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18.10: 电解
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18.10: 电解

在原电池(伽凡尼电池)中,由于自发氧化还原反应产生的电子通过外部电路传输,氧化还原系统在其周围完成电气工作。 或者,外部电路确实可以在氧化还原系统上工作,方法是施加足够的电压,以在称为电解的过程中驱动非自发反应。 例如,为电池充电需要使用外部电源以反向驱动自发 (放电) 电池反应,从而在一定程度上恢复半电池的成分和电池的电压。 其他例子包括在金属矿石的精炼中使用电解,制造商品化学品以及在器皿,珠宝等上对金属涂层进行电镀

预测电解的生成物

熔融氯化钠 NaCl (l) 的电解用于金属钠,钠和氯气 Cl2 的工业生产。 钠离子 (Na+) 在阴极被还原为原子,而氯化离子 (CL−) 离子在阳极被氧化成氯气 (Cl2)。 氧化还原反应如下:

Eq1

负电池电势表示非自发反应,必须通过施加大于 −4.07 V 的正电位来驱动。 当离子晶体在高温下熔化时,在 801 °C 的高温下进行熔融氯化钠电解。

水的电解产生阳极的氧气和阴极的氢气的化学量。 为了提高电导率,通过添加一个强酸来增加水的氢离子浓度。 相关的氧化还原反应如下:

Eq2

氯化水钠等离子化合物的溶液电解可能涉及阳极和阴极的水种 (H2O , H+ , OH -) 或溶质物种 (化合物的阳离子和阴离子) 电解。

氯化水钠的电解可能涉及以下两种阳极反应之一:

Eq3

在热动力学方面,水会更容易氧化;但是,在实践中,会产生氯气。 水氧化需要更大的电压才能启动。 为了克服这种过电压,选择了电极,并仔细监测电池的电位,以确保阳极处氯化离子氧化。

同样,阴极可能发生的降噪反应包括:

Eq4

比较这些标准半反应电位表明,水的减少在热动力学上是受欢迎的。 在这种情况下, Net 电池反应是:

Eq5

电解的定量的方面

电流是电子流的率值,以安培计量,每秒一个库伦 (A = 1 C/s)。 在指定的时间间隔内,通过恒定电流 i 的通道转移的电荷 Q 是由提供的

Eq6

当电子在氧化还原过程过程中被传输时,反应的化学测量可用于得出所涉及的 (电子) 电荷的总数量。 例如,通用还原过程,

Eq7

涉及电子的 n 摩尔传输。 因此,转移的电荷

Eq8

其中 F 为法拉第常数,电荷为库伦一摩尔电子。 对于电化学电池,测量电流,并可用于与电池反应相关的化学化学当量计算。

本文改编自 OpenStax, 化学 2e, 第17.7节: 电解

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Electrolysis Redox Reactions Voltaic Cells Electrical Energy Electrolytic Cell Anode Cathode Oxidation Reduction External Source Of Electrons Battery Ionic Compounds Constituent Elements Molten State Aqueous State Conducting Electricity Potassium Bromide Bromide Ions Bromine Gas Potassium Ions Solid Potassium Molten Ionic Mixtures Sodium Iodide Electrode Potentials

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