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电解定律和电解分离


一个平凡的化学人 / 2018-06-25

    电解一定量物质与电解时所需电量的关系可用法拉第电解定律表示:

    ①电解时,某物质在电极上所析出之量与通过该体系的电量成正比。

    ②在各种不同电解质溶液中,通过等量的电流时,所沉积的各种物质的量与各该物质的化学量成正比。通过96500库仑的电量(称为1法拉第的电量)可析出一克当量的任何物质.

    当某一金属离子用电解法来测定时,必须考虑到其他金属离子的干扰问题。

    若两种金属离子的还原电位相差较大,可用电解法使两金属分离。例如在硝酸盐溶液中含有0.01克分子的银离子和1.0克分子的铜离子,则银离子由此溶液开始析析出时,银极的电位(Ag的超电压很小,可以不计)为:

E=E0+0.0591log[Ag+]=0.80+0.0591log0.01=0.682伏特

    若溶液中的(H)=1M,氧极的超电压为0.47伏特,此时氧极的电位为1.23+0.47=1.70伏特。

    电解开始,电解池的反电压为1.70-0.682=1.02伏特。

    当外加电压大于1.02伏特时,Ag+开始在阴极上析出。当〔Ag+〕降低到极小时如10-7克分子时,其银极电位为

E=E0+0.0591log10-7=0.800-0.414=0.386伏特

此时电解池反电压为

E=1.70-0.386=1.31伏特

     铜开始由1MCu2+溶液中析出时,铜电极电位为

Ecu=E0+0.0591/2 log〔Cu2+)=0.345+0.0591/2 log1=0.345伏特

    铜析出时的分解电压:

1.70-0.345=1.35伏特[设〔H+)=1M]

     所以,当外加电压为1.02伏特时,银开始析出。当外压加到1.31伏特时、银已基本上析出完了,而铜还未析出(・1.35伏特>1.31伏特),从而达到银和铜离子的分离目的。

    实际上最重要的电解分离,是在酸性(或中性)溶液中测定金属。而该金属应是位于氧化还原电位表中在氢以下的金属。但实际上并不完全如此,由于氢只有在镀铂黑的铂电极上的超电压很小时才开始析出y若用其他金属电极,则氢在金属电极上的超电压压很大(超电压的大小决定于作电极金属的性质,物理状态,电流密度以及温度等)。溶液中氢离子的浓度也影响氢电极的还原电位,即使在镀铂黑的铂电极,若在中性溶液中(pH=7)析出氢,氢电极的电位至少应为-0.414伏特,即

EH=0.000+0.0591log10-7

在碱性溶液中〔H+〕更低,氢的析出更困难难。这就是说,有电极活性的(即能在电极上发生反应的)金属如锌,亦能在氢气未放出以前,完全由其碱性溶液中析出。这是由于氢离子浓度的降低和金属电极上氢的超电压很大所致.

    一般说来,若不考虑金属超电压(注意:电流密度不能过大),则使二种金属离子满意地分离必须满足以下条件:

    ①二种离子均为一价时,甲离子的还原电位必须较乙离子为正,其数值相差在0.35伏特以上;对二价金属离子,其数值相差至少约为0.2伏特(甲离子析出,乙离子留于溶液中);

    ②两种金属必须不生成放热性的 或汞齐;

    ③金属可以在不同的电极上分离。例如铅锰及钴可生成高价的氧化物,在阳极上析出。

 


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