分解电压的测定中南大学

1、分解电压的测定The measurement of decomposition voltage一 、实验目的及要求 1了解分解电压的概念，掌握测量分解电压的实验方法； 2了解分解电压与电极材料的关系。二、实验基本原理 当直流电通过电解质溶液时，在溶液内部，阳离子向阴极移动，阴离子向阳 极移动， 并在电极上进行放电， 阳离子在阴极上得到电子发生还原反应； 阴离子 在阳极上失去电子发生氧化反应。在 H2SO4 电解 质溶液中，插入 铂电极 通电进行电解， 有如下 电极反 应：阴极2H2O+2e - H2(g,101325Pa)+2O H-阳极2OH- 1/2O 2(g,101325Pa)+2e电池

2、反应为：2H2O-H2(g,101325Pa)+1/2O 2(g,101325Pa)即电池反应的结果是使水分解。本实验分别在 0.5 mol-1dm-3H2SO4 与 1mol-1dm-3NaOH 水溶液中插入两个铂 电极，连接分解电压测量装置， 逐渐增加电压进行电解，记录相应的电流值。 从 实验数据可见， 当电压增加到某一数值时， 电流突然直线上升， 电极上有气泡逸 出。为使电解不断进行而必须外加的最小电压值， 称为电解质在该条件下的分解 电压，用 E 分解表示。作 I-V 曲线，可求得 E 分解。三、仪器试剂毫安表、电压表各一个，接线板一付(含滑线电阻器一个) 。直流稳压电源 一台或甲电池

3、一对； 0.5 mol-1dm-3H2SO4 与 1mol-1dm-3NaOH 溶液。四实验步骤1 电极清洗干净后，将两支铂电极分别插入已装电解质溶液的“H”型电解池直至浸没。2按照要求正确连接线路后，应使滑线电阻的滑动点放在输出的最低处。3缓慢移动电阻器，使电压以0.2V间隔增加，并记下相应的电流值。到1V时, 以 0.1V 间隔增加电压。 到电压为 2.6V 可终止实验。 记录实验数据时， 应在电压 表、电流表均稳定时读取数据。五注意事项1 正确连接线路，防止短路； 2电源输出不宜太高，一般小于 5V。六数据处理1 根据实验数据作 I-V 曲线，从曲线上找出电流直线上升段，将此直线作延长

4、线与电压轴的交点即为所求分解电压。2.将H2SO4和NaOH电解质水溶液的实验结果与理论值比较，并加以讨论。七、创新启示1随着电解的进行， 系统的吉布斯函数增加 237.18KJ?mol-1（250C,101325Pa）, 由公式 一 G=ZFE理论，此时Z=2,则所需的最小电压（可逆条件下）为理论分解 电压为 1.23V。实际上电解时， 电极的平衡状态已破坏， 成为不可逆电极， 实际电解所需的 电压比理论电压要大。 分解电压超过原电池之可逆电动势的部分称为超电势。 超 电势包含三部分：一是电极和电解质溶液产生的电阻消耗的一部分电压（ IR）， 称为电阻超电势； 二是由浓差极化引起的浓差超电势

5、 E 浓差；三是电化学极化引 起的活化超电势n。因此，分解电压为：E 分 解 =E 理论 +IR+E 浓差+ n八、提问及思考题1在槽电压很低未达到分解电压时为何通过电解池的电流不会为零？2 电解H2SO4和NaOH不同电解质水溶液时，为何分解电压相同?何为分解电压？分解电压 E 分解就是使给定电解过程连续稳定进行所必须施加 的最小外加电压。 一般在进行实验电解实验之前， 先要测定一下实验所需要的分 解电压，这样能保证实验按照要求平稳地进行。（ 1）分解电压的测定方法在以 Pt 电极电解 1 mol?dm-3 的盐酸溶液为例， 来说明电解原理和分解电压的测 定方法。实验中将两个Pt电极分别与电

6、源和可变电阻相连，实验装置如图 2所 示。实验通过逐渐增加外加电压，由安培计 G和伏特计V分别测定线路中的电 流强度 I 和电压 E ，然后绘制出电流 -电压曲线，如图 3 所示。实验发现，刚开始加电压时，电流强度很小，电极上观察不到电解现象。之后， 随着 E 的增大，电极表面附着少量氢气和氯气，不易逸出。电解产物氢气和氯 气在电解池中又构成了原电池， 原电池产生的电动势与外加电压相反， 因此，外 加电压必须克服这反电动势，继续增加电压， I 有少许增加，如图中 1-2 段。当 外压增至 2-3 段，氢气和氯气的压力等于大气压力， 呈气泡逸出， 反电动势达极 大值Emax。此后再增加电压，电流

7、I就呈直线增加。将直线外延至I =0处， 得 E 分解，这是使电解质溶液不断发生电解所必需外加的最小电压，就是分解 电压。有一点要强调的是， 分解电压是指在电流为零的情况下， 其与电解槽电压 存在区别。同一个实验的分解电压也会由于本身的装置等原因在不同的情况下存在差异。 所 以在电解实验之前需要测定分解电压。然而，在教学中没有时间在进行演示实验之前都测定分解电压， 在不知道分解电 压情况下我们就应该按照测定分解电压的方式逐渐增加外加电压直到电解池中 出现温和、稳定的电解现象为止。在许多文献中除了出现分解电压外， 经常还提及理论分解电压，而这两者的数值 相近，但是却不一样，那这两者有何区别？(2

8、)理论分解电压和分解电压的区别理论分解电压，其与分解电压不同，理论分解电压对于同一个电解实验是相同的。 在电解，如图3中1-2段时，在在阴极上析出的H2和阳极上析出的CI2，分别 被吸附在铂电极上，形成了氢电极和氧电极，组成如下原电池：Pt(s) | H2(g, p) | HCI (1mol?dm -3) | CI2(g, p) | Pt(s)此电池电动势的方向和电解时外加电压相反，称之为反电动势。对外电场有抵挡作用，能阻止(或削弱)电解的进行，为了使电解正常进行，外加电压必须克服 电池的电动势，所以将此反电动势称为理论分解电压E理分。理论分解电压E理分等于相应的原电池的电动势 E可逆。从图3可以看出，E分解是由IE曲线的直线段反向外推到I -0时所得，仍包 含不可逆因素，因此，E分解略高于E理分。E分解可以认为是要使电解进行所 需的最小电压。在实际电解时，必需考虑电解进行的速度，外加电压在咼