電解池
電解池(Electrolytic cell)它是一種用于電解的裝置,可以將電能轉化為化學能,從而發生一些正常情況下不能自發的化學反應。該反應是非自發的,即電流通過陰極中的電解質溶液或熔融電解質、由陽極和陰極引起的氧化還原反應過程主要由外部電源構成、電解質溶液以及陽極和陰極。與電源正極相連的電極稱為陽極,與電源負極相連的電極稱為陰極。常見的電解池是H型電解池、臥式電解槽等,主要用于氯堿工業,銅的電解精煉,銀和銅的電鍍等。
基本內容 編輯本段
形成條件:電解池的形成應滿足以下三個條件:一種是將兩個電極連接到電源;第二,應該在兩個電極之間插入電解質溶液;第三,整個過程需要形成一個閉環。
電極反應:電極反應是指在電極上進行的電化學反應。兩個電極反應的總和稱為電解池反應。如圖所示,它由兩個鉑電極組成,連接到插入電解質溶液HCl中的外部電源。電解發生時,與外接電源負極相連的電極由于負電荷的積累,電位較低,所以是陰極溶液中的正離子遷移到這個電極進行還原反應,而陰離子遷移到陽極進行氧化反應
導電機理:電解質溶液的導電機理:1)通過溶液的電流是由正負離子的定向遷移完成的;2)電流在電極和溶液的界面上是連續的,這是由兩個電極上分別發生氧化或還原反應時釋放或獲得電子引起的。
電解定律 編輯本段
1833年,法拉第(Faraday)在大量電解反應實驗的基礎上,電化學的一個基本定律,叫做法拉第 總結了電解定律,即在任何電極上發生化學反應的物質的量與引入的電量成正比;如果將幾個電解池串聯起來,引入一定量的電流,在每個電極上發生化學反應的物質的量是相同的。1mol元電荷的電量稱為法拉第常數,用f表示。在電化學中,電量Q和發生化學變化的物質數量之間的關系:Q=nzF,其中Q為總電量,N為發生化學變化的物質的量,Z為電極反應中電子的計量系數,即反應進行到1mol時轉移電子的物質的量。
設計原則 編輯本段
設計電化學電池時,應遵循以下原則:1)電流密度分布應該是均勻的;2)合適的電解池體積;3)合適的研究電極和輔助電極區域;4)盡量減少其他物質對電化學測量的干擾;5)結構簡單,操作方便。
常用材料 編輯本段
玻璃:玻璃是電解槽常見的主要材料,具有很寬的溫度范圍,可以在火焰中加工成各種形狀。它在有機溶液和大多數無機溶液中非常穩定,但在HF溶液中非常穩定、濃堿和堿性熔鹽中的不穩定性。
有機玻璃:有機玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)透光性好,價格低,易加工,但應用范圍窄。在濃氧化性酸和濃堿中不穩定,但在丙酮中不穩定、氯仿、二氯乙烷、乙醚、溶于四氯化碳等有機溶劑,且使用溫度不高于70℃。
聚四氟乙烯:聚四氟乙烯(PTFE)它是一種常用的絕緣包裝材料,具有良好的化學穩定性、在濃堿中不發生變化,不溶于任何有機溶劑。溫度范圍寬,受壓易變形,適合封裝固體電極。
環氧樹脂:環氧樹脂是制造電解池和封裝電極的常用粘結材料。多胺交聯固化的環氧樹脂化學穩定性好,優于普通酸、堿、它能在有機溶液中保持穩定,耐熱性可達200℃。
常用電解池 編輯本段
H型電解池:下圖是一個常用的簡易電解池,其中研究電極和輔助電極分別位于兩個電極管中,一般稱為H型電解池。研究電極和輔助電極之間用多孔玻璃板隔開,參比電極直接插入參比電極管中,三個電極管的位置可以以研究電極管為中心成直角,有利于電流和電位測量的均勻分布,電解槽可以安全放置。
臥式電解池:臥式電解槽由研究電極組成、它是由輔助電極和參比電極組成的三電極電解池,在腐蝕研究中常用來測試塔菲爾曲線。研究電極暴露于電解池中電解質的面積是固定的;參比電極通過Rukin毛細管與研究系統連接,毛細管的噴嘴靠近研究電極的表面;輔助電極和研究電極之間的距離固定且平行,有利于電力線的均勻分布。
腐蝕研究用電解池:圖為適用于腐蝕研究的電解池。電解池呈圓瓶狀,中間有一個研究電極和兩個對稱的輔助電極,使電流分布均勻它通過帶有Rukin毛細管的鹽橋與外部參比電極相連。
工業應用 編輯本段
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