应用电化学---第五章 无机物的电解合成
《电解合成》课件
铝的电解合成
利用电解氧化铝的方法，在阴极上获得金属铝。
3
镁的电解合成
通过电解熔融氯化镁，在阴极上获得金属镁。
有机化合物的电解合成
乙炔的电解合成
在加压条件下，电解食盐和 氢氧化钙的混合溶液，生成 乙炔和氢气。
甲醇的电解合成
通过电解甲醇水溶液，获得 甲醇和氢气。
电解合成的应用领域
电解合成在有色金属、稀有金属 、贵金属等领域有广泛应用，如 铜、镍、钴、金、银等金属的制
备。
电解合成还可应用于有机化学领 域，如电解还原反应、电化学氧 化反应等，可用于合成有机化合
物和药物等。
此外，电解合成还可应用于环保 领域，如废水处理、重金属回收
等。
02
电解合成的基本原理
电化学基础
操作条件
控制电解槽的操作温度、 压力、电流密度等参数， 确保电解反应的顺利进行 。
电解液的选择与优化
电解液成分
根据电解反应的要求，选 择合适的电解质和添加剂 ，如硫酸、氢氧化钠、甘 油等。
电解液浓度
优化电解液的浓度，以提 高电解反应的效率和产物 的纯度。
电解液稳定性
选择稳定性好的电解液， 以降低电解过程中的副反 应和腐蚀问题。
电解合成是一种高效、环保的化学合成方法，具有操作简便、能耗低、产物纯度 高、副产物少等优点。
电解合成的历史与发展
01
电解合成起源于19世纪初，随着 工业革命的发展，电解合成逐渐 成为一种重要的化学合成方法。
02
近年来，随着环保意识的提高和 新能源技术的不断发展，电解合 成技术也在不断创新和完善，应 用领域不断扩大。
02
对电解过程中产生的废弃物进行妥善处理，并探索资源化利用
指导应用电化学习题及问题详解
应用电化学，辉卢文庆 全书思考题和习题 第一章习题解答：1试推导如下各电极反响的类型与电极反响的过程。
(1)++→+242Ce e Ce解：属于简单离子电迁移反响，指电极/溶液界面的溶液一侧的氧化态物种4Ce +借助于电极得到电子，生成复原态的物种2Ce+而溶解于溶液中，而电极在经历氧化-复原后其物理化学性质和外表状态等并未发生变化， (2)-→++OH e O H O 44222解：多孔气体扩散电极中的气体复原反响。
气相中的气体2O 溶解于溶液后，再扩散到电极外表，然后借助于气体扩散电极得到电子，气体扩散电极的使用提高了电极过程的电流效率。
(3)Ni e Ni→++22解：金属沉积反响。
溶液中的金属离子2Ni +从电极上得到电子复原为金属Ni ，附着于电极外表，此时电极外表状态与沉积前相比发生了变化。
(4)-+→++OH s MnOOH O H e s MnO )()(22解：外表膜的转移反响。
覆盖于电极外表的物种(电极一侧)经过氧化-复原形成另一种附着于电极外表的物种，它们可能是氧化物、氢氧化物、硫酸盐等。
(5)2)(22OH Zn e OHZn →-+-；--→+242])([2)(OH Zn OH OH Zn解：腐蚀反响：亦即金属的溶解反响，电极的重量不断减轻。
即金属锌在碱性介质中发生溶解形成二羟基合二价锌络合物，所形成的二羟基合二价锌络合物又和羟基进一步形成四羟基合二价锌络合物。
2．试说明参比电极应具有的性能和用途。
参比电极(reference electrode ，简称RE)：是指一个电势的接近于理想不极化的电极，参比电极上根本没有电流通过，用于测定研究电极(相对于参比电极)的电极电势。
既然参比电极是理想不极化电极，它应具备如下性能：应是可逆电极，其电极电势符合Nernst 方程；参比电极反响应有较大的交换电流密度，流过微小的电流时电极电势能迅速恢复原状；应具有良好的电势稳定性和重现性等。
应用电化学---第五章 无机物的电解合成
(3)可以根据需要控制反应的方向。 --通过控制电势，选择适当的电极等方法, 实现电解反应的控制，避免副反应，得到所 希望的产品。 (4)环境污染少、产品纯净。 --电合成中一般用不外加化学氧化剂或还原 剂，杂质少，产品纯。且能实现自动、连续、 密闭生产，对环境造成的污染少。
二．电解合成法的缺点 (1)消耗大量电能。例如生产1吨铝耗电 14000-15000KWh。 (2)占用厂房而积大。由于生产中要同时 用许多电解槽，一些前处理还要占用厂房 等。 (3)电解槽结构通常复杂，电极间电器绝 缘，隔膜的制造、保护和调换比较困难。 (4)电极易受污染，活性不易维持，阳极 尤易受到腐蚀损耗。
全氟磺酸膜 (Nafion膜)的分子结构含强酸 根：
Plemion膜(全氟羧酸膜)的分子结构含有弱 酸根：
两种膜都是聚四氟乙烯基的离子文换树脂， 故既能耐强碱和酸，耐有机物侵蚀，但价 格昂贵。用强酸膜时，阳极室NaOH浓度限 于20％以下；用弱酸膜时，NaOH浓度可达 40％，最大电流密度6KA/m2。 --另外，还有磺化聚苯乙烯膜，其价格低 廉，但在有机介质中易老化，必要时两层 膜迭合使用可延长其使用寿命。表5-2给出 几种离子膜槽电解的操作参数。
§5.5 电解水生产氢气和氧气
成本高，通常石油化工、氯碱工业都产出 氢气，液化空气可以得到氧气，成本低， 但纯度也低。在前面的电化学理论中讲到 了氢和氧的电极行为，这里结合起来就可 以了：
由于没有副反应，电流效率接近100%，槽 电压应该高于理论分解电压（1.23V），实 际工作电压1.8-2.6V 阴阳极之间必须有隔膜，防止气体的混合。
§5.4 锰化合物的电解合成
§5.4.1 电解制取二氧化锰 应用：电池、精细化工、医药 二氧化锰的活性及其性质与晶粒大小、晶格 缺陷的密度和水合程度相关。 通过电化学方法，阳极氧化二价锰制得的MnO2 有很好的活性，大多被用于制造高质量锌 锰电池和碱性MnO2电池。
无机电化学合成
电化学合成定义
• 电化学合成又称电解合成，是利用电解手段在电极表面进 行电极反应从而生成新物质的一种绿色合成技术。
电化学合成优点
• 电化学合成反应无需有毒或有危险的氧化剂和还原剂， “电子”本身就是清洁的反应试剂。 • 在电化学合成过程中，可通过改变电极电位合成不同的产物， 同时也可通过控制电极电位，使反应按预定的目标进行，从 而获得高纯度的产物，较高的收率及选择性。 • 在反应体系中，电子转移和化学反应这两个过程可同时进行。 • 电化学合成通常在常温、常压下进行，反应条件温和，能耗 低，设备造价低。
参考文献：
[1] 王维德，崔磊，林德茂，赵鹏. [J]化工进展, 2005,24(1):32~36 [2] 周贤洪，张国杰. [J]氯碱工业, 2000,1(1):1~4
谢谢！
富勒烯
全碳笼簇合物C60(富勒烯)
合成超导材料
制备Hg一1212超导薄膜 合成掺有Pb的Bi—Sr—Ca—CuO超导薄膜
无机电化学合成水处理剂
• 利用电化学合成方法制备水处理剂主要有高铁絮凝剂和聚 合氯化铝絮凝剂两类。 • 高铁是铁的六价化合物，具有氧化除污染、杀菌消毒、絮 凝助凝等多种水质净化效果，是一种具有重要应用价值的 新型高效水处理药剂。 • 聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂，由于氢氧根离子的 架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生产的分子量较大、 电荷较高的无机高分子水处理药剂。
无机电化学合成工艺
• 电极过程：
1、反应物粒子自溶液本体向电极表面传递
2、反应物粒子在电极表面或电极表面附近液层中进 行某种转化
3、在电极与溶液之间的界面上进行得失电子的电极反应
4、电极反应产物在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化
无机物电解工业
几个重要的基本概念和术语
14
99 00 01 02
％
29 30 35
23
30
19
25
18
20
15
10
5
0 03 04 05 06E 07E
全球烧碱产能
中国烧碱产能
产能占世界比例
中国正成为全球最大的氯碱生产国
中国占世界PVC比重超过三分之一
万吨 5000
4000
3000
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％
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35 40
• (3) 有些电解槽结构复杂，电极间电器绝缘，隔膜的制造、保护和 调换比较困难。
• (4) 电极易受污染，活性不易维持．阳极尤其易受到腐蚀损耗。
几个重要的基本概念和术语
• （1）电流效率I与电能效率E • 电流效率I是制取一定量物质所必须的理论消耗电量Q与实际消耗电
量Qr的比值： I＝（Qr/Q）×100％ • 电能效率E是为了获得一定量产品，根据热力学计算所需的理论能耗
电解合成法的优点
(1) 许多用化学合成法不能生产的物质，往往可用电解合成法生产。它 通过调节电位的方法，给在电极上发生反应的分子提供足够的能量， 因而可以生产某些氧化性或还原性很强的物质。若采用非水溶剂或熔 盐电解，则阳极电位可达+3V，阴极电位可达-3V。
电化学合成高纯度无机化合物的实验报告
电化学合成高纯度无机化合物的实验报告
1. 引言
无机化合物是现代生活中不可或缺的重要材料，其制备方法多种
多样。
本实验旨在通过电化学合成方法制备高纯度的无机化合物，并
对其纯度进行表征和验证。
2. 实验材料与仪器
本实验所用的材料包括：（列举实验所需的材料）
本实验所用的仪器包括：（列举实验所需的仪器）
3. 实验步骤
3.1 准备工作
（描述准备工作的步骤，如清洗玻璃仪器、配制溶液等）
3.2 电化学合成过程
（详细描述电化学合成的步骤，包括电极的选取、电解槽的组装、电解液的配制、施加电流等）
4. 结果与讨论
4.1 合成产物的外观与性质
（描述所得合成产物的外观特征，如颜色、形态等，以及相关性
质的测试结果，如溶解性、稳定性等）
4.2 纯度的表征
（描述所用方法对合成产物纯度的表征，如X射线衍射、红外光谱等，给出相关测试结果并进行分析）
4.3 实验结果的讨论与分析
（对实验结果进行综合分析，讨论合成产物纯度是否达到预期，可能存在的问题及改进措施等）
5. 结论
通过电化学合成方法成功制备了高纯度的无机化合物，并对其纯度进行了表征和验证。
实验结果表明（根据实验结果进行相应的总结和评价）。
6. 参考文献
[1] （列出相关参考文献的引用格式）
以上是对电化学合成高纯度无机化合物的实验报告的基本结构和内容描述。
根据实际实验情况，可以适当增加实验步骤的详细描述、结果的分析和讨论，以及更多的参考文献引用。
注意在整篇报告中语句要通顺、表达流畅，同时排版要整洁美观，以提高阅读体验。
电解合成技术在化工工艺中的应用
电解液的更换与调整：根据生产需要定期更换或调整电解液的浓度和成分，保证电解 过程的稳定性和产品的质量。
安全操作与维护：遵循安全操作规程，确保电解设备的安全运行，同时注意设备的 维护和保养，延长设备的使用寿命。
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
电解合成技术是通过电解反应将电 能转化为化学能，使原料在电解过 程中得以合成的过程。
电解合成技术可以应用于多种化工 产品的生产，如氯碱、金属、氢气 等。
添ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ标题
电流效率：电解合成技术的电流效率高， 能够有效地将电能转化为化学能，提高能 源利用效率。
离子传输：在电解过程中，离子通过电解 质溶液的传递，实现电子的转移和化学反 应的进行。
适用范围：电解合成技术适用于多种类型 的化学反应，如氧化还原反应、电镀、电 冶金等。
电解还原技术：利用电 解反应将化合物还原成 较稳定的物质或将金属 离子还原成金属单质
电解合成过程的智能化控制：实现 自动化和智能化生产
PART FOUR
电解槽：电解反应的主要设备，根据电解液的性质和电解反应的不同而有所差异 电源：提供电能，通常采用直流电源 电解液：传递电流的媒介，具有导电性 冷却设备：用于控制电解过程中的温度，保证电解反应的顺利进行
设备准备：检查电解槽、电极、电源等 设备是否完好，准备好所需试剂。
降低生产成本：通过电解合成技术，可以大幅度降低化工工艺中的原材料、能源和人 力成本。
提高生产效率：电解合成技术具有高效、快速的特点，能够缩短生产周期，提高产 能。
第五章 无机物的电合成及有关的电化学
电合成不足之处： 1．消耗大量电能，例如约l5 000 kWh/吨铝，约3 000kwh/吨烧碱，约6 000 kwh/吨电解锌。能源较紧 张，较难全面大规模地发展电合成工业。 2．电解槽结构复杂，生产能力不高，以及电极活 性不易维持。 3 ．要求工作人员的技术和管理水平较高，有现代 科技知识，以保证电解操作正常运转，长期、稳定、 连续地生产。 电合成应用情况：(1)没有已知的化学方法；(2)已知 化学方法步骤多或产率低；(3)化学方法采用的试剂价 格太贵；④现有化学方法工艺流程大批量生产有困难， 或经济不合算或污染问题未解决。
电催化失去活性的原因可能有：①使用中的剥蚀和磨 损；②电解液的侵蚀；③由于副反应或吸附杂质而中 毒；④因表面上微粒的重结晶而减小反应面积。这些 都是一个新的电极催化剂要投入工业使用前必须解决 的问题。
图5.6 汞表面电沉 积钌时 析氢部位 的模型
第四节 电解水和重水的制取 一、电解水工业 电解水时，在酸性溶液中阴极反应为2H++2e=H2，阳 极反应为2H2O=4H++O2+ 4e；而在碱性溶液阴极反应 为2H2O+2e=H2+2OH-、阳极反应40H-=2H2O+O2+4e； 总反应都是2H2O=2H2+O2。水的理论分解电压与pH无 关，因而用酸性溶液或碱性溶液都可作为电解液。但 从电解槽结构及材料的选择方面来看，使用酸性溶液 容易出各种故障。
迟缓放电机理的b=2.3RT/αF,α通常为0.5，25℃时b为 0.118。复合脱附机理b=2.3RT/2F，25℃时为0.030。 电化学脱附机理b=2.3RT/(1+α)F，25℃时约为0.0390
二、氧电极过程 在电解水和阳极氧化法制备高价化合物时，氧的 析出是主要反应或不可避免的副反应。在空气电池 和燃料电池中阴极反应是氧的还原。因茈研究氧电 极的实际意义 也十分重大。但是人们对氧电极过程的认识远不如 氢电极过程，主要原因在于氧电极过程有四个电子 参加反应，可能存在各式各样的生间产物，故反应 历程复杂。 1. 二电子反应的过氧化物途径
《无机物电解工业》课件
电解技术
1 阴阳极的材料选择
不同材料的阴阳极能够匹配不同电解质和产物，达到更优质的反应效果。
2 反应过程
电解过程中反应涉及物质的电化学变化，需要制定合适的制造工艺。
3 传质控制
传质过程会影响到产物纯度和反应速率，通过传质控制可以保证产物的纯度。
电解工艺
氯碱工业
主要产品为氯气、氢气和氢氧化钠。具有重要的 化学原料作用，广泛应用于制药、农药、医药、 涂料等领域。
《无机物电解工业》PPT 课件
本课件详细介绍了无机物电解工业的相关知识，包括概述、电解质、电解池、 电解技术、电解工艺、节能环保及未来展望等方面内容。
什么是无机物电解？
定义
无机物电解是指利用电力将无机物分解成其它物质或是合成其他无机物的过程。
应用
无机物电解广泛应用于氯碱工业、铝电解工业、钛电解工业等领域。
总结
意义
无机物电解工业的应用，推动了现代工业、生活和 科技的发展。
应用前景
随着技术的不断创新，无机物电解工业将在更广泛 的领域发挥重要作用。
铝电解工业
主要产品铝和氧化铝，广泛工业
主要产品为金属钛和氧化钛。应用于航空航天、 化工、化肥等领域。
节能环保及未来展望
节能环保
大力推广电解工艺绿色环保概念，拓展低电能消耗、 高产率和高选择性的电解工艺。
未来展望
从原料储存、材料设计、制造工艺、反应控制到产 品应用等多方面进行研究，实现无机物电解工艺的 智能化、高效化、低成本化。
电解质
氯化钠
氯碱工业中主要的电解质，用于制取氢氧化钠、氯 气和氢气。
氟化铝
铝电解工业中的电解质，用于制取铝。
氧化钛
钛电解工业中的电解质，用于制取金属钛。
有机化学中的电化学反应与电合成
有机化学中的电化学反应与电合成电化学反应是有机化学领域中一项重要的研究内容，它主要研究化学反应在电场作用下的过程和机理。
电化学反应与电合成是实现有机化学合成的一种重要手段，广泛应用于有机合成、药物研究和新材料开发等领域。
本文将介绍有机化学中的电化学反应原理以及电合成的应用。
1. 电化学反应原理电化学反应是指在电解质溶液中，由于外加电压的作用，使得溶质发生氧化还原反应的过程。
这类反应可以分为两种基本类型：电化学氧化和电化学还原。
在电化学氧化中，电子向溶液中的物种传递，溶液中的物种经历氧化反应。
而在电化学还原中，外加电压将电子引入到溶液中，使得溶液中的物种发生还原反应。
电化学反应的机理涉及到多个科学领域，包括电化学动力学、物理化学和有机化学等。
通过对溶液中的物种进行控制，可以调制反应速率和选择性，实现定向合成有机化学品。
2. 电合成的应用电合成是利用电化学反应进行有机化学合成的方法，广泛应用于有机合成研究和工业生产中。
以下是几个电合成在有机合成中的典型应用。
2.1 电还原反应电还原反应是将有机化合物通过电流还原为目标产物的过程。
这种方法具有高效、高选择性和环境友好的特点。
举例来说，通过电还原反应可以将酮类化合物还原为醇类化合物，实现对官能团的选择性还原。
2.2 电氧化反应电氧化反应是将有机化合物通过电流氧化为目标产物的过程。
这种方法可以在温和条件下进行，避免使用有毒或危险的氧化剂。
举例来说，通过电氧化反应可以将脂肪烃氧化为醇类或酮类化合物，实现对官能团的选择性氧化。
2.3 电合成的催化体系为了提高电合成的效率和选择性，研究者们设计了各种催化体系用于电合成反应中。
其中，过渡金属催化剂被广泛应用于电合成反应中，以提供选择性和活性。
催化体系中的配体可以调节催化活性和选择性，使得电合成反应具有更好的效果。
此外，催化剂的设计和构建还可以将底物的电化学反应活化，从而实现更加高效的电化学反应过程。
3. 电合成的发展趋势随着对低碳经济和可持续发展要求的提高，电合成作为一种环境友好、高效的合成方法受到越来越多的关注。
《应用电化学》复习思考题参考答案
《应⽤电化学》复习思考题参考答案《应⽤电化学》思考题第⼀章电化学理论基础1．什么是电化学体系？基本单元有那些？（1）由两类不同导体组成，且在电荷转移时不可避免地伴随有物质变化的体系，通常有原电池、电解池、腐蚀电池三⼤类型。
（2）1.电极 2.电解质溶液 3.隔膜2．试举例说明隔膜的作⽤。
隔膜是将电解槽分隔为阳极区和阴极区，以保证阴极、阳极上发⽣氧化－还原反应的反应物和产物不互相接触和⼲扰。
例如采⽤玻璃滤板隔膜、盐桥和离⼦交换膜，起传导电流作⽤的离⼦可以透过隔膜。
3．试描述现代双电层理论的概要.电极\溶液界⾯的双电层的溶液⼀侧被认为是由若⼲“层”组成的。
最靠近电极的⼀层为内层，它包含有溶剂分⼦和所谓的特性吸附的物质（离⼦或分⼦），这种内层也称为紧密层、helmholtz层或stern层，如图1.5所⽰。
实际上，⼤多数溶剂分⼦（如⽔）都是强极性分⼦，能在电极表⾯定向吸附形成⼀层偶极层。
特性吸附离⼦的电中⼼位置叫内holmholtz层（IHP），它是在距离为x1处。
溶剂化离⼦只能接近到距电极为x2的距离处，这些最近的溶剂化离⼦中⼼的位置称外helmholtz层（OHP）。
⾮特性吸附离⼦由于电场的作⽤会分布于称为分散层（扩散层）的三维区间内并延伸到本体溶液。
在OHP层与溶液本体之间是分散层。
4．什么是电极的法拉第过程和⾮法拉第过程。
电极上发⽣的反应过程有两种类型，法拉第过程和⾮法拉第过程。
前者是电荷经过电极/溶液界⾯进⾏传递⽽引起的某种物质发⽣氧化或还原反应时的法拉第过程，其规律符合法拉第定律，所引起的电流称法拉第电流。
后者是在⼀定条件下，当在⼀定电势范围内施加电位时，电极/溶液界⾯并不发⽣电荷传递反应，仅仅是电极/溶液界⾯的结构发⽣变化，这种过程称⾮法拉第过程。
5．试述电极反应的种类和机理。
电极反应种类:（1）简单电⼦迁移反应；(2)⾦属沉积反应;（3）表⾯膜的转移反应;（4）伴随着化学反应的电⼦迁移反应;（5）多孔⽓体扩散电极中的⽓体还原或氧化反应;（6）⽓体析出反应;（7）腐蚀反应电极反应的机理:（1）CE机理：指在发⽣电⼦迁移反应之前发⽣了化学反应，其通式为：X O X+ne RedH2HCHO + H2O C步骤HCHO + 2H+ + 2e →CH3OH E步骤(2) EC机理：指在电极/溶液界⾯发⽣电⼦迁移反应后⼜发⽣了化学反应，其通式为：O X+Ze→Red X如：对氨基苯酚在Pt电极上的氧化反应（3）催化机理a、“外壳层”催化：EC机理中的⼀种，指在电极和溶液之间的电⼦传递反应，通过电极表⾯物种氧化—还原的媒介作⽤，使反应在⽐裸电极低的超电势下发⽣，其通式可表⽰如下：X + ne Red E步骤X + Y C步骤如：Fe3+/Fe2+电对催化H2O2的还原反应：1/2H2O2+e→OH-3+2+Fe+ 1/2H2O2→Fe3++ OH-b、“内壳层”催化：也称为化学氧化—还原催化，即当反应物的总电化学反应中包括旧键的断裂和新键的形成时，发⽣在电⼦转移步骤的前、后或其中⽽产⽣了某种化学加成物或某些其它的电活性中间体，总的活化能会被某些“化学的”氧化—还原催化剂所降低。
电化学反应的原理和应用
电化学反应的原理和应用电化学反应是指在电解质溶液中，由于电流的作用下所发生的化学反应。
它是电子迁移与离子迁移相结合的特殊反应过程，主要包括电解质溶液中的氧化还原反应和电离反应。
电化学反应的原理和应用广泛，对于理解能量转化和储存、电化学分析以及电化学合成等方面具有重要意义。
一、电化学反应的基本原理1.1 氧化还原反应氧化还原反应是电化学反应的核心内容。
在氧化还原反应中，质子（H+）和电子（e-）的迁移同时进行，发生氧化的物质被称为还原剂，接受电子的物质被称为氧化剂。
氧化还原反应可以分为两个部分：氧化反应和还原反应。
氧化反应指的是物质失去电子的过程，而还原反应指的是物质获得电子的过程。
1.2 电解质溶液中的离子迁移在电解质溶液中，由于电流的通过，正离子和负离子会在电场的作用下向电极迁移。
正离子向阴极迁移，负离子向阳极迁移。
这种离子迁移的过程称为离子迁移现象。
离子迁移既包括阳离子的迁移，也包括阴离子的迁移。
离子迁移的速度取决于离子的迁移率和电场的强度。
二、电化学反应的应用2.1 能量转化和储存电化学反应在能量转化和储存领域有着广泛的应用。
例如，电池利用化学能转化为电能，而燃料电池则实现了将燃料的化学能直接转化为电能的过程。
此外，光伏电池通过光生电化学反应将太阳能转化为电能，电动汽车则利用电池储存电能实现驱动。
2.2 电化学分析电化学分析是利用电化学原理和方法进行化学分析的一种手段。
电化学分析可以通过测量电流、电位和电荷等参数，对化学物质进行定量和定性分析。
常见的电化学分析方法包括电位滴定、电导法和极谱法等。
电化学分析在环境监测、食品安全和药物分析等领域得到了广泛应用。
2.3 电化学合成电化学合成是利用电化学反应进行有机物和无机物的合成。
通过控制电流和电势条件，可以实现对化学精细合成的控制。
例如，电解水可以得到氢气和氧气，电流通过金属溶液可以进行电镀和电刻的过程。
电化学合成在化学工业中具有重要地位，可以高效且可控地合成特定的化合物。
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从1890年第一只食盐水电解槽问世以来， 氯碱工业已有100多年的历史。 目前存在三种电解生产方法，三种方法分 别采用不同的电解槽：隔膜槽、汞槽和离子 膜槽。它们在能量消耗方面的差别不大，但 从槽的结构、性能、维护和投资等方面来看 各有特点。离子膜槽是最新的一种，已经基 本取代另两种电解槽。
5．主要副反应 主要是在阳极室发生 （1）氯气的与水反应，
（2）部分碱从阴极扩散过来发生反应
如果采用石墨阳极，还会有如下反应： C+[O]=CO或C+2[O]=CO2 隔膜法的缺点：碱浓度低，需要加热浓缩； 杂质含量高，电解槽电阻大，电压高；槽 寿命短，维修、维护难。
§5.2.2汞槽电解法
用石墨阳极、DSA阳极，阴极为金属汞。 电极反应：
第五章 无机物的电解合成
无机物的电解工业包括电解合成 和电解提取。本章介绍无机物的电解 合成。
主要内容
§ 5.1关于无机电解合成的概述
§ 5.2氯碱工业
§ 5.3氯酸盐和高氯酸盐的电合成 § 5.4 锰化合物的电解合成 § 5.5 电解水生产氢气和氧气
§5.1关于无机电解合成的概述
一．电解合成法的优点 (1)可以制备许多化学合成法不能得到的物质。 --通过调节电位，给在电极上发生反应的粒 子提供足够的能量，可以生产某些氧化性或还 原性很强的物质。 (2)可以在常温常压实现普通化学过程只有在高 温、高压下才能实现的合成。 --因为电合成能通过调节电位很容易的改变反 应的活化能．
应用化学结业考试论文要求
1．新型化学电源的发展、研究概况 2．高能电池的发展研究评述 可以选择一种电池或一种电池的某个研究 方向进行综述。 3．一次电池的发展研究生产和应用 4．二次电池的发展、研究应用概况 可以选择一种电池或一种电池的某个研究方向 进行综述。建议选择Ni-MH或锂电池。
5．燃料电池的发展研究应用概况 可以选择一种电池或一种电池的某个研究 方向进行综述。如果这样，建议在SOFC、 MCFC、PEMFC三种中选择。 6．有关金属表面的精饰的评述。 7．有关无机电合成方面的评述 8. 有关化学传感器方面的评述。 9．有关金属的电化学腐蚀与防护的理论、应 用、研究方面的评述。
5．电能效率 EE=CE*VE 6．时空产率（产能） 单位时间、单位体积（或单位电极面积）所 能生产产品的量，单位：Kg/m3.h，T/ m3.h， Kg/m3.d，T/ m2.h，Kg/m2.d
§5.2氯碱工业
氯碱工业：电解氯化钠水溶液生产得到烧碱、 氯气、氢气。 --主产品：Na0H或Na0H的水溶液、液态氯。 --氢是副产品，因水煤气法制氢更经济， 但电解制得的氢纯度高。 --烧碱用途：化工原料约50%，约15％用于 纸浆生产，其他用途约占35％。
小论文格式 扉页：题目，作者，完成时间等必要信息 1．论文摘要：简要介绍该文的主要内容（论 文完成后才能写） 2．正文（分前言、主要内容和结论三个主要 部分） 3．参考文献（注意引用格式）
§5.3氯酸盐和高氯酸盐的电合成
§5.3.1电合成氯酸钠 氯酸钠主要用于工业漂白，如纸张的漂白。
1．生产原理：仍然是电解食盐水，不同的是 两个电极之间没有隔膜，使氯气水解后与 氢氧根直接作用生成氯酸钠，而由于氢氧 根参与反应，又促进了氯气的水解。
生产工艺简述：
§5.4.2 电解制备高锰酸钾
高锰酸钾被广泛用作氧化剂，特别是作为精 细有机化学品工业的氧化剂。 电解锰酸钾溶液可制得KMnO4。锰酸钾用化 学方法制备，原料为软锰矿(大约含60％ MnO2)，浸入50％-80％的KOH溶液加热至200700℃并用空气氧化为K2MnO4。
电解槽通常不用隔膜，采用Ni或Ni/Cu阳极， 铁或钢阴极，电流密度5-150 mA/cm2，电 流效率60-90%，电流效率低的原因是高锰 酸钾的还原。高锰酸钾在浓KOH溶液中的溶 解度不大，高锰酸钾以结晶形式析出。
从反应机理看，阳极反应有2种理论：氯酸 根优先氧化理论和水优先氧化理论，但都不 影响阳极反应结果。 阴极反应：
电解总反应：
电解槽设计简单，因为不存在像氯酸盐生 产中有副反应的问题，电解液的流速不必 太快。为了防止产物在阴极还原，电解液 中加入少量重铬酸钾，使阴极表面形成保 护膜，减少产物还原所造成的损失。 阳极材料:：Pt、镀贵金属的Co、PbO2；阴 极材料：青铜、碳钢、Ni等。 表5．5给出生产中使用的技术参 数.
全氟磺酸膜 (Nafion膜)的分子结构含强酸 根：
Plemion膜(全氟羧酸膜)的分子结构含有弱 酸根：
两种膜都是聚四氟乙烯基的离子文换树脂， 故既能耐强碱和酸，耐有机物侵蚀，但价 格昂贵。用强酸膜时，阳极室NaOH浓度限 于20％以下；用弱酸膜时，NaOH浓度可达 40％，最大电流密度6KA/m2。 --另外，还有磺化聚苯乙烯膜，其价格低 廉，但在有机介质中易老化，必要时两层 膜迭合使用可延长其使用寿命。表5-2给出 几种离子膜槽电解的操作参数。
三．重要的概念和术语 1．理论分解电压 E=φ+-φ-, φ+= φ-= 2．槽电压 使电化学过程能在电解槽上顺利进行的合理 电压。 V= E+η +η-+IRsol+IR
+
3.电压效率 VE=E/V 4．电流效率 CE=实际产量/理论产， 或CE等于生产 一定量产物所需要的理论电量与实际电量 之比
§5.2.3离子膜槽电解法 离子膜槽电解法的原理和电极材料与隔 膜法相同，所不同的是以离子交换膜(或称 离子选择性透过膜)石棉隔膜。 石棉隔膜是一种机械的隔离膜，可防止 液体的对流和电解产物混和，不能阻止离 子的相互扩散和迁移。
离子交换膜由离子交换树脂压制而成，用 于氯碱电解槽的主要是全氟化高聚物离子 交换膜．此膜的特点是只允许钠离子透过， 而阻止氯离子、氢离子和氢氧根离子透过。 离子膜槽电解法的优点是没有汞和石棉的 公害；所得NaOH 不含氯离子，其浓度可达 20％-40％，蒸发浓缩的后处理费用少得多； 电流密度比隔膜槽所使用的大一倍，总能 耗(包括电解用电、动力用电和蒸气消耗) 相对较低。
(3)可以根据需要控制反应的方向。 --通过控制电势，选择适当的电极等方法, 实现电解反应的控制，避免副反应，得到所 希望的产品。 (4)环境污染少、产品纯净。 --电合成中一般用不外加化学氧化剂或还原 剂，杂质少，产品纯。且能实现自动、连续、 密闭生产，对环境造成的污染少。
二．电解合成法的缺点 (1)消耗大量电能。例如生产1吨铝耗电 14000-15000KWh。 (2)占用厂房而积大。由于生产中要同时 用许多电解槽，一些前处理还要占用厂房 等。 (3)电解槽结构通常复杂，电极间电器绝 缘，隔膜的制造、保护和调换比较困难。 (4)电极易受污染，活性不易维持，阳极 尤易受到腐蚀损耗。
3．阴极 阴极材料一般采用软钢或钢网阴极，并喷 砂处理使其表面粗糙，以降低超电势。 4．隔膜 作用是防止氢氧根离子进入阳极室，减少 副反应。 --在阳极和阴极之间设置石棉隔膜，厚度 3-5mm，阻止两极的电解产物混合，但允许离 子透过。 食盐水从阳极室注入并以一定流速通过隔 膜进入阴极室，以控制氢氧根离子进入阳极 室。
§5.2.1隔膜槽电解法
1．电极反应
2．阳极 阳极室有氯气、盐酸和次氯酸等存在，要 求阳极材料具有很高的耐腐蚀性，同时要 有较低的氯超电势、较高的氧超电势及良 好的导电性和机械加工性能。 曾有采用石墨阳极的 形稳阳极(DSA)：以钛为基底，表面涂镀二 氧化钛、氧化钌和催化剂(Pt，Ir，Co304， PbO2等)，这种电极的最大特点是耐腐蚀， 尺寸稳定，寿命长，氯超电势很低，氧超 电势却高，槽电压较低，能得到纯度高的 C12。
该装置的主要特点是：次氯酸根转化为氯 酸根的反应在电解槽外进行，基本上是在 管路中完成，而且转化率高；在化学反应 器中生成的氯根可循环使用；在充分低的 次氯酸根浓度下进行电解操作，有效的降 低了次氯酸根放电。
§5.3.2电合成高氯酸钠
主要用于军事工业制造炸药或喷气推进剂。 1895年第一个电解法生产NH4ClO4、KClO4的 工厂投入运转。 电合成高氯酸钠一般均采用氯酸盐溶液进 行电解。阳极反应：
§5.5 电解法生产过氧化氢
过氧化氢是广泛应用的脱色剂、氧化剂和 消毒剂。二次世界大战期间，德国首先用 电解法产出过氧化氢。电解法的基本原理 是：
然后，减压蒸馏即可得30％H2O2水溶液，商 品名为“双氧水”。过氧化氢的3％水溶液 为医用消毒剂。 所有电解法生产过氧化氢的工艺都采用铂 电极，投资大，加上铂阳极的损失，以及 电能消耗等原因，大大限制了此法的发展。 非电解法更有更有竞争性，即采用化学自 动氧化法。
氢在汞电极上有很高的超电势，氢离子不容 易在阴极上放电，而Na可以与汞生成汞齐， 因而降低了钠离子的析出电位，使其可以在 汞阴极上析出。 在解汞器中加人浸渍Ni，Fe等的石墨小球作 为催化剂能加速汞齐分解：
汞法的主要优点是所得碱液的浓度高，接 近50％（隔膜法只有10%左右），可直接作 为商品出售，而且纯度高，几乎不含氯离 子。其直流电能消耗虽高，但它不需要蒸 发浓缩碱液的后处理空作，故每吨碱的总 能耗仍和其他二法相仿，而且对盐水的净 化要求不像隔膜槽那样高。 汞法的主要缺点是汞污染。
电极反应：
溶液中的主要反应：
总反应为：
由于是放热反应，过程应该在低温下进行。 另外，在阳极区域还存在副反应：
这个反应在溶液中进行，会引起电能的浪 费，所以要避免阳极区域中次氯酸根的浓 度，从而减少这个反应进行的量。
2．电解槽
电解槽采用DSA阳极，阴极常用软钢制成， 电极间距减少；采用了高的电解液流速； 化学反应器另外设置。 图5.5是氯酸钠电解槽系统的一种。图中电 解槽产生的气体(主要为氢气)把电解液向 上提升，进入反应器。分离掉气体后，电 解液再流回电解槽，省去了循环泵。电极 为平板式，冷却器用来除去稳定操作条件 下系统所产生的热量。