《理论电化学》课程教学资源（PPT课件）第七章 气体电极过程

国理论电化学卡第七章气体电极过程

第七章 气体电极过程

理论山化学重点要求氢、氧电极的概念及总电极反应氢电极的阴极过程

重点要求 ◼ 氢、氧电极的概念及总电极反应 ◼ 氢电极的阴极过程

理论出化学第一节研究氢电极过程的重要意义在酸性溶液中析氢反应为：2H++2e=H2在碱性溶液中析氢反应为2H,0+2e=H,+OH电镀电池氯碱工业金属腐蚀标准氢电极在许多实际的电化学体系中都会发生氢的氧化还原反应，有时要利用这些反应为生产服务。有时又要抑制或尽量避免这些反应的发生

在酸性溶液中析氢反应为： 2H++2e=H2 在碱性溶液中析氢反应为： 2H2O+2e=H2+OH- 标准氢电极 氯碱工业 电镀 电池 金属腐蚀 在许多实际的电化学体系中都会发生氢的氧化还原反 应，有时要利用这些反应为生产服务。有时又要抑制或尽 量避免这些反应的发生。 第一节 研究氢电极过程的重要意义

理论山化学第二节氢电极的阴极过程一.氢离子阴极还原的基本规律1、实验发现，在大多数金属上氢的析出过程服从Tafel关系式2.3RT2.3RTIgJk=a+blgJkAPkg&FaF如在汞电极上电流密度在10-10~102A/cm2范围：△Ap与lgJ成直线关系b值基本相同都在120mv左右

1、实验发现，在大多数金属上氢的析出过程服从 Tafel关系式 0 2.3 2.3 K K K lg lg lg RT RT J J a b J F F     = − + = + 如在汞电极上电流密度在10-10~102A/cm2范围： 与lg J 成直线关系 b值基本相同都在120mv左右。 第二节 氢电极的阴极过程 一. 氢离子阴极还原的基本规律

理论化学2.3RTb①b与α有关，α传递系数，它与对称&F系数一样表示电极电位对电极反应活化能的影响程度，所以b的大小也表示了电极电位对电极反应活化作用的大小。b值基本相同，表示氢析出时，电极电位对电极的活化作用大致相同。说明反应机理大致相同，b值是与反应机理有关的常数。2.3RTIgJ。a =2a表示单位电流密度下的过电位，αFa的大小表示了电极可逆程度的大小，a与有关，%越小a越大

① b与 有关， 传递系数， 它与对称 系数一样表示电极电位对电极反应活化能的影响程 度，所以b的大小也表示了电极电位对电极反应活化作 用的大小。 b值基本相同，表示氢析出时，电极电位对电极的活 化作用大致相同。说明反应机理大致相同，b值是与反 应机理有关的常数。 ② a表示单位电流密度下的过电位， a的大小表示了电极可逆程度的大小，a与J0有关， J0 越小a越大。 2.3RT b F =   0 2.3 lg RT a J F = −

理论出化学二.析氢过电位定义：在某一电流密度下，氢实际析D出的电位与氢的平P1n2衡电位的差值。nin=平一PD平= a+blog j

二.析氢过电位 ◼ 定义：在某一电流 密度下，氢实际析 出的电位与氢的平 衡电位的差值 。  2 1 2 i 1 i i  平 2 1 − log i a b j    = = + 平 －

理论山化学影响析氢过电位的主要因素：■电极材料性质■电极表面状态■溶液组成■温度

影响析氢过电位的主要因素： ◼ 电极材料性质 ◼ 电极表面状态 ◼ 溶液组成 ◼ 温度

理论化学（1）金属材料本身对析氢过电位的影响不同的金属，交换电流密度不同，a不同，所以不同金属氢析出过电位不同。A、氢高过电位金属，如Pb、Al、Zn、Cd、Hg、Sn等，在这些金属上析氢过电位高。析氢速度小。a~1.0-1.5。B、氢中过电位金属，如Fe、Co、Ni、Cu、W等，析氢速度比高过电位金属大一些。a~0.5-0.9。C、氢低过电位金属，如Pt、Pd等，这些金属上析氢过电位低，氢容易析出。a~0.1-0.4

（1）金属材料本身对析氢过电位的影响 不同的金属，交换电流密度不同，a不同，所以不同金 属氢析出过电位不同。 A、氢高过电位金属，如Pb、Al、Zn、Cd、Hg、Sn等，在 这些金属上 析氢过电位高。析氢速度小。 a≈1.0-1.5。 B、氢中过电位金属，如Fe、Co、Ni、Cu、W等，析氢速度 比高过电位金属大一些。a≈0.5-0.9。 C、氢低过电位金属，如Pt、Pd等，这些金属上析氢过电位 低，氢容易析出。a≈0.1-0.4

理论出化学电极表面是电化学反应的催化剂，不同金属对析氢反应具有不同的催化能力和不同的吸附能力有些金属能促进H+与电子的结合而有的金属就不能，Pt，Pd等金属容易吸附氢，使析氢过电位降低而Pb、Zn、Al吸附氢能力很小，析氢过电位高。应用：对于高析H过电位金属，往往作为电解、电镀的阴极材料，因为H,析出的过电位高，析H少，可提高电流效率

电极表面是电化学反应的催化剂，不同金属 对析氢反应具有不同的催化能力和不同的吸附能力， 有些金属能促进H+与电子的结合而有的金属就不 能，Pt，Pd等金属容易吸附氢，使析氢过电位降低， 而Pb、Zn、Al吸附氢能力很小，析氢过电位高。 应用 ：对于高析H2过电位金属，往往作为电 解、电镀的阴极材料，因为H2析出的过电位高，析 H2少，可提高电流效率

理论化学例如：Zn的电沉积中，Zn的po=-0.763v，H,的o为0，H会优先析出，为什么又可以沉积出Zn？因为采用了氢过电位高的金属Al、Zn作阴极，氢的析出过电位大大提高，Zn在A/板上析出Zn后变为Zn电极，Zn在Zn上析出，Zn也是H2的高过电位金属，所以可以从水溶液中电沉积出锌。贵金属pt，析H过电位低，所以标准氢电极用pt做电极材料，使H，容易析出，电解水、氯碱工业中采用低H，过电位金属做阴极，Pt、Pd价格昂贵，就用中过电位金属如Fe做阴极

例如：Zn的电沉积中，Zn的φ0= -0.763v，H2 的φ0为0，H2会优先析出，为什么又可以沉积出Zn? 因为采用了氢过电位高的金属Al、Zn作阴极， 氢的析出过电位大大提高，Zn在Al板上析出Zn后变 为Zn电极，Zn在Zn上析出，Zn也是H2的高过电位 金属，所以可以从水溶液中电沉积出锌。 贵金属pt，析H2过电位低，所以标准氢电极 用pt做电极材料，使H2 容易析出，电解水、氯碱 工业中采用低H2 过电位金属做阴极，Pt、Pd价格 昂贵，就用中过电位金属如Fe做阴极