电解工程复习提纲 1、电解工业及其特点
概念：直流电通过电极和电解质溶液或熔融态物质，在两者接触的界面上发生电化学反应，制备所需产品的过程。
特点：专属性、优选性、简易性、环保性、高耗电 应用：
（1）金属的冶炼、精炼 （2）许多化工产品的制备 （2）电镀 （3）电抛光 （4）阳极氧化
（5）化学电源的生产
（6）环境污染物的电化学处理 （7）其它，如材料、医药等 2、氯碱工业的工艺类型 （1）水银电解法
优点：可直接获得高浓度高纯度的烧碱 缺点：水银流失造成公害 （2）离子交换膜法
优点：产品质量高，能耗低，可免除石棉和水银造成公害 （3）隔膜电解法 优点：
缺点：产品纯度不高，能耗大；隔膜电阻大；寿命短，难维护 3、电极材料类型及其选用
类型：金属与合金；碳素材料；金属氧化物；导电聚合物
选用：（1）Ni、Fe可用作碱性电解液中的惰性阳极；铅及铅合金是硫酸或硫酸盐电解液中的优先惰性阳极；铂耐酸碱、耐氯腐蚀，是良好的析氢阴极和高过电位阳极材料；汞是良好的抑析氢阴极材料。
（2）石墨导电导热性好，廉价、易制备，是应用最广泛的工业电极材料，其缺点是易磨损、强度较差。石墨在一般电解液中都是稳定的（强氧化性酸和盐溶液除外），在酸性电解液中作为阳极容易被氧化和发生膨胀或剥落。
（3）钛及钛合金电极是理想的新型阳极材料，其质轻、机械强度较高、性能稳定、使用寿命长。钛涂层阳极在氯碱、无机盐、有机合成、电冶金、电镀、水处理、阴极保护等领域均得到了广泛使用。
4、对电解质的基本要求
溶解度大；稳定性好；离子迁移数大；溶液电导率高；溶液盐度小 5、列举3个常见电化学反应器并说明其特点
（1）箱式反应器：特性：优点是：结构简单，不受电极材料限制，阳极和阴极的间距易于根据需要进行调节。缺点是：空时收率较小，不适合大规模的生产过程或需要控制传质条件
的生产过程
（2）平推流反应器：特性：优点是：方便隔膜的密封和电极的连接；电流分布比较均匀；传质速率可通过调节电解液流速或设置湍流促进器进行控制；改变电解池单元的数目或电极面积即可调整反应器生产能力；容易进行修改和增加其他辅助单元（如热交换室、电渗析室） （3）特殊结构反应器:特性是能根据要求增大电极面积，强化传质速率，提高时空产率 6、电化学反应器的连接
（1）电化学器内电极的联结
单极式电化学反应器（槽内电极并联）每一个电极均与电源的一端联接，电极的两个表面均为同一极性，或作为阴极，或作为阳极。其特点是槽压低，电流大，电流分布较不均匀，使用箱式反应器。
复极式电化学反应器（槽内电极串联）中仅有两端的电极与电源两端联接，每一个电极的两面具有不同的极性，即一面是阳极，另一面是阴极。其特点是槽压高，电流小，电流分布较均匀，使用平行板式反应器。
（2）电化学反应器之间的电联结
主要考虑直流电源的要求。现在的硅整流器输出直流电压在200~700V。因此，单极槽宜采用多台串联，复极槽宜采用多台并联。
（3）电化学反应器的液路联接 串联、并联
7、电解过程的主要工艺参数 （1） 电极电位 （2） 温度和压力
（3） 反应物的浓度和电解液的组成 （4） 电极材料与电极结构 （5） 传质条件
8、电解工程的技术经济指标
产率；转化率；电流效率；选择性；电能消耗 9、电极反应的特点
多相；多步骤；界面结构；电位差 10、电解控制过程的判据
11、电压衡算的依据及节能措施
（1） 对电流通过电化学体系时的电压分配进行精确计算
U = φe, A - φe, K + |ΔφA| + |ΔφK| + IRAL + IRKL + IRD + IRA + IRK + IRC （2） 节能措施：φe, A、φe, K，革新方法和工艺；
|ΔφA|、|ΔφK|，选择合适的电极材料和电催化剂； IRAL、IRKL，提高电导率、减小极间距； IRD，尽可能薄、增大通透性；
IRA、IRK，选择电阻较小的电极材料、合适的电极结构； IRC，闭路连接处可靠连接。 12、传递过程与电解质溶液的传质方程 传递过程：
（1） 动量传递：发生在运动的流体介质中，与流体流动和搅拌有关。 （2） 热传递：包括热辐射、热传导和热对流三种方式。 （3） 质量传递：包括迁移、扩散和对流。 电解质溶液的传质方程：
（1）电迁移传质：离子在电场作用下的定向运动称为电迁移。若以Ji, e表示i离子的电迁流量，则应有
Ji, e = ±uiEci
上式中，ui------i离子的淌度；E------电场强度；ci ------i离子的浓度；±------正号用于正离子，符号用于负离子。
（2）扩散传质：离子在扩散场中，由高浓度处向地低浓度处的迁移。若以Ji, d表示扩散流量，根据Fick第一定律，有 Ji, d = ﹣Di(dci/dx)
上式中，dci/dx------i离子在x方向（通常值垂直电极表面的方向）的浓度梯度；Di------i离子的扩散系数；—------表示i离子的扩散方向与浓度梯度的方向相反。
（4） 对流传质：溶液中的粒子随液体流动而迁移的传质现象。若以Ji, c表示对流流量，则有
Ji, c = vxci
上式中，vx------垂直电极表面的流速；ci------i离子的浓度。
（5） 离子传质的总流量
i离子传质的总流量为 Ji = Ji, e + Ji, d + Ji, c，所以，所有离子的总传质流量J为 J = ∑Ji
这些离子运动所产生的电流密度为
i = ∑ziFJi = FE|zi|uici﹣∑ziFDi(dci/dx) + ∑ciziFvx
由于溶液是电中性的，对流传质不产生净电流，∑cizi = 0, 则 i = ∑ziFJi = FE|zi|uici﹣∑ziFDi(dci/dx)
一种离子的迁移的电量为 ii = FEziuici﹣ziFDi(dci/dx) 13、电流分布的类型、影响因素、改进措施
一次电流分布：几何因素：包括电极的形状、尺寸、极间距及电极在电解槽中的相对位置。措施：使电极的工作面正好是电解池的截面、且与电解池的绝缘壁面垂直
二次电流分布：影响因素：①电解液的电导率；②电极反应的极化率；③电极间的距离；④提高电流密度，一般将使电流分布更不均匀。措施：
三次电流分布：因素：①电流密度达到极限扩散电流密度时，电流分布将变得不均匀；②反应物浓度愈低愈易出现电流分布不均匀；③电极表面轮廓的影响，如果电极表面粗糙度远大于扩散层厚度，三次电流分布均匀措施： 14、析气效应
（1）气泡的产生决定于电解条件。气泡形成过程为：生成溶解气体---吸附于电极表面---溶解气体过饱和---气泡成核---气泡生长---离开固体表面---气泡升腾----气泡逸出溶液界面。 （2）形成：气泡帘，导致电极活性面积减小，电极表面电位和电流密度微观不均匀； 电解液，形成气-液混合物，导致欧姆压降升高，增大了能耗；对流，强化传质及传热。 15、电催化的性能要求及催化活性表征方法
（1） 对电催化剂的要求
高的电催化活性；稳定、耐蚀，具有一定的机械强度，使用寿命长；良好的电催化选择性；良好的电子导电性；易加工和制备，成本较低。
（2） 电催化活性的表征
对于相同的电极反应过程，用交换电流密度（i0）的大小作为电催化活性的表征；对于不同的电极反应过程，用Tafel公式来表征电催化活性。因为对于i0值较小的电极材料，当曲线斜率b值较小时，在高电流密度区间，反而具有较高的电催化活性。 16、隔离器的作用和常见类型
作用：①使阴、阳极隔离，防止短路；②防止阴极溶液与阳极溶液的混合，限制悬浮颗粒或胶体在两电极之间转移；③保存电极上的活性材料，防止它们碎裂和脱落。 类型：隔离器大致分为隔板、多孔隔离器和隔膜、离子交换膜 17、电化学反应器的设计内容
包括：结构设计，材料的选择，加工工艺及装配工艺的选择及制定，反应器的工作方式，反应器的联结与组合，反应器的工作条件及环保措施，反应器的物料衡算、热量衡算、能量
