电解原理及分析.pdfVIP

电解原理

电解(Electrolysis)是将电流通过电解质溶液或熔融态电解质，(又

称电解液)，在阴极和阳极上引起氧化还原反应的过程，电化学电池在

外加直流电压时可发生电解过程。

概述

电流通过物质而引起化学变化的过程。化学变化是物质失去或获

得电子(氧化或还原)的过程。电解过程是在电解池中进行的。电解池

是由分别浸没在含有正、负离子的溶液中的阴、阳两个电极构成。电

流流进负电极(阴极)，溶液中带正电荷的正离子迁移到阴极，并与电

子结合，变成中性的元素或分子;带负电荷的负离子迁移到另一电极(阳

极)，给出电子，变成中性元素或分子。

简介

电解池:将电能转化为化学能的装置叫电解池。电解池构成三要素:

直流电源、电极(阴阳极)电解质溶液(或熔融电解质)

将直流电通过电解质溶液或熔体，使电解质在电极上发生化学反

应，以制备所需产品的反应过程。电解过程必须具备电解质、电解槽、

直流电供给系统、分析控制系统和对产品的分离回收装置。电解过程

应当尽可能采用较低成本的原料，提高反应的选择性，减少副产物的

生成，缩短生产工序，便于产品的回收和净化。电解过程已广泛用于

有色金属冶炼、氯碱和无机盐生产以及有机化学工业。

1807年，英国科学家H.戴维将熔融苛性碱进行电解制取钾、钠，

1

从而为获得高纯度物质开拓了新的领域。1833年，英国物理学家M.

法拉第提出了电化学当量定律(即法拉第第一、第二定律)。1886年美

国工业化学家C.M.霍尔电解制铝成功。1890年，第一个电解氯化钾

制取氯气的工厂在德国投产。1893年，开始使用隔膜电解法，用食盐

溶液制烧碱。1897年，水银电解法制烧碱实现工业化。至此，电解法

成为化学工业和冶金工业中的一种重要生产方法。1937年，阿特拉斯

化学工业公司实现了用电解法由葡萄糖生产山梨醇及甘露糖醇的工业

化，这是第一个大规模用电解法生产有机化学品的过程。1969年又开

发了由丙烯腈电解二聚生产己二腈的工艺。

电解原理介绍

电解质中的离子常处于无秩序的运动中，通直流电后,离子作定向

运动(图1)。阳离子向阴极移动，在阴极得到电子，被还原;阴离子向

阳极移动，在阳极失去电子，被氧化。在水电解过程中，OH在阳极

失去电子,被氧化成氧气放出;H在阴极得到电子，被还原成氢气放出。

所得到的氧气和氢气，即为水电解过程的产品。电解时，在电极上析

出的产物与电解质溶液之间形成电池，其电动势在数值上等于电解质

的理论电解电压。此理论电解电压可由能斯特方程计算:

式中E0为标准电极电位(R为气体常数，等于8.314J/(Kmol);T·

为温度(K);n为电极反应中得失电子数;F为法拉第常数，等于

96500C/mol;α1、α2分别为还原态和氧化态物质的活度。整个电解

过程的理论电解电压为两个电极理论电解电压之差。

在水溶液电解时，究竟是电解质电离的正负离子还是水电离的H

和OH离子在电极上放电,需视在该电解条件下的实际电解电压的高低

2

而定。实际电解电压为理论电解电压与超电压之和。影响超电压的因

素很多，有电极材料和电极间距、电解液温度、浓度、pH等。例如:

在氯碱生产过程中,浓的食盐水溶液用碳电极电解时,阴极上放出氢气，

同时产生氢氧化钠，阳极放出氯气;稀的食盐水溶液电解时，阴极放出

氢气，同时产生氢氧化钠，阳极放出氧气，同时产生盐酸。

电解原理分析

[以氯化铜(CuCl2)溶液的电解为例]

CuCl2是强电解质且易溶于水，在水溶液中电离生成Cu和Cl。

CuCl2===Cu+2Cl

通电前，Cu和Cl在水里自由地移动着;通电后，这些自由移动着

的离子，在电场作用下，改作定向移动。溶液中带正电的Cu