电解——作用原理、目的和应用
电解过程
电解在有色金属冶金和许多化学工业中很普遍。铝、锌、镁等金属主要通过电解获得。此外，电解还用于提炼（提纯）铜、镍、铅，以及生产氢气、氧气、氯气和许多其他化学品。
电解的本质是当直流电通过电解槽时，物质颗粒从电解液中分离出来，并沉积在浸入电解槽中的电极上（电萃取），或者当物质通过电解液从一个电极转移到另一个电极时（电解精炼）。在这两种情况下，过程的目标都是获得未被杂质污染的最纯净的物质。
相比之下 电子电导率 电解质中的金属（盐、酸和碱在水中和某些其他溶剂以及熔融化合物中的溶液），观察到离子电导率。
电解质是第二类导体。在这些溶液和熔体中，会发生电解解离——带正电和带负电的离子分解。
如果将连接到电源的电极放置在带有电解质的容器中 - 电解槽，那么离子电流将开始在其中流动，带正电的离子 - 阳离子将移动到阴极（主要是金属和氢)，以及带负电的离子——阴离子（氯、氧）——到阳极。
在阳极，阴离子失去电荷并变成中性粒子并沉积在电极上。在阴极，阳离子从电极获取电子并被中和，沉淀在电极上，以气泡形式释放到电极上的气体上升。
米。 1.电解过程。电浴电路：1—电槽，2—电解液，3—阳极，4—阴极，5—电源
外电路中的电流是电子从阳极到阴极的运动（图 1）。在这种情况下，溶液被耗尽，为了保持电解过程的连续性，必须对其进行富集。这就是从电解质中提取某些物质的方式（电提取）。
如果将电极放置在含有相同物质离子的溶液中，则在电极和溶液之间的特定电势下，电极既不会溶解，也不会从溶液中沉积物质。
这种电位称为物质的正常电位。如果向电极施加更负的电势，则会开始释放物质（阴极过程），但如果施加更正的电势，则会开始溶解（阳极过程）。
正常电位的值取决于离子浓度和温度。人们普遍认为氢的正常电势为零。表1显示了一些物质水溶液在+25℃时的标准电极电位。
表 1. + 25 °C 时的正常电极电位
如果电解液中含有不同金属的离子，则负法线电位较低的离子（铜、银、铅、镍）首先在阴极分离；碱土金属是最难分离的。此外，水溶液中始终存在氢离子，比所有具有负法向电位的金属更早释放氢离子，因此后者在电解过程中，有相当一部分甚至大部分的能量都花在了氢离子的释放上。 .
借助特殊措施，可以在一定限度内防止氢气的产生，但不能通过电解获得正常电位低于 1 V 的金属（例如，镁、铝、碱土金属）水溶液。它们是通过分解这些金属的熔盐获得的。
表中所示物质的正常电极电位。1, 在电解过程开始时是最小的，实际上，过程的发展需要大的电位值。
电解时电极的实际电位与其正常电位之间的差值称为过电压。它增加了电解过程中的能量损失。
另一方面，增加氢离子的过电压使其难以在阴极释放，这使得通过电解从水溶液中获得许多比氢负性更强的金属成为可能，例如铅，锡，镍、钴、铬甚至锌。这是通过在电极上增加电流密度以及将某些物质引入电解质中来进行该过程来实现的。
电解过程中阴极和阳极反应的过程由以下两个法拉第定律决定。
1、电解时物质在阴极释放或从阳极传递到电解液的质量md与通过电解液的电量Azτ成正比：me=α/τ，这里a是该物质的电化学当量， GC。
2、等量电量电解时放出物质的质量与物质A的原子质量成正比，与其化合价n成反比：mNS = A / 96480n，这里96480是法拉第数，C x mol -1。
这样，一种物质的电化学当量α=A/96480n就代表了单位电量通过电解槽所释放的物质的质量，单位为克——库仑（安培秒）。
对于铜 A=63.54，n=2，α=63.54/96480-2=0.000329 g/C，对于镍 α=0.000304 g/C，对于锌 α=0.00034 g/C
物质实际释放的质量与其根据法拉第定律应释放的质量之比称为该物质的电流产率η1。
因此，对于一个真实的过程 mNS = η1 NS (A / 96480n) NS 它
自然地，总是 η1
电流效率显着取决于电极的电流密度。随着电极电流密度的增加，电流效率增加，工艺效率增加。
提供给电解槽的电压 Uel 包括：击穿电压 Ep（阳极和阴极反应的电位差）、阳极和阴极过电压的总和、电解液中的电压降 Ep、电解液中的电压降 Ue = IRep（Rep — 电解电阻），轮胎、触点、电极中的电压降 Uc = I(Rw +Rto +RNS)。我们得到：Uel = Ep + Ep + Ue + Us。
电解时消耗的功率等于：Rel = IUmail = I(Ep + Ep + Ue + Uc)
在这种能量中，只有第一部分用于进行反应，其余部分是该过程的热损失。仅在熔融盐的电解过程中，电解质 IUe 中释放的部分热量才得到有效利用，因为它用于熔化电解槽中装入的盐。
电解槽的效率可以通过每消耗 1 焦耳电量所释放的物质质量（以克为单位）来估算。这个值称为物质的能量产率，可以通过表达式qe = (αη1) /Uel100求出，这里α——物质的电化学当量，g/C，η1——电流输出，Uemail——电解电压细胞，V.