这是关于 超电压的,应是 亲过电压 纯Zn和H2SO4(~2mol/L)的反应速度很慢,有Cu存在时,这个反应的速度明显加快。一般认为这是Zn和Cu间存在着原电池的结果。
实验现象是:

在Cu表面上有大量H2气生成并逸出——这是原电池起作用的证据。
现在要问:
单用原电池观点解释上述实验现象是否可靠?
提出这个问题的原因是:
一类问题只受一个因素所制约的实例是很少的。为此,制备表面有少量Hg的Zn(相当于Zn-Hg原电池)——把纯Zn粒放入HgCl2溶液片刻,取出、洗净即得——把它放入H2SO4溶液(~2mol/L)。如果Zn-Cu原电池是加快Zn和H2SO4反应速度的唯一的因素,那么当把Zn-Hg放入H2SO4溶液后也应该看到大量H2在Hg表面生成。然而,实验现象是基本上看不到H2在Hg面上的生成。表明单从原电池讨论上述问题是不全面的,那么其他因素又是什么呢?H+在不同金属表面上释出H2时都有超电势的问题。
当电极上无电流通过时,电极处于平衡状态,与之向对应的电势是平衡电势j+。在有电流通过时,电极电势偏离平衡值的现象称为电极的极化。常把某一电流密度下的电极电势(j)与平衡电势(je)的差的绝对值称为超电势(h)。即:
h=|j-je|
由于超电势的存在,在实际电解时要使阴极上放电而析出产物,外加于阴极的电势必须比阴极的平衡电势低一些,即:
j阴=j阴,e-h阴
同理,要使阳极上放电而析出产物,外加于阳极的电势必须比阳极的平衡电势高一些,即:
j阳=j阳,e+h阳
上面的两式中:j阴、j阳分别为阴、阳极上开始有电解产物析出时的电势,叫做析出电势。 阴、阳极上超电势之和称为电解池的超电压E超,即:
E超=h阴+h阳
除此之外,为了克服电解液、导线和接触点的欧姆电阻而引起的IR电势降,实际分解电压E实,分应该是理论分解电压E理,分(E理,分=j阳,e-j阴,e)、电解池的超电压E超和IR电势降之和,即:
E实,分=E理,分+E超+IR

这样就使实际分解电压比理论分解大得多。通常IR数值较小,超电压是造成实际分解电压比理论分解电压大的主要因素。
为什么会产生超电势呢?这是由于极化作用的结果,主要是电化学极化和是浓差极化。
许多电极反应过程不是一步完成的,而是分成几个连续的步骤完成的。对于整个电极反应的速率来说,起决定作用的是诸过程中反应速率最慢的那一个,而它的进行需要相当大的活化能。在电解时,为了促使这一反应的速率加快,以使整个电极反应能迅速和连续地进行,就必须额外给予活化能,这样对于阴极来说,就必须使阴极电势较其平衡的电极电势更低一些;对于阳极来说,就必须使阳极电势较其平衡的电极电势更高一些。由于这种原因而形成的析出电势与平衡电势间的偏差现象,称为电化学极化,它是导致产生超电势的主要原因。一般所说的超电势,如不特别指明,就是指电化学极化所引起的超电势。H2和O2的超电势很大,大都是由于电化学极化所致。
当电解进行时,由于电极表面附近的溶液中一部分金属离子参与电极反应,并在电极上沉积,而溶液其它部分中的该金属离子又来不及扩散到电极表面的区域,这样电极表面周围的该金属离子的浓度[Mn+]表就低于整体溶液中该金属离子的浓度[Mn+],即:
[Mn+]表 < [Mn+]
若j实、je,分别表示金属离子在阴极上实际析出的电势和平衡电势,根据Nernst公式应有:
j实=j°+(0.0592/n)lg[Mn+]表
je=j°+(0.0592/n)lg[Mn+]
由于:
[Mn+]表 < [Mn+]
所以:
j实 < je
这就是说,由于金属离子向阴极扩散的速率低于它在阴极表面沉积的速率,结果使得该金属在阴极上实际析出的电势比其平衡电势低(即更负一些)。同理,由于负离子向阳极扩散速率低于它在阳极上放电的速率,结果也使得该负离子在阳极上实际析出的电势比其平衡电势高(即更正一些)。由于上述原因而导致实际析出电势与其平衡电势有差异的现象,称为浓差极化。一般常采用降低电解电流密度、提高电解液的温度和搅拌等方法来减小浓差极化。
影响超电势的因素及削减超电势的措施有:

(1) 电极的种类和它的表面状态 例如H2在铂电极上的超电势小,而在Hg、Fe、Bi、Cu、Zn等电极上的超电势就大得多。H2在铂黑(一种疏松细小晶状的铂)电极上的超电势比在光亮铂电极上的超电势小。
(2) 析出物质的状态 析出物为金属单质时,超电势一般很小;析出物为气体物质时,超电势一般都较大。例如在电解CuSO4溶液时,阴极析出Cu的超电势为-0.07 V,而阳极(在Pt上)析出O2的超电势为+0.85 V。
(3) 电流密度 一般超电势都随着电流密度的增大而增大。
(4) 温度 一般超电势随温度升高而减小。例如H2的超电势,温度每上升10 K时,超电势降低20~30 mV。
(5) 机械搅拌 搅拌溶液可以减小超电势,因为这样可以减小浓差极化。


