分解电压的测定与分析

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《化学综合设计实验》

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指导教师

二○一六年六月

摘要：本实验利用电化学工作站采用线性扫描伏安法(L S V)测定

1mol-1dm-3H

2SO

4

、1.0mol/LNaOH溶液溶液分解电压。往不同溶液，插入两个银电

极，一个参比电极，连接分解电压测量装置，逐渐增加电压进行电解，记录相应的电流值。从实验数据可见，当电压增加到某一数值时，电流突然直线上升，电极上有气泡逸出。作I-V曲线，测得硫酸的分解电压E

分解

=0.516V、氢氧化钠

E

分解=1.103V、第二次硫酸E

分解

=0.0.514V。与理论分解电压相差较大,其原因是

阳极上发生极化作用。

关键词：线性扫描；伏安法；硫酸；氢氧化钠；分解电压

引言

物质的分解电压是指进行长时间电解析出电解产物所需的外加最小电压。分解电压可以探索电极过程机理，以及在生产中还可以测定分解电压或反电动势来控制电解。两极产生的氢气和氧气被银电极吸附后，实际上就构成了氢电极和氧电极。这两个电极产生一个跟外加电压方向相反的电动势（叫反电动势）。因此要使电解顺利进行，外加电压必须大于反电动势，这就是分解电压产生的原因。电解时由于两个电极都存在超电势，使阳极的电极电势增大，阴极的电极电势减小，因此实际的反电动势要大于理论反电动势，使电解质的分解电压增大，电解时耗的电量增加。因此，分解电压研究具有非常重要的理论及实际意义。

当直流电通过电解质溶液时，在溶液内部，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，并在电极上进行放电，阳离子在阴极上得到电子发生还原反应；阴离子在阳极上失去电子发生氧化反应。

在H2SO4电解质溶液中，插入铂电极通电进行电解，如下电极反应：

阴极 2H

2O+2e→H

2

(g,101325Pa)+2OH-

阳极 2OH-→1/2O

2

(g,101325Pa)+2e

电池反应：2H

2O→H

2

(g,101325Pa)+1/2O

2

(g,101325Pa)

即电池反应的结果是水分解

1实验内容

1.1实验药品及仪器

1.1.1药品：1.0mol/L H

2SO

4

溶液、0.5mol/L KCl溶液、Al

2

O

3

、

1.0mol/L NaOH溶液；

1.1.2仪器：电子天平、电化学工作站、三口烧瓶、银电极两支、甘汞电极一支、 100ml容量瓶；

1.2实验步骤

1.2.1工作电极的预处理

实验前，检查电极是否完好，参比电极内的饱和溶液应以淹没电极为度，不

足时要补加，银电极上撒上少量的抛光粉(Al

2O

3

)进行打磨,用少量的蒸馏水冲洗

电极表面除去附着的大团抛光粉。打磨2次，清洗抛光粉，擦干。

1.2.2分解电压的测定

将100mL1.0mol/L H

2SO

4

溶液倒入三口烧瓶中，分别将银电极和甘汞电极插

入硫酸溶液中，甘汞电极插在中间接入白色夹头，红色和绿色夹头分别接入两支银电极。

打开电化学软件，点击“T”，选择“Linear Sweep Voltammetry”，在对话框中设置扫描参数如表1，点击“OK”再点击运行开始扫描测试。多次重复扫描，直到找到最佳的电压扫描范围。

表1硫酸、氢氧化钠分解电压参数

2.结果分析

由以上表中参数，用线性扫描伏安法测定硫酸、氢氧化钠、氯化钠溶液的分解电压，分解电压如下图1～图3。

分析：曲线的前部分基本处于同一条直线，未发生电解。其灵敏度较低，作切线

和横坐标相交于一点得到 1.0mol/LH 2SO 4溶液电压增加到0.514 V 时，电流

突然直线上 升，其分解电压为0.514V 。 图2 1.0mol/L H 2SO 4溶液分解电压I-V 曲线

图1 1.0mol/L H 2SO 4溶液分解电压I-V 曲线

3.总结

实验采用的线性扫描伏安法(LSV)测定 1.0mol/LH 2SO 4溶液、1.0mol/LNaOH 分解电压，其实就是电解水的过程。图1和图2是1.0mol/LH 2SO 4溶液的分解电压曲线图，所测得的分解电压大致相同，其原因是两次的电压扫描范围不同，造成的。采取了三电极体系，可以减少IR 电位的降低。

4.创新

实际上电解时，电极的平衡状态已破坏，成为不可逆电极，实际电解所需的电压比理论电压要大。分解电压超过原电池之可逆电动势的部分称为超电势。超电势包含三部分：一是电极和电解质溶液产生的电阻消耗的一部分电压（IR ），称为电阻超电势；二是由浓差极化引起的浓差超电势E 浓差；三是电化学极化引起的活化超电势η。因此，分解电压为：

E 分解=E 理论+IR+E 浓差+η

分析：曲线的前部分基本处于同一条直线，未发生电解。其灵敏度较低，作切 线和横坐标相交于一点可得到，当 1.0mol/LNaOH 溶液电压增加到1.103V 时，电流突然直线上升，其分解电压为 1.103V 。1.0mol/ LNaOH 理论电压 为2.172V ，产生的误差可能是电极极化等原因造成的。 图3 1.0mol/L NaOH 溶液分解电压I-V 曲线