07 电化学分解

第7章 电化学 习题解答1. 将两个银电极插入AgNO 3溶液，通以0.2 A 电流共30 min ，试求阴极上析出Ag 的质量。

解：根据BItM m zF=得 Ag Ag 0.23060107.87g 0.4025 g 196500ItM m zF⨯⨯⨯===⨯2. 以1930 C 的电量通过CuSO 4溶液，在阴极有0.009 mol 的Cu 沉积出来，问阴极产生的H 2的物质的量为多少？ 解：电极反应方程式为： 阴极 2Cu2e Cu(s)+-+→阳极 222H O(l)H (g)2OH 2e --→++在阴极析出0.009 mol 的Cu ，通过的电荷量为:Cu Q (0.009296500) C 1737 C nzF ==⨯⨯=根据法拉第定律，析出H 2的物质的量为2H Cu 19301737mol 0.001 mol 296500Q Q Q n zFzF --====⨯ 3. 电解食盐水溶液制取NaOH ，通电一段时间后，得到含NaOH 1 mol/dm 3的溶液0.6 dm 3，同时在与之串联的铜库仑计上析出30.4 g 铜，试问制备NaOH 的电流效率是多少？ 解：根据铜库仑计中析出Cu(s)的质量可以计算通过的电荷量。

Cu Cu 30.4mol 0.957 mol 1163.52m n M ===⨯电 理论上NaOH 的产量也应该是0.957 mol 。

而实际所得NaOH 的产量为(1.0×0.6) mol = 0.6 mol所以电流效率为实际产量与理论产量之比，即0.6100%62.7%0.957η=⨯=4. 如果在10×10 cm 2的薄铜片两面镀上0.005 cm 厚的Ni 层[镀液用Ni(NO 3)2]，假定镀层能均匀分布，用 2.0 A 的电流强度得到上述厚度的镍层时需通电多长时间？设电流效率为96.0%。

已知金属的密度为8.9 g/cm 3，Ni(s)的摩尔质量为58.69 g/mol 。

第7章气体电极过程第7章气体电极过程主要内容7.1 氢电极过程7.2 氧电极过程7.3 电化学催化7.1 氢电极过程7.1.1 研究氢电极过程的意义7.1.2 氢电极阴极过程7.1.3 析氢过电位及其影响因素7.1.4 析氢机理7.1.5 氢的阳极过程7.1.1 研究氢电极过程的意义（1）氢电极过程在工业上得到广泛的应用。

如：电解食盐水——制氯气、氢气、烧碱；电解水——制氢、分离重氢；氢氧燃料电池——氢电极（H氧化）；2电镀——阴极析氢（产生危害）；（2）金属酸腐蚀——析氢，必须控制。

（3）标准氢电极。

7.1.2 氢电极阴极过程氢电极阴极过程：氢离子在电极上获得电子还原为氢原子，最后以氢气泡的形式析出的过程。

整个电极过程可以分为以下单元步骤：（1）液相传质过程：H3O+(溶液本体) →H3O+(电极表面附近液层)（2）电化学反应步骤：还原为吸附氢原子。

H3O+ + e-→MH + H2O (M-金属)（3）表面转化步骤：i)复合脱附：MH+ MH →H2该反应本质是化学转化反应。

ii)电化学脱附：MH+ H3O+ + e-→H2+ H2O（4）新相生成步骤：由电极表面脱附下来的氢分子聚集并生成气相，以气泡形式从溶液中逸出。

nH2→H2气泡↑7.1.2 氢电极阴极过程7.1.3 析氢过电位及其影响因素由于缓慢步骤形成的阻力，在氢电极的平衡电极电位φe,H 下不会发生析氢过程，只有克服了这一阻力才能进行氢的析出。

因此，只有在比φe,H 更负的电位下才有氢的析出，两者之间差值的绝对值称为“析氢过电位ηH ”。

在一定的电流密度下，氢析出的电位φk 与φe,H 之差即为析氢过电位ηH 。

如电流密度i 1时，ηH1 = φM -φe,H 。

显然i 越大，ηH 越大。

①当i 很小时，ηH 与i 呈线性关系，ηH = R p i ②当i 很大时，ηH 与log i 呈线性关系，ηH = a+b log i ，即Tafel 公式。

电化学催化水分解水分解是一种广泛使用的制氢（H2）方法。

电化学催化水分解从水中释放出氢和氧气，这产生了可再生的燃料和不排放二氧化碳的能源。

在这种方法中，使用电力来分解水，以便产生氢气。

电化学催化水分解被认为是绿色化学的一种形式，因为此方法并不涉及任何化学反应。

在水分解过程中，需要使用电力将水分解成氢和氧气。

电荷移动会引起化学反应，例如在正极绕了一圈后，钠离子会被氧化成氧气或对二膦调和到别的化合物中。

电化学催化水分解可通过优化电化学反应条件来实现，即水分解的能力必须在一定时间内通过加热或冷却来优化。

电化学水分解可以通过两种机制实现。

一种是电解池机制，另一种是羟化钙（CaOH）机制，其中可能包括其他的辅助剂和铈催化剂。

这两种机制都可以使PS1发光。

电化学分解水的机制基于催化剂的增强能力，提高发生水分解反应的速度，催化剂为铂，钯，铱，钼的氧化物，氯化物和其他衍生物，以及其他光反应催化剂，例如Rh（I）配合物和铱（III）配合物。

对于光催化水分解，使用半导体材料，例如二氧化钛（TiO2）和铋酸钡（BaBiO3），使其在阳光下吸收光能并增加其氧化还原催化活性。

当光子撞击到某些材料的表面时，可提供电子激发。

如果一个电子被推到减性半导体的材料边界上，它们将在那里停留并为光学镀剂生成电荷。

这些电荷可以被电极接受并用于水分解反应。

此外，一些有机物质如树脂和氨基氧化母体，也可以作为光催化水分解的催化剂来促进反应发生。

电化学催化水分解的一个重要参数是反应的热力学响应。

水分解反应的热力学响应指的是发生反应所需的能量和热量，通常用电势或电压表示。

高电势或电压会增加反应速率，但也会增加能量需求和催化剂的损耗。

因此，优化反应条件是非常重要的。

通常，电化学催化水分解是在微观催化剂之间进行的，因此催化剂必须将电流引导到水中，以便将水分解成氢和氧气。

优化电极的表面积和电子传递速度，以便实现高效的水分解，并最终生产其适当的应用。

总之，电化学催化水分解是一种绿色的可持续制氢方法，可以在不产生任何污染物的情况下，生成氢气来供应各种应用。

电化学分析法[日期：2011-06-24] 来源：作者：[字体：大中小] 电化学分析法（electroanalytical chemistry）是根据电化学原理和物质在溶液中的电化学性质及其变化而建立起来的一类分析方法。

这类方法都是将试样溶液以适当的形式作为化学电池的一部分，根据被测组分的电化学性质，通过测量某种电参量来求得分析结果的。

电化学分析法可分为三种类型。

第一种类型是最为主要的一种类型，是利用试样溶液的浓度在某一特定的实验条件下与化学电池中某种电参量的关系来进行定量分析的，这些电参量包括电极电势、电流、电阻、电导、电容以及电量等；第二种类型是通过测定化学电池中某种电参量的突变作为滴定分析的终点指示，所以又称为电容量分析法，如电位滴定法、电导滴定法等；第三种类型是将试样溶液中某个待测组分转入第二相，然后用重量法测定其质量，称为电重量分析法，实际上也就是电解分析法。

电化学分析法与其他分析方法相比，所需仪器简单，有很高的灵敏度和准确度，分析速度快，特别是测定过程的电信号，易与计算机联用，可实现自动化或连续分析。

目前，电化学分析方法已成为生产和科研中广泛应用的一种分析手段。

第一节电势分析法电势分析法是一种电化学分析方法，它是利用测定原电池的电动势(即用电势计测定两电极间的电势差)，以求得物质含量的分析方法。

电势分析法又可分为直接电势法(potentiometric analysis)和电势滴定法(potentiometric titration)。

直接电势法是根据测量原电池的电动势，直接求出被测物质的浓度。

应用最多的是测定溶液的pH。

近些年来，由于离子选择性电极的迅速发展，各种类型的离子选择性电极相继出现，应用它作为指示电极进行电势分析，具有简便、快速和灵敏的特点，特别是它能适用于其它方法难以测定的离子。

因此，直接电势法在土壤、食品、水质、环保等方面均得到广泛的应用。

电势滴定法是利用电极电势的变化来指示滴定终点的分析方法。

电化学反应的方程式电化学反应是指在电解质溶液中，通过载流子（通常是电子和离子）的转移而进行的化学反应。

它不仅在科学研究中有重要的应用，而且在工业生产和环境保护中也扮演着重要角色。

本文将介绍电化学反应的基本原理、电解质溶液中反应的方程式，并且分析了一些实际应用。

在电化学反应中，最常见的是电解质溶液中发生的反应。

电解质溶液中的溶剂是电解质的载体，它能够形成离子，使得电流可以通过电解质溶液中进行传递。

电解质溶液中的反应通常可以用半反应方程式来表示。

半反应方程式是对电化学反应中发生的氧化还原反应的简化表示。

在半反应方程式中，被氧化的物质叫做氧化剂，它接受电子从被还原的物质，而被还原的物质叫做还原剂，它损失电子给氧化剂。

例如，氯化银在水溶液中的氧化还原反应可以用以下方程式表示：AgCl(s) + e- → Ag(s) + Cl-(aq)在这个反应中，氯化银被还原为银，失去了一个电子，而氯离子被氧化为氯原子，接受了一个电子。

这个反应中的电子转移发生在电解质溶液中。

还有其他一些常见的电化学反应的方程式。

例如，电池中的反应可以表示为：2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)这个方程式表示了氢气和氧气在电池中的电化学反应，生成水。

这是一个放电反应，也就是化学能转变为电能的过程。

电化学反应的应用非常广泛。

其中一个最重要的应用就是电解过程。

电解是用电能促使非自发反应发生的过程。

而电解过程中的半反应方程式可以帮助我们理解这个过程。

例如，电解氯化钠可以得到氯气和氢气。

这个过程可以用以下的方程式表示：2NaCl(aq) → 2Na+(aq) + Cl2(g) + 2e-2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH-(aq)这两个方程式表示了氯化钠在电解过程中的两个半反应。

其中一个半反应是氯离子被氧化为氯气，而另一个半反应是水分子被还原为氢气和氢氧根离子。

这个反应在氯碱工业中有着重要的应用。

此外，电化学反应还在能源产生和储存领域发挥着重要作用。

第七章电化学7.1电极过程、电解质溶液及法拉第定律原电池：化学能转化为电能（当与外部导体接通时，电极上的反应会自发进行，化学能转化为电能，又称化学电源）电解池：电能转化为化学能(外电势大于分解电压，非自发反应强制进行）共同特点：（1)溶液内部:离子定向移动导电(2)电极与电解质界面进行的得失电子的反应----电极反应（两个电极反应之和为总的化学反应，原电池称为电池反应，电解池称为电解反应）不同点：（1）原电池中电子在外电路中流动的方向是从阳极到阴极，而电流的方向则是从阴极到阳极，所以阴极的电势高，阳极的电势低，阴极是正极，阳极是负极；（2）在电解池中，电子从外电源的负极流向电解池的阴极，而电流则从外电源的正极流向电解池的阳极，再通过溶液流到阴极，所以电解池中，阳极的电势高，阴极的电势低，故阳极为正极，阴极为负极。

不过在溶液内部阳离子总是向阴极移动，而阴离子则向阳极移动。

两种导体：第一类导体（又称金属导体，如金属，石墨）；第二类导体（又称离子导体，如电解质溶液，熔融电解质）法拉第定律:描述通过电极的电量与发生电极反应的物质的量之间的关系=n=FQξzF电F -- 法拉第常数; F = Le =96485.309 C/mol = 96500C/molQ --通过电极的电量；z -- 电极反应的电荷数（即转移电子数），取正值；ξ--电极反应的反应进度；结论： 通过电极的电量，正比于电极反应的反应进度与电极反应电荷数的乘积，比例系数为法拉第常数。

依据法拉第定律，人们可以通过测定电极反应的反应物或产物的物质的量的变化来计算电路中通过的电量。

相应的测量装置称为电量计或库仑计coulometer,通常有银库仑计和铜库仑计 。

7.2 离子的迁移数1. 离子迁移数:电解质溶液中每一种离子所传输的电量在通过的总电量中所占的百分数，用 tB 表示1=∑±=-++t 或显然有1:t t离子的迁移数主要取决于溶液中离子的运动速度，与离子的价数无关，但离子的运动速度会受到温度、浓度等因素影响。

电化学知识点总结电化学是研究电能和化学能相互转化规律的科学，它在化学、材料科学、能源科学等领域都有着广泛的应用。

下面我们来对电化学的相关知识点进行一个全面的总结。

一、原电池1、定义原电池是将化学能转化为电能的装置。

2、构成条件（1）两个活泼性不同的电极，其中一个相对较活泼，另一个相对较不活泼。

（2）电解质溶液。

（3）形成闭合回路。

（4）能自发地发生氧化还原反应。

3、工作原理以铜锌原电池为例，在稀硫酸溶液中，锌片失去电子被氧化，电子通过导线流向铜片，溶液中的氢离子在铜片上得到电子被还原生成氢气。

锌片为负极，发生氧化反应：Zn 2e⁻＝ Zn²⁺；铜片为正极，发生还原反应：2H⁺＋ 2e⁻＝ H₂↑。

4、电极判断（1）较活泼的金属为负极，较不活泼的金属或能导电的非金属为正极。

（2）电子流出的一极为负极，电子流入的一极为正极。

（3）发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。

5、原电池的应用（1）加快化学反应速率，例如在锌与稀硫酸反应时，加入少量硫酸铜溶液，形成原电池，反应速率加快。

（2）用于金属的防护，例如将被保护的金属与更活泼的金属连接，使更活泼的金属被腐蚀，从而保护被保护的金属。

二、电解池1、定义电解池是将电能转化为化学能的装置。

2、构成条件（1）直流电源。

（2）两个电极（与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极）。

（3）电解质溶液或熔融电解质。

（4）形成闭合回路。

3、工作原理以电解氯化铜溶液为例，通电后，氯离子向阳极移动，在阳极失去电子被氧化：2Cl⁻ 2e⁻＝ Cl₂↑；铜离子向阴极移动，在阴极得到电子被还原：Cu²⁺＋ 2e⁻＝ Cu。

4、电极反应阳极：与电源正极相连，发生氧化反应。

如果是活性电极（除金、铂以外的金属），则电极本身失去电子发生氧化反应；如果是惰性电极（如石墨、铂等），则溶液中的阴离子失去电子发生氧化反应。

阴极：与电源负极相连，发生还原反应，溶液中的阳离子得到电子发生还原反应。