的 CuSO4和ZnSO4溶液, 当电流密度为 0.01A·cm-2 时H2在金属Cu上的超电势为0.584V.
① 在阴极上析出物质的顺序是什么?
② 当Zn开始在阴极上析出时, 溶液中Cu2+浓
度为多少?(已知
θ Cu2
/
Cu
0.337V
,
A|Az
A|Az
RT zF
ln aAz
(阳)
分解电压
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。
E 分解
阳极,析出
阴极,析出
电解水溶液时，因 H2 或 O2的析出，会改变 H+或
OH 的浓度，计算电极电势时应把这个因素考虑进去
§10.2 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。 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。
物理化学——第10章-电解和极化
外加电压很小时，几乎 无电流通过，阴、阳极上 无H2气和氯气放出。 随着E的增大，电极 表面产生少量氢气和氯 气，但压力较小，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。
§10.1 分解电压
2H++2e - = H2
e
e e
2Cl- = Cl2+2e e G
第十章 电解和极化
§10.1 §10.2 §10.3 §10.4 §10.5 分解电压 极化作用 电解时电极上的竞争反应 金属的电化学腐蚀和防腐 化学电源
§10.1 分解电压
1. 电池的电动势与电势： 电动势： r,阴 - r,阳 电势： ir,阴 - ir,阳 二者关系： r：E＝电势 (E是电池的平衡电势) E≥电势 ir：E >电势
ECu 2 |Cu E
Cu 2 |Cu
RT 1 RT 1 0.34 V ln 0.33 V ln 2 F 0.5 zF aCu 2
RT 1 ln 7 2 0.41 V 2 F (10 )
EH |H E
2
H |H2
RT 1 ln 2 zF aH
2. 电池的端电压：U端。指端间电位降， 单位正电荷在外电路所释放的能量，所 以是人们从电池获得能量的标志。
§10.1 分解电压
使用 Pt 电极电解 HCl 水
§10.1 分解电压
2H++2e - = H2
e
e e
2Cl- = Cl2+2e e G
第十章 电解和极化
§10.1 §10.2 §10.3 §10.4 §10.5 分解电压 极化作用 电解时电极上的竞争反应 金属的电化学腐蚀和防腐 化学电源
§10.1 分解电压
1. 电池的电动势与电势： 电动势： r,阴 - r,阳 电势： ir,阴 - ir,阳 二者关系： r：E＝电势 (E是电池的平衡电势) E≥电势 ir：E >电势
ECu 2 |Cu E
Cu 2 |Cu
RT 1 RT 1 0.34 V ln 0.33 V ln 2 F 0.5 zF aCu 2
RT 1 ln 7 2 0.41 V 2 F (10 )
EH |H E
2
H |H2
RT 1 ln 2 zF aH
2. 电池的端电压：U端。指端间电位降， 单位正电荷在外电路所释放的能量，所 以是人们从电池获得能量的标志。
§10.1 分解电压
使用 Pt 电极电解 HCl 水
电解与极化作用PPT课件
RT 2F
ln aCu2
0.3106V
析,Cu2|Cu 析,Zn2|Zn 析,H|H2 (Cu) 析,H|H2 (Zn)
§10.3 电解时电极上的竞争反应
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，这就是电解分离。
为了使分离效果较好，后一种离子反应时，前一 种离子的活度应减少到107以下，这就要求两种离 子的析出电势相差一定的数值。
超电势。电极电势最小的首先在阳极氧化。
A|Az
A|A
z
RT zF
ln
a
A
z
阳
确定了阳极、阴极析出的物质后，分解电压：
E分解＝阳 阴
E分解就越小，则电解就越易进行。
例：298K时，用铜电极电解浓度均为0.1mol·dm3CuSO4和 ZnSO4的混合溶液，j=0.01A·cm2、pH =7时，氢在铜上的 超电势为0.584V，氢在锌上的超电势为0.75V，铜与锌析 出时的超电势很小，可忽略不计，试计算H+、Cu2+、Zn2+ 在电极上的析出电势，并决定析出顺序。
金属腐蚀分两类： 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。 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。
第10章 电解与极化作用
2. 电极极化原因
2.1 浓差极化 电流通过电极时，若电化学反应速率较快，而离子的 扩散速率较慢，则电极表面附近和本体溶液中该离子 的浓度不同。如： 阴极: Cu2++2e-Cu
Cu2+
阳极: Cu Cu2+ +2eCu2+
Cu
Cu
cs< cb
cs> cb
而电极电势只与其表面附近的离子浓度有关
I=0
+ Pt + H+
I=0 H+ Ptr I,阴< r
r + I,阳> r
3. 超电势
在某一电流密度下，实际发生电解的电极电势不可逆 与可逆电极电势
可逆 之间的差值称为超电势。
阳极上由于超电势使电极电势变大，阴极上由于超
电势使电极电势变小。 为了使超电势都是正值，把阴极超电势 阴 和阳 极超电势 阳 分别定义为：
E分解
电压E
测定分解电压时的电流-电压曲线
3. 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 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 E(不可逆) (阳) (阴)
6.2电解质及其极化
上页 下页
介质球放入前电场为一均匀场
E0
上页
下页
介质球放入后电力线发生弯曲
++ + + + ++
E
上页
下页
重点：
★
★
电介质的极化现象
极化后电介质内电场的变化
上页
下页
这种在外电场作用下介质表面产生极化电荷的 现象，叫做电介质的极化现象。
2.有极分子的取向极化 无外电场时， 有极分子电偶极 矩取向不同，所 有分子电偶极矩 矢量和为零。
E
上页
下页
E
在外电场中每个偶极子要受到一个力矩作用， 电偶极子转向和外电场方向趋于一致。 出现极化电荷
上页 下页
二.电极化强度矢量 单位体积内分子电偶极矩的矢量 和来表示电介质的极化程度。
量度电介质 极化状态来自百度文库
定义：电介质内任意点的极化强度矢量等于该 点处单位体积内分子电偶极矩的矢量和。
pi P V
当电介质中场强不太大时，极化强度与电场强 度关系为：
P 0 e E 0 ( r 1) E
电极化率
相对介电常数
上页 下页
三.电介质中的静电场
有极分子的取向极化出现极化电荷上页下页在外电场中每个偶极子要受到一个力矩作用电偶极子转向和外电场方向趋于一致
介质球放入前电场为一均匀场
E0
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介质球放入后电力线发生弯曲
++ + + + ++
E
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重点：
★
★
电介质的极化现象
极化后电介质内电场的变化
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这种在外电场作用下介质表面产生极化电荷的 现象，叫做电介质的极化现象。
2.有极分子的取向极化 无外电场时， 有极分子电偶极 矩取向不同，所 有分子电偶极矩 矢量和为零。
E
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E
在外电场中每个偶极子要受到一个力矩作用， 电偶极子转向和外电场方向趋于一致。 出现极化电荷
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二.电极化强度矢量 单位体积内分子电偶极矩的矢量 和来表示电介质的极化程度。
量度电介质 极化状态来自百度文库
定义：电介质内任意点的极化强度矢量等于该 点处单位体积内分子电偶极矩的矢量和。
pi P V
当电介质中场强不太大时，极化强度与电场强 度关系为：
P 0 e E 0 ( r 1) E
电极化率
相对介电常数
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三.电介质中的静电场
有极分子的取向极化出现极化电荷上页下页在外电场中每个偶极子要受到一个力矩作用电偶极子转向和外电场方向趋于一致
九章电解与极化-资料
超电势（阴、阳、+、）
电解池： 阳 = 阳 阳, 平 （ 0） 阴 = 阴, 平 阴 （ 0）
原电池： += +, 平 + = , 平
（ 0） （ 0）
所以超电势值为正值。
5. 极化（超电势） 测定
作如前述的极化 曲线，常用所谓 的（“电流 法”）：
• 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,
不
max
能测定得很精
确（如图），
且重复性差。
上述 I-E 曲线的物理意义不很确切，仅作 了一些定性说明。但这确实很有实用价值。
3）书上 P660 表中列出当量浓度电解液的分 解电压 E分解 和相应的电池的 E可逆。
• 2 3：E外继续 增大，但反电动
势 Eb= Eb, max 已 不变；
• 此后 E外 的增加 只用于增加溶液
的电位降：
I R = E外 Eb, max
故电流 I 随 E外 线性（快速 ）增加。
分解电压：
• 使某电解质溶液能连续稳定发生电解（出
产物）所必需的最小外加电压（如图中的
“2”点），即
阴 阴, 平
使 阴 变小（负） 即要使正离子在阴
电解池： 阳 = 阳 阳, 平 （ 0） 阴 = 阴, 平 阴 （ 0）
原电池： += +, 平 + = , 平
（ 0） （ 0）
所以超电势值为正值。
5. 极化（超电势） 测定
作如前述的极化 曲线，常用所谓 的（“电流 法”）：
• 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,
不
max
能测定得很精
确（如图），
且重复性差。
上述 I-E 曲线的物理意义不很确切，仅作 了一些定性说明。但这确实很有实用价值。
3）书上 P660 表中列出当量浓度电解液的分 解电压 E分解 和相应的电池的 E可逆。
• 2 3：E外继续 增大，但反电动
势 Eb= Eb, max 已 不变；
• 此后 E外 的增加 只用于增加溶液
的电位降：
I R = E外 Eb, max
故电流 I 随 E外 线性（快速 ）增加。
分解电压：
• 使某电解质溶液能连续稳定发生电解（出
产物）所必需的最小外加电压（如图中的
“2”点），即
阴 阴, 平
使 阴 变小（负） 即要使正离子在阴
电解与极化
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
20
§6.19 各种类型的极化
一、浓差极化
• 电极过程中电极表面附近薄液层的浓度和
本体溶液的浓度的差异导致的电极极化。 • 考虑以 Cu 为电极的 Cu2+ 电解过程，阴极
区电极反应：
Cu2+ + 2e Cu
21
Cu2+ + 2e Cu
2 2
H
2
Zn优先析出
36
例 Zn的精炼，电解液: H2SO4+ZnSO4，阴极提纯。
阴极材料：Al，有Zn沉积； 阳极材料：Pb，有O2放出。如图：
37
1）Al 阴极上，Zn2+/Zn, 平 = 0.8 V，曲线 (a)
为Zn在Al上的极化曲线，工作条件：
i = 0.2 A/cm2， Zn2+/Zn = 0.9 V
分解电压一般远大于可逆电动势，具体数值主要与电极材料
有关； 电极材料一定时，电解不同的电解液，如果电极反应相同， 则分解电压基本相同
10
二、极化现象
由于电流 i 0，电极的电极电势 偏离
i 0 平衡时的电极电势 平 的现象称为
极化现象：
（i 0） 平（i = 0）
ห้องสมุดไป่ตู้
10章_电解与极化作用
增大
阳极析出电势变大 阴极析出电势变小
由于极化使外加的电压增加，额外消耗了电能。
j(电流密度)
极化曲线（polarization curve）
阴极曲线
E可逆+ΔE不可逆
阳极曲线
η阴
E可逆
η阳
电极电势
电解池中两电极的极化曲线
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。
显然分解电压的数值会随着通入电流强度的增加而 增加。
§10.2 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阳极可逆(平衡)电势和阴极 可逆(平衡)电势
可逆（阳）,可逆（阴）
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。
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
(1)析氢腐蚀 酸性介质中 H+在阴极上还原成氢气析出。
H2O
2H+ + ½ O2 + 2e-
此时溶液中的H+ 的浓度为 0.4 mol dm-3
阳极析出电势变大 阴极析出电势变小
由于极化使外加的电压增加，额外消耗了电能。
j(电流密度)
极化曲线（polarization curve）
阴极曲线
E可逆+ΔE不可逆
阳极曲线
η阴
E可逆
η阳
电极电势
电解池中两电极的极化曲线
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。
显然分解电压的数值会随着通入电流强度的增加而 增加。
§10.2 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阳极可逆(平衡)电势和阴极 可逆(平衡)电势
可逆（阳）,可逆（阴）
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。
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
(1)析氢腐蚀 酸性介质中 H+在阴极上还原成氢气析出。
H2O
2H+ + ½ O2 + 2e-
此时溶液中的H+ 的浓度为 0.4 mol dm-3
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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
用搅拌和升温的方法可以减少浓差极化。
极化的类型
浓差Hale Waihona Puke Baidu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
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
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。
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)
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
{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。
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极电势变大， 阴极上由于超电势使电极电势变小。
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 )
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。
Z2n,Zn Z o2n,Zn2 RFT lnaZ12n
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))
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)
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。
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
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
用搅拌和升温的方法可以减少浓差极化。
极化的类型
浓差Hale Waihona Puke Baidu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
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
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。
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)
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
{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。
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极电势变大， 阴极上由于超电势使电极电势变小。
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 )
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。
Z2n,Zn Z o2n,Zn2 RFT lnaZ12n
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))
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)
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。
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