电解原理及其应用知识拓展.doc

学科：化学教学内容：电解原理及其应用知识拓展【知识拓展】1什么是分解电压？电解时，电解池两极上的外电压从零开始逐渐增加，当外加电压很小时，几乎无电流通过，也看不到任何电解现象直到电压增大到一定数值后，电流才显著增大，电解才能顺利进行我们把电解顺利进行时所必需的最小电压，叫做分解电压如下图所示，D即为分解电压2分解电压如何产生的？其大小有什么关系？以Pt电极电解0.1 mol/L NaOH溶液为例，在阴极：；在阳极：生成的及吸附在铂电极上而成为氢电极与氧电极，从而构成化学电池其中氢电极为负极，电极反应为：；氧电极为正极，反应式为：，它们之间的电位差恰恰与外电压方向相反，要使电解顺利进行，外加电压必须克服这一电位差，这就是分解电压存在的原因从这个意义来说，分解电压就是电解产物构成原电池所产生电位差如，在0.1 mol/L NaOH溶液中：0.1 mol/L阴极：阳极：，则理论分解电压：3实际分解电压与理论分解电压是否一致?为什么?实际0.1mol/L NaOH溶液中水的分解电压为1.70V左右，这个差值的存在是由于极化现象引起的（电解的过程中，由于电流的通过，两极的电极电位发生了某种改变，这种现象叫极化）极化的主要原因是产物在电极析出时，其中的某一过程，如离子放电、原子结合成分子、气泡的形成等受到阻碍，引起了迟缓放电，从而阳极和阴极都产生了超电压超电压跟电极材料、电流密度以及析出物质的性质、状态等多种因素有关，超电压在电解过程有着重要的实际意义比如，在电极放电变为Zn单质时超电势比较小，就可以控制一定条件使在阴极放电，而不放电，产生电镀Zn的效果4列举无氰电镀液的配方及作用下表中列举的是目前生产上应用较广的氯化铵-氨三乙酸型镀锌溶液的实例，并注明了溶液中每一组分的主要作用氯化铵-氨三乙酸镀锌溶液的典型配方及工艺条件：组分配方（g/L）配方（g/L）基本作用氯化锌18204060提供氧化锌1820氯化铵220270200240导电盐氨三乙酸40501525络合剂，改善镀层质量醋酸钠100200缓冲剂、稳定镀层酸度聚乙二酸11.523增光剂，提高镀层的光亮性硫脲121.52洗涤剂0.20.4少量润湿剂、增强结合力pH5.86.25.86.2温度（）545545阴极电流密度（A/d）12.51.2在两种配方中，都不用剧毒的氰化钠作为络合剂，而是采用氯化铵、氨三乙酸作为络合剂采用这种不含的电镀液的电镀叫做无氰电镀氯化铵、氨三乙酸可以与形成锌氨络离子和氨羧合锌（）离子，化学方程式为：锌氨络离子（NTA是氨三乙酸的简写，表示氨三乙酸根离子）电镀时，锌可能通过下列步骤在镀件上析出5简述工业炼铝的过程铝是地壳里存在最多的金属元素，以化合态存在，其最主要的矿石有：铝土矿：明矾石：霞石：其中铝土矿是目前炼铝的主要原料由于铝化学性质活泼难被还原，因而既不能用碳还原氧化铝，也不能用电解铝盐水溶液方法获得纯铝1886年，在冰晶石熔体中电解氧化铝的方法获得成功氧化铝熔点很高（2045），很难熔化，而熔融的冰晶石能溶解氧化铝冰晶石一氧化铝熔盐的熔点相对说来不高（9301000）而冰晶石在电解温度时不分解，挥发性少，有足够流动性，有利于电解的进行工业上炼铝主要分两个阶段：1从铝土矿制取纯净的氧化铝：天然铝土矿混有铁和硅的氧化物，电解时，它们将首先在阴极析出而使铝的质量降低因此，必须先从铝土矿制取纯净的氧化铝制取的工业中，首先把铝土矿通过高温烧灼，研碎后用浓碱处理，生成可溶性铝酸盐即过滤除去不溶性杂质后，可向碱溶液中通入，使氢氧化铝析出或通过控制温度，碱浓度使铝酸盐溶液自发分解，使氢氧化铝析出再把生成的过滤、分离、干燥、煅烧等步操作，便得到符合电解要求的氧化铝2电解氧化铝：电解氧化铝的反应是在电解槽中进行的，以冰晶石一氧化铝熔体为电解质，以炭素材料为两极直流电经阳极导入电解液与铝液层，而后从阴极导出电解的产物，在阳极上为与CO气体，而在阴极上为液态铝多数人认为，冰晶石在电解液中以这样方式进行解离：进一步离解：氧化铝在熔融冰晶石中也按下式解离：阴极：阳极：在熔体中即通常在冰晶石一氧化铝熔体中加入少量氟化铝，氟化镁，氟化锂等添加盐，但总量不超过10，以降低熔化温度阳极材料是炭素，是由石油焦，沥青焦及沥青烧结而成电解过程中，炭素阳极要参与电极反应，不断地被氧化变成气体，因此它必须定期轮流更换一次电解所得铝的纯度可达99左右，一般为9598，主要杂质为硅、铁和微量的锡、铜、钠等为了制取高纯铝，还需进一步精炼，工业上多采用“三层液电解精炼法”来生产高纯铝，它以铜铝合金为阳极，氯化钡、冰晶石等为电解质，高纯石墨（或液态铝）为阴极进行电解，所得高纯铝可达99.9996请从历史发展的角度观察氯和碱的制法（1）氯气的早期制法是盐酸和二氧化锰反应：烧碱最开始为石灰纯碱法：，由于反应需加热，因而NaOH又叫烧碱（2）英国化学家戴维最早开始电解熔融氯化钠的研究，为后来水银法电解制碱打下基础后来隔膜法及水银法相继出现隔膜法的特点是用多孔渗透性物质作隔膜把阳极室和阴极室隔开，隔膜能阻止气体通过，这就阻止了阳极产物与阴极产物的混合，但让水及离子通过这样既能防止阴极产生的与阳极产生的相混合而引起爆炸，又能避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠而影响烧碱的质量其缺点在于投资和能耗较高，产品烧碱中含有食盐水银法所用的电解槽由电解室和解汞室组成它的特点是以汞为阴极，得到电子生成液态的钠和汞的合金，在解汞室中，这种合金与水作用生成氢氧化钠和氢气，析出的汞又送回电解室循环使用优点：碱浓高度，质量好，成本低；缺点：汞污染环境隔膜法和水银法电解所用阳极以前一直采用石墨，缺点是消耗快，耗电多1965年，发明了钛，使用表面涂钛、钌等氧化物涂层的金属阳极，降低了电耗，使电流密度成倍增大，电解产量大幅度增加（3）离子交换膜法是新开发出的方法，这种方法用有选择性的离子交换膜将阳极室和阴极室隔开，能够得到高纯度的烧碱溶液（4）目前正在试验空气阴极进一步降低电压，节能效果显著7什么是离子交换膜离子交换膜是离子膜法电解制碱技术的核心这种离子膜是一种具有高化学稳定性、能耐氯、碱腐蚀的阳离子交换膜在电解过程中，离子膜的一面是高温、高浓度酸性盐水和氯气；另一面则是高温、高浓度的碱液除此之外，它还必须具备优越的电化学性能，较高的机械强度等离子交换膜内部有极复杂的化学结构例如：磺酸型阳离子交换膜的化学结构可用下式表示：（），其中，R表示高分子结构由于磺酸