伏打电池和电解池:
在伏打电池中,氧化还原反应过程的化学能转变成电能:
-Pt(H2,1大气压)|1MHC1O4||1MHC1O4|(PtO2,1大气压)+
氧电极上反应;1/2O2+2H++2e→H2O;
氢电极上反应H2→2H++2e
因此电子由氢电极经过外面的导线到达氧电极,电池电动势为1.23伏特。
在电解池中,电能转变为化学能,使两极产生化学反应。
例如将二铂片插入1MHC1O4中通电,这时一极上产生氢气,另一极上产生氧气;
H2O→1/2O2+2H++2e
产生氢的那一极叫做阴极,发生还原作用;产生氧的那极叫做阳极,发生氧化作用。
由于铂片插入HC1O4溶液中,一个电极变为氢电极,另一电极变为氧电极,所以电解过程中,电解池的两极重新组成伏打电池。这种伏打电池所产生的电流方向与通入电解池的电流方向相反。
电解过程中,电电解池的两极自已组成个伏打电池,产生一个新的电动势,其电流方向和进行电解而外加电动势所产生的电流方向相反。这个新的的电动势叫做电解过程的反电压。在理论上,反电压应等于由电解反应的逆反应所生成的伏打电池的电动势,但实际上这两个数值常不一样,两者之间的差别称为超电压。
影响超电压的因素有以下几点:
①电极的材料;
②与析出物质的形状有关:一般金属物质的超电压很小,气体物质的超电压较大;
③电流密度:一般规律是,电流密度增加时超电压亦增加;
④温度增高,超电压减少;
⑤浓差极化越大,超电压越大。
在电解过程中所需外加的最小电动势称为分解电压。当外加电压小于分解电压时,电解不能产生,只有微量电流通过电解池,这个电流叫残余电流。
在电解过程中,电流通过溶液时,溶液的电阻要消耗部分电能。因此,电解过程中,外加电压应包括溶液内阻所产生的电压降。在电解过程中,加到电解池上的电压和内电阻,以及电极电位的关系为:
电解时外加电压≥{ 分解电压=Ea+EG=(Era-Wa)-(Erc-WG)
{ +
{ IR
Ea+EG= { 可逆电压=Era-Erc
{ +
{ 超电压=Wa+WG
式中Era及Erc依次为阳极和阴极的可逆电压。可逆电压是根据溶液中氧化态和还原态的浓度用勒恩斯特方程式计算出来的电极电压。Ea、EG。分别代表阳极和阴极实际电压。