熔盐电化学教案完
熔盐电化学(1)详解
不同物质的蒸汽压不仅各不相同，而且有时甚至是相 差极大，对于熔融盐溶液，因为各组分挥发性的不同， 测定中很难长时间地维持成分稳定，因此，蒸汽压测 定时常采用多种测定方法，以保证测量的准确。由于 大多数熔融盐的蒸汽压较低，通常采用沸点法、相变 法和气流携带法测定。 图8-1列出一些氯化物的蒸汽压与温度的关系。在图上 看到，晶格中离子键部分占优势的盐，如NiCl2、 FeCl2、MnCl2、MgCl2、CaCl2等，它们的蒸汽压甚至 在600～700℃时也是很低的，在800～900℃时才变得 显著些。而具有分子晶格的盐类，如SiCl4、TiCl4、 AlCl3、BeCl2等，其蒸汽压在50～300℃就很高了，至 于UF6、ZrCl4、ZrI4等盐类则不经液态就直接升华。
三 粘度 粘度与密度一样是熔融盐的一种特性。粘度与熔融 盐及其混合物的组成及结构之间一定的联系，因此，对 粘度的研究可以提供有关熔体结构的信息。在实际生产 中，金属液滴及固体粒子是否滞留在熔体中，与熔融盐 粘度的大小有关，粘度大的熔融盐电解质及盐类溶剂不 能应用于金属的电解、熔炼及精炼的工业生产中，因为 金属液滴将包裹在这种熔体中很难从液相中分离出来， 粘滞的熔融盐电解质常常具有低的导电度。易流动的熔 融盐电解质与之相反，它们一般都具有高的导电度，并 且能促使金属与熔体很好地分离。
水（20℃） 有机化合物
1.0005cP 0.3～30 cP
熔融盐
液态金属 炉渣
0.01～104 P
0.5~5 cP 0.05～105 P
纯铁（1600℃）
4.5 cP
测量熔盐粘度的方法主要为毛细管法和扭摆法。
熔融盐的粘度除与自身的本性有关外，还与温度有密切 的关系，图8-2是NaCl-AlCl3混合熔体的粘度随温度的变化。 粘度与温度的关系一般可表示为：
化学电化学反应教学教案
实验报告：要求学生撰写实验报告，总结实验过程、结果和结论
批改：认真批改作业和实验报告，记录学生的掌握程度和应用能力
反馈：根据批改情况，及时给予学生反馈和指导，帮助他们更好地掌握电化学反应的知识和技能
考试和测验：通过考试和测验，评估学生对电化学反应的掌 握程度和应用能力。
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案例分析：对所选案例进行深入分 析，探讨电化学反应在其中的作用 和应用原理。
案例总结：总结案例中的电化学反 应应用价值和意义，引导学生思考 如何在生活中运用电化学反应知识。
教学评价
课堂表现：观察学生在课堂上的表现，评估学生对电化学反 应的理解和掌握程度。
课堂表现：观察学生 在课堂上的表现，评 估学生对电化学反应 的理解和掌握程度。
教学内容
电化学反应的定义和原理
电化学反应是涉及电子转移的氧化还原反应 原理包括法拉第定律和能斯特方程 定义了电极电势和氧化还原反应的能量变化 原理用于解释电池的工作原理和电化学现象
电解池的工作原理和电极反应
电解池的工作原理：电解池是将电能转化为化学能的装置，通过外加电源使电解质溶液中的阴 阳离子分别在两极发生氧化还原反应。
定义：通过考试和测验评估学生对电化学反应的掌握程度和应用能力。
目的：了解学生对电化学反应基本概念、原理和应用的掌握情况，以及在实际问题中的应用能力。
方法：采用多种形式，如闭卷考试、开卷考试、实验操作等，全面评估学生的表现。
反馈：根据考试和测验结果，为学生提供有针对性的反馈和建议，帮助他们更好地掌握电化学反应 知识和应用能力。
掌握电化学反应的基本概念和分类 了解常见电化学反应的类型及其特点 理解电化学反应在生产和生活中的应用 掌握电化学反应的能量转化和物质转化
《熔盐电化学》课程教学大纲
6．考核形式：考试
7．教学环境：课堂
课
程
教
学
目
的
及
要
求
教学目的：
熔盐电化学是研究熔盐体系中电化学性质及其应用的一门专业课程。
教学要求：
通过本门课程的学习，能使学生了解熔融盐基本理论及其在各个领域中的应用；主要掌握熔盐物理化学性质、熔盐电解、熔盐电池、熔盐电镀、金属在熔融盐中的溶解等基本概念和理论；并能理论与应用相结合，了解国内外在熔盐电化学方面的最新研究成就。
理解熔盐中离子迁移数的概念，了解熔盐中离子迁移数的计算和应用。
（三）熔盐电池及其应用（4学时）
理解熔盐中电极电位的概念及其影响因素。了解熔盐中的参比电极（气体电极、金属电极、玻璃电极）。
掌握熔盐电池的热力学性质及其计算。
了解熔盐电池的应用。
（四）金属中熔盐中的溶解（3学时）
了解金属在熔盐中的溶解现象，掌握其研究方法。
理解金属在熔盐中的溶解机理。
明了影响金属在熔盐中溶解的因素。
（五）熔盐电解及其应用（4学时）
了解熔盐中的分解电压及极化现象。
了解熔盐电解电流效率及其影响因素。
了解阳极效应及其产生原因。
掌握熔盐电解的一些实际应用。
（六）熔盐电镀及其应用（2学时）
掌握熔盐电镀的实验方法。
了解影响熔盐电镀的主要因素。
了解熔盐电镀的一些实际应用。
配套
实践
环节
说明
大纲
编写
责任
人
物理化学
（教研组）
方建慧（签名）
2001年12月20日
系
审核
意见
化学
（系）
吕敬慈（签名）
熔盐电化学
总结与展望
以碳作为能量载体的现代工业给人类社会的可持续发展带来了巨大的挑战，开发低碳高效的材料制备和资源 利用技术是应对此挑战的必然选择。采用电子作为能量载体的熔盐电化学冶金新工艺展示出良好的发展前景。今 后仍需从熔盐体系选择、熔盐电解工艺、电极过程机理、电极材料和高温电化学工程等方面进行系统深入的研究 和创新，从而为资源的高效合理利用和节能减排做出实际贡献，同时推动高温熔盐电化学学科的发展 。
08 电裂解固态硫化物
09
熔融碳酸盐体系的电 解冶金
010
超高温熔融氧化物电 解
011 总结与展望
熔盐电化学是指高温熔盐作为一种离子导体，具有很宽的电化学窗口，况且高温下反应动力学速度快，因此 是电化学冶金理想的电解液，电解铝工业是其中成功的典范。此外，碱金属和碱土金属以及低熔点的轻稀土金属 也多采用熔盐电解法生产。但是，涉及高熔点的难熔金属，传统的熔盐电解方法则受限于原料的低溶解度和产物 的枝晶生长，很难大规模电解制备。
熔融碳酸盐体系的电解冶金
与卤化物熔盐相比，熔融碳酸盐的腐蚀性要温和得多。从以往有关熔融碳酸盐燃料电池的研究成果看，一些 金属和陶瓷材料在熔融碳酸盐中均具有令人满意的稳定性，很有希望成为熔融碳酸盐电解冶金可实用化的惰性阳 极。美中不足的是熔融碳酸盐的电化学窗口较之卤化物熔盐窄，难以在熔融碳酸盐中电化学还原稀土、钛锆等的 氧化物，但其电位窗足以满足氧化铁、氧化镍等氧化物的电化学还原，从而有可能实现基于熔融碳酸盐体系的绿 色电解炼钢。
感谢观看
锆基材料由于有小的中子吸收截面、高的机械强度和优良的耐腐蚀性能，超过90%的锆基材料用于核反应堆 的燃料包壳管。一般用做燃料包壳的锆管壁厚不超过1mm，直径在8～15mm之间。采用熔盐电解锆和铌的混合氧化 物预成型管，直接制备了几何尺寸适用于核反应堆的燃料包壳管的金属锆管，而且制备的锆基管具有极低的孔隙 率和较高的机械强度。还可利用在氯化钙熔盐中电解二氧化钛/二氧化锆混合氧化物压片，直接制备出合金片。
化学实验教案：电化学反应
化学实验教案：电化学反应一、引言电化学反应是化学实验中非常重要的一个分支，它研究电能与化学能之间的相互转化关系，并在实际应用中发挥着重要作用。
本教案旨在通过一系列具体的实验案例，帮助学生理解和掌握电化学反应的基本原理与实验技巧。
二、实验目的1. 理解电化学反应的基本概念；2. 掌握电池构成要素及其功能；3. 通过实验观察和测量，认识不同材料在电池中的行为差异；4. 学会运用计算方法，分析电化学反应过程。
三、实验一：金属活泼性与离子反应性的比较1. 实验材料：- 铜片、锌片各1块- 盐酸(hydrochloric acid)溶液- 线圈铁丝- 镊子、玻璃棒2. 实验步骤：a. 准备一个带盖子的容器，加入足够溶液覆盖铜片和锌片。
b. 将锌片固定于线圈铁丝上，并将线圈铁丝固定在容器盖子上，以便将锌片浸入溶液中。
c. 完成前两步后，关闭容器盖子，并等待一段时间。
d. 使用镊子取出铜片和锌片，并使用玻璃棒清洁表面，然后观察它们的变化。
3. 实验原理：当金属与酸性溶液接触时，发生了氧化还原反应。
通过观察实验材料表面的变化情况，我们可以得出结论：活泼度较高的金属（锌）易被溶液中的离子氧化；而活泼度较低的金属（铜）则不易被氧化。
四、实验二：电池的构造与工作原理1. 实验材料：- 铜片、锌片各1块- 盐桥- 含酸性溶液2. 实验步骤：a. 准备一个密封容器，在底部分别放入一个铜片和一个锌片。
确保两个金属不直接接触。
b. 向容器中注入足够含酸溶液。
c. 利用一个带盖子的管状过滤纸，在其中加入一定量浓氨水，并盖好。
d. 将过滤纸的两端浸泡至含酸溶液中，形成盐桥。
3. 实验原理：通过实验可以验证以下几个结论：铜片作为阳极，会失去电子进入溶液中；锌片作为阴极，在离子的催化下发生氧化反应。
随着镀层生成，电池内部会产生一定的电势差，实现电能和化学能之间的转化。
五、实验三：常见电池的比较1. 实验材料：- 镍镉电池- 单质锌-空气电池- 乾性锰碱性干电池- 锌银电池2. 实验步骤：a. 分别取出不同类型的电池，并记录其型号和标识信息。
熔盐电化学(1)全解
液体流动时所表现出的粘滞性是流体各部分质点间流动时 所产生内摩擦力的结果。若两层液体，其间的接触面积是S， 两液层间的速度梯度为dV/dx，则两液层间的内摩擦力f可用下 式表示： dV 8-3 f S
dx
式中η—粘度系数。 上式称为牛顿粘度公式。粘度系数表示在单位速度梯度下， 作用在单位面积的流质层上的切应力，其单位为g/cm· s，通常 以泊（P）表示，为了方便使用，有时也用其百分之一表示， 称为厘泊（cP）。遵从上式的流体叫做牛顿流体，一般来说， 当流体中有悬浮物或弥散物时，从粘度看常为非牛顿流体。 各类液体的粘度范围大致如下：
水（20℃） 有机化合物
1.0005cP 0.3～30 cP
熔融盐
液态金属 炉渣
0.01～104 P
0.5~5 cP 0.05～105 P
纯铁（1600℃）
4.5 cP
测量熔盐粘度的方法主要为毛细管法和扭摆法。
熔融盐的粘度除与自身的本性有关外，还与温度有密切 的关系，图8-2是NaCl-AlCl3混合熔体的粘度随温度的变化。 粘度与温度的关系一般可表示为：
§1 熔盐的性质
主要介绍熔盐的密度、粘度、导电率、表面张力、 蒸汽压和迁移数等性质。 一 密度 单位体积的质量称为密度。密度是熔融盐的一个 重要物理化学性质。在熔盐电解中电解质与金属液体 的分离，火法冶金中不同熔体间的分层和分离在生产 中许多动力学现象都与熔融盐溶液的密度有关。密度 测定是研究熔融盐结构的一种间接方法，由准确的密 度值还可以导出膨胀系数和偏克分子体积等性质。
三 粘度 粘度与密度一样是熔融盐的一种特性。粘度与熔融 盐及其混合物的组成及结构之间一定的联系，因此，对 粘度的研究可以提供有关熔体结构的信息。在实际生产 中，金属液滴及固体粒子是否滞留在熔体中，与熔融盐 粘度的大小有关，粘度大的熔融盐电解质及盐类溶剂不 能应用于金属的电解、熔炼及精炼的工业生产中，因为 金属液滴将包裹在这种熔体中很难从液相中分离出来， 粘滞的熔融盐电解质常常具有低的导电度。易流动的熔 融盐电解质与之相反，它们一般都具有高的导电度，并 且能促使金属与熔体很好地分离。
电化学教学教案
电极反应与电池反应的概念介 绍
电极反应与电池反应的书写方 法
电极反应与电池反应的实例分 析
电极反应与电池反应的规律总 结
实验目的：通 过实验演示让 学生了解电化 学的基本原理
和应用
实验材料：电 解槽、电极、
电源等
实验步骤：连 接电路，调整 电流电压，观 察实验现象并
记录数据
实验结果：通过 实验演示，让学 生了解电化学反 应的过程和原理， 以及其在能源、 环保等领域的应
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目录
01.
02.
03.
04.
05.
06.
掌握电化学的基本概念和原理 理解原电池、电解池的工作原理和组成 了解电极反应和电池反应的书写方法 掌握电化学在生产和生活中的应用
能够掌握电化学 的基本原理和概 念
能够理解和分析 电化学实验数据 和结果
能够运用电化学 知识解决实际问 题
用
回顾电化学的 基本概念和原
理
总结电解池和 原电池的工作
原理和应用
复习电化学实 验的设计和操
作要点
强调电化学在 日常生活和工 业生产中的应
用和意义
学生参与度：观察学生在课堂上的表现和参与度，判断学生对教学内容的兴趣和投入程度。
课堂互动：评估学生在课堂上的互动情况，包括提问、讨论和合作等，反映学生的思考能力 和合作精神。
作业完成情况：检查学生的作业完成情况，包括课后习题、实验报告等，了解学生对课堂知 识的掌握程度和应用能力。
随堂测试：通过随堂测试的方式，检测学生对课堂内容的理解和掌握程度，及时发现并解决 学生的学习困难。
作业评价：通过布置 和批改作业，了解学 生对知识的掌握程度， 及时调整教学策略。
测验评价：定期进行 测验，评估学生的学 习效果，以便及时发 现问题并进行补救。
高中电化学重要教案设计
高中电化学重要教案设计教学内容：电化学教学目标：1. 理解电化学的基本概念和原理；2. 掌握电化学中的重要实验技术和操作方法；3. 能够运用电化学知识解决相关问题；4. 培养学生的实验能力、动手能力和创新能力。
教学重点：1. 电化学基本概念；2. 电化学实验技术；3. 电化学的应用。
教学难点：1. 学生对电化学的概念理解；2. 学生在实验中的操作技能。
教学方法：讲授结合实验，引导学生思考和讨论。
教学过程：一、导入（5分钟）介绍电化学的概念和应用背景，引发学生的兴趣和思考。
二、讲授电化学基本概念（10分钟）1. 电解、电沉积、电解质、电极反应等概念；2. 电化学平衡方程式的推导和应用。
三、实验操作演示（20分钟）1. 指导学生进行电沉积实验，观察电化学反应过程；2. 演示电解质溶液的电解实验，引导学生观察现象和分析数据。
四、讨论与实践（15分钟）1. 学生分组讨论实验结果和现象，总结电化学实验规律；2. 学生设计一个电化学实验并现场进行操作，评价结果。
五、课堂小结与反思（5分钟）总结本节课的重点内容，鼓励学生思考和探讨，激发学生对电化学的兴趣。
教学反馈：1. 学生提交实验报告，评价实验结果和分析；2. 教师给予学生反馈，指导学生进一步学习和探索。
教学资源：1. 电化学实验仪器和材料；2. 电化学教材和参考书籍。
课后作业：1. 复习本节课内容，做好笔记和知识整理；2. 查阅相关资料，了解电化学在生活和工作中的应用。
教学评价：通过考察学生的实验操作能力、思维能力和创新能力，评价学生对电化学知识的理解和掌握程度。
熔盐电化学 (1)
图8-1 某些氯化物的蒸汽压与温度的关系
熔融盐体系蒸汽压随液相组成的变化，一般说来表现为： 增加液相中某组元的相对含量，会引起蒸气中该组元的 相对含量的增加。此外，在蒸汽压曲线上具有最高点的 体系，它在沸点曲线上具有最低点，反之亦然。 熔融盐体系一定组成时的逸度（蒸汽压）可以由各组元 的蒸气压根据加和规则计算出来，但这只有当体系中各 组元在固态时不形成化合物时才是正确的。熔体的组成 相当于固态化合物的组成时，熔体结构具有较大的规律 性，因此，键的强度也较大，这就使熔体的蒸气压比由 加和规则计算出来的数值低些。 若体系在固态时形成化合物，则它的熔体的蒸气压要比 按照各组元的蒸汽压用加和规则计算出来的蒸汽压要低。 例如，氟化铝在固态时与氟化钠形成具有离子晶格的化 合物－冰晶石。冰晶石的蒸汽压就比NaF-AlF3混合物的 蒸汽压低，尽管混合物中氟化铝的含量比冰晶石中氟化 铝的含量高。
0.29~0.6 3 0.41~1.5 8 0.95
0.24~0.4 5 0.83 0.78
Cs
Tl
0.80~1.7
0.57~0.9 0
0.82
0.42~1.1 8 0.81
图8-3 熔盐的表面张力与温度的关系
溶液的表面张力和组成有密切的关系，从图8-3可以看出， 微量溶质的存在对熔体的表面性质有很大的影响。如果加入物 在纯粹状态时的表面张力很小，即使加入物的浓度很小，也会 使溶液的表面张力剧烈的降低。这种能剧烈地降低溶剂表面张 力的物质称为表面活性物质。
表面张力除了与晶格中键的性质、晶体结构有关外，还 与盐类的晶格能有关，晶格能越大，表面张力的值也越 大。碱金属氯化物与碱金属氟化物比较，其特点是晶格 能较小，因此，熔融LiCl、NaCl及KCl的表面张力比LiF、 NaF及KF的表面张力小。第二族金属的卤化物比第一族 金属相应的卤化物具有较大的晶格能，故熔融的第二族 金属氯化物和氟化物也具有较大的表面张力。 熔融盐的表面张力，还与离子半径有关。当其他条件相 同时，阳离子半径越大，盐类的表面层中聚集的粒子数 目就越少，因此处于熔体内部的离子对于表面离子的吸 引力也越小。例如在碱金属中，表面张力从LiCl至CsCl 依次降低，这与阳离子半径依次增大的次序相一致。
熔盐电化学原理与应用课件
电导率、摩尔电导率与温度的关系可用阿累尼乌斯关系 式表示： K = K0 exp(-Wk/RT)；∧m= ∧0 exp(-W∧/RT)
式K0中、W∧0K都和是W与∧分温别度代无表关电的导常率数、。摩尔电导率活化能，而 上述式子两边取对数后都能转换成直线方程式。
如： log ∧m=log ∧0 –
熔盐的基本性质
熔盐熔化后离子排列近程有序
离子晶体排列是有序的；对于熔盐来说只在 近程时是有序的，而在远程时其有序排列就 消失；气相则完全是无序的。因此，在熔点 附近的熔体结构接近于固体。
熔盐熔化后配位数减少
碱金属卤化物配位数为6的固体盐，熔化之后 的配位数则为4~5。
熔盐结构与性质
➢ 熔盐结构介乎固态和气态之间，虽然固体和气 体的结构都有比较成熟的研究，但是液态 结构理论尚有待进一步阐明；高温熔体的 种类繁多，它与常温下的水溶液结构又有 所不同，加上高温实验技术上的困难，因 此目前还未能建立起一个统一的熔盐结构 理论。
熔盐电导与结构
第二族中，电导的大小顺序与第一族相反，电导随着阳 离子半径增大而依次增大：
BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2 Λm(S·cm2) 0.086 28.8 51.9 55.7 64.6 为了解释碱土金属这种现象，认为这种盐分两步解离：
第一步 第二步
MCl2 = MCl+ + ClMCl+ = M2+ + Cl-
W 2.303 RT
从直线的斜率可求出相应的活化能；活化能数值的大小， 表征出离子迁移的难易。当温度改变引起熔盐结构发生 变化时，上述直线关系可能出现偏离。
熔盐电导与温度
纯熔盐的电导一般随温度升高而增加，电导的温度系数
第6章熔盐电解(2 )
6-1
阳极效应的消除
在工业铝电解槽上，消除阳极效应的方 法通常是将铝液溅泼到阳极上，使阳极和阴 极短路；或上下移动阳极，使之与铝液接触。 就铝电解来说，每槽每天平均发生0.5～1 次阳极效应被认为是正常的，如果频繁发生 将导致过多消耗能量和原材料，并会引起电 解槽过热。
1-7
装臵选择
电解槽的选择：由于高温熔盐的腐蚀性很强，所 以选定装臵的制造材料是困难的。通常,电解槽用钢板 制做，内衬以碳质材料及耐火砖，但这些内衬材料也 能被腐蚀。由于散热而冷却，靠近槽壁处有一定厚度 的熔盐凝结成“冻结层”（frozen crust），此冻结层 可保护槽壁，所以，能否顺利形成冻结层是熔盐电解 技术的另一个重点。
产生阳极效应的原因：
1．阳极过程形成某种导电不良或润湿性差的表面化合 物。
2．阳极表面被气泡覆盖时,通过小气泡而产生放电,气 泡逸去后一部分的阳极则使电流集中而产生局部加 热,附近的熔融盐气化,再次产生阳极效应。
一般认为阳极效应是阳极与熔盐间浸润不良所致 .
以铝熔盐电解为例，当冰晶石 - 氧化铝体系熔体对 炭素电极润湿良好时，阳极反应所产生的气体能够很 快地离开阳极表面，电解能够正常进行。若润湿不好， 则阳极会被阳极反应生成的气体形成一层气膜覆盖， 不能和电解质正常接触，这时将会发生阳极效应。
在电解铝的操作中产生的阳极效应可分为两类： (1)氧化铝浓度减小所引起的阳极效应：随着电解的进行，如不 及时加料，氧化铝浓度减小到 0.5 —2% 时，电解质对碳阳极的湿 润性开始变差，同时氟离子开始在阳极表面放电，生成碳氟和碳 氧氟等中间化合物，使得电解质对碳阳极的湿润性更差，气泡更 难脱离电极表面，所形成的气泡甚至可能发展为一层“气膜”， 使电极导电面积减小，真实电流密度大大提高，阳极电位和槽压 骤升，于是发生阳极效应。 (2)提高电流密度引起的阳极效应： 电解质中氧化铝的含量并 不低(如大于3％)，但由于电流密度过高，析气剧增，覆盖了大部 分电极表面(可达70一80％)，也将发生阳极效应。
第八章熔盐电解
⑵极化率 极化作用的大小可用偶极矩来表示，即正负电荷间的中心距离与电荷量之乘
积： qdE
式中：E —电场强度
—极化率，表示电场为 强1时度的偶极矩。 qd
EE 对于离子间的极化而言，
E q r2
qd dr 2 E
α的物理意义：在相邻异号离子所产生的静电场作用下，研究离子电子云层 发生变形倾向的大小。 ⑶极化力 该离子本身产生的静电场，使相邻异号离子的电子云层发生变形的能力。 显然，在离子晶体中，每一种离子都具有两种特性：极化率与极化力。这两 种特性都是离子间静电作用的结果，所以与离子半径及离子所带的电量有
例如，Al电解：Al2O3为原料， Al2O3溶于冰晶石Na3AlF6—AlF3作电解质。 RE电解：RE2O3为原料，RE2O3溶于REF3—LiF(BaF2) 作电解质。 Ta电解：Ta2O5为原料，Ta2O5溶于KTaF6—NaCl—KCl作电解质。
3、氟络盐电解 以金属的氟络盐为原料，金属的氟络盐溶解于碱金属卤化物作电解质进行电解。
例如，Zr电解：K2ZrF6为原料，K2ZrF6—NaCl(KCl)为电解质。 （Zr是战略物资，用于核工业、原子能反应堆）。
8.2 熔盐电解时对电解质的要求
为了保证熔盐电解过程能顺利进行，在阴极获得合格的阴极产品，并尽可能 地提高电解的技术经济指标（高的电流效率、低的能耗、低的原材料消耗） 及设备指标（低成本、高的经济效益），选择价廉易得，并具有理想的物 理、化学性质的电解质是十分重要的。 为了实现熔盐电解的目的，保证过程途径的畅通，获得高的经济效益，电解 质应具备以下几个方面的要求： 1、含杂量低（纯度高） ⑴尤其是正电性杂质阳离子含量尽可能低； ⑵有害阴离子含量要低，如SO42—→S →MS 以保证阴极产物的纯度。 2、低的熔点 ⑴可使电耗降低 ⑵可减弱电解质与阴极产物的相互作用 ⑶电解温度一般应比电解质熔点高50～200℃，T↓，设备材质的选择容易，
第五章 熔盐电解
3、电导率
• 4、粘度（1~10×10-3Pa.s） • 粘度与电导率如下近似关系 k 常数
k 1.8 ~ 2.8, 取决于电解质与温度。 • 5、表面张力
• 熔融电解质在电极表面的润湿性，对熔盐电解时 的两大特殊现象，即金属的溶解和阳极效应都有 很大影响。气-液-固三相界面上的润湿角（又称 接触角）θ ，是由杨氏方程决定的，即
4.3.2 室温电解铝
• 室温离子液体是由特定的阳离子和阴离子组成在室温或近 于室温下呈液态的离子化合物，又称室温熔盐。 • 在这种液体中只存在离子，没有中性分子。我们通常所知 的离子化合物在室温下一般都是固体，强大的离子键使阴、 阳离子在晶格上只能作振动，不能转动或平动，阴阳离子 之间的作用(即离子键)较强，一般具有较高的熔、沸点和 硬度如:NaCI，阴阳离子半径相似，在晶体中做最有效的紧 密堆积，每个离子只能在晶格点阵中做振动或有限的摆动， 熔点为1074.15K，由此看来离子液体通常应该在高温下存 在。
cos
g/s
e/s
e/ g
式中，
g/s
— 气相与固相的表面张力 — 熔融电解质与固相的表 面张力 — 熔融电解质与气相的表 面张力
e/s
e/g
当 g / s e / s 时，表示熔融电解质在 电极表面润湿良好； 当 g / s e / s 时，表示熔融电解质在 电极表面不润湿。
• 影响金属溶解的因素很多，应视金属和熔盐的性 质而定，一般来说，存在以下规律： • （1）温度上升时，金属溶解增加； • （2）同一金属在卤化物中的溶解度按氟化物、氯 化物、溴化物、碘化物的顺序增加； • （3）对于同一族金属，随着原子半径增加，溶解 度提高； • （4）当金属和熔盐的界面张力增加时，金属的溶 解度较小； • （5）在熔盐中加入电位更负的局外阳离子可减小 金属的溶解度。
第4章 熔盐-固体电解质电化学
室温离子液体（room temperature ionic liquids,缩 写为RTIL），作为‘绿色溶剂’，成为研究热点。
（六）熔盐中的电极电位
¾由于熔盐体系各异 ，没有像水溶液那样有共同的溶剂，
故金属在不同熔盐体系的电极电位不尽相同。
¾尽管如此，人们还是根据实践需要确定了不同种类溶
剂中的电位序，例如根据生成金属氯化物的自由能进行热 力学计算 ，得出单一氯化物熔盐作电解质的化学电池的 电金动属势的，电把极电C位l-/数Cl值2电(下极表的)电。位定为零，求得各种温度下
Cl- + AlCl3 (s)= AlCl4AlCl4- + AlCl3 (s)= Al2Cl7Al2Cl7- + AlCl3 (s)= Al3Cl10-
（五）熔盐的传输性质
许多熔盐具有良好的流动性和导电性，碱金属卤化物在熔点 温度下的电导率达1S/cm，粘度约为1cP的数量级。
如，LiCl-KCl共熔体系在723K时的电导率为1.57S/cm，大约比298K 时1mol/L KCl水溶液的电导率大15倍。
（1）原子（含离子）互换位置：两相邻原子通过互换位置而迁 移。这种迁移必然引起晶格的瞬时畸变，需获得较大能量才能产 生，如高温或外来因素影响等。
（2）轮换：由相邻的几个原子同时进行类似转圈式的变化位置。 这种迁移在离子晶体中较难发生，因为离子大小不同所需的激活能 不同。
关于高中化学《电化学》的教案
关于高中化学《电化学》的教案一、教材分析《电化学》是高中化学教材中的一章，主要涉及电解池、电流、电解质和电解过程等内容。
学生通过学习这一章的内容，能够了解电化学的基本原理和应用，培养学生的实验操作能力、观察分析能力和解决问题的能力。
二、教学目标1. 知识目标：理解电解质和非电解质的区别与联系，掌握电流的概念和计算方法，了解电解过程和电化学常用术语。
2. 能力目标：培养学生的观察实验现象和分析实验数据的能力，提高学生的实验操作技巧和实验报告撰写能力。
3. 情感目标：培养学生的合作意识和团队精神，激发学生对化学科学的兴趣和探究欲望。
三、教学重难点1. 教学重点：电解质和非电解质的区别与联系，电流的概念和计算方法，电解过程和电化学常用术语的理解和应用。
2. 教学难点：培养学生的实验操作能力，引导学生分析实验现象和探究电化学原理。
四、教学方法1. 导入法：通过提问或者实例引入新的知识点，调动学生的思维，增加学习的主动性。
2. 实验法：通过设置简单的实验，让学生亲自实践操作，观察实验现象，探究电化学的规律。
3. 讲授法：通过讲解电化学原理、公式推导等方式，向学生传达知识点，加深学生对概念的理解。
4. 讨论法：通过小组或全班讨论的形式，引导学生思考和交流，培养学生合作意识和解决问题的能力。
五、教学过程1. 引入化学老师可以通过提问或者实例引入电化学的概念，激发学生的兴趣，调动学生的思维。
比如可以用日常生活中的电解现象，如电镀、电解水等作为引入的例子，与学生进行简单的讨论。
2. 讲解电解质和非电解质的区别首先，教师可以向学生解释电解质和非电解质的区别。
引导学生思考：什么是电解质？什么是非电解质？为什么有的物质可以导电，有的物质不能导电？然后，教师可以使用示意图或者实验现象来解释这两者的区别。
通过实验现象的对比，让学生明白电解质在水溶液中可以导电的原因，并引导学生总结导电能力与物质离子化程度之间的关系。
3. 讲解电流的概念和计算方法教师可以详细介绍电流的概念和计算方法，包括电流的定义、单位、测量仪器等内容。
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熔盐电化学教案第二周：教学大纲、基本要求、学习任务、考核办法、参考资料与文献1、介绍教学大纲课程主要内容：（1）熔盐电化学概述及基础a.绪言、简史和应用b.熔盐种类c.熔盐结构和熔盐络合物d.熔盐特性和熔盐作为电解质的优缺点e.对熔盐电解质的一般要求f.熔盐电池电动势和电极电位g.熔盐电极过程(2)熔盐电解在冶金中的应用a.熔盐电解金属b.熔盐电解精炼和电解分离c.熔盐电解合金(3)熔盐电化学发展现状与动态2、介绍基本要求和学习任务（1）掌握熔盐电化学理论基础（2）熟练掌握熔盐电化学电解制备金属方面的有关计算（3）了解熔盐电化学现代发展方向3、介绍考核办法论文考查4、介绍参考资料与文献课程教材及主要参考书：（1）：《熔盐电化学理论基础》沈时英、胡方华编译，中国工业出版社（2）：《熔融盐理论与应用》谢刚著1998（3）：《熔盐物理化学》胡方华译预修课程或预备知识：《无机化学》、《物理化学》第三周熔盐电化学前沿与发展趋势、研究热点1.熔盐电化学前沿这门科学以熔盐电解（即：将电能转变为化学能并产生新物质）为开端: 1806年英国Humphry Davy电解熔融氢氧化钠和氢氧化钾分别制得金属钠和钾，1833年Michael Faraday从熔融氯化镁中电解出金属镁[1]。
此后，受法拉弟定律指导的熔盐电解冶金工艺一直占主导地位。
2.熔盐电化学发展趋势随着耐熔盐腐蚀材料的开发和高温熔盐测试技术的进展，直接采用了高温液态X 射线衍射，中子衍射，红外光谱，喇曼光谱，电子吸收光谱等新技术来研究熔盐结构.3.熔盐电化学研究热点熔盐物化性质，熔盐电极过程和熔盐结构的研究第四、五周熔盐电化学概述及基础1. 熔盐种类构成熔盐离子有80种以上，阴离子有30多种，简单组合就2400多种熔盐2. 熔盐结构和熔盐络合物2.1熔盐结构熔盐结构与其晶态近似，而与其气态相差很远，近程序基本上还保存着，但远程序消失了。
这一认识是由以下几点证据得出的：（1）熔盐的摩尔体积大多只比其固相增加5~30%，而气相则增加很多（比如氯化镧的摩尔体积，固相为30厘米3，液相为37.5厘米3，气相约为13833厘米3）。
（2）盐的熔化热比汽化热小得多（如氯化钠，L熔=7400卡/摩尔，L汽=43500卡/摩尔）。
（3）盐熔化前后热容没有多大变化（如硝酸钠C P固=33.0卡/度·摩尔，C P液=36.6卡/度·摩尔）。
（4）熔盐基本上保持着结晶态固有特征（5）x-射线衍射实验表明，晶态盐熔化后远程序消失2.2. 熔盐络合物铝、氧、氟三者以络离子形式存在于电解质中。
大量氯化物熔体中也同样存在络离子4 . 熔盐特性和熔盐作电解质的优缺点4.1 熔盐溶剂的分解电压高4.2 熔盐温度范围宽广熔盐常用温度区间为100～1000℃，有的可高达3000℃而不热分解，这是水和有机溶剂不能比拟的。
4.3 对许多用水法不能处理的矿物、氧化物和难熔盐，熔盐具有很强的溶解能力。
4.4 熔盐具有高的离子浓度和高的离子导电性4.5 熔盐的热容量大，导热性也较好4.6 熔盐/电极的交换电流i0大金属电极与熔盐处于平衡状态时，单独的阳极电流密度i a与阴极电流密度i k 相等时（即i a=i k=i0.），所交换的电量相当大.4.7 不同熔盐的蒸汽压差异很大氯化冶金过程产物的分离就是利用各种氯化物之蒸汽压与温度关系的不同来进行的。
4.8 有些熔盐不怕放射性辐射LiF-Na2BF4-NaF-ThF4-UF4,或用作导导介质，如LiF-BeF2,NaBF4-NaF；有的熔盐用于电解以制取钍、铀、钚和提取分离辐射裂变产物。
4.9 熔盐/电极界面双电层有一个高的电场强度4.10属在熔盐中会发生溶解和损失4.11熔盐中金属离子的价太变化甚多4.12盐与水、氧作用4.13材料问题4.14电解金属或合金与盐分离问题5、对熔盐电解质的一般要求（1）所用熔盐体系必须满足产品质量要求（2）采用的熔盐体系要经济方便（3）原料类型应尽可能接近原生矿物（4）原料在溶盐中的溶解度要求大，而金属或合金产品在熔盐中的溶解度应当小（5）电解质的初晶点应尽可能的低（6）电解质中有害杂质要少（7）溶剂的分解电压应比溶质的高（8）蒸汽压低、挥发损失少（9）熔盐电解质应是电导率高、粘度小（10）电解质密度要适宜（11）适宜的表面张力（12）电解质的稳定性好第六、七周熔盐电池电动势和电极电位6.1 熔盐电解质原电池(1) 常见的熔盐电池有：（1）生成盐型的化学电池，（2）置换型的雅科比——丹尼尔电池，（3）熔盐浓差电池，（4）合金浓差电池。
研究得较多的是氯化银熔盐电池，如单组分熔盐电池：Ag(s)∣AgCl(l)∣Cl2及混合（多组分）熔盐电池Ag(s)∣AgCl x-NaCl1-x(1)∣Cl2(2) 测定熔盐电池的电动电动势（EMF）比测定常温水溶液电池的EMF困难。
其一，因金属和熔盐气体作用而破坏化学电池的可逆性，其二，由于连接电极的不同导电材料在高温下产生热电势，测定时必须注意消除。
(3) 熔盐原电池的电动势在电化学中具有下述三方面的意义：第一可用以求出化学反应的热力学函数.第二，根据根据下列关系可用以测定反应平衡常数和平均活度系数.第三，从热力学数据可求出电池的电动势E=GnF或电解池的理论分解电压，由此而算出电极的平衡电位，后者是根据电池EMF来量度的，而平衡电位是确定标准电极电位顺序和研究电化学动力学的参考依据。
6.2 电极电位和参比电极(1) 电极电位的产生.在电极/熔盐界面，由于带电质点在两相间转移或由于离子的特性吸附，存在剩余电荷，引起界面双电层而产生电极电位。
(2) 参比电极a 条件: 配作参比电极者，必须具备可逆性、稳定性、重现性、实用上还要求简单方便b 熔盐电化学中出现了各式各样很难相互比较的参比电极，大致可以归纳为如下两大类：第一类，对阴离子可逆的参比电极，这样的电极有卤素电极，氧电极，氯化银型电极。
第二类，对阳离子可逆的参比电极，这类电极有Pb/Pb2+,Ag/Ag+,Pt/Pt2+,H2/H+,Ni/Ni2+,Al/Al3+,Na/玻璃,Na-Sn/石英,Na/陶瓷等等6.3 熔盐电位序(1) 熔盐电位序，由于下述三种原因未能确定。
一则因为熔盐体系各异，不象水溶液那样有共同的溶剂，而金属在不同的熔体中行为是不同的，因而电位也就不尽相同；二则各种熔盐的初晶温度和实用温度殊异，难以规定统一的标准温度；第三，因此没有一个公用的零电极。
(2) 由于熔盐电化学实验影响因素较多，上述顺序的可靠性尚需进行更多的工作。
第八、九周熔盐电极过程7.1 电极过程基础电极过程的研究范围，包括在电极表面上进行的电化学过程和电极表面附近薄层液体中的传质过程及化学过程等。
和水溶液电化学一样，熔盐电极反应也是由一些个别步骤串联组成的。
7.1.1 浓差极化由扩散定律，得反应粒子的稳态扩散电流i=nFvDC CeL式中，v——反应粒子的反应数，F——法拉第D——扩散系数，n——电子摩尔数，C——溶液中反应粒子浓度Ce——电极附近反应粒子浓度L——扩散层厚度当电极附近反应粒子浓度C e=0，其极限扩散电流，i d=nFvDCL由上二式得Ce C =1-dii平衡电位和溶液离子浓度关系是φ平=φ°+RTnFlnC通过电流后电位是φ=φ°+RTnFlnC e则浓差极化过电位为Zd=△φ=φ-φ平=RT nF ln Ce C =RT nF ln(1-di i ) 上式改写后得 i=i d [1-exP(nFηd/RT)]其中i d =8nFDC V 式中，8——为极限扩散时扩散层厚度。
受扩散步骤控制的电流具有下列主要特征：（1）在一定的电位范围内出现不随电极电位而变的极限电流（2）若将Lg d d L L i -或Lg d L i i -对电位作图，可得一直线其坡度为2.3RT nF (如图11-a 和b 所示)。
利用这种半对数法可求反应电子数n 。
（3）温度一定时，电流密度随粒子扩散系数和扩散层厚度而变化。
因而随搅拌速度增大而加大。
7.1.2 改变电极电势对活化能的影响改变电极电势后阳极反应的活化能降低，因此阳极反应速度会相应地增大；同理，由于阴极反应的活化能增大了，阴极反应将受到阻碍。
7.1.3 改变电极电势对电极反应速度的影响当电极处于平衡电位下，无极化作用，△φ=0，无外电流通过，但电极处于动态平衡之中，此时同一电极上的阴极过程电流i 0K 与阳极过程电流i 0a 相等，用i 0表示之，称为平衡电位下的交换电流，则ηa =-2.3RT nF βlgi 0+2.3RT nF βlgi a =2.3RT nF βlg a 0i iηK = 2.3RT nF -αlgi 0+2.3RT nF αlgi k =2.3RT nF α lg k 0i i7.1.4熔盐中的交换电流i 0交换电流的大小取决于熔盐电极的性质、组成、浓度和温度。
7.1.5 电化学极化定义：当电极上有净电流即有外电流通过时，电极电位或多或少偏离平衡值，即称为电极电位发生了电化学极化。
决定电化学极化数值的主要因素是净电流与交换电流的相对大小。
（1）∣I∣>>i0，即η值大的情况（2）∣I∣<<i0,即η值小的情况7.2研究方法测定电极反应动力学参数的基本方法可分为两大类：一类是测量稳态极化曲线（经典方法）；另一类是利用瞬间过程（利用交流电或短暂电讯号——快速方法）。
7.2.1稳态法稳态法不适用于那些反应产物能在电极表面上积累或是电极表面在反应时不断受到破坏的电极过程；而且稳态法测取曲线比较费时，暂态法就没有这些缺点。
因为熔盐中电化学反应较快，所以不能用稳态法测定熔盐中电化学反应的动力学参数和反应平衡常数。
7.2.2暂态法1、暂态法研究电极过程有三种方法。
a)可装上方波电流脉冲；b)的方波电位脉冲；c)的三角波脉冲。
2、研究电极反应的方法a)恒电流法，外加一个恒定电流脉冲，给出电流随时间的变化；b)恒电位法，外加一个恒定电位脉冲，给出电位随时间的变化；c)动电位法，外加一线性变化电位，测得电流随电位（正比于时间）的变化。
第十、十一周熔盐电极过程实例7.3 熔盐电极过程实例1、电解混合稀土氯化物时，Sm3+的阴极过程对电解生产有特殊的影响。
用伏安法和计时电位法研究了Sm3+的阴极过程。
Ⅰ、电解混合稀土时阴极上通常发生两个还原反应；Ⅱ、析出稀土金属之前，Sm3+先还原；Ⅲ、Sm3+在阴极上还原时，接受一个电子。
2、RECL3-KCL正常电解时的I-V曲线Ⅰ、RE3+索+ e→ RE2+的还原电位相对于Pt/Pt2+电极为-1.729伏，换算为Cl-1/Cl2电极为-1.925伏，二者是比较符合的。