電解一定量物質(zhì)與電解時所需電量的關(guān)系可用法拉第電解定律表示:
①電解時,某物質(zhì)在電極上所析出之量與通過該體系的電量成正比。
②在各種不同電解質(zhì)溶液中,通過等量的電流時,所沉積的各種物質(zhì)的量與各該物質(zhì)的化學(xué)量成正比。通過96500庫侖的電量(稱為1法拉第的電量)可析出一克當(dāng)量的任何物質(zhì).
當(dāng)某一金屬離子用電解法來測定時,必須考慮到其他金屬離子的干擾問題。
若兩種金屬離子的還原電位相差較大,可用電解法使兩金屬分離。例如在硝酸鹽溶液中含有0.01克分子的銀離子和1.0克分子的銅離子,則銀離子由此溶液開始析析出時,銀極的電位(Ag的超電壓很小,可以不計)為:
E=E0+0.0591log[Ag+]=0.80+0.0591log0.01=0.682伏特
若溶液中的(H)=1M,氧極的超電壓為0.47伏特,此時氧極的電位為1.23+0.47=1.70伏特。
電解開始,電解池的反電壓為1.70-0.682=1.02伏特。
當(dāng)外加電壓大于1.02伏特時,Ag+開始在陰極上析出。當(dāng)〔Ag+〕降低到極小時如10-7克分子時,其銀極電位為
E=E0+0.0591log10-7=0.800-0.414=0.386伏特
此時電解池反電壓為
E=1.70-0.386=1.31伏特
銅開始由1MCu2+溶液中析出時,銅電極電位為
Ecu=E0+0.0591/2 log〔Cu2+)=0.345+0.0591/2 log1=0.345伏特
銅析出時的分解電壓:
1.70-0.345=1.35伏特[設(shè)〔H+)=1M]
所以,當(dāng)外加電壓為1.02伏特時,銀開始析出。當(dāng)外壓加到1.31伏特時、銀已基本上析出完了,而銅還未析出(?1.35伏特>1.31伏特),從而達(dá)到銀和銅離子的分離目的。
實際上最重要的電解分離,是在酸性(或中性)溶液中測定金屬。而該金屬應(yīng)是位于氧化還原電位表中在氫以下的金屬。但實際上并不完全如此,由于氫只有在鍍鉑黑的鉑電極上的超電壓很小時才開始析出y若用其他金屬電極,則氫在金屬電極上的超電壓壓很大(超電壓的大小決定于作電極金屬的性質(zhì),物理狀態(tài),電流密度以及溫度等)。溶液中氫離子的濃度也影響氫電極的還原電位,即使在鍍鉑黑的鉑電極,若在中性溶液中(pH=7)析出氫,氫電極的電位至少應(yīng)為-0.414伏特,即
EH=0.000+0.0591log10-7
在堿性溶液中〔H+〕更低,氫的析出更困難難。這就是說,有電極活性的(即能在電極上發(fā)生反應(yīng)的)金屬如鋅,亦能在氫氣未放出以前,完全由其堿性溶液中析出。這是由于氫離子濃度的降低和金屬電極上氫的超電壓很大所致.
一般說來,若不考慮金屬超電壓(注意:電流密度不能過大),則使二種金屬離子滿意地分離必須滿足以下條件:
①二種離子均為一價時,甲離子的還原電位必須較乙離子為正,其數(shù)值相差在0.35伏特以上;對二價金屬離子,其數(shù)值相差至少約為0.2伏特(甲離子析出,乙離子留于溶液中);
②兩種金屬必須不生成放熱性的 或汞齊;
③金屬可以在不同的電極上分離。例如鉛錳及鈷可生成高價的氧化物,在陽極上析出。