应用电化学课件第5章.ppt

应用电化学电子教案—第五章 学习内容与任务 第五章 无机物的电解工业 §5.1 概述 §5.1 概述 §5.1 概述 §5.1 概述 §5.1 概述 §5.1 概述 §5.1 概述 §5.2 氯碱工业 §5.2 氯碱工业 §5.2.1 隔膜槽电解法 §5.2.1 隔膜槽电解法 §5.2.1 隔膜槽电解法 §5.2.1 隔膜槽电解法 §5.2.1 隔膜槽电解法 §5.2.1 隔膜槽电解法 §5.2.1 隔膜槽电解法 §5.2.1 隔膜槽电解法 §5.3 氯酸盐和高氯酸盐的电合成 §5.3.1 氯酸钠 §5.3.1 氯酸钠 §5.3.1 氯酸钠 §5.3.2 高氯酸盐 §5.5 电解法生产过氧化氢 §5.5 电解法生产过氧化氢 §5.5 电解法生产过氧化氢 §5.5 电解法生产过氧化氢 §5.5 电解法生产过氧化氢 §5.6 水的电解 §5.6 水的电解 §5.6 水的电解 参考资料 1. 电解法 （1）原理：在酸性溶液中电解： 阴极： 2H+ + 2e →H2 ψθ= 0.0V 阳极： H2O →?O2 + 2H+ +2e ψθ= 1.23V 在碱性溶液中电解： 阴极： 2H2O + 2e →H2 + 2OH– ψθ= –0.83V 阳极： 2OH– →?O2 + H2O +2e ψθ= 0.4V 两种情况下的总反应均为： H2O →H2 + ?O2 ψθ= 1.23V （2）槽电压：V = ψe +ηA+ηC + IRsol + IRcircuit 2. 光电化学电池电解水 （1）半导体空间电荷层结构 Ec Ev 半导体 e h hυ 图5.2 半导体空间电荷层结构图 上一内容 下一内容 回主目录 返回 * 上次课复习：电化学原理在工业上的应用，由在化工中经常使用的化学试剂的来源引入本次课程内容 教学要求：了解电解合成法的优缺点，掌握电解合成中的基本概念和术语，掌握氯碱工业中的电解反应和原理，了解电解槽构造 重点：电解合成中的基本概念和术语，氯碱工业中的电解反应和原理 难点：氯碱工业中的电解槽构造 课后作业：课后习题25、27、30 §5.1 概述 §5.2 氯碱工业 §5.3 氯酸盐和高氯酸盐的电合成 §5.4 锰化合物的电解合成（自学） §5.5 电解法生产过氧化氢 §5.6 水的电解 1. 电解合成法的优点 （1）许多用化学合成法不能生产的物质，往往可用电解合成法生产。它通过调节电位的方法，给在电极上发生的分子提供足够的能量，因而可以生产某些氧化性或还原性很强的物质。若采用非水溶剂或熔盐电解，则阳极电位可达+3V，阴极电位可达–3V。 （2）可在常温常压下进行，电合成主要通过调节电位区改变反应的活化能，据计算，超电势改变1V，可使反应活化能降低40kJ·mol–1左右，从而使反应速率增加约107倍。如果通过升温的办法达到此目的，则必须把温度从室 温升高300K以上。因此，一般的电化学工业过程均可在常温常压下进行。 （3）易控制反应的方向。通过控制电势，选择适当的电极等方法，易实现电解反应的控制，避免副反应，得到所希望的产品。 （4）环境污染少，产品纯净。电合成中一般不外加化学氧化剂或还原剂，杂质少，产品纯。且化学工业易实现自动、连续、密闭生产，对环境造成的污染少。 2. 电化学合成的不足 （1）消耗大量电能。例如每生产1吨铝耗电18500kW·h生产1吨氢氧化钠耗电3150kW·h，电解锌每吨耗电6000kW·h。故在电能供给不足的地区难以大规模发展电化学生产工艺。 （2）占用厂房面积大。由于生产中要同时用许多电解槽，一些前处理还要占用厂房等。另外，要实现各槽在相同条件下运行，需较高的技术水平和管理水平。 （3）有些电解槽结构复杂，电极间电器绝缘，隔膜的制造、保护和调换比较困难。 （4）电极易受污染，活性不易维持，阳极尤易受到腐蚀。 3. 几个重要的基本概念和术语 （1）电流效率ηI与电能效率ηE ηI = (Q/Qr) ×100% Q：理论电量，Qr：实际消耗电量 Q = (m/M) ×zF Qr = It 电流效率ηI是制取一定量物质所必需的理论消耗电量与实际消耗电量的比值： 电能效率ηE是为获得一定量产品，根据热力学计算所需的理论能耗与实际能耗之比。电功W等于电压V和电量Q的乘积，即： W = V·Q 理论能耗为理论分解电压Ee和理论电量Q的乘积，即： W = Ee · (m/M)zF 实际能耗Wr为实际槽电压V与实际消耗电量Qr的乘积，即 Wr = V·Qr