1、 5.5 电解的基本原理及应用,5.5.1 电解的基本原理,5.5.2 电解的应用,1.电解与电解池使电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而引起的氧化还原反应过程称为电解。这种能通过氧化还原反应将电能转变为化学能的装置称为电解池（或电解槽）。要想使电解池正常工作，必须加一定的外电压，这时电流才能通过电解液使电解得以顺利进行。能使电解顺利进行所必需的电压称为分解电压。,5.5.1 电解的基本原理,阳极：与电源正极相连，发生氧化反应； 阴极：与电源负极相连，发生还原反应。,2.分解电压,设电解 c(H+)= 1.0 molL-1 水溶液， 阳极：,阴极：,电解总反应为：,使电解反应得以顺利进行的最低
2、电压称 实际分解电压，用E实分表示。 实验证明：E实分 E理分,要想使电解反应顺利进行，需施加1.23V的外电压， 1.23V为理论分解电压。记作： E理分 。,3.极化与超电势,电解池在实际工作 (电极上有产物析出)时，有一定的电流通过。实际的电极电势(析出电势)与理论电极电势(平衡电势)有偏差。这种偏差称电极的极化。把某一电流密度下的实际析出电势与平衡电势之差的绝对值称为超电势，用表示。,Eir不可逆电极电势 Er可逆电极的电极电势,（1） 浓差极化,阳极还原型物质被氧化，电极附近还原型浓度减小，使阳极电极电势增大；阴极氧化型物质被还原，电极附近氧化型浓度减小，使阴极电极电势减小。这种由浓
3、度差别引起的偏差称浓差极化。搅拌和升高温度可减少或消除浓差极化。,（2） 电化学极化,由于电极反应过程中某一步骤迟缓而引起电极电势偏离平衡电势的现象。,以H+放电为例： 1、H+(本体溶液) H+(电极表面）,扩散,2、H+( 电极表面)+e- H(吸附在电极表面) 3、2H H2 (吸附在电极上的氢分子) 4、H2 H2(g)(形成氢气离开电极表面)第三步是最慢的一步，具有较高的活化能，因此，需要消耗更多的能量。,影响电极超电势的因素：1. 电解产物不同，超电势不同。金属超电 势较小，气体超电势较大,尤其O2和H2 ；2.电极材料不同，超电势不同；电极材料 相同，而材料表面不同，超电势也不同
4、；3.电流密度大，超电势大；4. 温度越高，超电势越小。,电极极化存在以下规律：阳极电极电势升高，阴极电极电势降低；E阳,ir= E阳,r+阳， E阴,ir= E阴,r-阴。,阳极发生氧化反应，在阳极上先被氧化的是E阳,ir代数值小的还原型物质；阴极发生还原反应，在阴极上先被还原的是E阴,ir代数值大的氧化型物质。影响 Eir 的主要因素有：1. 放电离子的标准电极电势2. 离子浓度3. 电解产物在电极上的超电势。,4.电解产物的判断,盐类水溶液电解产物的一般规律,电解产物析出的定量规律Faraday电解定律的数学表达式：,式中 m 在电极上物质溶解或析出的质量，g； I 通过电解池的电流，A
5、； t 电流通过电解池的时间，s； z 电解中转移电子的物质的量，mol； F Faraday常数， 96485 Cmol-1 ； M 分子或原子的摩尔质量,5.5.2 电解的应用 1. 电镀电镀是将一种金属镀到另一种金属表面上的过程。电镀的目的是提高金属的耐蚀性、耐磨性、装饰性、强度、硬度等。被镀工件为阴极，欲镀的金属为阳极，含有阳极金属离子的溶液为电解液。电镀时阳极金属不断溶解，而阴极工件的表面不断沉积上要镀的金属。,2. 电抛光电抛光是专门用于提高工件表面光洁度的一种电加工方法。电抛光时，被抛光的工件作阳极，常用铅、石墨作阴极，由于工件表面粗糙，通电后表面凸起部分液膜薄，电流密度大，溶解
6、速率大，而凹入部分液膜厚，电流密度小，溶解速率小。经过一段时间，凸起部分溶解，使工件表面达到平滑光亮，即表面光洁度大大提高。,3. 电解加工,电解加工是利用金属做阳极在电解液中溶解的原理，将工件加工成需要的形状。如图，阳极为工件，阴极为模具(工具)， 两极间隙为0.11 mm,电解液从间 隙高速通过。,阴极,阴极,阳极,阳极,工具,工件,加工前,加工后,4. 金属的电解精炼金属精炼是指获取高纯度金属的一种生产工艺。例如，精炼铜：阳极（粗铜） Cu Cu2+ +2e 阴极（纯铜） Cu2+ + 2e Cu 可得99.98的纯铜。,5.阳极氧化阳极氧化是将作为阳极的金属本身表面氧化，形成一层氧化膜的加工过程，又称电化学氧化。这种氧化膜具有耐蚀、耐磨和耐热的性能。应用最广的是铝和铝合金的阳极氧化及其着色。,阳极(铝或铝合金)反应：2Al + 6OH Al 2O3 + 6e- + 3H2O (主)4OH 2H2O + 4e - + O2 (次) 阴极(铅板上)反应：2H + + 2e - = H2由于Al 2O3 膜是微小孔隙结构，具有吸附作用，可吸附各种染料，从而使氧化膜能着上各种颜色。应用：建筑材料，太阳能集热装置，仪表外壳，装饰品及工艺品等。,
