溶液中含有多種金屬離子,電極過程的析出順序

2021-08-18 07:02:21 字數 4753 閱讀 4667

1樓:匿名使用者

簡述電極過程的三個階段並解釋何為電極過程的電化學動力學和擴散動力學

1.金屬電沉積的基本歷程

金屬電沉積的陰極過程,一般由以下幾個單元步驟串聯組成:

液相傳質:溶液中的反應粒子,如金屬水化離子向電極表面遷移。

前置轉化:遷移到電極表面附近的反應粒子發生化學轉化反應,如金屬水化離子水化程度降低和重排;金屬絡離子配位數降低等。

電荷傳遞:反應粒子得電子,還原為吸附態金屬原子。

電結晶:新生的吸附態金屬原子沿電極表面擴散到適當位置(生長點)進入金屬晶格生長,或與其他新生原子集聚而形成晶核並長大,從而形成晶體。

上述各個單元步驟中反應阻力最大、速度最慢的步驟則成為電沉積過程的速度控制步驟。不同的工藝,因電沉積條件不同,其速度控制步驟也不相同。

2.金屬電沉積過程的特點

電沉積過程實質上包括兩個方面,即金屬離子的陰極還原(析出金屬原子)過程和新生態金屬原子在電極表面的結晶過程〔電結晶前者符合一般水溶液中陰極還原過程的基本 規律,但由於在電沉積過程中,電極表面不斷生成新的晶體,表面狀態不斷變化,使得金 屬陰極還原過程的動力學規律複雜化;後者則遵循結晶過程的動力學基本規律,但以金屬原子的析出為前提,同時又受到陰極介面電場的作用。因二者相互依存、相互影響,造成 了金屬電沉積過程的複雜性和不同於其他電極過程的一些特點。

與所有的電極過程一樣,陰極過電位是電沉積過程進行的動力。然而,在電沉積過程中,金屬的析出不僅需要一定的陰極過電位,即只有陰極極化達到金屬析出電位時才 能發生金屬離子的還原反應;而且在電結晶過程中,在一定的陰極極化下,只有達到一定的臨界尺寸的晶核,電結晶過程才能穩定存在。凡是達不到臨界尺寸的晶核會重新溶解。

而陰極過電位越大,晶核生成功越小,形成晶核的臨界尺寸才能減小,這樣生成的晶核既小又多,結晶才能細緻。所以,陰極過電位對金屬析出和金屬電結晶都有重要影響,並最 終影響到電沉積層的質量。

雙電層的結構,特別是粒子在緊密層中的吸附對電沉積過程有明顯影響。反應粒子和非反應粒子的吸附,即使是微量的吸附,都將在很大程度上既影響金屬的陰極析出速度和位置,又影響隨後的金屬結晶方式和緻密性,因此是影響鍍層結構和效能的重要因素。

沉積層的結構、效能與電結晶過程中新晶粒的生長方式和過程密切相關,同時與電極表面(基體金屬表面)的結晶狀態密切相關。例如,不同的金屬晶面上,電沉積的電化學動力學引數可能不同。

2樓:化學天才

通常電極電位高者先析出。

簡述電極過程的三個階段並解釋何為電極過程的電化學動力學和擴散動力學

3樓:匿名使用者

1.金屬電沉積的基本歷程

金屬電沉積的陰極過程,一般由以下幾個單元步驟串聯組成:

液相傳質:溶液中的反應粒子,如金屬水化離子向電極表面遷移。

前置轉化:遷移到電極表面附近的反應粒子發生化學轉化反應,如金屬水化離子水化程度降低和重排;金屬絡離子配位數降低等。

電荷傳遞:反應粒子得電子,還原為吸附態金屬原子。

電結晶:新生的吸附態金屬原子沿電極表面擴散到適當位置(生長點)進入金屬晶格生長,或與其他新生原子集聚而形成晶核並長大,從而形成晶體。

上述各個單元步驟中反應阻力最大、速度最慢的步驟則成為電沉積過程的速度控制步驟。不同的工藝,因電沉積條件不同,其速度控制步驟也不相同。

2.金屬電沉積過程的特點

電沉積過程實質上包括兩個方面,即金屬離子的陰極還原(析出金屬原子)過程和新生態金屬原子在電極表面的結晶過程〔電結晶前者符合一般水溶液中陰極還原過程的基本 規律,但由於在電沉積過程中,電極表面不斷生成新的晶體,表面狀態不斷變化,使得金 屬陰極還原過程的動力學規律複雜化;後者則遵循結晶過程的動力學基本規律,但以金屬原子的析出為前提,同時又受到陰極介面電場的作用。因二者相互依存、相互影響,造成 了金屬電沉積過程的複雜性和不同於其他電極過程的一些特點。

與所有的電極過程一樣,陰極過電位是電沉積過程進行的動力。然而,在電沉積過程中,金屬的析出不僅需要一定的陰極過電位,即只有陰極極化達到金屬析出電位時才 能發生金屬離子的還原反應;而且在電結晶過程中,在一定的陰極極化下,只有達到一定的臨界尺寸的晶核,電結晶過程才能穩定存在。凡是達不到臨界尺寸的晶核會重新溶解。

而陰極過電位越大,晶核生成功越小,形成晶核的臨界尺寸才能減小,這樣生成的晶核既小又多,結晶才能細緻。所以,陰極過電位對金屬析出和金屬電結晶都有重要影響,並最 終影響到電沉積層的質量。

雙電層的結構,特別是粒子在緊密層中的吸附對電沉積過程有明顯影響。反應粒子和非反應粒子的吸附,即使是微量的吸附,都將在很大程度上既影響金屬的陰極析出速度和位置,又影響隨後的金屬結晶方式和緻密性,因此是影響鍍層結構和效能的重要因素。

沉積層的結構、效能與電結晶過程中新晶粒的生長方式和過程密切相關,同時與電極表面(基體金屬表面)的結晶狀態密切相關。例如,不同的金屬晶面上,電沉積的電化學動力學引數可能不同。

還原產物還原性與金屬活動性順序的關係,對應陽離子氧化性( )

4樓:個良好啊

它在指導科研、工農業生產和中學化學教學中有著重要的作用。下面就其排列的科學理論依據及其應用談幾點看法。

金屬活動順序表的常見形式如下:

k ca na mg al zn fe sn pb (h) cu hg ag pt

鉀 鈣 鈉 鎂 鋁 鋅 鐵 錫 鉛(氫)銅 汞 銀 鉑 金

從前向後金屬活動性逐漸減弱。

金屬活動順序表排列的本質是按照金屬在水溶液中形成穩定低價離子時的標準電極電勢由小到大,由負到正排列而成。這裡所謂的穩定低價離子是針對有變價的金屬而言,如:鐵是這形成亞鐵離子時的標準電極電勢,銅則是指生成二價銅離子的標準電極電勢,因為一價亞銅離子在水溶液中不穩定。

標準電極電勢的測定方法如下:用標準氫電極(e=0.000v)和其它金屬在標準狀態下的電極組成原電池,標準氫電極在左邊金屬在右邊,用實驗方法測出這個電池電動勢的值,就是該電極上金屬的標準電極電勢(e)。

用上述方法測得的各種金屬的標準電極電勢值e如下:

ek+/k=-2.924v eca2+/ca=-2.76v ena+/na=-2.7109v

emg2+/mg=-2.375v eal3+/al=-1.706v ezn2+/zn=-0.7628v

efe2+/fe=-0.4402v esn2+/sn=-0.1346v epb2+/pb=-0.1263v

eh+/h=0.0000v ecu2+/cu=0.3402v ehg2+/hg=0.851v

eag+/ag=0.7996v ept2+/pt=1.2v eau+/au=1.68v

將上列金屬原酸標準電極電勢由小到大排列,即為金屬活動順序表。

有了金屬活動性順序表,再結合元素週期律,常見金屬的活動性便一目瞭然了,應用起來極為方便。利用金屬活動順序表可以很好地處理以下幾方面的問題。

1、判斷金屬在水溶液中的活性

這時金屬活動性順序表最簡單、最直觀的應用。在金屬活動順序表中金屬的位置越靠前,金屬活動性越強;位置越靠後,金屬活動性越弱。而金屬活動性越強就越容易置換出酸中的氫,其對應的氧化物的水化物--氫氧化物的鹼性就越強。

2、判斷哪些金屬能與酸作用產生氫氣

在金屬活動順序表中,位於氫以前的金屬其標準電極電勢值為負,所以還原態(單質)就能夠將氫離子還原進而產生氫氣,而位於氫以後的金屬則不能與酸作用產生氫氣。注意,這裡說的是不能產生氫氣,而不是不與酸反應。

3、判斷金屬與氧氣反應的難易及反應產物

在常溫下,k~na極易與氧氣反應生成氧化物,如果在氧氣或空氣中燃燒生成過氧化物、乃至跟複雜的超氧化物等;mg~zn常溫下與氧氣極慢地反應,在高溫時能劇烈反應生成普通氧化物;fe~ag通常不反應,只有在高溫下或純氧中才能反應,生成的氧化物穩定性差,易分解,如氧化汞在高溫下分解得到汞和氧氣。

4、判斷金屬單質與水反應的難易

在金屬活動性順序表中,k~na與冷水劇烈反應生成鹼和氫氣;mg和熱水產生鹼和氫氣,速率較小;al~pb與高溫水蒸氣作用生成金屬氧化物和氫氣,如鐵在高溫下與水蒸氣反應生成四氧化三鐵和氫氣。

5、判斷硝酸鹽分解的產物

在金屬活動順序表中,k~na的硝酸鹽受熱分解生成亞硝酸鹽和氧氣;mg~cu的硝酸鹽受熱分解生成金屬氧化物、二氧化氮和氧氣;ag、hg的硝酸鹽受熱分解生成金屬單質、二氧化氮和氧氣。因為硝酸鹽受熱分解時生成氧氣,所以在受熱時硝酸鹽都是強氧化劑。

6、判斷原電池的正負極

在原電池中,活性不同的金屬或金屬與其它材料是原電池的兩個電極。較活潑的金屬失去電子形成離子進入溶液,而電子從電勢低的一極通過外電路向電勢高的一極定向移動產生電流。電子流出的電極為電源負極,電子流入的電極為電源正極。

所以兩種活性不同的金屬電極,較活潑的金屬為負極。值得注意的是,金屬的活性也與化學電源的電解質溶液性質有關,如cu-al原電池,以氫氧化鈉為電解質溶液,al為負極;以濃硝酸為電解質溶液,cu為負極。

除上述所列之外,金屬活動順序表還可用於判斷化學反應的發生情況,幫助我們理解掌握電解過程中陽離子的放電順序、判斷電解產物等。

金屬活動順序表雖然具有上述廣泛的用途,但仍有一定的侷限性,在應用中應注意以下幾個方面:

其一,金屬活動順序是根據標準電極電勢排列的,只是從熱力學的角度指出了氧化還原反應進行的可能性,僅指反應趨勢的大小,不能說明反應的速率。

其二,金屬活動順序是按金屬在水溶液中形成穩定低價離子時的趨勢從易到難排列而成的,對於非水溶液、高溫固相反應等不適用。

其三,金屬與酸反應的產物與酸的氧化性、濃度、溫度等因素有關,要區別對待,不能一概而論。

總之,屬活動順序表有著完整系統的科學理論依據和廣泛的應用範圍,我們應學以致用,充分發揮這一科學理論對實踐的指導作用。

5樓:過往青雲

一般來說,金屬活動性越強,金屬還原性越強,而對應陽離子氧化型越弱。

6樓:夏茗星情

金屬活動性越強,其還原性越強,對應的陽離子氧化性越弱

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