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(zhuǎn)化為化學(xué)能,從而發(fā)生一些正常情況下不能自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)。該反應(yīng)是非自發(fā)的,即電流通過陰極中的電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)、由陽極和陰極引起的氧化還原反應(yīng)過程主要由外部電源構(gòu)成、電解質(zhì)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(fù)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(yè),銅的電解精煉,銀和銅的電鍍等。
基本內(nèi)容 編輯本段
形成條件:電解池的形成應(yīng)滿足以下三個(gè)條件:一種是將兩個(gè)電極連接到電源;第二,應(yīng)該在兩個(gè)電極之間插入電解質(zhì)溶液;第三,整個(gè)過程需要形成一個(gè)閉環(huán)。
電極反應(yīng):電極反應(yīng)是指在電極上進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)。兩個(gè)電極反應(yīng)的總和稱為電解池反應(yīng)。如圖所示,它由兩個(gè)鉑電極組成,連接到插入電解質(zhì)溶液HCl中的外部電源。電解發(fā)生時(shí),與外接電源負(fù)極相連的電極由于負(fù)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(gè)電極進(jìn)行還原反應(yīng),而陰離子遷移到陽極進(jìn)行氧化反應(yīng)
導(dǎo)電機(jī)理:電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理:1)通過溶液的電流是由正負(fù)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(xù)的,這是由兩個(gè)電極上分別發(fā)生氧化或還原反應(yīng)時(shí)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(yīng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,電化學(xué)的一個(gè)基本定律,叫做法拉第 總結(jié)了電解定律,即在任何電極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的量與引入的電量成正比;如果將幾個(gè)電解池串聯(lián)起來,引入一定量的電流,在每個(gè)電極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的量是相同的。1mol元電荷的電量稱為法拉第常數(shù),用f表示。在電化學(xué)中,電量Q和發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)數(shù)量之間的關(guān)系:Q=nzF,其中Q為總電量,N為發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)的量,Z為電極反應(yīng)中電子的計(jì)量系數(shù),即反應(yīng)進(jìn)行到1mol時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量。
設(shè)計(jì)原則 編輯本段
設(shè)計(jì)電化學(xué)電池時(shí),應(yīng)遵循以下原則:1)電流密度分布應(yīng)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(qū)域;4)盡量減少其他物質(zhì)對電化學(xué)測量的干擾;5)結(jié)構(gòu)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(jī)溶液和大多數(shù)無機(jī)溶液中非常穩(wěn)定,但在HF溶液中非常穩(wěn)定、濃堿和堿性熔鹽中的不穩(wěn)定性。
有機(jī)玻璃:有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)透光性好,價(jià)格低,易加工,但應(yīng)用范圍窄。在濃氧化性酸和濃堿中不穩(wěn)定,但在丙酮中不穩(wěn)定、氯仿、二氯乙烷、乙醚、溶于四氯化碳等有機(jī)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(xué)穩(wěn)定性、在濃堿中不發(fā)生變化,不溶于任何有機(jī)溶劑。溫度范圍寬,受壓易變形,適合封裝固體電極。
環(huán)氧樹脂:環(huán)氧樹脂是制造電解池和封裝電極的常用粘結(jié)材料。多胺交聯(lián)固化的環(huán)氧樹脂化學(xué)穩(wěn)定性好,優(yōu)于普通酸、堿、它能在有機(jī)溶液中保持穩(wěn)定,耐熱性可達(dá)200℃。
常用電解池 編輯本段
H型電解池:下圖是一個(gè)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(gè)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?yún)⒈入姌O管中,三個(gè)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(zhì)的面積是固定的;參比電極通過Rukin毛細(xì)管與研究系統(tǒng)連接,毛細(xì)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(gè)研究電極和兩個(gè)對稱的輔助電極,使電流分布均勻它通過帶有Rukin毛細(xì)管的鹽橋與外部參比電極相連。
工業(yè)應(yīng)用 編輯本段
氯堿工業(yè):電解飽和鹽溶液制燒堿的工業(yè)生產(chǎn)、氫氣和氯氣。
電鍍和電泳:電鍍和電泳都是電解池的應(yīng)用,電鍍用的是無機(jī)鹽、酸酐溶液作為電解質(zhì);另一方面,電泳使用帶電的有機(jī)聚合物膠體粒子。電鍍是應(yīng)用電解原理,在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程形成電鍍池的條件包括:待鍍金屬(鍍件)作為陰極,電鍍金屬作為陽極和含有電鍍金屬離子的電鍍液。電鍍可以使金屬制品更加美觀耐用,提高防銹防腐能力。
電冶金屬:應(yīng)用電解原理從金屬化合物中提煉金屬的過程就是電熔。電解槽的應(yīng)用包括通過電解熔鹽或氧化物來精煉銅和熔煉活性金屬,例如電解熔融的Al2O3MgCl2NaOHKOHAlMgNaK和其它活性金屬。
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