粉末的制备-电解法详解

B
c：溶液中离子的浓度 c0：阴极上离子的浓度 h：到阴极的距离，A：阴极面积
在实际电解过程中，开始时阴极附近 的离子浓度与溶液离子浓度相等，因此 析出的是致密体，只有当阴极区离子的 浓度由 c 降到某一个浓度值 c0 时，才开始 析出松散粉末。
如果电流密度小，阴极区离子通过扩散，得到 补充，很难达到c0值，此时还是不能得到疏松的粉 末。
只有当电流密度足够大，在阴极上附近放电析 出的离子数急剧增多，阳离子浓度急剧下降，经 过很短的时间就达到c0，才有粉末析出，否则析出 的是致密体。因此，要形成粉末，电流密度和金 属离子浓度起着关键的作用。
阴极面积A，在距离A的h远的范围内析出的离子数 为
c c0 A h 2
根据法拉第定律，析出的物质
q（电化当量）＝克当量/96500库仑
＝克当量/96500安培·秒
＝克当量/26.8安培·时
书上用：
w q n 26.8 A h
W
原子量
n
化合价
w/n 克当量 所以q＝克当量/26.8安培·小时，电解
产量等于电化当量与电量的乘积；
m q I t或 m q
I -电流强度 t-电解时间
从上两式可知，提高溶液中铜离子的浓度，会提高 电极电位，即加大电极电位才有Cu粉析出。
Hale Waihona Puke Baidu
2、 电解时，在阳极区， 愈负愈先氧化，此外 在阳极上，OH-失去电子放出氧气。 所以，在电解铜时，同时有Cu，H2（阴极）上， O2（阳极）上析出，这样，电解水可制得H2和O2 气。

3 、电解的定量关系（法拉第定律）
克当量： 克当量＝摩尔质量/化合价
电解时，溶液中离子的价数不同，所需电量不同， 如一个电子不能使Cu 2＋还原，需要两个电子； H的克当量： 克当量＝1.008/1＝1.008 氢为一价 O的克当量： 克当量＝16.000/2＝8.000 氧为二价
电化当量：
对于不同电解液，通过等量电量时，每种物 质量（电解槽中或阴极上形成粉末量）与电化 当量成正比，并通过96500库仑的电量或96500 安培·秒才能析出1克当量的物质； 因此，电化当量为每96500安培·秒电流所析 出的克当量物质，有
2.6 电解制粉
水溶液电解：制取Fe、Cu、Ag、Sn、Mo、 Pb、Au
电 解 制 粉
熔盐电解：制取Ti、Zr、Be、Ta、Nb、Th、 稀有金属及合金
An electrolytic cell operation for deposition of metal powders, the raw metal is dissolved at the anode and deposited at the cathode, (Fe, Cu, Au, Ag, Ni, etc.)
RT ＝ － ln 还 氧 nF
RT ＝ ＋ ln 氧 [还] nF

电极反应（如Cu 电极）
1. 电化学体系：（-）Cu粉/Cu2+，CuSO4，H2SO4， H2O/Cu粉（+） 1）硫酸铜电离反应 ， 2）硫酸电离反应， 3）阳极氧化反应 阳极铜板失去电子，变成离子， 进入溶液，
电极电位的意义：标准电极电位 ，即离子在 浓度等于克离子/升溶液中的还原电位， 如：
H / H 0V

Ni / Ni 0.25V
2
Ag / Ag 0.799 V

Fe / Fe 0.44V
2
Au / Au 1.50V
3
水溶液电解基本原理——电化学原理
定义：在直流电作用下，在电极上产生 氧化与还原的过程称之为电解。 在阳极（anode）上失去电子，氧化反应， 成为正离子。 在阴极（cathode）上金属正离子获得电 子， 还原成为金属原子。 电解时，电能转化为化学能——作用与 原电池相反。
Scanning electron micrograph of electrolytic copper powder show typical dendritic shape
Procedure of copper powder production by electrolytic from solution and processing parameters Cathodes CuSO4 sol. Anodes (120-150g/L) Electrolytic deposition,( i=25a/dm2, 1.8V, 50°C)
一些金属的电化当量
4、电解步骤
(1) 扩散，离子扩散到放电沉积区
(2) 电化学反应，获得电子还原，此时如果反 应太慢，晶核形成困难，反而得到大晶粉 末
(3) 晶核析出后，晶粒择优方向长大——枝晶 化（能量低）
5、电流密度与电解液中金属离子浓度的关系
电解时，电解液的浓度如有图所示 C A
C0

h
m q
g w q F nF
Cu-2e 2OH--2e
Cu 2+
即阳极去掉离子，析出氧气。
1 H2O+ 2 O2
4）阴极还原反应 铜离子放电而析出金属
Cu 2+ +2e 2H+ +2e

Cu
H2
电解铜时，金属铜[还]＝1 ，因此有：
RT 2 ＝ ＋ ln Cu nF

和
RT ＋ ＝ － ln H PH 2 nF


Cu powder on cathodes pick powder 20 min interval
Washing and drying water and vacuum
Milling and screen, Cu powder
一、电解基本原理及规律
当外加电位＝原电池电位时，E外＝E池， 氧化还原平衡。 当外加电位大于原电池电位时，电解发 生，阳极氧化，阴极 还原。
1、电解区，在阴极区，电极电位正着先还原； 非标准状态下，电极电位与溶液中离子浓度 的关系—奈斯特(Nernst)方程：
RT ln c nF

n -离子价电数， F＝96500库仑，法拉第常数 c-溶液的浓度 T＝25 ºC R＝8.316
对于任意氧化还原反应Nernst公式可表示为 ：