电解原理及其应用知识拓展

高考专题：电解原理及其应用知识拓展

【知识拓展】

1．什么是分解电压？

电解时，电解池两极上的外电压从零开始逐渐增加，当外加电压很小时，几乎无电流通过，也看不到任何电解现象．直到电压增大到一定数值后，电流才显著增大，电解才能顺利进行．我们把电解顺利进行时所必需的最小电压，叫做分解电压．

如下图所示，D 即为分解电压．

2．分解电压如何产生的？其大小有什么关系？

以Pt 电极电解0.1 mol/L NaOH 溶液为例，在阴极：

↑++2H 2e

2H ；在阳极：O 2H O 4e

4OH 22+↑--生成的

2H 及2O 吸附在铂电极上而成为氢电极与氧电极，从而构成化学电池．其中氢电极为负极，电极反应为：

2

H -++2e 2H ；氧电极为正极，反应式为：4e

O 2H O 22++-4OH ，它们之间的电位差恰恰与

外电压方向相反，要使电解顺利进行，外加电压必须克服这一电位差，这就是分解电压存在的原因．

从这个意义来说，分解电压就是电解产物构成原电池所产生电位差．如，在0.1 mol/L NaOH 溶液中：

mol/L 10)(H 13-+=c )(OH -c ＝0.1 mol/L

阴极：↑+-

+2H 2e 2H 0ε

2

H /H =+

V 767.0])H (lg[2

059

.0ε

ε

2H /H 2

H /H 2

-=+

=+++

c 阳极：22O O 2H 4e 4OH +--

-，V 401.0ε

/OH O 2=-

0.46V ]

)OH ([1

lg 40.059ε

ε

4 /OH O /OH O 22=+

=--

-

c 则理论分解电压：V 227.1767.046.0)εε

(ε=+=-=-+

3．实际分解电压与理论分解电压是否一致?为什么?

实际0.1mol/L NaOH 溶液中水的分解电压为1.70V 左右，这个差值的存在是由于极化现象引起的（电解的过程中，由于电流的通过，两极的电极电位发生了某种改变，这种现象叫极化）．极化的主要原因是产物在电极析出时，其中的某一过程，如离子放电、原子结合成分子、气泡的形成等受到阻碍，引起了迟缓放电，从而阳极和阴极都产生了超电压．超电压跟电极材料、电流密度以及析出物质的性质、状态等多种因素有关，超电压在电解过程有着重要的实际意义．比如，+

2Zn 在电极放电变为Zn 单质时超电势比较小，就可以控制一定条件

使+

2Zn

在阴极放电，而+

H 不放电，产生电镀Zn 的效果．

4．列举无氰电镀液的配方及作用．

下表中列举的是目前生产上应用较广的氯化铵-氨三乙酸型镀锌溶液的实例，并注明了溶液中每一组分的主要作用．

氯化铵-氨三乙酸镀锌溶液的典型配方及工艺条件：

在两种配方中，都不用剧毒的氰化钠作为络合剂，而是采用氯化铵、氨三乙酸作为络合剂．采用这种不含

-CN 的电镀液的电镀叫做无氰电镀．

氯化铵、氨三乙酸可以与+

2Zn

形成锌氨络离子和氨羧合锌（Ⅱ）离子，化学方程式为：

O

H NH 24++++⋅H O H NH 23 +

++2433

2])[Zn(NH 4NH Zn

锌氨络离子

（NTA 是氨三乙酸的简写，-

3NT A 表示氨三乙酸根离子）

电镀时，锌可能通过下列步骤在镀件上析出．

-

[Zn(NTA)]

-

++32(NTA)

Zn Zn 2e Zn 2++

5．简述工业炼铝的过程．

铝是地壳里存在最多的金属元素，以化合态存在，其最主要的矿石有： 铝土矿：O H O Al 232x ⋅

明矾石：O 3H O Al )KAl(SO 23224⋅⋅ 霞石：232222S iO O Al O K O Na ⋅⋅⋅

其中铝土矿是目前炼铝的主要原料．由于铝化学性质活泼难被还原，因而既不能用碳还原氧化铝，也不能用电解铝盐水溶液方法获得纯铝．

1886年，在冰晶石熔体中电解氧化铝的方法获得成功．氧化铝熔点很高（2045℃），很难熔化，而熔融的冰晶石能溶解氧化铝．冰晶石一氧化铝熔盐的熔点相对说来不高（930～1000℃）而冰晶石在电解温度时不分解，挥发性少，有足够流动性，有利于电解的进行．

工业上炼铝主要分两个阶段： 1．从铝土矿制取纯净的氧化铝：

天然铝土矿混有铁和硅的氧化物，电解时，它们将首先在阴极析出而使铝的质量降低．因此，必须先从铝土矿制取纯净的氧化铝．

制取32O Al 的工业中，首先把铝土矿通过高温烧灼，研碎后用浓碱处理，生成可溶性铝酸盐．

42322NaAl(OH)O 3H 2NaOH O Al ++ [即2NaAlO ]

过滤除去不溶性杂质后，可向碱溶液中通入2CO ，使氢氧化铝析出．

O H 2Al(OH)CO Na CO 2NaAl(OH)233224+↓++

或通过控制温度，碱浓度使铝酸盐溶液自发分解，使氢氧化铝析出．

4NaAl(OH)NaOH Al(OH)3+

再把生成的3Al(OH)过滤、分离、干燥、煅烧等步操作，便得到符合电解要求的氧化铝．

O H 3O Al 2Al(OH)2323

+煅烧

2．电解氧化铝：

电解氧化铝的反应是在电解槽中进行的，以冰晶石一氧化铝熔体为电解质，以炭素材料为两极．直流电经阳极导入电解液与铝液层，而后从阴极导出．电解的产物，在阳极上为2CO 与CO 气体，而在阴极上为液态铝．

多数人认为，冰晶石在电解液中以这样方式进行解离：

6

3AlF Na -

++36AlF 3Na

-

36AlF 进一步离解：

-

3

6

AlF -++6F Al 3

氧化铝在熔融冰晶石中也按下式解离：

3

2O Al -++23O 32Al

阴极：Al 3e

Al 3++

阳极：23323O 4AlF 12e

O 2Al 12F +-+-

--

+363AlF 3F AlF

在熔体中 +

-+3Na

AlF 3663AlF 3Na

即 ↑+23

23O 4Al O 2Al 电解

通常在冰晶石一氧化铝熔体中加入少量氟化铝，氟化镁，氟化锂等添加盐，但总量不超过10％，以降低熔

化温度．