陽極: 銅失去電子變成銅離子而進(jìn)入溶液

以上三式的標(biāo)準(zhǔn)電位分別為0.34V。

陰極: 主要是銅離子得到電子而析出金屬

以上兩反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電位分別為+0.34V和0V。銅的析出電位比氫大得多, 因此主要是銅的析出。但是在過電壓較大的情況下, 也有少量的氫氣析出。

2. 電解法制備銅粉過程金屬雜質(zhì)的影響

(1)標(biāo)準(zhǔn)電位比銅負(fù)的金屬(鐵、 鎳、 鈷、 鋅)

在陽極, 這類雜質(zhì)優(yōu)先轉(zhuǎn)入溶液。在陰極, 這類雜質(zhì)留在溶液中不還原或比銅后還原。鐵離子的存在會(huì)增加電解液電阻, 降低溶液的導(dǎo)電能力, 同時(shí), 溶液中的Fe2+可能被溶于溶液中的氧所氧化, 所生成的Fe3+在陰極上將銅溶解下來, 或者在陰極上得到電子而被還原成Fe2+。這樣, 鐵離子在溶解中反復(fù)進(jìn)行氧化-還原, 使得電流效率降低。鎳離子的存在也降低溶液的導(dǎo)電能力, 還可能在陽極表面生成一層不溶性化合物薄膜, 而使陽極溶解不均勻, 甚至引起陽極鈍化。

(2)標(biāo)準(zhǔn)電位比銅正的金屬雜質(zhì)(銀、 金、 鉑)

在陽極, 這類雜質(zhì)不氧化或后氧化。在陰極, 這類雜質(zhì)先還原。例如, 銀在陽極不溶解, 而從陽極表面脫落進(jìn)入粉末中。少量的銀會(huì)以Ag2SO4形態(tài)進(jìn)入溶液中, 在陰極中會(huì)優(yōu)先析出, 造成銀的損失。在電解含銀的銅陽極時(shí), 需往溶液中加入HCl, 使銀生成AgCl沉淀回收。

(3)標(biāo)準(zhǔn)電位與銅接近的金屬雜質(zhì)(砷、 銻、 鉍)

這類雜質(zhì)在陽極中與銅一起轉(zhuǎn)入溶液中。當(dāng)電流密度較高, 陰極區(qū)銅離子濃度降低時(shí), 它們便會(huì)在陰極上析出使陰極產(chǎn)物中含有這類雜質(zhì)。

3. 電解法制備銅粉的分解電壓和極化

電解過程是原電池的逆過程。為了進(jìn)行電解過程, 應(yīng)在兩個(gè)電極上加上一個(gè)電位差, 此電位差不得小于由電解反應(yīng)的逆反應(yīng)所生成的原電池的電動(dòng)勢。這樣的外加最低電位就是理論分解電壓E理論, 它能夠使電解質(zhì)在兩極連續(xù)不斷地進(jìn)行分解。理論分解電壓是陽極平衡電位ε陽與陰極平衡電位ε陰之差, 即E理論=ε陽-ε陰。不同物質(zhì)的理論電壓不同, 因而理論分解電壓也不同。

實(shí)際上電解時(shí)的分解電壓要比理論分解電壓大得多, 超出理論分解電壓的部分電位叫超電壓, 即E分解=E理論+E超。在實(shí)際電解過程中, 電流密度越高, E超就越大, 即偏離電極平衡電位值越多。這種偏離平衡電位的現(xiàn)象稱為極化。根據(jù)極化產(chǎn)生的原因, 可以分為濃差極化、 電阻極化和電化學(xué)極化, 相應(yīng)的超電壓稱為濃差超電壓、 電阻超電壓和電化學(xué)超電壓, 即E超=E濃+E阻+E電化。

4. 銅粉電解法制備過程的電解的定量定律

在電解過程中所通過的電量與所析出的物質(zhì)量之間的定量關(guān)系符合法拉第第一定律, 即所產(chǎn)生的物質(zhì)量與電流強(qiáng)度、 通過電流的時(shí)間成正比。所以電解產(chǎn)量的計(jì)算公式為

根據(jù)法拉第第二定律, 發(fā)生變化的物質(zhì)量與它們的電化當(dāng)量成正比, 并且需要通過F=96 500 C或 96 500 A·s的電量, 才能析出1克當(dāng)量(克原子量/原子價(jià))的物質(zhì)。96 500 C(96 500 A·s)稱為法拉第常數(shù), 如果以A·h為單位表示, 則等于26.8 A·h。 所以電化當(dāng)量為