伏打電池和電解池:
在伏打電池中,氧化還原反應(yīng)過程的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能:
-Pt(H2,1大氣壓)|1MHC1O4||1MHC1O4|(PtO2,1大氣壓)+
氧電極上反應(yīng);1/2O2+2H++2e→H2O;
氫電極上反應(yīng)H2→2H++2e
因此電子由氫電極經(jīng)過外面的導(dǎo)線到達(dá)氧電極,電池電動勢為1.23伏特。
在電解池中,電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能,使兩極產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。
例如將二鉑片插入1MHC1O4中通電,這時一極上產(chǎn)生氫氣,另一極上產(chǎn)生氧氣;
H2O→1/2O2+2H++2e
產(chǎn)生氫的那一極叫做陰極,發(fā)生還原作用;產(chǎn)生氧的那極叫做陽極,發(fā)生氧化作用。
由于鉑片插入HC1O4溶液中,一個電極變?yōu)闅潆姌O,另一電極變?yōu)檠蹼姌O,所以電解過程中,電解池的兩極重新組成伏打電池。這種伏打電池所產(chǎn)生的電流方向與通入電解池的電流方向相反。
電解過程中,電電解池的兩極自已組成個伏打電池,產(chǎn)生一個新的電動勢,其電流方向和進(jìn)行電解而外加電動勢所產(chǎn)生的電流方向相反。這個新的的電動勢叫做電解過程的反電壓。在理論上,反電壓應(yīng)等于由電解反應(yīng)的逆反應(yīng)所生成的伏打電池的電動勢,但實際上這兩個數(shù)值常不一樣,兩者之間的差別稱為超電壓。
影響超電壓的因素有以下幾點(diǎn):
①電極的材料;
②與析出物質(zhì)的形狀有關(guān):一般金屬物質(zhì)的超電壓很小,氣體物質(zhì)的超電壓較大;
③電流密度:一般規(guī)律是,電流密度增加時超電壓亦增加;
④溫度增高,超電壓減少;
⑤濃差極化越大,超電壓越大。
在電解過程中所需外加的最小電動勢稱為分解電壓。當(dāng)外加電壓小于分解電壓時,電解不能產(chǎn)生,只有微量電流通過電解池,這個電流叫殘余電流。
在電解過程中,電流通過溶液時,溶液的電阻要消耗部分電能。因此,電解過程中,外加電壓應(yīng)包括溶液內(nèi)阻所產(chǎn)生的電壓降。在電解過程中,加到電解池上的電壓和內(nèi)電阻,以及電極電位的關(guān)系為:
電解時外加電壓≥{ 分解電壓=Ea+EG=(Era-Wa)-(Erc-WG)
{ +
{ IR
Ea+EG= { 可逆電壓=Era-Erc
{ +
{ 超電壓=Wa+WG
式中Era及Erc依次為陽極和陰極的可逆電壓??赡骐妷菏歉鶕?jù)溶液中氧化態(tài)和還原態(tài)的濃度用勒恩斯特方程式計算出來的電極電壓。Ea、EG。分別代表陽極和陰極實際電壓。