西安建筑科技大学：湿法冶金原理——水溶液电解质电解

第三篇湿法冶金原理 章水洛液电解质电解

tAn OHNERIITT OF ANC相G是 AUa TICH0100r 第十五章水溶液电解质电解 [教学内容]:电解过程概述;阴极过程;阳极过程; 电解过程槽电压、电流效率和电能效率 [教学要求]:了解电解的基本原理,阳极、阴极 电解质的概念; 理解水溶液电解过程的阳极反应和阴极 反应; 理解电解过程槽电压的概念; 掌握电流效率和电能效率的计算方法。 [教学重点和难点] 水溶液电解过程的阳极和阴极上的反应对 娼金 生产过程的影响; 电流效率和电能效率的计算方法

第十五章 水溶液电解质电解 [教学内容]:电解过程概述；阴极过程；阳极过程； 电解过程槽电压、电流效率和电能效率 [教学要求]:了解电解的基本原理，阳极、阴极、 电解质的概念； 理解水溶液电解过程的阳极反应和阴极 反应； 理解电解过程槽电压的概念; 掌握电流效率和电能效率的计算方法。 [教学重点和难点]: 水溶液电解过程的阳极和阴极上的反应对 生产过程的影响； 电流效率和电能效率的计算方法

tAn OHNERIITT OF ANC相G是 AUa TICH0100r 第十五章 水溶液电解质电解 >151概述 >15.2阴极过程 >15.3阳极过程 >15.4电解过程 >155槽电压、电流效率和电能效率 娼金

第十五章 水溶液电解质电解 ➢15.1 概述 ➢15.2 阴极过程 ➢15.3 阳极过程 ➢15.4 电解过程 ➢15.5 槽电压、电流效率和电能效率

LA制E0FABC相G是ADTt 151概述 1基本概念 电解的实质:电能转化为化学能的过程。 有色金属的水溶液电解质电解应用在两个方面: (1)从浸出(或绎浄化)的溶液中提取金属: (2)从粗金属、合金或冶炼中间产物中提取金属。 ·电解过程是阴、阳两个电极反应的综合 在阴极上,发生的反应是物质得到电子的还原反应, 称为阴极反应;在阳极上,发生的反应是物质失去电子 娟的氧化反应,称为阳极反应 阳极有可溶与不可溶两种

15.1 概述 1 基本概念 • 电解的实质:电能转化为化学能的过程。 有色金属的水溶液电解质电解应用在两个方面： （1）从浸出（或经净化）的溶液中提取金属； （2）从粗金属、合金或冶炼中间产物中提取金属。 • 电解过程是阴、阳两个电极反应的综合 在阴极上，发生的反应是物质得到电子的还原反应， 称为阴极反应;在阳极上，发生的反应是物质失去电子 的氧化反应，称为阳极反应。 阳极有可溶与不可溶两种

tAn OHNERIITT OF ANC相G是 AUa TICH0100r 15.1概述 2分解电压 理论分解电压 某电解质水溶液,如果认为其欧姆电阻很小而可忽 略不计,在可逆情况下使之分解所必须的最低电压,称 为理论分解电压。 实际分解电压: 能使电解质溶液连续不断地发生电解反应所必须的 最小电压叫作电解质的实际分解电压。显然,实际分解 焰电压比理论分解电压大,有时甚至大很多

15.1 概述 2 分解电压 理论分解电压： 某电解质水溶液，如果认为其欧姆电阻很小而可忽 略不计，在可逆情况下使之分解所必须的最低电压，称 为理论分解电压。 实际分解电压： 能使电解质溶液连续不断地发生电解反应所必须的 最小电压叫作电解质的实际分解电压。显然，实际分解 电压比理论分解电压大，有时甚至大很多

tAn OHNERIITT OF ANC相G是 AUa TICH0100r 152阴极过程 1氢在阴极上的析出 1.1氢在阴极上的析出过程 第一个过程一水化(H3O离子的去水化 I(H3O)'XH2OJ+(H3O)*+XH2O 第二个过程一去水化后的(H3O)离子的放电,结果便有氢原子生 成 (H3O+>H,o+H+ H++e→H 第三个过程一吸附在阴极表面上的氢原子相互结合成氢分子: H+HH 2(Me) A陈四起年分子的解吸及其进入溶液,由于溶液过饱和的原 xH2NMe+xH2(溶解) 2(溶解) 2(气体)

15.2 阴极过程 1氢在阴极上的析出 1.1 氢在阴极上的析出过程 ▪第一个过程—水化(H3O)+离子的去水化。 [(H3O)·xH2O]+→(H3O)+＋xH2O ▪第二个过程—去水化后的(H3O)+离子的放电，结果便有氢原子生 成： (H3O)+→H2O＋H+ H+＋e→H(Me) ▪第三个过程—吸附在阴极表面上的氢原子相互结合成氢分子： H＋H→H2(Me) ▪第四个过程—氢分子的解吸及其进入溶液，由于溶液过饱和的原 因，以致引起阴极表面上生成氢气泡而析出： xH2(Me)→Me＋xH2（溶解） xH2（溶解）→xH2（气体）

LA制E0FABC相G是ADTt 15.2阴极过程 1.2氢的析出超电位 现代认为氢在金属阴极上析出时产生超电位的原因,在于氢离 子放电阶段缓慢。 氢离子在阴极上放电析出的超电位具有很大的实际意义。就电 解水制取氢而言,氢的超电位高是不利的,因为它会消耗过多的电 但是对于有色金属冶金,诸如锌、铜等的水溶液电解,较高的 氢的超电位对金属的析出是有利的 氢的超电位与许多因素有关,主要的是:阴极材料、电流密度 到电解液温度、溶液的成分等等,它服从于塔费尔方程式 nH=a+bIn D (15-1)

15.2 阴极过程 1.2 氢的析出超电位 现代认为氢在金属阴极上析出时产生超电位的原因，在于氢离 子放电阶段缓慢。 氢离子在阴极上放电析出的超电位具有很大的实际意义。就电 解水制取氢而言，氢的超电位高是不利的，因为它会消耗过多的电 能。但是对于有色金属冶金，诸如锌、铜等的水溶液电解，较高的 氢的超电位对金属的析出是有利的。 氢的超电位与许多因素有关，主要的是：阴极材料、电流密度、 电解液温度、溶液的成分等等，它服从于塔费尔方程式： K ln 2  H = a + b D （15-1）

tAn OHNERIITT OF ANC相G是 AUa TICH0100r 152阴极过程 1)电流密度的影响 2)电解液温度的影响 3)电解液组成的影响 4)阴极表面状态的影响 娼金

15.2 阴极过程 1）电流密度的影响 2）电解液温度的影响 3）电解液组成的影响 4）阴极表面状态的影响

tAn OHNERIITT OF ANC相G是 AUa TICH0100r 15.2阴极过程 2金属离子的阴极还原 周期表中愈靠近左边的金属元素的性质愈活泼,在 水溶液中的阴极上还原电沉积的可能性也愈小,甚至不 可能;愈靠近右边的金属元素,阴极上还原电沉积的可 能性也愈大。 若通过还原过程生成的不是纯金属而是合金,则由于生 成物的活度减小而有利于还原反应的实现 若溶液中金属离子以比水合离子更稳定的络合离子 形态存在,则由于析出电位变负而不利电解 在非水溶液中,金属离子的溶剂化能与水化能相差 焰强很大

2 金属离子的阴极还原 周期表中愈靠近左边的金属元素的性质愈活泼，在 水溶液中的阴极上还原电沉积的可能性也愈小，甚至不 可能；愈靠近右边的金属元素，阴极上还原电沉积的可 能性也愈大。 若通过还原过程生成的不是纯金属而是合金，则由于生 成物的活度减小而有利于还原反应的实现。 若溶液中金属离子以比水合离子更稳定的络合离子 形态存在，则由于析出电位变负而不利电解。 在非水溶液中，金属离子的溶剂化能与水化能相差 很大。 15.2 阴极过程

LA制E0FABC相G是ADTt 152阴极过程 3阳离子在阴极上的共同放电 3.1金属阳离子同时放电 阳离子共同放电的条件是:EM=EMm2 RI n wMet--nMe,(k) RT hn F 72(4(15-2) ∠⊥ 因此,两种离子共同放电与四个因素有关.即与金 属标准电位、放电离子在溶液中的活度及其析出于电极 金上的语度、放电时的超电位有关

15.2 阴极过程 3 阳离子在阴极上的共同放电 3.1 金属阳离子同时放电 阳离子共同放电的条件是： Me1 Me2  =  ( ) 0 ( ) 0 2 2 2 1 2 1 1 1 ln ln Me k Me Me Me k Me Me Me Me z zF z RT zF RT         − − = − − + + （15-2） 因此，两种离子共同放电与四个因素有关．即与金 属标准电位、放电离子在溶液中的活度及其析出于电极 上的活度、放电时的超电位有关