电化学第三节不可逆电极.ppt

第三节不可逆电极过程
现实的电化学过程,不论原电池的放电过程还是电解池的电解过程,都有一定大小的电流通过,其电极变化都说不可逆过程。
一、分解电压
理论分解电压使某电解质溶液能连续不断发生电解时所必须外加的最小电压,在数值上等于该电解池作为可逆电池时的可逆电动势
使用Pt电极电解H2O,加入中性盐用来导电,实验装置如图所示。
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,画出I-E曲线。
外加电压很小时,几乎无电流通过,阴、阳极上无H2气和氧气放出。
随着E的增大,电极表面产生少量氢气和氧气,但压力低于大气压,无法逸出。所产生的氢气和氧气构成了原电池,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,氢气和氧气的压力等于大气压力,呈气泡逸出,反电动势达极大值 Eb,max。
再增加电压,使I 迅速增加。将直线外延至I =0处,得E(分解)值,这是使电解池不断工作所必需外加的最小电压,称为分解电压。
实际分解电压
极化作用
极化(polarization):
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和阴极平衡电势。
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称为电极的极化。
根据极化产生的不同原因,通常把极化大致分为两类:浓差极化和电化学极化。
(1)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,但也可以利用滴汞电极上的浓差极化进行极谱分析。
(2)电化学极化电极反应总是分若干步进行,若其中一步反应速率较慢,需要较高的活化能,为了使电极反应顺利进行所额外施加的电压称为电化学超电势(亦称为活化超电势),这种极化现象称为电化学极化。
超电势(overpotential)
在某一电流密度下,实际发生电解的电极电势与平衡电极电势之间的差值称为超电势。
阳极上由于超电势使电极电势变大,阴极上由于超电势使电极电势变小。
为了使超电势都是正值,把阴极超电势和阳极超电势分别定义为:
测定极化曲线的方法
极化曲线(polarization curve)
超电势或电极电势与电流密度之间的关系曲线称为极化曲线,极化曲线的形状和变化规律反映了电化学过程的动力学特征。
超电势受电极材料、电极的表面状态、电流密度、温度、电解质溶液的性质、溶液浓度、溶液中的杂质等多种因素影响