第九章 电解与极化作用
电解与极化教程课件
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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。
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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。
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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
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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
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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
(整理)第九章+电解与极化作用练习题
第九章电解与极化作用练习题一. 是非题(2×10=20分)1. 电解，电镀，化学电源和电化腐蚀等都是热力学不可逆过程。
（）2. 测分解电压时，要使用伏特计，目的在于测电解池两极的端电压—槽电压。
（）3. 用Pt电极电解NaOH稀水溶液时，产物构成的电池是Pt ︳H2(P1)︳NaOH(m)︳O2(P2)︳Pt4. 浓差极化是由于电池或电解池中阴极与阳极电解质溶液浓度不同所引起的。
（）5. 超电势的大小是电极极化程度的量度。
（）6. 凡能通过氧化—还原反应生产的产物都可用电化学方法生产。
（）7. 金属氧化与介质还原在不同地点进行，金属都不会被腐蚀。
（）8. 无论金属多么活泼，只要有去极剂存在，金属都不会被腐蚀。
（）9. 金属的电势越负，越易被腐蚀。
（）10. 外加电流阳极保护或外加电流阴极保护，目的（作用）都是降低腐蚀电流。
（）yes no.二填空题（2×10=20）1. 对电池，正极极化时φIR（不可逆）_______φR(可逆)2. 以Pt电极电解不挥发性酸的水溶液时，实际分解电压一般都为_______ V（取两位有效数字）3. 以Ag电极电解AgNO3溶液时，阴极浓差超电势η阴= RT/F ln(c/c1), c为本体溶液Ag+浓度，c1为电极附近Ag+浓度，则两个浓度的关系是c ______c14.阴极极化时φIR（不可逆）______φR（可逆）5.一极化曲线的图如下此曲线应是极极化曲线（填阴或阳）。
6. 电解池正极上发生反应（填还原或氧化）。
7. 电解槽阴极的析出电势与其可逆电势的关系是φ析，阴φR，阴。
8. 电解处于平衡态时，氧化电流密度与还原电流密度之差i______0.9. 一般情况下，金属离子在金属固体上析出的超电势η 0。
10.一电解池中，Ag的可逆电势为0.681V，Cu的可逆电势为0.327V，首先在阴极上析出的是（填Ag或Cu）。
三．单选题（2×10=20分）1．测定分解电压的装置中要使用伏特计，其作用是（A）测量电路中某一段的电压降（B）测量工作电池的端电压（C）测量槽电压（D）测量理论分解电压2．惰性金属为电极电解H2SO4，下述反应中正确的是(A)正极(B)负极(C)正极(D)负极3．对电化学极化的下列说法中不正确的是(A)电化学极化起因于电荷在相界面上转移的迟缓性(B)电化学极化是因电极反应需要活化能所致(C)在极化电流很大时，活化过电势增长加快(D)电化学极化在电极过程中的任一电极上都存在4．有关浓差极化的下列说法中不正确的是(A)浓差极化是产生浓差极化的根本原因(B)浓差超电势决定于本体溶液中离子浓度与电极附近同种离子浓度之比值(C)浓差超电势可通过搅拌完全消除(D)阴极和阳极浓差超电势不会相等5．在相同条件下，氢析出时超电势最小的是(A)镀铂黑的铂电极(B)光亮铂电极(C)金电极(D)银电极6．在金属的裂缝处常易腐蚀，其原因是(A) 裂缝处易积存水，水电离出H+(B)裂缝处易积集CO2和水(C)裂缝处氧浓度小，易成为腐蚀电池的阴极(D)裂缝处氮浓度小，易成为腐蚀电极的阴极7．两种金属离子共同析出的条件是(A)两种金属离子浓度相同(B)两种金属离子的平衡电势与析出的超电势之差相等(C)两种金属离子的价型相同(D)两种金属离子析出时的超电势与衡电平势均相等8．铁Fe在潮湿空气中（含大量CO2）被电化腐蚀的电池未反应是(A) Fe ＋1/2O2(g)＋2H+ Fe2+ + H2O(B) Fe2++2OH- Fe(OH)2(C) 2Fe(OH)2+H2O+1/2 O2 2Fe(OH)3(D) Fe+3/4 O2(g)+3H++3e- Fe3++3/2 H2O9．对氧浓差微电池——差异充气电池的下列说法不正确的是(A)充O2的电极为阴极(B)充N2的电极为负极(C)O2为去极剂(D)充O2电极的反应Fe＋1/2O2＋H2O ＝Fe(OH)210.为保护铁不受腐蚀，有时在其表面镀一层锌或镀一层锡，常称镀锌铁和镀锡铁。
电解与极化应用于实际
电解与极化0909401078 章祥化学摘要：所谓电解是指在电池上加一个直流电源，并逐渐增加电压直至使电池中物质在电极上发生化学反应。
电解是将电能变成化学能的反应，是电池反应的逆过程。
电解与极化作用在工业制备，材料防腐，燃料电池等方面均有很多应用。
关键词：电解、极化、电化学腐蚀、防腐、燃料电池正文：1：电解与极化过程与原因：电解过程是在不可逆的情况下进行，即所用电解电压大于自发电池的电动势。
而电极极化是指在有电流通过电极时，电极电势偏离于可逆值的现象。
电极发生极化的原因，是因为当有电流流过电极时，在电极上发生一系列的过程，并以一定的速率进行，而每一步都或多或少的存在阻力。
要克服这些阻力，相应的各需要一定的推动力，表现在电极电势上就表现为这样那样的偏离。
2：金属的电化学腐蚀原因：金属表面与周围介质发生化学及电化学作用而遭受破坏，统称金属腐蚀，化学腐蚀作用进行时没有电流产生。
金属表面与介质如潮湿空气，电解质溶液等接触时，因形成微电池而发生电化学作用而引起的腐蚀叫电化学腐蚀。
金属的电化学腐蚀的过程；如在阴极上可能发生氢离子还原成氢气析出（亦称为析氢腐蚀）（2H++2e- H2(g));在酸性气氛中，大气中的氧气在阴极上取得电子，而发生还原反应（亦称为吸氧腐蚀）（O2+4H++4e- 2H2O)。
因为吸氧腐蚀比析氢腐蚀容易发生，即Ψ（Fe2+/Fe）与Ψ（H+/H2)组成电池的电动势比Ψ（Fe2+/Fe）与Ψ（O2/H+,H2O)组成电池的电动势小得多，所以当有氧存在时Fe的腐蚀就更严重。
3：电解的一般应用：3.1电解制备与电镀：电解制备，是指用电解方法实现物质的氧化还原，例如电解食盐水制备氢气，氯气和NaOH的氯碱工业；用电解法提纯金属如电解铜；电解水以制备纯净的氢气和氧气等。
而电解制备法的一般优点有产物比较纯净，易于提纯；通过适当选择电极材料，电流密度和溶液的组成，可以扩大电解还原法的适用范围。
塑料电镀：为改变绝大多数塑料不能导电，没有金属光泽等不足之处，为改进其性能，可在塑料表面进行电镀，其步骤大致是先将塑料表面去油，粗化及各种表面活性处理，然后用化学沉积法在其表面形成很薄的导电层，再把塑料镀件置于电镀槽的阴极，镀上各种所需金属。
电解与极化作用(小结)汇总
宁夏大学化学化工学院
2.1．分解电压与电极电势的关系式(1)
适用条件：电解在接近平衡 的条件下进行,即可逆条件 下进行。V外-E反电动 = dV(无限小)。
V理分=
φ R,阳
-
φ R,阴
= E反电动（数值上)(
23
)
宁夏大学化学化工学院
14:03
2.1．分解电压与电极电势的关系式(2)
1.12 支持电解质
1.13 阴极保护· 阳极保护 1.14 缓冲剂保护 1.15 腐蚀电流· 腐蚀电势
1.8 交换电流密度· 极限电流密度
宁夏大学化学化工学院
3
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1.1 电解池.电解.电解现象
将两电极与直流电源连接后,能强迫 电流在其中通过使电能转换为化学能的 装置叫电解池. 直流电通过电解质溶液或熔融化合 物 , 两电极上发生化学反应 , 使电能转 换为化学能储存于电解产物的过程称为 电解。 电解进行时，电解质的阴 . 阳离 子分别向正 ( 阳 ) 、负 ( 阴 ) 两极移动 , 并 在电极上分别发生还原和氧化反应 , 生 成新产物, 这称为电解现向.
负，即等于可逆电势与阴极超电势之差。
φ 阳，析
=
φ
R，阳＋
η
阳
(2)
意义：阳极析出产物的电势比可逆电势
更正,即等于可逆电势与阳极超电势之和.
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练 习 题
判断题
计算题
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（一）判断题
1. 电解，电镀， 化学电源和电化腐蚀等都是热力学 不可逆过程。（ No ） 2. 测分解电压时，要使用伏特计，目的在于测电解 池两极的端电压—槽电压。 （ Yes ） 3. 用Pt电极电解NaOH稀水溶液时，产物构成的电池是 Pt|H2(P1)∣NaOH(m)|O2(P2)∣Pt ( Yes ) 4. 浓差极化是由于电池或电解池中阴极与阳极电解 质溶液浓度不同所引起的。（ No ） 5. 超电势的大小是电极极化程度的量度。（ Yes ） 宁夏大学化学化工学院
电解与极化作用
第九章电解与极化作用一切现实的电化学过程都是不可逆过程，而应用Nernst 方程式处理电化学体系时，都有一个前提，即该体系需处于热力学平衡态。
从而可见，应用Nernst 方程所能研究的问题范围具有很大的局限性。
所以对不可逆电极过程进行的研究，无论是在理论上或实际应用中，都有非常重要的意义。
因为要使电化学反应以一定的速度进行，无论是原电池的放电或是电解过程，在体系中总是有显著的电流通过。
因此，这些过程总是在远离平衡的状态下进行的。
研究不可逆电极反应及其规律性对电化学工业十分重要，因为它直接涉及工艺流程、能量消耗、产品单耗等因素。
我们将讨论电解过程中在电极上进行的不可逆反应，从中得出不可逆电极过程的一些规律，将它们可应用于电镀、电化学腐蚀、化学电源等方面。
本章将主要介绍通电使体系发生化学变化即电解作用中的一些规律，对于在有电流通过电极的所发生的极化作用的原因也作了介绍。
具体学习内容如下：1、了解分解电压的意义。
2、了解产生极化作用的原因。
了解超电势在电解中的作用。
3、能计算一些简单的电解分离问题。
第一节分解电压使电能转变成化学能的装置称为电解池。
当直流电通过电解质溶液，正离子向阴极迁移，负离子向阳极迁移，并分别在电极上起还原和氧化反应，从而获得还原产物和氧化产物。
若外加一电压在一个电池上，逐渐增加电压直至使电池中的化学反应发生逆转，这就是电解。
实验表明，对任一电解槽进行电解时，随着外加电压的改变，通过该电解槽的电流亦随之变化。
例如，使用两个铂电极电解HCl 溶液时，使用图9.1 的线路装置，改变可变电阻，记录电压表和电流表的读数，则可测量电解槽两端电位差与电流强度的关系曲线。
开始时，当外加电压很小时，几乎没有电流通过电解槽；电压增加，电流略有增加；当电流增加到某一点后，电流随电压增大而急剧上升，同时电极上有连续的气泡逸出。
在两电极上的反应可表示如下：阴极2H+(aH+)+2e.→H2(g, p)阳极2Cl-.(aCl-)→Cl2(g,p)+2e. 图9.1 分解电压的测定装置当电极上有气泡逸出时，H2和Cl2的压力等于大气压力。
第九章 第一节 电介质的极化
5.夹层极化---有损极化
K K
U U
g1
C1
U
1
g2
C2
U
2
极化特性的实用意义
在制造电容器时，选择适当的电介质。为了追求一定的电容 器具有较大的电容量，应选择介电常数较大的电介质。 设计某些绝缘结构时，为了减小通过绝缘的电容电流及由极 化引起的发热损耗，这时就不宜选择介电常数太大的电介质。 交流及冲击电压下，多层串联介质中的场强按电容分布， 因此可利用不同的介质适当组合来改善绝缘中的电场分布， 使之尽可能趋于均匀，以充分利用电介质的绝缘强度，优化 绝缘结构。
第一节 电介质的极化
高压设备
变压器、互感器、断路器 设备的导电部分要用气体、液 体、固体绝缘材料或它们的组 合与接地的外壳或支架隔离开， 以保持设备的正常运行。
在电场的作用下，绝缘物 质会发生各种物理现象： 极化、损耗、电离、击穿 放电等等 但有些现象至今未能从 理论上获得完满的解释， 因此在高电压技术领域 中，不论是教学还是科 研，都要倚重试验技术。
2. 离子式极化
在离子式结构的电介质中， 当有外电场作用时，则除了 促使各个离子内部产生电子 式极化之外，还将产生正负 离子的相对位移，使正负离 子按照电厂的方向进行有序 排列，形成极化，这种极化 称为离子式极化
图9-3 离子式极化 （a）无外加电场；（b）有外加电场
完成离子式极化所需的时间也很短，约10-13s ，其极化响应
图9-2 电子式极化 （a）无外加电场；（b）有外加电场
电子式极化的特点： (1) 电子式极化存在于所有电介质中。 (2) 由于电子异常轻小，完成极化所需的时间极短，约10-15s， 极化响应速度极快，通常相当于紫外线频率范围。 (3) 电子式极化具有弹性。一旦外电场减小时，依靠正、负电 荷之间的吸引力，其作用中心立即重合而恢复成中性。 (4) 电子式极化所消耗的能量可忽略不计，称为“无损极化”。
电解与极化作用
第九章电解与极化作用对于电解池，它是一个使电能转变成化学能的装置，是一个电化学的反应器，电解池在工作时是必须有电流通过的通常，一个电解池要连续正常工作，所加的电压要比电动势大得多，这些额外的电能，一部分用以克服电阻，一部分消耗在克服电极的极化作用上，如下列反应：Cu2+(aq) + 2Cl-(aq) = Cu(s) + Cl2(g)E 外CuCl 2石墨Cu −+E 外加电压：η++>IR E E 平衡外电解反应才能顺利进行，实验现象为：Cu 电极：Cu 2++ 2e →Cu(s)石墨电极：2Cl -→Cl 2(g) + 2e Cu 2++ 2Cl -→Cu(s)+ Cl 2(g)无论是原电池还是电解池，只要有电流通过，在电极上就有极化作用发生，电极极化为不可逆过程（1）电极的极化作用（2）金属腐蚀与防腐和电化学的应用（3）化学电源本章主要介绍三方面的内容：§9.1 分解电压1. 分解电压测定在电解一给定的电解液时，对电解池至少需要施加多少大的电压才能使电解顺利进行⎯⎯分解电压。
以铂电极电解0.1mol·dm-3的NaOH水溶液为例，说明分解电压的测定。
分解电压测定装置：VG 阳极阴极0.1m NaOH 溶液Pt 通过可变电阻逐渐增加外加电压，同时记录电流计的变化值，得到电流～电压曲线。
EI 曲线可分为三段：（1）1之前电压升高，电流变化不大→0，现象:在电极上没有气泡的产生。
12（2）1～2 电压升高，电流开始慢慢增大，在电极上有少许的气泡产生，并吸附在电极上。
（3）2～3. V ↑→I ↑↑在电极有大量的气泡逸出。
3从曲线外推得到E 分解=1.69V 。
E 分解=1.69V实验测定的分解电压要大于原电池：Pt, H2(pθ) | NaOH(0.1 mol·kg-1) | O2(pθ), Pt的电动势E可逆=1.229VE分解为实际分解电压，各种电解液的分解电压是通过实验测定E分解>E可逆2. 产生分解电压的原因在电解NaOH 水溶液时，电极反应：阴极：2H 2O + 2e = H 2+ 2OH -阳极：2OH -= ½O 2+ H 2O + 2e 阴极析出氢气，阳极析出氧气，并有部分H 2和O 2吸附在铂电极表面，结果组成了氢氧原电池:-Pt, H 2(p) | NaOH (0.1mol·kg -1)| O 2, Pt +E 外该原电池的极性正好与外加电源的极性相同，产生反电动势。
第九章+电解与极化作用练习题
第九章电解与极化作用练习题一. 是非题(2×10=20分)1. 电解，电镀，化学电源和电化腐蚀等都是热力学不可逆过程。
（）2. 测分解电压时，要使用伏特计，目的在于测电解池两极的端电压—槽电压。
（）3. 用Pt电极电解NaOH稀水溶液时，产物构成的电池是Pt ︳H2(P1)︳NaOH(m)︳O2(P2)︳Pt4. 浓差极化是由于电池或电解池中阴极与阳极电解质溶液浓度不同所引起的。
（）5. 超电势的大小是电极极化程度的量度。
（）6. 凡能通过氧化—还原反应生产的产物都可用电化学方法生产。
（）7. 金属氧化与介质还原在不同地点进行，金属都不会被腐蚀。
（）8. 无论金属多么活泼，只要有去极剂存在，金属都不会被腐蚀。
（）9. 金属的电势越负，越易被腐蚀。
（）10. 外加电流阳极保护或外加电流阴极保护，目的（作用）都是降低腐蚀电流。
（）.二填空题（2×10=20）1. 对电池，正极极化时φIR（不可逆）_______φR(可逆)2. 以Pt电极电解不挥发性酸的水溶液时，实际分解电压一般都为_______ V（取两位有效数字）3. 以Ag电极电解AgNO3溶液时，阴极浓差超电势η阴= RT/F ln(c/c1), c为本体溶液Ag+浓度，c1为电极附近Ag+浓度，则两个浓度的关系是c ______c14.阴极极化时φIR（不可逆）______φR（可逆）5.一极化曲线的图如下此曲线应是极极化曲线（填阴或阳）。
6. 电解池正极上发生反应（填还原或氧化）。
7. 电解槽阴极的析出电势与其可逆电势的关系是φ析，阴φR，阴。
8. 电解处于平衡态时，氧化电流密度与还原电流密度之差i______0.9. 一般情况下，金属离子在金属固体上析出的超电势η 0。
10.一电解池中，Ag的可逆电势为0.681V，Cu的可逆电势为0.327V，首先在阴极上析出的是（填Ag或Cu）。
三．单选题（2×10=20分）1．测定分解电压的装置中要使用伏特计，其作用是（A）测量电路中某一段的电压降（B）测量工作电池的端电压（C）测量槽电压（D）测量理论分解电压2．惰性金属为电极电解H2SO4，下述反应中正确的是(A)正极(B)负极(C)正极(D)负极3．对电化学极化的下列说法中不正确的是(A)电化学极化起因于电荷在相界面上转移的迟缓性(B)电化学极化是因电极反应需要活化能所致(C)在极化电流很大时，活化过电势增长加快(D)电化学极化在电极过程中的任一电极上都存在4．有关浓差极化的下列说法中不正确的是(A)浓差极化是产生浓差极化的根本原因(B)浓差超电势决定于本体溶液中离子浓度与电极附近同种离子浓度之比值(C)浓差超电势可通过搅拌完全消除(D)阴极和阳极浓差超电势不会相等5．在相同条件下，氢析出时超电势最小的是(A)镀铂黑的铂电极(B)光亮铂电极(C)金电极(D)银电极6．在金属的裂缝处常易腐蚀，其原因是(A) 裂缝处易积存水，水电离出H+(B)裂缝处易积集CO2和水(C)裂缝处氧浓度小，易成为腐蚀电池的阴极(D)裂缝处氮浓度小，易成为腐蚀电极的阴极7．两种金属离子共同析出的条件是(A)两种金属离子浓度相同(B)两种金属离子的平衡电势与析出的超电势之差相等(C)两种金属离子的价型相同(D)两种金属离子析出时的超电势与衡电平势均相等8．铁Fe在潮湿空气中（含大量CO2）被电化腐蚀的电池未反应是(A) Fe ＋1/2O2(g)＋2H+ Fe2+ + H2O(B) Fe2++2OH- Fe(OH)2(C) 2Fe(OH)2+H2O+1/2 O2 2Fe(OH)3(D) Fe+3/4 O2(g)+3H++3e- Fe3++3/2 H2O9．对氧浓差微电池——差异充气电池的下列说法不正确的是(A)充O2的电极为阴极(B)充N2的电极为负极(C)O2为去极剂(D)充O2电极的反应Fe＋1/2O2＋H2O ＝Fe(OH)210.为保护铁不受腐蚀，有时在其表面镀一层锌或镀一层锡，常称镀锌铁和镀锡铁。
《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。
电解和极化作用
金属型电解质
在熔融状态下能导电的金 属氧化物，如氧化铝、氧 化铁等。
电解质的导电性
电离程度
电解质在水溶液中的导电能力与其电离程度成正 比，电离程度越大，导电能力越强。
带电粒子
电解质在水溶液中导电依赖于带电粒子的运动， 带电粒子越多，导电能力越强。
离子迁移率
带电粒子在电场作用下的迁移率决定了电解质的 导电能力，迁移率越大，导电能力越强。
对物质导电性的影响
01
极化作用可以改变物质内部的电子分布，从而影响物质的导电
性能。
对物质介电常数的影响
02
介电常数是表征物质电介质性能的重要参数，极化作用可以显
著改变物质的介电常数。
对物质光学性质的影响
03
由于极化作用可以改变物质内部电子云的分布，因此对物质的
光学性质如折射率、反射率等也有重要影响。
对未来研究的展望
随着对电解和极化作用认识的深入，未来研究将更加 关注复杂电化学体系的反应机制和动力学过程，以揭
示更广泛的规律和现象。
输标02入题
新型电化学电极材料和电解质的研发将为电解和极化 作用提供更多可能性，有助于提高电化学过程的效率 和稳定性。
01
03
随着可持续发展理念的深入人心，电解和极化作用在 可再生能源转换和储存、环境治理等方面的应用将得
当物质处于外电场中时，物质中 的电荷会受到电场力的作用，产 生相对位移，导致极化现象的产
生。
热运动的影响
在热运动的作用下，物质中的原子 或分子的电子云分布会发生不规则 的涨落，从而导致极化现象的产生。
晶体结构的作用
物质的晶体结构对其极化性质也有 重要影响，不同晶体结构的物质具 有不同的极化率。
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第九章电解与极化作用
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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?。