离子极化
1931年,德国化学家Fijans首先提出了离子极化作用。离子极化理论认为,当正离子与负离子相互结合形成离子晶体时,如果相互间无极化作用,则形成的化学键应就是纯粹的离子键。但实际上正、负离子之间将发生程度不同的相互极化作用,这种相互极化作用将导致电子云发生变形,即负离子的电子云向正离子方向移动,同时正离子的电子云向负离子方向移动,也就就是说正、负离子的电子云发生了重叠。相互极化作用越强,电子云重叠的程度也越大,则键的极性也越减弱。从而使化学键从离子键过渡到共价键。
1、离子的极化力(一般就是正离子):离子使其她离子极化而发生变形的能为叫
做离子的极化力。
影响因素:
a、离子的电荷电荷数越多,极化力越强。
b、离子的半径半径越小,极化力越强。如Li+ > Na+ > K+ > Rb+ > Cs+, (另外
H+ 的体积极小, 故H+极化能力最强、)
c、、对于不同电子层结构的阳离子,她们极化作用大小的顺序为:18,18+2电子
型＞9-17电子型＞8电子型
2、离子的变形性(一般就是负离子,阳离子中只有 r 相当大的, 如等, 才
考虑其变形性、):离子可以被极化的程度。
影响因素:
a、离子的电荷随正电荷数的减少或负电荷数的增加,变形性增大。例如变
形性
Si4+＜Al3+＜Mg2+＜Na+＜F-＜O2-
b、离子的半径随半径的增大,变形性增大。例如变形性
F-＜Cl-＜Br-＜I-;O2-＜S2-
c、离子的外层电子构型外层18,9～17等电子构型的离子变形性较大,具有稀有气体外层电子构型的离子变形性较小。例如变形性K+＜Ag+;Ca2+＜Hg2+
d、复杂阴离子变形性小,半径虽大, 但离子对称性高, 中心氧化数又高, 拉电
子能力强, 不易变形、
综上所述,常见阴离子的变形性大小顺序为
ClO4 -＜F-＜NO3-＜OH-＜CN-＜Cl-＜
Br-＜I-
3、相互极化(附加极化):
Al2O3 中对施加电场作用, 使变形, 当然对也有极化能力, 但变形性极小, 故这部分作用不必考虑; 但若不就是 8e 的, 而
就是 18e 或 (18+2)e 的正离子, 不考虑自身的变形性就是不行的、现考虑阳离子对阴离子的极化, 又考虑阴离子对阳离子的极化,总的结果称相互极化(有时也称为附加极化)、ZnI2 CdI2 HgI2 只考虑对 I- 的极化作用, 应得 ZnI2 的极化程度最大的结果, 因为的半径最小、即ZnI2 的熔点、沸点低, 而HgI2的熔点、沸点高、但这与实验结果就是不相符的、原因在于没有考虑的变形性, 没有考虑相互极化、的变形性最小, 的变形性最大、故相互极化的总结果就是 HgI2 最严重、
所以, ZnI2, CdI2, HgI2 的熔点 m、p、与溶解度 S 依次降低、因而, 在遇到阳离子为等时, 要注意用相互极化解释问题、
有个规律,阳离子所含d电子越多,电子层数越多,这种附加极化作用一般也越
大。
4.反极化作用
NO3-中心的 N(V), 极化作用很强, 使氧的电子变形。HNO3 分子中, 由于 H+ 的极化能力极强, 它使NO3-中邻近H+的氧原子的极化与N(V)的作用相反我们称H+ 的极化作用为反极化作用, 意思就是与 N(V) 的效果相反、这种反极化作用导致 O－N 键结合力减弱、所以, 酸在较低的温度下将分解、。Li+的离子极化能力小于H+ ,但就是强于Na+ ,故稳定性关系有HNO3＜LiNO3＜NaNO3 一般含氧酸的盐比含氧酸稳定、 H2SO3, H2S2O3 等得不到纯品,但其盐Na2SO3, Na2S2O3 就是比较稳定的、以上从阳离子的反极化能力考虑问题、若阳离子相同, 则化合物的稳定取决于中心的极化能力或说抵抗反极化的能力
例如: AgNO3 444 ℃分解AgNO2 140℃ 分解
N(V) 的极化能力比 N(III) 的极化能力强, 或者说抵抗 H+ , Na+ 等阳离子的反极化能力强、故高价含氧酸及其盐比低价含氧酸及其盐(同一中心)稳定、
5、离子极化对化合物的性质有很大影响
1.使化合物的熔点降低
由于离子极化,使化学键由离子键向共价键转变,化合物也相应由离子型向共价型过渡,其熔点、沸点也随共价成分的增多而降低。如AgF ＜AgCl＜ AgBr
＜ AgI
2.使化合物的溶解度降低
离子晶体通常就是可溶于水的。水的介电常数很大(约等于80),它会削弱正、负离子之间的静电吸引,离子晶体进入水中后,正、负离子间的吸引力将减到约为原来的八十分之一,这样使正、负离子很容易受热运动的作用而互相分离。由于离子极化,离子的电子云相互重叠,正、负离子靠近,离子键向共价键过渡的程度较大,即键的极性减小。水不能像减弱离子间的静电作用那样减弱共价键的结合力,所以导致离子极化作用较强的晶体难溶于水。如AgF AgCl AgBr AgI,
由于极性降低,溶解度依次降低。
3.使化合物的稳定性下降(分解温度降低)
随着离子极化作用的加强,负离子的电子云变形,强烈地向正离子靠近,有可能使正离子的价电子失而复得,又恢复成原子或单质,导致该化合物分解。如碱土金属碳酸盐,从BeCO3到BaCO3,热稳定性增大。
4.使化合物的颜色加深
离子极化作用使外层电子变形,价电子活动范围加大,与核结合松弛,有可能吸收部分可见光而使化合物的颜色变深。例如,S2-变形性比O2-大,因此硫化物颜色比氧化物深。而且副族离子的硫化物一般都有颜色,而主族金属硫化物一般都无颜色,这就是因为主族金属离子的极化作用都比较弱。又如AgCl AgBr AgI,
颜色依次为白色,淡黄色,黄色。
离子极化理论离子极化理论就是离子键理论的重要补充。离子极化理论认为:离子化合物中除了起主要作用的静电引力之外,诱导力起着很重
要的作用。离子本身带电荷,阴、阳离子接近时,在相反电场的影响下,电
子云变形,正、负电荷重心不再重合,产生诱导偶极,导致离子极化,致使物质在结构与性质上发生相应的变化。
一、离子的极化作用与变形性
离子极化作用的大小决定于离子的极化力与变形性。离子使异号离子极化而变形的作用称为该离子的“极化作用”;被异号离子极化而发生离
子电子云变形的性能称为该离子的“变形性”。虽然异号离子之间都可以使对方极化,但因阳离子具有多余的正电荷,半径较小,在外壳上缺少电子,它对相邻的阴离子起诱导作用显著;而阴离子则因半径较大,在外壳上有
较多的电子容易变形,容易被诱导产生诱导偶极。所以,对阳离子来说,极
化作用应占主要地位,而对阴离子来说,变形性应占主要地位。
1、影响离子极化作用的主要因素
(1)离子壳层的电子构型相同,半径相近,电荷高的阳离子有较强的极
化作用。例如:Al3+ > Mg2+ > Na+
(2)半径相近,电荷相等,对于不同电子构型的阳离子,其极化作用大
小顺序如下:
18电子与18+2电子
构型以及氦型离
子。
如:Ag+、Pb2+、Li+等>
9—17电子构型
的离子。如:Fe2+、
Ni2+、Cr3+等
>
离子壳层为8电子
构型的离子。
如:Na+、Ca2+、Mg2+
等
(3)离子的构型相同,电荷相等,半径越小,离子的极化作用越大。
但由于阳离子半径相互差别不大,所以,阳离子的电荷数越大,极化力越大。为了衡量阳离子极化力,曾有许多人将正电荷数与半径综合起来找出统一的标度。例如,卡特雷奇(G·H·Cartledge)以离子势φ=Z/r 为标度;徐光宪以静电势能 Z2/r 为标度…等等。这些都就是经验公式,由于影响极化作用的因素较多,所以这些公式不能对所有离子都适用,还有许多例外。
4801 电池 Pb(s)│H2SO4(m)│PbO2(s)，作为原电池时，负极是，正极是；作为电解池时，阳极是，阴极是。 4802 当电池的电压小于它的开路电动势时，则表示电池在： ( ) (A) 放电 (B) 充电 (C) 没有工作 (D) 交替地充放电 4815 电解HNO3, H2SO4, NaOH, NH3·H2O, 其理论分解电压均为1.23 V。其原因是 _________________________________________________________。 4816 从理论上分析电解时的分解电压, E分解=__________________________, 而且随电流强度I的增加而_____________。 4851 电化学中电极反应的速度以 ______ 表示，极化是 _________________________ 的现象，极化主要有 _________, _________。超电势是。 4855 当发生极化现象时，两电极的电极电势将发生如下变化： ( ) (A) φ平，阳＞φ阳；φ平，阴＞φ阴 (B) φ平，阳＜φ阳；φ平，阴＞φ阴 (C) φ平，阳＜φ阳；平，阴＜φ阴 (D) φ平，阳＞φ阳；φ平，阴＜φ阴 4857 298 K、0.1 mol·dm-3的 HCl 溶液中，氢电极的热力学电势为 -0.06 V，电解此溶液 为： ( ) 时，氢在铜电极上的析出电势φ H2 (A) 大于 -0.06 V (B) 等于 -0.06 V (C) 小于 -0.06 V (D) 不能判定 4858 电池放电时，随电流密度增加阳极电位变 ________，阴极电位变 ________，正 极变 ________ ，负极变_____。 4859 电解过程中，极化作用使消耗的电能 ________；在金属的电化学腐蚀过程中，极 化作用使腐蚀速度 ________ 。 4860 (1) 设阳极和阴极的超电势均为 0.7 V，还原电位均为 1.20 V，则阳极电位等 于__________ ，阴极电位等于__________ 。 (2) 电池充电时，充电电压比平衡电动势高、低还是相等 _________ 。 4866 氢气在金属电极上析出时, 根据条件不同, 超电势随电流密度变化关系分别可用=R e j或 =a + b lg j表示, 前者适用于情况, 而后者适用于____________情况。 4870 Tafel公式=a+blg j 的适用范围是： ( ) (A) 仅限于氢超电势 (B) 仅限于j 0, 电极电势稍有偏差的情况 (C) 仅限于阴极超电势, 可以是析出氢, 也可以是其他 (D) 可以是阴极超电势, 也可以是阳极超电势
第十章
电解与极化作用
教学目的： 通过本章学习使学生理解电极极化的原因及应用， 并能计算一些简单的电解 分离问题。 教学要求： 了解分解电压的意义。 了解产生极化作用的原因。了解超电势在电解中的作用。能计算一些简单的 电解分离问题。 了解金属腐蚀的原因和各种防腐的方法。 了解化学电源的类型及应用。 教学重点和难点 电极极化的原因，实际析出电势的求算和电解分离。 教学内容： §10.1 分解电压
使电能转变成化学能的装置称为电解池。当直流电通过电解质溶液，正离子 向阴极迁移，负离子向阳极迁移，并分别在电极上起还原和氧化反应，从而获得 还原产物和氧化产物。若外加一电压在一个电池上，逐渐增加电压直至使电池中 的化学反应发生逆转，这就是电解。 实验表明，对任一电解槽进行电解时，随着外加电压的改变，通过该电解槽 的电流亦随之变化。 例如，使用两个铂电极电解 HCl 溶液时，改变可变电阻，记录电压表和电 流表的读数，则可测量电解槽两端电位差与电流强度的关系曲线。开始时，当外 加电压很小时，几乎没有电流通过电解槽；电压增加，电流略有增加；当电流增 加到某一点后，电流随电压增大而急剧上升，同时电极上有连续的气泡逸出。 在两电极上的反应可表示如下： 阴极 2H+(aH+)+2e→H2(g, p) 阳极 2Cl- (aCl-)→Cl2(g, p)+2e当电极上有气泡逸出时，H2和Cl2的压力等于大气压力。 电解过程分析：当开始加外电压时，还没有H2和Cl2生成，它们的压力几乎为 零，稍稍增大外压，电极表面上产生了少量的H2和Cl2，压力虽小，但却构成了 一个原电池（自发地进行如下反应） (-) H2(p)→2H+(aH+)+2e(+) Cl2(g)+2e-→2Cl-(aCl-)
第九章电解与极化作用 一、选择题 1. 电解金属盐的水溶液时, 在阴极上： ( ) (A) 还原电势愈正的粒子愈容易析出 (B) 还原电势与其超电势之代数和愈正的粒子愈容易析出 (C) 还原电势愈负的粒子愈容易析出 (D) 还原电势与其超电势之和愈负的粒子愈容易析出 2. 电解时, 在阳极上首先发生氧化作用而放电的是： ( ) (A) 标准还原电势最大者 (B) 标准还原电势最小者 (C) 考虑极化后，实际上的不可逆还原电势最大者 (D) 考虑极化后，实际上的不可逆还原电势最小者 3.下列关于燃料电池效率η的说法错误的是：（） （A）η小于1 （B）η可以大于1 （C）η等于1 （D）η不可能大于1 二、填空题 1.酸性介质的氢-氧燃料电池, 其正极反应为_________, 负极反应为 _________。 2.电解过程中，极化作用使消耗的电能 ________；在金属的电化学腐蚀过程中， 极化作用使腐蚀速度 ________ 。 3.从能量的利用上看，超电势的存在有其不利的方面。但在工业及分析等方面， 超电势的现象也被广泛的应用, 试举出二个利用超电势的例子 ________,________。 4. 超电势测量采用的是三电极体系, 即研究电极、辅助电极和参比电极, 其中 辅助电极的作用是_________, 参比电极的作用是_________。 5. 氢气在金属电极上析出时, 根据条件不同, 超电势随电流密度变化关系分别 可用η=ωj或η=a + b lg j表示, 前者适用于情况, 而后者适用于________情况。 6.为了防止金属的腐蚀，在溶液中加入阳极缓蚀剂，其作用是极极化 程度。（填①增加②降低③阳④阴） 三、计算题 1.用Pt做电极电解SnCl 2水溶液, 在阴极上因H 2 有超电势故只析出Sn(s), 在阳 极上析出O 2 , 已知αSn2+=0.10, αH+=0.010, 氧在阳极上析出的超电势为
第十章 电解与极化作用 【复习题】 【1】什么叫分解电压？它在数值上与理论分解电压（即原电池的可逆电动势）有何不同？实际操作时用的分解电压要克服哪几种阻力？ 【答】 分解电压就是能使某电解质溶液连续不断地发生发生明显电解时所必须的最小外加电压。实际上，分解电压要大于原电池的可逆电动势E 可逆。E （实际分解）=E （理论分解）+η（阳）+η（阴）+IR 。所以在实际操作时不仅要克服理论分解电压，还要克服极化和电阻引起的电势降等阻力，其中主要是由于电极的极化作用所致。 【2】产生极化作用的原因主要有哪几种？原电池和电解池的极化现象有何不同？ 【答】极化作用的类型有很多，主要有浓差极化和化学极化等。 对于原电池，随着电流密度的增大，由于极化作用，负极的电极电势比可逆电势越来越大，正极的电极电势比可逆电势越来越小，两条曲线有相互靠近的趋势，原电池的电动势逐渐减小。 对于电解池，随着电流密度的增大，由于极化作用，阴极的电极电势比可逆电势越来越负，阳极的电极电势比可逆电势越来越正，两条曲线有相互远离的趋势，电解池的外加电压逐渐增大。 【3】什么叫超电势？它是怎么产生的？如何降低超电势的数值？ 【答】 在有电流通过电极时，电极电势偏离于平衡值的现象称为电极的极化，为了明确地表示出电极极化的状况，常把某一电流密度下的电势ψ不可逆与ψ平之间的差值称为超电势，它的产生有浓差极化、化学极化和电阻极化（电解过程中在电极表面上生成一层氧化物的薄膜或其他物质）。 在外加电压不太大的情况下，将溶液剧烈搅动可以将低浓差极化，设法降低溶液内阻可以将低电阻极化，还可以加入去极化剂可以将低化学极化。 【4】析出电势与电极的平衡电势有何不同？由于超电势的存在，使电解池阴、阳极的析出电势如何变化？使原电池正、负极的电极电势如何变化？超电势的存在有何不利和有利之处？ 【答】由于超电势的存在，在实际电解时要使正离子在阴极析出，外加于阴极的电势要比平衡电势更负一些；要使负离子在阳极析出，外加于阳极的电势必须比可逆电极的电势更正一些，即： ??η??η=+=-阳阳，析出阳，可逆阴 阴，析出阴，可逆 对于电解池，由于超电势的存在，阴极的析出电势会更负，阳极的析出电势会更正，外加电压要更大，所消耗的能量就越多。 对于原电池，由于超电势的存在，阴极的析出电势会更大，阳极的析出电势会更小，外加电压要更小，所提供的能量就越少。 由上分析知，不管是电解池还是原电池，由于超电势的存在，从能量的角度看都是不利的，但人们也利用极化，例如极谱分析就是利用滴汞电极上所形成的浓差极化来进行分析的一种方法。 【5】什么叫氢超电势？氢超电势与哪些因素有关？如何计算氢超电势？ 氢超电势的存在对电解过程有何利弊？ 【答】早在1905年，Tafel 提出一个经验公式，表明氢超电势与电流密度的定量关系
第十章 电解与极化作用 教学目的与要求: 使学生了解和掌握在非可逆的条件下的一些电化学的基本概念, 电解池的电流和电势之间的关系, 电极电势和电池的电动势, 非可逆条件下的电极反应，电极电位和电池的电动势,以及金属的电化学腐蚀与金属的腐蚀的防护等内容。 在理论上，当一个电池和一个电源反向对接时，只要外加电压V 比对电池的可逆电动势大一个无穷小，原电池就变成电解池。但在实际的电解工作中，外加的电压要比电池的可逆电动势大得多，这一方面是由于电极的极化，另一方面是由于电解池的内阻对电压的消耗。 研究不可逆的电极过程对电化学工业具有重要的应用意义，本章讨论电解在工业中的应用以及金属的腐蚀与防护，以及化学电源等。 重点与难点: 电解池的电流和电势之间的关系, 电极电势和电池的电动势, 非可逆条件下的电极反应,以及金属的电化学腐蚀与金属的腐蚀的防护。 §10.１分解电压 以Pt 电极电解HCl 溶液的装置（如右图所示）来说明，在电解时的电极反应是 阴 极: ()Θp g H e H ,222→++ 阳极: ()Θp g Cl e Cl ,222→-- 在电解时外加电压Ｅ和电流之间的关系（右图所示）,电解时需要明确的几个
问题： １．在电解时，在阳极上会产生氯气，在阴极会产生氢气，电解池实际上构成了一个电池。 ２．当外加电压很小时，通过的电流很小。在阴阳两极不会产生2H 和2Cl 气泡，产生的2H 和2Cl 以扩散的形式进入溶液。 ３．当外加电压增大到一定数值的时候，产生的2H 和2Cl 的压力和大气压力 相等，此时2H 和2Cl 会在电极上产生气泡，并且不断逸出，通过的电流也相应增 大。 ４．继续增大电压，电流也相应增大。 ５．在E I -曲线上的直线部分外推到0→I 时的电压值称为该电解质溶液的分解电压分解，这个数值具有实际的应用价值，但不具有理论的意义，和对应的电池的可逆电动势也无什么严格的联系。但对电解过程来说，分解可以看作欲使某一溶液顺利电解所需要的施加的电压。 §10. 2 极化作用 当电解池通过一定的电流时，所加的外加电压要大于由电解池构成的电池的可逆电动势，这是由于：１．在电解池中内阻的存在引起的电压降IR ，２．不可逆的情况下，电池的电动势IR E 偏离该电池的可逆电动势R E （R IR E E >）。 在电化学中，把电池的电动势或电极电势偏离可逆值的现象称为极化，而把在某一电流密度下电极电势与该电极的可逆电势之差的绝对值称为超电势η。 在电解的过程中，对电解池所加的外加电压外E 可以表示为： IR E E E IR R ++=?外 阴阳ηη?+=IR E 式中R E 为相应的原电池的可逆电势，或理论分解电压，IR 是由于电路中电阻的存在引起的电压降，IR E ?是由于电极极化引起的电动势对可逆电动势的偏离。 浓差极化 在电解过程中，由于电极附近溶液的浓度和溶液本体的浓度的不同而使电极电势偏离可逆值的现象称为浓差极化。 以两个Ag 电极插入3AgNO 溶液中进行电解说明之 １． 在阴极 Ａｇ＋＋ｅ→Ａｇ ()()本体 C F RT S Ag Ag S Ag Ag 1 ln ,,-=++Θ?? 当以一定的电流通过时 ()()()阴极区C F RT I S Ag Ag S Ag Ag 1ln ,,-=+ +Θ?? 因为 本体阴极区C C <， 所以有 ()()()S Ag Ag S Ag Ag I ,,++
电解与极化作用 1．电流密度j =0.01A·cm -2时，H 2在Zn 电极上的超电势η(H 2)=0.76 V ，若电解液中Zn 2+的活 度为0.01，要使Zn 2+在阴极上析出，而不使氢析出，求溶液的pH 值应控制在什么范围(298K 时?(Zn 2+ | Zn) = -0.763V)。 2．实验测得酸性溶液（pH=1.0）中氢在铁上析出的极化曲线符合Tafel 公式，得到a =0.7V, b =128mV ，(电流密度的单位是A·cm -2)。试求外电流为1.0×10-4mA·m -2时氢在铁上析出的阴极超电势(η阴)，实际析出电势(?阴)，及交换电流密度(j 0)。 3．298.2K 、p 时，用铂做两电极电解浓度为1mol ·dm -3的NaOH 溶液： （1）两极产物是什么？写出电极反应方程式。 （2）电解时理论分解电压是多少? 已知 +22O |H ,H O ?=0.401V ，+Na |Na ?= -2.714V 4．298.2K ，以铜为电极电解0.05 mol ·dm -3CuSO 4和0.001mol ·dm -3H 2SO 4的混合溶液，H 2在铜上的超电势为-0.23V ，若H 2气体压力为100kPa ，求H 2在铜上的析出电势。 5．溶液中Ni 2+，Cu 2+的活度均为1.00mol kg -1，298.15K 电解时 （1）在阴极上何种离子先析出来？ （2）第二种离子析出时，先析出离子的浓度为多少？ 已知 2+Cu |Cu 0.337?=，2+Ni |Ni 0.25V ?=-。 6．Pt 电极电解H 2SO 4(0.1 mol·kg -1，γ±=0.265)反应温度为298K ，压力是101325Pa 。若电解 过程中，将Pb 电极与另一甘汞电极相联，测得E =1.0685V ，求H 2在Pb 电极上的超电势。已知?(甘汞)=0.2801V 。 7．298K ，101325Pa 时，以Pt 为阴极，石墨为阳极，电解含有FeCl 2(0.01mol·kg -1)和CuCl 2(0.02 mol·kg -1)的水溶液，若电解过程中不断搅拌，并设超电势均可忽略不计，活度系数为1。问（1）何种金属先析出？（2）第二种金属析出时，至少需加多少电压？（3）第二种金属离子析出时，第一种金属离子在溶液中的浓度为若干？(?(Fe 2+|Fe)= -0.44021V ；? (O 2|H +,H 2O)=1.229V ； ?(Cu 2+|Cu)=0.337V ；?(Cl 2|Cl － )=1.360V)
第八章电解与极化作用 主要内容 8.1 分解电压 8.2 极化作用 8.3 电解时电极上的反应 8.4 金属离子的电解分离 *8.5 金属的电化学腐蚀与防腐 143
144 §8．1 分解电压 下图是电解水的分解电压测定原理图及电流-电压曲线图 从图中可看出: 1、外加电压很小时，几乎无电流通过，无H 2气和氧气放出。 2、随着E 的增大，电极表面产生少量氢气和氧气。 3、继续增加电压，I 有所增加，当外压增至2-3段，氢气和氧气源源不断逸出。 原因：电极表面产生的氢气和氧气构成原电池，产生与外电源方向相反的电动势。当氢气和氧气压力等于大气压力呈气泡逸出时，反电动势达极大值。E b 再增加电压，I 将迅速增加。 ● 分解电压：使电解池不断工作所必需外加的最小电压，称为分解电压。数 值上为直线外延至I = 0处所得E b,max 值。 ● 理论分解电压 E （理论分解）= E （可逆） ● 实际分解电压 要使电解池顺利地进行连续反应，除了克服作为原电池时的可逆电动势外，还要克服由于极化在阴、阳极上产生的超电势η阴和η阳，以及克服电池电阻所产生的电位降IR 。这三者的加和就称为实际分解电压 ，数值会随着通入电流强度的增加而增加。 E （实际分解）> E （可逆） ()()()()(()) E E E IR E ηη=+?+?=+分解可逆不阳可逆不可逆 阴
145 §8.2 极化作用 8.2.1 浓差极化 1、极化（polarization ）现象 当电极上无电流通过时，电极处于平衡状态，这时的电极电势分别称为阳极平衡电势ΦR （阳）和阴极平衡电势φR （阴）。 在有电流通过时，随着电极上电流密度的增加，电极实际分解电势值对平衡值的偏离也愈来愈大，这种对平衡电势的偏离现象称为电极的极化。极化的结果： ΦI ≠ΦR 2、极化原因 （以银电极为例 Ag|Ag +发生浓差极化说明） ● 作阴极时 e ： Ag + '+Ag m <+ Ag m Ag '+Ag m + Ag m )/ln()/(0'0m m F RT Ag I ++=φφ 阴，阴，阴阴阴，，ηφφφφηφφ-=-=?R I I R R I , ● 作阳极时： e Ag + '+Ag m >+ Ag m Ag '+Ag m +Ag m )/ln()/(0'0m m F RT Ag I ++=φφ 阴，阴，阴阴阴，，ηφφφφηφφ+=-=?R I R I R I , 3、浓差极化 在电解过程中，电极附近某离子浓度由于电极反应而发生变化，本体溶液中离子扩散的速度又赶不上弥补这个变化，就导致电极附近溶液的浓度与本体溶液间有一个浓度梯度，这种由于浓度差别引起的电极电势的改变称为浓差极化。用搅拌和升温的方法可以减少浓差极化作阴极时 8.2.2 电化学极化
第十章 电解与极化作用 1、要在一面积为3100cm 的薄铁片两面都镀上厚度为0.05mm 的均匀镍层，计算所需 的时间。已知所用电流为2.0A ，电流效率为96%，3 (,)8.9Ni s g cm ρ-=?， 158.7Ni M g mol -=?。 解：Q nZF = 29650096%Ni V I t M ρ??=?? V SL = 8.91000.005 296500 29650058.77620.4() 2.12()96%96% S L t s h I I ρ????????====?? 2、在298K 和标准压力下，试写出下列电解池在两极上所发生的反应，并计算其理论分解电压： 11 1P ()|(1.0.,0.68)|()2()|(0.05.,0.860)() t s NaOH mol kg Pt s Pt s HBr mol kg Pt s γγ-±-±==（）（） （3）1133()|(0.50.,0.526)||(0.01.,0.902|()Ag s AgNO mol kg AgNO mol kg Ag s γγ--±±== 解：（1）阴极反应：22()2()H H a e H p θ++-+→ 阳极反应：221 2()()()22 OH OH a O p H O l e θ---→ ++ E E ??==-阳阴可逆分解 =22 2O /OH RT 1ln (0ln )OH H RT a zF zF a θ?- -+- -- 12 2RT 10.401V ln ln OH H RT a zF zF a -+ =- + 2142RT 18.31429810.401V ln 0.401ln ()296500(10) W zF K -?=+ =+? 0.4010.828 1.23V =+= （2）阴极反应21 H ()()2 H a e H p θ++-+→
第十章 电解与极化作用练习题 一、判断题： 1．用Pt 电极电解CuCl 2水溶液，阳极上放出Cl 2 。2．电化学中用电流密度i 来表示电极反应速率。 3．分解电压就是能够使电解质在两极上持续不断进行分解所需要的最小外加电压。4．凡是可以阻止局部电池放电，降低腐蚀电流的因素都能使腐蚀加剧。5．测量阳极过电位用恒电流法。6．恒电流法采用三电极体系。 7．交换电流密度越大的电极，可逆性越好。 8．用Pt 电极电解CuSO 4水溶液时，溶液的pH 值升高。9．极化和过电位是同一个概念。 10．双电层方程式不适用有特性吸附的体系。 11．实际电解时，在阴极上首先发生还原作用的是按能斯特方程计算的还原电势最大者。二、单选题： 1．298K ，p HCl 溶液(a = 1)制备H 2和Cl 2，若以Pt 作电极，当电极上有气泡产生时，外加电压与电极电位关系：(A) V(外) = φ(Cl - /Cl 2) -φ(H + /H 2) ； (B) V(外) > φ(Cl - /Cl 2) -φ(H + /H 2) ； (C) V(外)≥φ(Cl 2,析) -φ(H 2,析) ；(D) V(外)≥φ(Cl -/Cl 2) -φ(H + /H 2) 。2．25℃时，用Pt 作电极电解a(H + ) = 1的H 2SO 4溶液，当i = 52 × 10-4 A ·cm -2 时，2 H = 0， 2 O = 0.487V. 已知φ(O 2/H 2O) = 1.229V ，那么分解电压是： (A) 0.742 V ；(B) 1.315 V ；(C) 1.216 V ； (D) 1.716 V 。 3．下列两图的四条极化曲线中分别代表原电池的阴极极化曲线和电解池的阳极极化曲线的是：(A) 1、4；(B) 1、3；(C) 2、3；(D) 2、4。 4．已知反应H 2(g) + ?O 2(g)H 2O(l) 的 m r G = -237.19 kJ ·mol -1 ，则在25℃时极稀 硫酸的分解电压(V)为：(A) 2.458 ； (B) 1.229 ；(C) > 2.458 ；(D) > 1.229 。 5．电池在下列三种情况下放电，电压分别为：(a)电流i →0，(V 0)；(b)一定大小电流，(V i )； (c)短路i →∞，(V ∞)。这三种电压的关系： (A) V 0 < V i < V ∞；(B) V 0 > V i > V ∞；(C) V 0 = V i < V ∞； (D) V 0 = V i > V ∞。 6．电极极化时，随着电流密度由小到大增加，说法(1)：正极电位越来越大，负极的电位越来越小；说法(2)：阳极电位越来越正，阴极电位越来越负。分析以上两种说法时，以下解释中不正确的是：(A) 无论对原电池或电解池，说法(2)都正确；(B) 对电解池，说法(1)与(2)都正确；(C) 对原电池，说法(1)与(2)都正确；(D) 对原电池，说法(2)正确。7．随着电流密度由小到大增加，电解池的实际分解电压V(分) 与原电池的端 电压V(端) 将：(A) V(分) 递增，V(端) 递减；(B) V(分) 递减，V(端) 递增；(C) V(分)、V(端) 递增； (D) V(分)、V(端) 递减。
4801 电池Pb(s)│H2SO4(m)│PbO2(s)，作为原电池时，负极是Pb│H2SO4(m)，正极是PbO2│H2SO4(m)；作为电解池时，阳极是Pb│H2SO4(m)，阴极是PbO2│H2SO4(m) 。 4802 当电池的电压小于它的开路电动势时，则表示电池在：( ) (A) 放电 (B) 充电 (C) 没有工作 (D) 交替地充放电 4815 电解HNO3, H2SO4, NaOH, NH3·H2O, 其理论分解电压均为1.23 V。其原因是电解质虽然不同, 但电极上发生的反应一致, 都是电解水。 4816 从理论上分析电解时的分解电压E分解=E可逆+η阴+η阳+IR,而且随电流强度I的增加而 增加。 4851 电化学中电极反应的速度以电流密度表示，极化是电极电位偏离平衡电位或静止电位 的现象，极化主要有浓差极化，电化学极化。超电势是有电流通过时，电极电位对平衡电位的偏离。。4855 当发生极化现象时，两电极的电极电势将发生如下变化：( ) (A) φ平，阳＞φ阳；φ平，阴＞φ阴 (B) φ平，阳＜φ阳；φ平，阴＞φ阴 (C) φ平，阳＜φ阳；?平，阴＜φ阴 (D) φ平，阳＞φ阳；φ平，阴＜φ阴 4857 298 K、0.1 mol·dm-3的HCl 溶液中，氢电极的热力学电势为-0.06 V，电解此溶液 时，氢在铜电极上的析出电势φ 为：( ) H2 (A) 大于-0.06 V (B) 等于-0.06 V (C) 小于-0.06 V (D) 不能判定 4858 电池放电时，随电流密度增加阳极电位变正，阴极电位变负，正 极变负，负极变正。 4859 电解过程中，极化作用使消耗的电能增加；在金属的电化学腐蚀过程中，极 化作用使腐蚀速度减少。 4860 (1) 设阳极和阴极的超电势均为0.7 V，还原电位均为1.20 V，则阳极电位等 于1.9v，阴极电位等于0.5v。 (2) 电池充电时，充电电压比平衡电动势高。 4866 氢气在金属电极上析出时, 根据条件不同, 超电势随电流密度变化关系分别可用η=R e j或η=a + b lg j表示, 前者适用于低超压情况, 而后者适用于高超压情况。 4870 Tafel公式η=a+blg j 的适用范围是：( ) (A) 仅限于氢超电势 (B) 仅限于j ? 0, 电极电势稍有偏差的情况 (C) 仅限于阴极超电势, 可以是析出氢, 也可以是其他 (D) 可以是阴极超电势, 也可以是阳极超电势 4889下列示意图描述了原电池和电解池中电极的极化规律, 其中表示原电池阳极的是：
第九章电解与极化作用练习题 一. 是非题(2×10=20分) 1. 电解，电镀，化学电源和电化腐蚀等都是热力学不可逆过程。（） 2. 测分解电压时，要使用伏特计，目的在于测电解池两极的端电压—槽电压。（） 3. 用Pt电极电解NaOH稀水溶液时，产物构成的电池是Pt ︳H2(P1)︳NaOH(m)︳O2(P2)︳Pt 4. 浓差极化是由于电池或电解池中阴极与阳极电解质溶液浓度不同所引起的。（） 5. 超电势的大小是电极极化程度的量度。（） 6. 凡能通过氧化—还原反应生产的产物都可用电化学方法生产。（） 7. 金属氧化与介质还原在不同地点进行，金属都不会被腐蚀。（） 8. 无论金属多么活泼，只要有去极剂存在，金属都不会被腐蚀。（） 9. 金属的电势越负，越易被腐蚀。（） 10. 外加电流阳极保护或外加电流阴极保护，目的（作用）都是降低腐蚀电流。（）
.二填空题（2×10=20） 1. 对电池，正极极化时φIR（不可逆）_______φR(可逆) 2. 以Pt电极电解不挥发性酸的水溶液时，实际分解电压一般都为_______ V（取两位有效数字） 3. 以Ag电极电解AgNO3溶液时，阴极浓差超电势η阴= RT/F ln(c/c1), c为本体溶液Ag+浓度，c1为电极附近Ag+浓度，则两个浓度的关系是c ______c1 4.阴极极化时φIR（不可逆）______φR（可逆） 5.一极化曲线的图如下 此曲线应是极极化曲线（填阴或阳）。 6. 电解池正极上发生反应（填还原或氧化）。 7. 电解槽阴极的析出电势与其可逆电势的关系是φ析，阴φR，阴。
8. 电解处于平衡态时，氧化电流密度与还原电流密度之差i______0. 9. 一般情况下，金属离子在金属固体上析出的超电势η 0。 10.一电解池中，Ag的可逆电势为0.681V，Cu的可逆电势为0.327V，首先在阴极上析出的是（填Ag或Cu）。 三．单选题（2×10=20分） 1．测定分解电压的装置中要使用伏特计，其作用是 （A）测量电路中某一段的电压降（B）测量工作电池的端电压 （C）测量槽电压（D）测量理论分解电压 2．惰性金属为电极电解H2SO4，下述反应中正确的是 (A)正极 (B)负极 (C)正极 (D)负极 3．对电化学极化的下列说法中不正确的是 (A)电化学极化起因于电荷在相界面上转移的迟缓性 (B)电化学极化是因电极反应需要活化能所致 (C)在极化电流很大时，活化过电势增长加快 (D)电化学极化在电极过程中的任一电极上都存在 4．有关浓差极化的下列说法中不正确的是 (A)浓差极化是产生浓差极化的根本原因 (B)浓差超电势决定于本体溶液中离子浓度与电极附近同种离子浓度之比 值 (C)浓差超电势可通过搅拌完全消除 (D)阴极和阳极浓差超电势不会相等 5．在相同条件下，氢析出时超电势最小的是 (A)镀铂黑的铂电极