电解原理及其应用知识拓展.docVIP

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Ⅰ（gL） （gL） 氯化锌 18～20 40～60 提供 氧化锌 18～20 \ 氯化铵 220～270 200～240 导电盐 氨三乙酸 40～50 15～25 络合剂，改善镀层质量 醋酸钠 100～200 \ 缓冲剂、稳定镀层酸度 聚乙二酸 1～1.5 2～3 增光剂，提高镀层的光亮性 硫脲 1～2 1.5～2 洗涤剂 0.2～0.4 少量 润湿剂、增强结合力 pH 5.8～6.2 5.8～6.2 温度（） 545 5～45 阴极电流密度（Ad） 12.5 1.2 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（Ⅱ）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（930～1000℃）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