文档介绍：西南民族大学
化学与环境保护工程学院
化工分离技术
刘东
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第6章电化学分离法
自发电沉积
电解分离法
电泳分离法
电渗析分离法
化学修饰电极分离富集法
溶出伏安法
控制电位库仑分离法
电化学分离法
电化学分离的特点:
操作简单,往往可同时进行多种试样的分离;
除消耗一定电能外,化学试剂消耗少,放射性污物少;
分离速度比较快(除自发电沉积和电渗析),尤其高压电泳,即使复杂样品也能快速分离。
基于原子或分子的氧化还原性质以及离子的带电性质和行为的化学分离方法。
自发电沉积23/4-10
自发电沉积(电化学置换):一种元素的离子自发地沉积在另一种金属电极上的过程。
理论上,(还原)电极电势小的金属能置换出电极电势大的另一种金属离子。
实际上,离子活度、配体的存在等会影响(条件)电极电势。如210Po(Eo=+)可以自发电沉积在银片上( EAg+/Ag=+),而且产额很高。
自发电沉积的应用
钋(Po)是一种放射性的极毒元素。
Po难分离:Po的化学行为相当复杂;容易形成胶体;即使在弱酸性介质中也容易吸附在器皿、尘埃或沉淀上。
自发电沉积分离Po:简单、有效。仍广泛地用于Po的人工制备、天然放射性Po的分离分析。
实际样品中Po的沉积:沉积前除去所含氧化剂或有机物;为缩短沉积时间,减少干扰,可预先沉淀富集Po。
当温度70oC以上,沉积数小时,Po沉积率可达80%以上。
已用于生物、人尿、头发、矿石等试样中Po的分析。
电解分离法
电解:借外电源的作用使化学反应向着非自发方向进行的过程。外加直流电压于电解池的两个电极上,改变电极电势,使电解质在电极上发生氧化还原反应,电解池中通过电流的过程称为电解。
电解法应用广泛。如氯碱工业中电解食盐水制烧碱、氯气和氢气;冶金工业中电解制纯金属铜、铅及铝等;分析化学中,用电解法分离和沉淀各种物质。
电解装置
电解时,外加直流电压使电极上发生氧化还原反应,而两个电极上的反应产物又组成一个原电池,因此电解(非自发)是原电池(自发)的逆过程。
根据两电极所发生的反应,计算每个电极的电极电势和原电池的电动势,从而得出电解时所需施加的电压。
电解装置
反电动势与理论分解电压
由于原电池内与电解过程中发生的反应方向相反,所以称电解池内原电池电动势为反电动势。
当外加电压与反电动势相等时,每个电极反应处于可逆状态,此时的电解电压称为可逆分解电压,也称为理论分解电压。
电解进行的条件:外加电压大于理论分解电压。这是因为存在电解池内的电解质溶液及导线的电阻所引起的电压降以及电极的极化作用。
极化现象
电极的极化,常用某一电流密度时电极电位与可逆电极电位之差值,即超电势(过电势)表示。
超电势随电流密度的增大而增大(如图所示)。只有在指出电流密度后,超电势的数值才能确定。
超电势在理论研究和生产实际中都很重要。
极化:电解过程中有电流通过电极时,电极电势偏离可逆电极电势的现象。
浓差极化
极化分为浓差极化和电化学极化两类。
浓差极化是电解过程中电极表面附近溶液的浓度和主体溶液的浓度有差别所引起的。
浓度差异将使电解发生时的阴极电势比可逆电极电势更负一些。且电流密度愈大,电位负移愈显著。
如发生阳极反应,由于金属的溶解将使阳极表面的金属离子浓度比主体溶液的浓度大,使阳极电势变得更正些。
浓差极化所引起的超电势称为浓差超电势。