《第3章电解合成PPT讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章电解合成PPT讲稿.ppt（56页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第第3章章电解解合合成成第1页，共56页，编辑于2022年，星期一1799年Volta用锌片与铜片和H2SO4构成的电堆，世界第一个化学电源。1800年Nichoson和Carlisle利用Volta电堆进行电解水。1803年俄罗斯学者发明了电弧。1807年Sir Humphry Davy用电解法析出钾和钠。1870年电动机的发明推动了电化学工业和电化学理论工作的进展。19世纪70年代亥姆霍兹（Helmholtz）首次提出了双电层的概念。1887年阿伦尼乌斯（Arrhenius）提出了电离学说。1889年能斯特（Nernst）建立了电极电位的理论。1905年塔菲尔（Tafel）提出了电化学动力
2、学的第一个定律-塔菲尔公式。1923年，Debye-Hckel的电解质溶液理论，1924年Stern构建的双电层模型。BDM双电层模型提出。3.1 电解合成发展电解合成发展2第2页，共56页，编辑于2022年，星期一3.1 电解合成发展电解合成发展电解合成的特点电解合成的特点n 调节电极电位，控制电极反应速度；n 控制电极电位和选择适当的电极、溶剂使反应按所希望的方向进行，故反应选择性高，副反应较少，可制备出许多特定价态的化合物；n 反应体系中不含其他反应试剂，产物不会被污染，容易分离和收集，因此可得到收率和纯度都较高的产品。n 电化学过程的电参数（电流、电压）便于数据采集、过程自动化与控制。
3、3第3页，共56页，编辑于2022年，星期一3.1 电解合成发展电解合成发展电解合成的存在的不足电解合成的存在的不足n 耗电量大；n 电解槽结构复杂；n 电极活性物质寿命短；n 生产管理和技术水平要求高。4第4页，共56页，编辑于2022年，星期一电解液按其组成电解液按其组成及结构分类及结构分类电解质溶液电解质溶液熔融电解质熔融电解质非电解质水非电解质水溶液溶液溶剂溶剂不同不同电解质水电解质水溶液溶液3.2 电解合成原理电解合成原理一、电解合成的理论基础一、电解合成的理论基础1、电解质溶液的基本性质、电解质溶液的基本性质5第5页，共56页，编辑于2022年，星期一（1）电解质溶液的电导 电解质
4、溶液的导电是由于电场中离子定向移动的结果，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，其导电能力大小用电导（电阻的倒数）表示。a.电导电导(G)及电导率及电导率(K)电导率的物理意义物理意义是电极面积各为1cm2，两电极相距1cm时溶液的电导，其数值与电解质种类、溶液浓度及温度等因素有关。6第6页，共56页，编辑于2022年，星期一 不同种类的电解质，由于其正负离子的电量及其运动速度不同，而使其导电能力不同，即导电率不同。物质物质/-1-1-1-1物质物质/-1-1-1-1金属金属CuCu5.65.610105 5超导超导10102020AlAl3.53.510105 5石墨石墨2.52.510102 2
5、PtPt1.01.010105 5半导体半导体(Si)(Si)0.010.01PbPb4.54.510104 4绝缘体绝缘体水水1010-7-7TiTi1.81.810104 4玻璃玻璃1010-14-14HgHg1.01.010104 4云母云母1010-16-16表3.1第一类导体、超导体、绝缘体电导率（25）（1）电解质溶液的电导7第7页，共56页，编辑于2022年，星期一n强电解质与弱电解质溶液的电导率随浓度的变化规律有所不同，强酸和强碱的电导率最大，盐类次之。n不论强、弱电解质，浓度增大时，电导率均呈现先增加后降低的趋势。在一定浓度范围内，随着电解质溶液浓度的增加，电解质溶液中导电质
6、点数量的增加占主导，因而溶液的电导率随之增加；当浓度增加到一定程度后，由于溶液中离子间的距离减小，相互作用增强，使离子运动速度减小，电导率下降。电解质溶液的浓度对电解质溶液的浓度对电导率的影响电导率的影响（1）电解质溶液的电导8第8页，共56页，编辑于2022年，星期一b.摩尔电导摩尔电导(m)定定义义：当距离为单位长度（1m）的平行电极间含有1mol电解质的溶液时，该溶液具有的电导称为溶液摩尔电导(m)。（1）电解质溶液的电导式中，m为摩尔电导，-1m2mol-1；为电导率，-1m-1；Vm为含有1mol电解质的溶液体积，m3mol-1；c为电解质溶液浓度，mol m-3。9第9页，共56页
7、，编辑于2022年，星期一由图可见，强酸的电导率比较大，强碱次之，盐类较低，至于弱电解质乙酸的电导率就很低了。溶液电导率与浓度的关系（18）溶液摩尔电导与浓度的关系（25）（1）电解质溶液的电导10第10页，共56页，编辑于2022年，星期一科尔劳奇（科尔劳奇（Kohlrausch）离子独立移动规律）离子独立移动规律：电解质的极限摩尔电导等于阳离子的极限摩尔电导与阴离子的极限摩尔电导之和。该规律揭示了在无限稀释电解质溶液中，阴、阳离子彼此独立，互不干扰。任意浓度的电解质溶液中摩尔电导和极限摩尔电导之比叫电导比（即弱电解质的离解度）（2）离子独立移动规律11第11页，共56页，编辑于2022年，
8、星期一离子电迁移率或叫离子淌度离子电迁移率或叫离子淌度(U)：在单位电场强度（即单位电位梯度）下离子移动的速度。H H+和OHOH-是极限电迁移率最高的阳离子和阴离子。（3）离子电迁移率和迁移数各离子的迁移数各离子的迁移数：当有电流通过电解质溶液时，移向阴极的阳离子和移向阳极的阴离子所分担的输送电量比例。tt1(溶液中存在多种离子时)12第12页，共56页，编辑于2022年，星期一 对于强电解质溶液，通常用表观浓度-活度来代替浓度。根据定义，电解质的活度a与阳离子活度a+、阴离子活度a-及平均离子活度a的关系如下：（4）活度和活度系数平均活度系数13第13页，共56页，编辑于2022年，星期一
9、电动势和理论分解电压电动势和理论分解电压电动势电动势：在一个电化学反应器中，当无电流通过时，两电极之间自发产生的电位差。理论分解电压理论分解电压：对电解池来说，电动势是电解反应所需的最低电压值。3.2 电解合成原理电解合成原理一、电解合成的理论基础一、电解合成的理论基础2、电化学热力学、电化学热力学14第14页，共56页，编辑于2022年，星期一电极电位和标准电极电位电极电位和标准电极电位电极电位电极电位：将一金属电极浸入到具有该金属离子的电解质溶液中，在金属和溶液的界面处产生的电位差。电极电位的绝对值无法测量，其值是相对于标准氢电极的电极电势为零时的相对量。奈斯特（奈斯特（Nernst）公式
10、）公式：3.2 电解合成原理电解合成原理一、电解合成的理论基础一、电解合成的理论基础2、电化学热力学、电化学热力学15第15页，共56页，编辑于2022年，星期一电极反应电极反应：作为一种界面反应，是直接在“电极/溶液”界面上实现的。“电极/溶液”界面性质对电极反应的动力学行为影响很大。3.2 电解合成原理电解合成原理一、电解合成的理论基础一、电解合成的理论基础3、电化学动力学、电化学动力学“电极/溶液”界面对电极反应动力学性质的影响因素“电场因素”“化学因素”电极材料的化学性质与表面状态。“电极/溶液”界面上的电场强度16第16页，共56页，编辑于2022年，星期一（1）界面荷电层的形成界面
11、荷电层按照界面荷电层按照形成机理可分为形成机理可分为界面两侧之间界面两侧之间的电荷转移的电荷转移离子特性吸附离子特性吸附形成分布于溶液形成分布于溶液一侧的荷电层一侧的荷电层偶极子的偶极子的定向排列定向排列17第17页，共56页，编辑于2022年，星期一v（a）由于静电作用和离子的热运动，离子双电层的特性具有双重性，即分散性（分散层，厚度小至忽略）和紧密性（紧密层，厚度约几个）。（2）“电极/溶液”界面结构模型双电层模型金属电极一侧紧密层分散层18第18页，共56页，编辑于2022年，星期一v（b）紧密层的结构与离子的水化程度有关。无极阳离子水化程度高，四周具有完整的水化膜，因而离子不可能直接吸
12、附在电极表面，紧密层较厚，称为外外紧紧密密层层；而无极阴离子水化程度低，容易失去水化膜，部分可直接吸附在电极表面，形成很薄的紧密层，称为内紧密层内紧密层。（2）“电极/溶液”界面结构模型双电层模型19第19页，共56页，编辑于2022年，星期一v（c）分散层是由于离子热运动引起的，其厚度及电位分布只与电解质溶液的浓度、温度、电解质价态及分散层中的剩余电荷有关，而与离子特性无关。（2）“电极/溶液”界面结构模型双电层模型v（d）分电极与溶液界面的电位差为 ，可将其分为两部分，即分散层电位()和紧密层电位()。20第20页，共56页，编辑于2022年，星期一v（a）若表面活性粒子本身不参加电极反应
13、，则吸附后将改变电极表面状态及界面层中的电位分布，从而影响反应粒子的表面浓度及电极反应活化能。（3）“电极/溶液”界面吸附对电极反应动力学影响v（b）若反应粒子或反应产物在电极表面上吸附，则将直接影响到有关分步骤的动力学参数。21第21页，共56页，编辑于2022年，星期一通直流电后，离子作定向运动。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。3.2 电解合成原理电解合成原理二、电解合成的基本原理二、电解合成的基本原理1、电解原理、电解原理22第22页，共56页，编辑于2022年，星期一理论电解电压（能斯特方程）理论电解电压（能斯特方程）：1、2分别为还
14、原态和氧化态物质的活度。3.2 电解合成原理电解合成原理二、电解合成的基本原理二、电解合成的基本原理2、电解电压、电解电压实际分解电压实际分解电压：理论电解电压与超电压之和。分解电压若令外加电动势为E外，则有E可逆为电解过程中产生的原电池电动势；E电阻为电解池内溶液电阻产生的电压降（IR）；E不可逆为超电压部分（极化所致）。23第23页，共56页，编辑于2022年，星期一n浓浓差差过过电电位位：由于电解过程中电极上发生了化学反应，消耗了电解液中的有效成分，使得电极附近电解液的浓度和远离电极的电解液的浓度（本体浓度）发生差别所造成。n电电阻阻过过电电位位：由于电解过程中在电极表面形成一层氧化物的
15、薄膜或其它物质，对电流的通过产生阻力而引起的。n活活化化过过电电位位：由于在电极上进行的电化学反应速率往往不大，易产生电化学极化，从而引起过电位。在电极上有氢或氧形成时，活化过电位更为显著。3.2 电解合成原理电解合成原理二、电解合成的基本原理二、电解合成的基本原理3、电极上产生超电位的原因、电极上产生超电位的原因24第24页，共56页，编辑于2022年，星期一n电电极极材材料料：若以其他金属做阴极，要析出氢必须使电极电位较理论值更负。n析出物质的形态析出物质的形态：通常金属的超电压较小，气体物质的超电压较大。n电流密度电流密度：电流密度增大，超电压随之增大。3.2 电解合成原理电解合成原理二
16、、电解合成的基本原理二、电解合成的基本原理4、影响过电位的因素、影响过电位的因素25第25页，共56页，编辑于2022年，星期一n金属电极过程金属电极过程：包括金属电沉积和金属溶解。n气体电极过程气体电极过程：如电解盐酸溶液的阴、阳极反应。n电电解解氧氧化化还还原原过过程程：这里指的是除金属电极过程和气体电极过程以外的电解过程，而且其反应物通常都是可溶的。电还原过程是电活性物质从阴极上得到电子并转化为产物；而电氧化过程则分为不溶性阳极和可溶性阳极两种情况。3.2 电解合成原理电解合成原理二、电解合成的基本原理二、电解合成的基本原理5、电解过程、电解过程26第26页，共56页，编辑于2022年，
17、星期一如石墨层间化合物以及纳米粒子、薄膜、晶体。3.2 电解合成原理电解合成原理三、电解合成的适用范围三、电解合成的适用范围1、纳米材料、纳米材料2、电极材料、电极材料如锂离子电池电极材料。3、功能材料、功能材料4、超导材料、超导材料如分子筛、多孔膜。如富勒烯C60、超导薄膜。分子筛富勒烯27第27页，共56页，编辑于2022年，星期一进行电解的装置叫电化学反应器（电解池，电解槽，电解炉），其装置包括5部分：电源、阴极和阳极、电解容器、电压测量仪表、电流测量仪表。3.3 电解合成工艺电解合成工艺一、电解合成设备一、电解合成设备28第28页，共56页，编辑于2022年，星期一3.3 电解合成工艺
18、电解合成工艺一、电解合成设备一、电解合成设备1、电解槽的基本特征和要求、电解槽的基本特征和要求电解槽基本特征电解槽基本特征：n由两个电极（第一类导体）和电解质（第二类导体）构成。n由外部输入电能，在电极和电解液界面上发生电化学反应。n电解槽中发生的主要过程是电化学反应，包括电荷、质量、热量和动量的4种传递过程，服从电化学热力学、电极过程动力学及传递过程的基本规律。n一种特殊的化学反应器。29第29页，共56页，编辑于2022年，星期一3.3 电解合成工艺电解合成工艺一、电解合成设备一、电解合成设备1、电解槽的基本特征和要求、电解槽的基本特征和要求电解槽要求电解槽要求：n尽可能简单，如隔膜、搅拌
19、装置等可省去；n尽量使各个过程在电解槽内进行；n电极上的电位分布尽量均匀；n阴、阳两极之间的隔膜电阻尽可能少；n所用材料在电解液中长时间使用（如耐腐蚀好等）；n尽量保证电解槽传输过程通畅。30第30页，共56页，编辑于2022年，星期一3.3 电解合成工艺电解合成工艺一、电解合成设备一、电解合成设备2、电解槽的基本结构及材料、电解槽的基本结构及材料电极材料及选择电极材料及选择：n活性电极材料活性电极材料：使用活性金属阳极（称为反应剂）；n“惰惰性性”电电极极材材料料：作为反应物种进行电子传递反应和表面化学反应的场所。常用电极材料有金属与合金、碳质材料、金属氧化物及陶瓷材料。电极材料必须具有良好
20、的物理性质、化学稳定、机械稳定性及导电能力。31第31页，共56页，编辑于2022年，星期一3.3 电解合成工艺电解合成工艺一、电解合成设备一、电解合成设备2、电解槽的基本结构及材料、电解槽的基本结构及材料离子导体离子导体：n电解质溶液、熔盐(离子熔体)、固体电解质或超临界流体；n离子导体必须具有良好的稳定性和较高的电导率。32第32页，共56页，编辑于2022年，星期一3.3 电解合成工艺电解合成工艺一、电解合成设备一、电解合成设备2、电解槽的基本结构及材料、电解槽的基本结构及材料隔离器作用隔离器作用：n使极性不同的两个电极隔离，防止短路（包括防止由于电极上形成枝晶而引起的短路）；n阻止阳极
21、液与阴极液的混合，限制悬浮颗粒或胶体在两电极之间转移；n保存电极上的活性材料，防止它们碎裂和脱落。33第33页，共56页，编辑于2022年，星期一3.3 电解合成工艺电解合成工艺一、电解合成设备一、电解合成设备3、电解槽的分类、电解槽的分类实验室用电解槽实验室有电解槽实验室有电解槽：n玻璃吹制或塑料制成。34第34页，共56页，编辑于2022年，星期一3.3 电解合成工艺电解合成工艺一、电解合成设备一、电解合成设备3、电解槽的分类、电解槽的分类工业用电解槽工业用电解槽：n按结构分为箱式电解槽、压滤机式或板框式电解槽和特殊结构的电解槽。箱式电解槽广泛应用于工业电解、电镀、化学电源科研各个领域。n
22、按工作方式分为间歇式电解槽、柱塞流电解槽和连续搅拌箱式或返混式电解槽。35第35页，共56页，编辑于2022年，星期一3.3 电解合成工艺电解合成工艺二、电解合成工艺过程二、电解合成工艺过程1、电解合成术语、电解合成术语电流效率（电流效率（）：理论耗电量由法拉第定律计算，实际耗电量由实际的电流测定值与时间的乘积计算。由于有副反应发生，电流效率 1。电能耗电能耗：36第36页，共56页，编辑于2022年，星期一3.3 电解合成工艺电解合成工艺二、电解合成工艺过程二、电解合成工艺过程1、电解合成术语、电解合成术语电能效率（电能效率（）：时空产率时空产率：单位体积的电解槽在单位时间内所得到产物量。用
23、来表示电解槽的生产能力，即生产率的高低。它与电流密度、电流效率与电解槽单位体积内的电极面积的乘积成正比。37第37页，共56页，编辑于2022年，星期一3.3 电解合成工艺电解合成工艺二、电解合成工艺过程二、电解合成工艺过程2、电解合成工艺、电解合成工艺电极过程电极过程：n反应物粒子自溶液本体向电极表面传递反应物粒子自溶液本体向电极表面传递；n反应物粒子在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化；n在电极与溶液之间的界面上进行得失电子的电极反应在电极与溶液之间的界面上进行得失电子的电极反应；n电极反应产物在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化；n电极反应产物自电极表面向溶液本体传递电极反应
24、产物自电极表面向溶液本体传递。38第38页，共56页，编辑于2022年，星期一3.3 电解合成工艺电解合成工艺二、电解合成工艺过程二、电解合成工艺过程2、电解合成工艺、电解合成工艺工艺流程工艺流程：电解合成前处理、电解合成及电解合成后处理。n电解合成是最重要的步骤；n电解合成前后处理通常为净化、除湿、精制、分离等操作。39第39页，共56页，编辑于2022年，星期一3.3 电解合成工艺电解合成工艺二、电解合成工艺过程二、电解合成工艺过程2、电解合成工艺、电解合成工艺电解合成影响因素电解合成影响因素：n分解电压的大小：分解电压的大小：直接影响产物的纯度和电能效率，是决定电解过程的关键；n电流密度
25、大小电流密度大小：决定着电解过程进行的速度，还影响着阴极析出物的状态；n电极材料选用电极材料选用：选用电极材料除考虑不使产物污染之外，还应考虑超电位的大小。n电解液选用电解液选用：要求具有良好的性质，以保证高的电解效率；n电解温度高低电解温度高低：对电解液的电导影响大。40第40页，共56页，编辑于2022年，星期一3.4 水溶液电解和熔盐电解水溶液电解和熔盐电解一、水溶液中金属的电沉积一、水溶液中金属的电沉积金属电沉积原料金属电沉积原料：n用粗粗金金属属为原料作阳极进行电解，在阴极获得纯金属的电解提纯法；n以金属化合物金属化合物为原料，以不溶性阳极进行电解的电解提纯法。金属电沉积就是用水溶液
26、电解法提纯或提取金属。41第41页，共56页，编辑于2022年，星期一3.4 水溶液电解和熔盐电解水溶液电解和熔盐电解一、水溶液中金属的电沉积一、水溶液中金属的电沉积金属电沉积影响因素金属电沉积影响因素：n电解液的组成：要求含有一定浓度的欲得金属的离子，并且性质稳定；电导性能好；具有适于在阴极析出金属的pH值；能出现金属收率好的电沉积状态；尽可能少地产生有毒和有害气体。n电流密度：电流密度较低时不去形成新核，生成大的晶状沉淀物；电流密度较高促进核的生成，生成微晶；电流密度很高时晶体朝金属离子密集处生长，生成树状或团粒状晶体并导致H2析出。n温度：影响不尽相同，不易预计。n添加剂和络合剂：改善沉
27、积物状态。42第42页，共56页，编辑于2022年，星期一3.4 水溶液电解和熔盐电解水溶液电解和熔盐电解一、水溶液中金属的电沉积一、水溶液中金属的电沉积金属电沉积装置金属电沉积装置：n由阳极、阴极和隔膜构成的电解槽。n电解提纯金属时，阳极为提纯金属的粗制品。n导线宜用同种。n设计阴极时，一般要使其面积比阳极面积大一圈（10%20%）的电极。这是为了防止电流的分布集中在电极边缘和使阴极的电流分布均衡。43第43页，共56页，编辑于2022年，星期一3.4 水溶液电解和熔盐电解水溶液电解和熔盐电解一、水溶液中金属的电沉积一、水溶液中金属的电沉积金属电沉积优点金属电沉积优点：n从多种金属盐的混合物
28、中能分离沉积出纯金属。n通过控制电解条件可以制得不同聚集状态的金属。n可制备金属间合金、金属镀层和膜。44第44页，共56页，编辑于2022年，星期一3.4 水溶液电解和熔盐电解水溶液电解和熔盐电解二、熔盐电解概述二、熔盐电解概述熔盐电解应用熔盐电解应用：n制取不能从相应盐类的水溶液中获得的极为活泼金属。n还可以进行金属精炼、合金制取、化合物的合成以及表面处理等。45第45页，共56页，编辑于2022年，星期一3.4 水溶液电解和熔盐电解水溶液电解和熔盐电解二、熔盐电解概述二、熔盐电解概述熔盐电化学特点熔盐电化学特点：n熔盐电解质形成条件和状态、结构与电解质水溶液大不相同，其理化性质应另行研究
29、。n高温条件使熔盐电极过程在热力学及动力学方面都另具特点。n熔盐电解可以在远远高于水溶液电解的电流密度下进行。n金属与熔盐的相互作用导致金属的熔解。n高温还对电解槽的材料和结构提出了特殊要求。46第46页，共56页，编辑于2022年，星期一3.4 水溶液电解和熔盐电解水溶液电解和熔盐电解三、熔盐特性三、熔盐特性n高温离子熔盐对其它物质具有非凡的溶解能力。n熔盐中的离子浓度高、粘度低、扩散快、导电率大，从而使高温化学反应过程中传质、传热、传能速率快、效率高。n金属/熔盐离子电极界面间的交换电流i0特别高。n常用熔盐作为溶剂，用于电解制备金属等。n不少熔盐在一定温度范围内具有良好的热稳定性。n熔盐
30、的热容量大、贮热和导热性能好。n某些熔盐耐辐射。n 熔盐的腐蚀性较强。47第47页，共56页，编辑于2022年，星期一3.4 水溶液电解和熔盐电解水溶液电解和熔盐电解四、常见熔盐主要物化性质四、常见熔盐主要物化性质n熔熔点点：电解质由固态转变为液态的温度（结晶温度）。它决定了熔盐电解的温度，且实际的熔盐电解制备过程多采用混合熔盐。n粘粘度度：流动性低、粘度大的熔盐，金属液滴不易从其中分离出来，就不能应用于金属的电解和熔炼工业n电导率电导率：通常力求增加其电导率，降低槽压及能耗。n蒸蒸汽汽压压：蒸汽压高，熔盐愈易挥发，电解损失大，还造成车间环境污染，不利于生产。48第48页，共56页，编辑于20
31、22年，星期一3.4 水溶液电解和熔盐电解水溶液电解和熔盐电解五、电化次序五、电化次序n熔盐电解难以建立一个通用的电位序，各种熔盐在不同的溶剂中可能有不同的电位序。六、阳极效应六、阳极效应指端电压急剧升高，电流则强烈下降，同时电解质与电极之间呈现润湿不良现象。阳极效应只有在电流密度超过一“临界电流密度”后才能发生。49第49页，共56页，编辑于2022年，星期一3.5 应用实例应用实例一、氯碱生产一、氯碱生产n通过电解食盐水获得氯气和苛性碱（即氢氧化钠）的过程。2NaCl+2H2OCl2+H2+2NaOH n氯碱生产的技术关键是使阴、阳极反应的产物隔离，以免发生各种副反应和次级反应而造成电能损
32、失、产量下降和产品品质劣化，甚至引起爆炸等安全事故。根据产物隔离的方法，现代氯碱技术分为隔膜法、离子膜法和水银法（汞阴极法）。50第50页，共56页，编辑于2022年，星期一3.5 应用实例应用实例一、氯碱生产一、氯碱生产氯碱生产的隔膜法（a）膈膜法（b）离子膜法（c）水银法51第51页，共56页，编辑于2022年，星期一3.5 应用实例应用实例二、熔盐电解制备铝二、熔盐电解制备铝铝电解电化学体系铝电解电化学体系：n由电极（阳极碳电极，阴极为液态铝阳极碳电极，阴极为液态铝）和熔融电解质熔融电解质组成。n电解质主要成分是冰晶石与氧化铝组成的熔融混合物。n电解质中加入添加剂（AlF3、LiF、Ca
33、F2和MgF2等）会改变电解质的物理化学性质。52第52页，共56页，编辑于2022年，星期一3.5 应用实例应用实例二、熔盐电解制备铝二、熔盐电解制备铝铝电解电极过程铝电解电极过程：n阳极过程阳极过程：C+2O2-4eCO2（理论）（理论）2Al2O2F42-+C-4eCO2+2Al2OF4（实际）（实际）n阴极过程阴极过程：Al3+3eAl(液液)（理论）AlF63-+3eAl+6F-AlF53-+3eAl+5F-（实际）（实际）AlF43-+3eAl+4F-Na+eNa 53第53页，共56页，编辑于2022年，星期一3.5 应用实例应用实例二、熔盐电解制备铝二、熔盐电解制备铝铝电解阳极
34、效应特征铝电解阳极效应特征：n在阳极效应产生时，电解质停止沸腾；n阴极表面层出现电子放电，产生电火花；n槽电压突然升高，增幅从几伏到几十伏；n产生阳极效应时，槽电压的噪声频率增大；n在较高的效应电压下，时常听到噼啪声；n阳极上有CF4和C2F6碳氟化合物气体生成；n电解质熔体和阳极被加热，温度升高并有大量氟化盐气体挥发出来；n发生局部阳极效应；n局部阳极效应是整个电解槽出现阳极效应的前奏；n向电解质中添加氧化铝或向阳极底部鼓入空气，可使阳极效应熄灭。54第54页，共56页，编辑于2022年，星期一3.5 应用实例应用实例三、高速溅射电沉积纳米晶三、高速溅射电沉积纳米晶Ni-Co合金合金实验装置
35、实验装置：n由恒温水浴槽、电解液循环系统、YJ-56双路直流稳压电源组成；溅射电沉积溅射电沉积Co-NiCo-Ni合金的装置示意图合金的装置示意图(1)阴极线;(2)阳极线;(3)温度计;(4)电沉积室;(5)电解液输出;(6)高速溅射电解液;(7)喷嘴;(8)钛管;(9)离心泵;(10)过滤泵;(11)流量计;(12)控制器;(13)电解液循环系统;(14)恒温水浴槽;(15)蒸馏水;(16)电解液;(17)阳极;(18)钴阳极;(19)镍阳极;(20)PVC管.55第55页，共56页，编辑于2022年，星期一3.5 应用实例应用实例三、高速溅射电沉积纳米晶三、高速溅射电沉积纳米晶Ni-Co合金合金电解液组成电解液组成：n氯化物离子：有助于防止阳极钝化、减轻阳极溶解；n糖精：减小阴极沉淀的颗粒的内应力，提高纯度；n硼酸：作为缓冲剂；n硫酸：使电解液的pH值保持在3.1合金沉淀合金沉淀：n采用喷射电沉积得到Co-Ni合金；n所以的喷射电沉积时间都是10-15分钟。56第56页，共56页，编辑于2022年，星期一