08物理化学——电解与极化作用（可打印版）

根据傅献彩和朱文涛老师的大学教材《物理化学》，总结出的知识体系，并且制作成可以打印的版本，希望对大家有所帮助。本节是对电解与极化作用章节的总结

电解与极化作用（总）

• 分解电压
• 理论 分解电压
  • E(理论分解)=E(可逆)
• 实际 分解电压
  • E(分解)=E(可逆)+ΔE(不可逆)+IR
    • ΔE(不可逆)=η(阳)+η(阴)
• 极化作用
• 浓差极化
• 电化学极化
• 极化曲线
  • • 阳极析出电势变大 阴极析出电势变小
  • • 阳极（负极）析出电势变大 阴极（正极）析出电势变小
• 氢超电势
  • Tafel 公式
• 电解时电极上的竞争反应
• 金属的析出与氢的超电势
  • 阳极上 的反应
    • 判断在阳极上首先发生什么反应，应把可能发生氧化物质的电极电势计算出来，同时要考虑它的超电势。电极电势最小的首先在阳极氧化
  • 分解电压
• 金属离子 的分离
  • 如果溶液中含有多个析出电势不同的金属离子，可以控制外加电压的大小，使金属离子分步析出而达到分离的目的
  • 为了使分离效果较好，后一种离子反应时，前一种离子的活度应减少到10∧(-7)以下，这样要求两种离子的析出电势相差一定的数值
• 电解过程的 一些其他应用
  • 阴极产品
    • 电镀、金属提纯、保护、产品的美化（包括金属、塑料）和制备H2及有机物的还原产物等
  • 阳极产品
    • 铝合金的氧化和着色、制备氧气、双氧水、氯气以及有机物的氧化产物等
• 金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化
• 金属的电 化学腐蚀
  • 化学腐蚀
    • 金属表面与介质如气体或非电解质液体等因发生化学作用而引起的腐蚀，化学腐蚀作用进行时无电流产生
  • 电化学腐蚀
    • 金属表面与介质如潮湿空气或电解质溶液等，因形成微电池，金属作为阳极发生氧化而使金属发生腐蚀
    • 析氢腐蚀
    • 耗氧腐蚀
• 金属的防腐
  • 非金属 保护层
    • 在金属表面涂上油漆、搪瓷、塑料、沥青等，将金属与腐蚀介质隔开
  • 金属 保护层
    • 在需保护的金属表面用电镀或化学镀的方法镀上Au，Ag，Ni，Cr，Zn，Sn等金属，保护内层不被腐蚀
  • 电化学 保护
    • 保护器保护
      • 将被保护的金属如铁作阴极，较活泼的金属如Zn作牺牲性阳极。阳极腐蚀后定期更换
    • 阴极电保护
      • 外加电源组成一个电解池，将被保护金属作阴极，废金属作阳极
    • 阳极电保护
      • 用外电源，将被保护金属接阳极，在一定的介质和外电压作用下，使阳极钝化
  • 加缓蚀剂保护
    • 在可能组成原电池的系统中加缓蚀剂，改变介质的性质，降低腐蚀速度
  • 制成耐蚀合金
    • 在炼制金属时加入其它组分，提高耐蚀能力 如在炼钢时加入Mn，Cr 等元素制成不锈钢
• 金属的钝化
• 化学电源
• 一次电池
  • 干电池、锌-空气电池等
• 燃料电池
  • 正负极
    • 一般以天然燃料或其它可燃物质如氢气、甲醇、天然气、煤气等作为负极的反应物质
    • 以氧气作为正极反应物质组成燃料电池
  • 优点
    • 能量转换率高
    • 减少大气污染
    • 比能量高
    • 高度的稳定性
• 二次电池
  • 蓄电池
    • 铅蓄电池
    • 锂离子电池
      • 优点
        • 能量密度高
        • 无污染
        • 可大电流快速放点
        • 工作电压与Cd-Ni电池相同，也是1.2V

电解与极化作用1

• 分解电压
• 理论 分解电压
  • E(理论分解)=E(可逆)
• 实际 分解电压
  • E(分解)=E(可逆)+ΔE(不可逆)+IR
    • ΔE(不可逆)=η(阳)+η(阴)
• 极化作用
• 浓差极化
• 电化学极化
• 极化曲线
  • • 阳极析出电势变大 阴极析出电势变小
  • • 阳极（负极）析出电势变大 阴极（正极）析出电势变小
• 氢超电势
  • Tafel 公式

电解与极化作用2

• 电解时电极上的竞争反应
• 金属的析出与氢的超电势
  • 阳极上 的反应
    • 判断在阳极上首先发生什么反应，应把可能发生氧化物质的电极电势计算出来，同时要考虑它的超电势。电极电势最小的首先在阳极氧化
  • 分解电压
• 金属离子 的分离
  • 如果溶液中含有多个析出电势不同的金属离子，可以控制外加电压的大小，使金属离子分步析出而达到分离的目的
  • 为了使分离效果较好，后一种离子反应时，前一种离子的活度应减少到10∧(-7)以下，这样要求两种离子的析出电势相差一定的数值
• 电解过程的 一些其他应用
  • 阴极产品
    • 电镀、金属提纯、保护、产品的美化（包括金属、塑料）和制备H2及有机物的还原产物等
  • 阳极产品
    • 铝合金的氧化和着色、制备氧气、双氧水、氯气以及有机物的氧化产物等
• 金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化
• 金属的电化学腐蚀
  • 化学腐蚀
    • 金属表面与介质如气体或非电解质液体等因发生化学作用而引起的腐蚀，化学腐蚀作用进行时无电流产生
  • 电化学 腐蚀
    • 金属表面与介质如潮湿空气或电解质溶液等，因形成微电池，金属作为阳极发生氧化而使金属发生腐蚀
    • 析氢腐蚀
    • 耗氧腐蚀
• 金属的防腐
  • 非金属 保护层
    • 在金属表面涂上油漆、搪瓷、塑料、沥青等，将金属与腐蚀介质隔开
  • 金属 保护层
    • 在需保护的金属表面用电镀或化学镀的方法镀上Au，Ag，Ni，Cr，Zn，Sn等金属，保护内层不被腐蚀
  • 电化学 保护
    • 保护器保护
      • 将被保护的金属如铁作阴极，较活泼的金属如Zn作牺牲性阳极。阳极腐蚀后定期更换
    • 阴极电保护
      • 外加电源组成一个电解池，将被保护金属作阴极，废金属作阳极
    • 阳极电保护
      • 用外电源，将被保护金属接阳极，在一定的介质和外电压作用下，使阳极钝化
  • 加缓蚀剂保护
    • 在可能组成原电池的系统中加缓蚀剂，改变介质的性质，降低腐蚀速度
  • 制成耐蚀合金
    • 在炼制金属时加入其它组分，提高耐蚀能力 如在炼钢时加入Mn，Cr 等元素制成不锈钢
• 金属的钝化

电解与极化作用3

• 化学电源
• 一次电池
  • 干电池、锌-空气电池等
• 燃料电池
  • 正负极
    • 一般以天然燃料或其它可燃物质如氢气、甲醇、天然气、煤气等作为负极的反应物质
    • 以氧气作为正极反应物质组成燃料电池
  • 优点
    • 能量转换率高
    • 减少大气污染
    • 比能量高
    • 高度的稳定性
• 二次电池
  • 蓄电池
    • 铅蓄电池
    • 锂离子电池
      • 优点
        • 能量密度高
        • 无污染
        • 可大电流快速放点
        • 工作电压与Cd-Ni电池相同，也是1.2V