体系电解质（通用9篇）
体系电解质 篇1
摘要：随着近年来国内高品位铝土矿资源的逐渐减少,低品位铝矿石的综合利用技术已广泛应用到工业化氧化铝生产中。但其杂质含量较高,致使国内部分地区的铝土矿生产的氧化铝含有较高的锂、钾等成分,长期使用会导致工业电解质中的锂盐和钾盐的大量富集,电解槽出现效率低、电耗高、难控制、稳定性差等现象。目前,高锂、高钾电解质体系先后在河南、山西等省区的电解铝厂出现,此电解质体系已经影响到该地区电解铝企业的正常生产。基于此,主要介绍河南永登铝业有限公司在应对高锂高钾复杂电解质体系过程中所进行的实践和探索,并就采取的措施进行分析和论证。
关键词：电解质,高锂、高钾氧化铝,分子比
氧化铝是冰晶石溶液铝电解的主要原料,目前国内电解铝厂使用的国产氧化铝,按其产地不同,分为高锂高钾氧化铝和低锂低钾氧化铝。前者一般产自河南、山西等省区,由于该地区铝土矿中的锂、钾杂质含量较多,致使使用这种铝土矿生产的氧化铝中锂和钾的含量偏高,长期使用这种高锂、高钾的氧化铝,其电解质体系中一般都含有较高浓度的氟化锂和氟化钾[1]。众所周知,氟化锂可大幅度降低电解质电阻,为低电压生产创造条件,同时也能降低电解质的初晶温度,提高电流效率,这是高氟化锂电解质体系对生产有利的方面[2]。但锂盐含量过高会导致初晶温度过低,氧化铝溶解性变差,从而造成氧化铝沉淀,甚至出现炉底结壳现象;另外,过低的初晶温度也不利于炉帮的形成,直接影响电解槽的电流效率和整体稳定性。
1 生产工艺背景
河南永登铝业公司在2014年以前,一直沿用传统的“五低、三窄、一高”的生产操作管理模式(即:低温、低电压、低分子比、低过热度与低阳极效应系数;窄物料平衡工作区、窄热平衡工作区、窄磁流体稳定性调节区和高电解质水平),以“五低”追求电解过程的高电效、低电耗和低排放,以“三窄”追求电解过程的平稳性和电解槽长寿命,一高保持电解槽的稳定性。在长期的生产过程中,控制槽工作电压在3.85~3.88V,电流效率基本稳定在91%左右,该生产管理模式曾一度保持了电解槽运行的相对平稳。但从2014年下半年发现电解槽整体炉底压降和电流效率有变差的趋势。为查找分析原因,在2014年11月,公司抽取了具有表性的10台电解槽的电解质试样送专业机构,对电解质的氟化锂、氟化钾、氧化铝浓度和初晶温度进行分析,检测结果如表1所示。
从表1结果可以看出,河南永登铝业有限公司的电解质中氧化铝(Al2O3)浓度为3%左右;氟化锂(Li F)平均含量为6.4%;氟化钾(KF)平均含量为2.3%,电解槽的初晶温度885~894℃。特别是Li F含量已经远远超过了4%的理想水准,最低5.99%,最高7.03%,平均达到了6.43%;氧化铝浓度也超过了2.5%的常规控制标准,此电解质成分属于高锂、高钾、高氧化铝浓度的电解质体系。
2 原因分析
2.1 原材料的因素
国内氧化铝一般以粉状或者中间状态为主,溶解度本身就比较小,该状态的氧化铝需要电解质的溶解能力足够大,但使用高锂高钾含量的氧化铝,在电解过程中氧化锂和氧化钾与氟化铝反应生成Li F、KF,进入到电解质中,并随着生产周期的延长而不断富集,影响氧化铝的溶解度,造成槽底沉淀、结壳的产生。
2.2 电解槽本体的因素
河南永登铝业有限公司电解槽投入生产已接接近9a,槽子槽龄长,大部分炉底出现破损和局部隆起现象,部分槽底结壳较厚,如果仍采用过高的电流密度进行生产,势必影响到电解槽磁场的稳定。根据现场测试结果,由于受磁场、操作等因素的干扰,极下铝水平与出铝口铝水平差距较大,电解槽整体稳定性变差。
2.3 工艺匹配的因素
2.3.1 电流密度控制。
高锂、高钾的电解质体系初晶温度偏低,电解槽炉帮形成困难,在较高的电流密度下,设定电压如不调整就相当于压缩了电解槽有效极距,影响电流效率及槽况的稳定。另外,过高的电流密度也增加了电解槽的热收入,槽体的散热量也随之增多,不仅影响电能利用,更不利于槽帮形成,从而对整个系列造成恶性循环。
2.3.2 过热度控制。
针对电解槽的初晶温度偏低,如果继续保持合适的过热度,槽温就要控制在905℃左右。过低的生产稳定也将直接影响到氧化铝的溶解性和电解槽的稳定性。
3 应对措施
3.1 在线升级槽控机控制系统
河南永登铝业有限公司槽控机经过长期的运行已出现较为严重的设备老化现象,系统软故障频发,控制精度变差,部分控制参数不适宜当前的生产需求。为提高电解槽的控制精准度,2014年6月公司对电解槽槽控系统进行了在线升级,采用当前先进的智能模糊控制设备,该槽控机能够准确地将氧化铝浓度控制在低浓度范围内,为低氧化铝浓度操作创造了条件。
3.2 优化电解工艺
永登铝业电解系列的槽型设计为双阳极横向排列、四端进电的传统散热型电解槽,炉帮不宜形成,加上电解质体系中高锂、高钾的复杂性,炉帮形成就更加困难,电解槽热平衡难以保持,针对此生产现状,提出了在原有技术条件基础上推进“两低两高”的工艺技术路线,即:降低阳极电流密度,降低氧化铝浓度,提高分子比,提高铝水平。
3.2.1 降低电流密度和过热度。
按照整个工艺优化的方案,将系列电流下调15KA,使阳极电流密度由0.773A/cm2下降到0.726A/cm2。电流降低后电解槽热收入减少,槽温由原来的925~935℃降为现在的910~920℃,过热度的降低使槽帮相比原来增加5~8cm;同时电流降低弱化磁场对铝液镜面的影响,出铝口与换极处铝水平差值降低1~2cm。
3.2.2 低氧化铝浓度控制。
针对该电解质体系氧化铝溶解能力差这一现状,只有将氧化铝浓度控制在低浓度范围才能减少槽底沉淀的产生,保证电解槽的长期稳定运行,通过对槽控机基准参数进行调整和优化,在不断的摸索实践下,逐步总结出一套适合河南永登铝业有限公司生产状况的设定参数。参数调整后,电解槽反映出的加料曲线与槽电阻变化关系对应明显。氧化铝低浓度控制取得了一定的成效,根据换极时对电解槽炉底的摸排情况,下料口及阳极底掌下沉淀比原来有明显的减少,电解槽的炉底压降也有所降低。
3.2.3 置换电解质,降低锂钾盐含量。
为改善电解质中的锂、钾成分,公司通过综合分析论证,采用稀释置换电解质的方法,对原有电解槽中的高Li F和KF电解质进行置换。从云南、贵州等省区购置回一部分低锂低钾的电解质面壳块,利用电解车间需要大修的破损槽开设母槽,将低锂、低钾的面壳块添加到需要大修的电解槽中。在进行电解铝生产的同时,产出了一大部分锂钾含量较低的液态电解质,并对正常生产的高锂电解质进行在线置换。经过半年多时间的逐步稀释,河南永登铝业有限公司电解质体系中的锂盐含量从6.43%下降到4.93%。(数据来源于轻研院分析报告单见本表2)。
3.2.4 提高分子比。
河南永登铝业有限公司原来电解质的初晶温度平均在890℃左右,如果继续保持15℃左右的过热度进行生产,电解温度仅有905℃,过低的生产温度容易造成槽底沉淀增加,炉底压降升高等不利局面。为了提高初晶温度,逐步将分子比向上调整,由原来的2.5~2.7提高到2.7~2.9,通过提高分子比提高电解质的初晶温度,增强氧化铝的溶解性。目前,河南永登铝业有限公司槽温控制在910~920℃,在此条件下过热度基本控制在15~20℃。
3.2.5 提高两水平,促使炉帮形成。
为促使炉帮形成,将铝水平由原来24~26cm逐步提高至27~29cm,通过提高铝水平调节了电解槽侧部散热,为逐步形成炉帮、提高电解槽的稳定性创造了条件。同时,提高铝水平有利于减少铝水波动幅度,增加电解槽的稳定性。形成槽帮后能够改善电解槽的热平衡,规整偏小的槽膛还能够提高电流效率。为增加氧化铝的溶解量,将电解质水平由18~20cm提高到19~21cm。
4 取得效果
为验证以上几个措施的效果,2015年6月对2014年11月分析过的10台电解槽的电解质进行了重新取样分析比较,分析结果如表2所示。
根据表2分析结果和表1历史分析数据对比,河南永登铝业有限公司电解质体系通过工艺调整和低锂低钾稀释置换后,KF含量由2.31%降低到了1.36%,平均下降0.95%;Li F含量由6.43%下降到了4.93%,平均降低1.50%,基本接近了4.00%~5.00%的理想范围;氧化铝浓度由3.06%降到了2.02%,达到了1.50%~2.50%的理想控制水准;电解质的初晶温度由889.7℃提升到了900.6℃,初晶温度平均提升10.0℃左右。电解质成分主要变化见图1。
通过近一年时间的工艺调整,河南永登铝业有限公司电解槽的稳定性明显增强,槽况也在逐步改善。具体表现在:系列电流下调15KA后,电流密度降低为0.726A/cm2,有效弱化了电解槽的磁场干扰,缩小极下铝水平与出铝口的差值,系列电解槽运行的稳定性大幅度提高。分子比的提高和系列电解质成分改善后,电解槽的氧化铝溶解性明显增强,初晶温度也显著提高。槽炉底结壳有部分消耗的趋势,经过现场测试比较,炉底压降与调整前下降了28.5mV。在保持设定电压基本不变的前提下,电流效率相比提高约0.50%左右。
5结语
为应对高锂高钾的复杂电解质体系,各企业都在进行着不懈的探索和实践,河南永登铝业有限公司所走的工艺优化之路,只是应对高锂、高钾复杂电解质体系的临时性措施,如果不从根本上改善电解质成分,很难走出这个高能耗的制约瓶颈。从长远考虑,还需从原材料改善上着手,使用低锂、低钾的氧化铝,稳定电解质中锂钾的含量,为走出高锂、高钾复杂电解质生产的困境,迈进节能降耗快速通道铺平道路。
体系电解质 篇2
【学习目标】
1、了解离子反应和离子方程式，会写一些简单离子反应方程式
2、了解常见离子Cl－、SO2-2-
4、CO3的检验方法
【重点难点】1.掌握离子反应发生的条件，会判断离子在溶液中能否大量共存。2.书写典型反应的离子方程式；对所给离子方程式进行正误判断。【知识要点梳理】
1、探究问题一：阅读教材43页交流·思考的内容，探究离子反应的概念，了解离子方程式的概念。
2、探究问题二：通过交流·思考中的实验，谈谈你对稀硫酸与Ba(OH)2的反应有了哪些新的认识，并总结出这个反应的实质。
3、探究问题三：发生离子反应条件？生成_______________________________________的物质
4、探究问题四：如何书写离子方程式（P45 方法导引）
①________________________________________②____________________________________ ③_______________________________________④_____________________________________ 记熟以下内容：
★三强酸(HCl H2SO4 HNO3)，四强碱(NaOH、KOH、Ba(OH)2、Ca(OH)2)★物质溶解性：钾钠硝铵(NH4+)盐皆可溶；盐酸盐不溶银、亚汞(AgCl、Hg２Cl２)；
硫酸盐不溶钡和铅(BaSO4、PbSO4)；碳酸盐、磷酸盐只溶钾钠铵；
碱有钾钠铵钡，其余皆不溶。
★弱电解质：H2CO3、HClO、CH3COOH、H3PO4、、H2S、H2SO3、HF、H2O、NH3·H2O（注意：单质、气体、难溶物质、氧化物、难电离物质物质不可拆）
5、探究问题五：结合学案与测评22页，总结几种常见离子的检验（Cl－
CO2－ SO2－
4)
6、问题探究六：离子能否共存的判断
正确判断离子间能否大量共存的关键是看离子间能否发生反应.如:能生成沉淀.生成气体、生成弱电解质，大致可分为以下几种情况：
1、氢离子与弱酸的酸根离子不能大量共存，如：CO2－－－－2－－2－
3、HCO3、CH3COO、HS、S、F、SO3、HSO－3－2－－＋
3、PO4、HPO4、H2PO4等都不能与H大量共存。
2、氢氧根离子与弱碱的金属阳离子及弱酸的酸式酸根不能大量共存，如：NH＋Fe3＋、Fe2＋、Cu24、＋、Al3＋、Zn2＋、HCO－－、H－2－－－
3、HS2PO4、HPO4、HSO3、等与OH不能大量共存。
3、能生成难溶（微溶）物质的两种离子不能大量共存，如：Ca2＋与CO2－2＋2－2＋
3，Ba与SO4、Cu与S2－，Pb2＋与SO2－2＋2－
4、Ca与SO4等不能大量共存。练习题:
1、下列反应不属于离子反应的是（）
A.C和炽热的水蒸气的反应 B.Cl溶于水的反应 C.硝酸与Ca(OH)2溶液的反应 D.Cu与AgNO3溶液的反应
1、下列离子能够大量共存，溶液为无色透明的是()A． K＋
MnO－
＋
－Na Cl
B．K＋ Mg2＋ NO－2－SO
4C． Cu2＋
H＋
NO－
2－SO4
D.Fe2＋
Na＋
Cl－
SO2－
42、在碱性溶液中能大量共存的离子组是()
A．Mg2＋
Na＋
Cl－
NO－
2＋
＋
＋
－ B．Ba K H NO3 C．Na＋
K＋
Cl－
SO2－
D．Na＋ Ca2＋ Cl－ HCO－
33、下列化学反应的离子方程式正确的是（）
A．CaCO2－
＋中加盐酸 CO3＋2H错误！未找到引用源。CO2 ↑＋ H2O
B．Ba(OH)2＋
－
＋
2－
2溶液中滴加稀硫酸 Ba＋OH＋H＋SO4错误！未找到引用源。H2O＋BaSO4↓
C．向澄清石灰中滴加稀盐酸 Ca(OH)＋
2＋
2＋2H错误！未找到引用源。Ca＋2H2O
D．向氯化钠溶液中滴加硝酸银溶液
Ag＋
＋Cl－
错误！未找到引用源。AgCl↓
4、写出下列反应的离子方程式
①氯化钡溶液与硫酸钾溶液反应______________________________ ②氢氧化钠溶液与硝酸反应__________________________________
体系电解质 篇3
大多数镁合金硬度较低,耐磨性能和耐腐蚀性差,大大限制了其应用,因此,有必要对其进行相应的表面改性处理。微弧氧化处理是提高镁合金硬度、耐蚀性和耐磨性能的有效手段,其微弧氧化膜的形成和膜层的组织及性能受电参数、电解液的组成和浓度等多种因素的影响,其中电解液的组成在很大程度上决定了氧化膜的组成和性能。镁合金微弧氧化处理所用的电解液大致分为酸性和碱性2类。酸性电解液通常对环境有污染,且易对产品造成腐蚀,已很少使用。而弱碱性电解液成了近年的主要研究对象,按照主成膜元素的不同主要包括磷酸盐体系、硅酸盐体系、铝酸盐体系及复合电解液体系,通过加入适量添加剂可以优化其使用性能。
1 电解液体系的研究现状
1.1 磷酸盐
聚磷酸盐在水中有溶解氧的情况下,可与Mg2+形成难溶性的配合物,吸附沉积于金属表面,形成致密的保护膜,抑制腐蚀电极的阴极反应,增加阴极极化,从而减缓镁合金的腐蚀破坏,有利于微弧氧化膜的生长。但是聚磷酸盐的分子结构中氧磷键(-O-P-O-)容易断裂,易水解生成正磷酸盐,使钝化作用下降,降低了电解液的长效性[1]。因此,以聚磷酸盐为主成膜剂的研究相对较少。
将MB8镁合金在含10 g/L(NaPO3)6,6 g/L KOH,6 mL/LC3H8O3,5 g/LNH4F的溶液中微弧氧化,所得膜层光滑平整,结构致密,主要由大量非晶态化合物及少量MgO相构成,截面内层与基体过渡部分呈犬牙交错状态,结合良好,膜层耐蚀性能优良[2]。采用MAO-20C型微弧氧化设备在2 g/L(NaPO3)6,6 g/L NaOH,电流密度为6 A/dm2条件下对AZ91镁合金氧化10 min,所得膜层的耐蚀性最佳[3]。兼顾陶瓷膜厚均匀性、48 h腐蚀率和陶瓷膜层表面质量的AZ31D镁合金微弧氧化适宜配方[4]:15.0 g/L Na5P3O10,2.0 g/L NaOH,1.0 g/L Na2WO4,2.0 g/L Na2EDTA。研究表明,磷酸盐浓度为2~15 g/L最佳,磷酸盐浓度过高,形成的陶瓷膜层虽厚,但粗糙度增大,耐蚀性降低。
在磷酸盐体系中制备的陶瓷层表面多孔,截面组织均匀致密,没有明显的分层结构,膜层与基体的过渡部分呈犬牙交错状态,结合良好,主要组成元素有O,Mg,P等,P可能以Mg3(PO4)2氧化物存在,也有人认为以Mg2P2O7相存在,膜层中均含有少量MgO相,耐腐蚀性能较好[4~6]。虽然P元素的化学计量比较大,能够促进微弧氧化膜的增长,且提高致密性,增强与基体的结合力,提高耐蚀性能[7],但磷酸盐对人体和环境有不同程度的危害,使其实际应用受到了限制。
1.2 硅酸盐
硅酸盐是最适合微弧氧化方法的电解质成分之一,可在较宽的电解液温度及氧化电流范围内,促进合金表面钝化,形成性能较佳的含硅氧化膜[1]。采用双极性脉冲电源,在频率700 Hz,占空比30%条件下,得到了显著提高AZ91D耐蚀性能的最佳工艺参数:10g/LNa2SiO3,电流密度6 A/dm2,氧化时间15 min,负压为30 V,膜层主要由MgO,MgAl2O4和Mg2SiO4组成,还存在少量的SiO2相[8];在含20~60 g/L NaOH,10~40 g/L Na2SiO3的电解液中,用交流微弧氧化法在AZ91D表面制备出了性能优良的膜层[9];AM60B镁合金在硅酸盐体系中微弧氧化的最佳配方:12 g/L Na2SiO3,10 g/LKF,3 g/LNaOH,12 mL/L甘油[10]。目前研究表明,在硅酸盐体系中Na2SiO3含量以10~40g/L为宜。
在此体系中镁合金微弧氧化得到的膜层中均含有MgO,MgAl2O4,MgSiO3及少量的非晶相,膜层主要组成元素为Mg,Si,Al和O[8~12]。微观组织观察表明,硅酸盐体系得到的氧化膜由3层组成,最外层是疏松层,中间层是致密层(为大量的硬质高温结晶相),对提高耐蚀性起主要作用,内层过渡层与基体相互咬合[5~13]。
目前碱性硅酸盐体系的研究及应用较广,其基准电解液为NaOH+Na2SiO3,对环境的污染小,并且微弧氧化膜层对SiO32-的吸附能力最强[14],与磷酸盐体系相比,硅酸盐体系成膜速率较高,硬度、耐磨性能优异,但是能耗相对较大,耐蚀性能稍差[6]。
1.3 铝酸盐
铝酸盐也是适合微弧氧化的电解质,它可以降低电解液的腐蚀作用,促进陶瓷涂层的生长,特别适用于化学性质活泼的镁合金微弧氧化膜的制备。在电流为0.4 A,频率为500 Hz,占空比为20,时间为5 min,pH值为12的条件下,获得Mg29Gd23Y20.6Zn20.5Zr镁合金在铝酸盐体系中微弧氧化处理的最优电解液配方:5 g/L NaAlO2,6 g/L KF,1.0%(体积分数)H2O2,1.5%(体积分数)丙三醇[15];AZ91D在铝酸盐体系中微弧氧化的最佳配方及工艺参数:5 g/L NaAlO2,4 g/L NaOH,3mL/L30%H2O2,电流密度1.0 A/dm2,频率600 Hz,占空比20%,氧化时间20 min[16]。对镁合金微弧氧化膜的制备、表征及其性能的研究认为NaAlO2的较佳含量为20 g/L左右[17]。
大量研究均表明,在此体系中所得陶瓷膜层主要由MgO和MgAl2O4相组成,其中MgAl2O4相坚硬耐磨,而MgO较为致密,与基体结合牢固,并且不同的工艺条件会导致这两相的含量发生变化,当MgO和MgAl2O4的含量比在0.6~1.0时,膜层的耐蚀性明显提高[18]。铝酸盐体系对环境无污染、无毒无害,微弧氧化所形成的膜层是两层结构(外层的疏松多孔层和内层的致密层),呈白色,表面极光滑,有良好的外观,相对于硅酸盐体系,铝酸盐体系所得膜层的耐磨性更好,膜层与基体的结合力也相对更好。但在成膜速度、耐蚀性方面,铝酸盐体系稍差于硅酸盐体系[19]。
1.4 复合溶液
近年来,在磷酸盐、铝酸盐和硅酸盐等电解液的基础上,充分利用各体系的优点,已开发出一系列复合溶液,如硅酸盐-铝酸盐、硅酸盐-磷酸盐、铝酸盐-磷酸盐及铝酸盐-钼酸盐等体系。
Na2SiO3-NaAlO2溶液体系与单一的铝酸盐或硅酸盐体系相比,得到的陶瓷膜耐蚀性更好,且致密性好,表面非常光滑,主体相是MgO,MgAl2O4,Mg2SiO4。但是,该电解液体系不稳定,微弧氧化时间过长,易在电解液中产生絮状Al(OH)3沉淀[20]。Na2SiO3-(NaPO3)6体系成膜较稳定,氧化膜外观较好,耐蚀性也较理想。采用14 g/L Na2SiO3+10 g/L(NaPO3)6+1 g/L Na2WO4+9 g/LNaOH+2 g/LNH4F+1 g/LNa2EDTA复合配方获得的微弧氧化膜主要由MgO,Mg2SiO4和MgAl2O4等陶瓷相构成[21]。另外,采用Na2SiO3-(NaPO3)6复合电解液在镁铝系合金表面成功制备出主要成分为MgO,MgAl2O4,Mg2SiO4和Mg3(PO4)2的微弧氧化膜,耐蚀性相对基体有较大提高[22,23]。
由此可见,碱性复合盐电解液能够充分利用各种组分的优点并克服其不足,形成各组分之间的有效互补,是微弧氧化电解液的发展方向。
2 添加剂的研究现状
向电解液加入添加剂促进膜层生长,改善膜层组织和性能,是微弧氧化电解液又一重要的研发内容。目前研究的添加剂大多为可溶性盐或有机物,按其作用的不同大致可分为4类:(1)抑制试样表面尖端放电,提高电解液稳定性,主要有KF[15],甘油[24],C3H8O3[2],Na2EDTA[25]等;(2)有助于放电,能提高溶液的电导率,主要有NaOH,KOH[24],NaF和NaAlO2等,但添加剂的含量过高会抑制放电或引起严重的边缘放电;(3)减少膜层的孔洞和裂纹,相应地提高陶瓷层的致密性、耐蚀性能,如Na2WO4[25]、氢氧化钾[24]、复合添加剂[25][1 g/L Na2EDTA,0.5 g/L CH3(CH2)11SO3Na]能够降低起弧电压和终止电压,减少孔隙的大小和密度,最终提高陶瓷层的致密性和耐蚀性,EDTA能减少膜层孔洞和微裂纹,在NaAlO2-NaOH为基的电解液中,加入蒙脱石后微弧氧化所形成的陶瓷膜层几乎没有大的孔洞和微裂纹,与基体相比,耐蚀性有很大提高,也是一种较好的微弧氧化添加剂[26](在电解液中加入蒙脱石的目的是抑制微弧氧化陶瓷膜中孔洞和微裂纹的形成和生长);(4)能够调整陶瓷层色彩的成分,如Cu2+呈现蓝色、Ni2+呈紫绿色、Cr3+呈绿色,一般只要着色离子进入膜层,膜层的颜色就由该离子或其化合物的颜色决定,如在铝酸盐电解液中加K2Cr2O7就能生成绿色的陶瓷膜,其颜色是由MgCr2O4来决定的[16],并且加入量适中时,微弧氧化膜层的整体性能与基体相比都有很大的提高。不过也有一些添加剂的效果不佳,如油酸钠、草酸钠、硼酸、柠檬酸等[24]的加入会导致电压无法上升,或者在初始阶段需要一个大的激发电流。
另外,添加剂浓度的不同对微弧氧化陶瓷层的性能也有很大影响,如C3H8O3能够抑制试样表面尖端放电,但加入过量,反而使陶瓷层的厚度及耐蚀性均出现下降趋势[2];H2O2提供成膜所必须的O2,在溶液中发生反应:2H2O2→2H2O+O2↑,使成膜速度和膜层厚度提高,但加入过多会使膜层致密度减小,孔洞增大、增多,导致耐蚀性降低[15]。
3 展望
镁合金微弧氧化电解液研究较多的为弱碱性的磷酸盐体系、硅酸盐体系、铝酸盐体系以及复合溶液体系,不同体系的电解液有各自的优点,但也存在不足复合溶液体系能合理发挥各组分的优点并克服不足,是提高膜层性能的重要手段。开发环保型复合电解液并合理使用添加剂对提高镁合金微弧氧化膜的性能有重要意义,是镁合金微弧氧化电解液研究的重要发展方向。
[参考文献](下转第72页)
摘要：介绍了镁合金微弧氧化技术在磷酸盐、硅酸盐、铝酸盐以及复合电解液等电解液研发领域的现状和进展,详述了磷酸盐、硅酸盐、铝酸盐以及复合电解液体系的优点和不足。分析了电解液中各种添加剂的作用特点及研究现状,提出采用环保复合电解液以及合理加入添加剂是镁合金微弧氧化电解液重要的研发方向。
电解质教学设计 篇4
根据新课程的基本理念，化学课堂教学应立足于学生适应现代生活和未来发展的需要，从学生已有的知识和经验出发，经过各种形式的探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学生化学的兴趣，强化科学探究的意识，促进学习方法的转变，培养学生的创新精神、实践能力和人文精神。教学的核心目标除了使学生真正建构起化学概念外，更重要的是培养他们的能力，如运用科学的思维方法抽象概括出概念的能力。
【教材分析】
物质在水溶液中的状态和行为是一个重要的认识领域，很多化学反应都是在水溶液中进行的，因此非常有必要让学生进入这个认识领域。电解质在人类的生产、生活中有着非常广泛的应用，它们与人类的生命活动密切相关，因此认识电解质具有重要的意义。
【学生分析】
物质在水中会发生什么变化？酸、碱、盐的水溶液为什么能够导电？酸、碱、盐有阴阳离子就一定能导电吗？这些对学过初中化学的学生来说，都是有待于进一步探讨的问题；同时对这些问题的探讨可从另外一个角度对化合物进行分类，从而引导学生从不同的视角来认识化合物。在建立电离的概念时，利用学生已经知道的酸碱盐溶液具有导电性和阴阳离子的知识。这一节中的概念比较抽象，我们的学生基础不是很好，这就要求教师尽量使抽象的概念形象化，使用实验、视频、图片等直观教具以及实验事实，帮助学生建立和理解概念。要注重学生的日常概念对化学概念的影响，教师要运用各种策略引发学生的已有认识，让学生有机会说出自己的想法，并让他们进行充分的讨论交流，引导学生大胆的质疑和假设，在探究体验中构建概念。
【教学目标】
（一）知识与技能目标
1、使学生了解电离、电解质的含义；
2、能准确书写常见的酸、碱、盐的电离方程式；
（二）过程与方法目标
1、在电解质知识学习中，学会运用观察、实验、查阅资料等多种手段获取信息，并运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工。
2、通过“质疑”、“归纳”等活动，提高学生分析、联想、类比、迁移以及概括的能力。
（三）情感态度与价值观目标
1、通过对电解质知识框架中各知识点有序的衍变分析、推导，让学生感受到化学学习中的逻辑美。
2、通过“身边的化学——电解质与细胞活动”，让学生感受到化学其实离我们不远，它就在我们的身边，让学生关注化学与生命活动的联系。
【教学重、难点】
电离及电解质与非电解质的概念、常见酸、碱、盐的电离方程式的书写。
二、教学过程
【问题引入】身体有汗的人为何接触使用着的电器更容易发生触电事故？人体在剧烈运动后为何要及时补充水分和盐分？你能解释这些现象吗？
（学生讨论）
【教师小结】出汗后体表有更多的盐分，这些盐分在汗中起到了导电的作用；人体剧烈运动流汗后，体内的Na+和K+、Cl-伴随水分一起流失很多，出现电解质浓度失衡、紊乱，产生恶心、肌肉痉挛等症状，故需要及时补充电解质和水分。
【板书】第二节 电解质
一、电解质及其电离
【学生探究实验】NaOH 溶液、HCl 溶液、NaCl 溶液、KNO3溶液、酒精溶液、蔗糖溶液的导电性实验
【学生汇报】
导电：NaOH溶液、HCl溶液、NaCl溶液、KNO3溶液（酸、碱、盐的溶液）不导电：酒精溶液、蔗糖溶液
【过渡】物理学上根据导电性实验，将物体分为导体和绝缘体，化学上根据一定条件下的导电性实验，将化合物分为电解质和非电解质。
【板书】1.电解质和非电解质
电解质：在水溶液里能够导电的化合物。（如NaCl、HNO3、NaOH等酸、碱、盐）
非电解质：在水溶液里不导电的化合物。（如蔗糖、酒精）
【学生思考】 电解质在水溶液中能够导电，在受热熔化时能否导电呢？
【演示实验】KNO3晶体以及其熔融状态的导电性实验
【实验结论】KNO3在水溶液中可以导电，在受热熔化时也能导电
【概念拓展
【问题探究1】为什么电解质的溶液能够导电?与金属的导电原理相同吗?
（教师首先提供问题探究所必需的金属导电的知识背景,而后进行问题的情景迁移：根据金属的导电原理，请分析盐酸、NaOH溶液、NaCl溶液在导电时除了外加电场的外部因素外，溶液自身内部还有哪些因素？）
【学生讨论后归纳】金属能导电→金属内部有自由移动的带负电的电子→盐酸、NaOH溶液、NaCl溶液能导电→溶液中也有自由移动的带电微粒→推论：溶液中有自由移动的分别带负电和正电的阴、阳离子。
【问题探究2】电解质中有阴、阳离子一定就能导电吗?
【大屏幕展示NaCl溶于水后的微观视频，学生阅读课本41页】
【学生讨论后归纳】
NaCl晶体：含有Na+和Cl-，但不能自由移动，故不能导电。
熔融状态的NaCl：受热熔化后，NaCl晶体中的Na+和Cl--成为自由移动的离子，可以导电。
NaCl溶液：原来在晶体中被束缚的Na+和Cl-在水分子的作用下离解为可自由移动的离子，从而能够导电。
【过渡】熔融状态的NaCl和NaCl溶液都能离解为可自由移动的离子，我们把这样的离解过程叫做电离。
【板书】2.电解质的电离
(1)电离定义：电解质在溶解于水或受热熔化时离解出自由移动的离子的过程。
【过渡】酸、碱、盐是电解质，自然能够电离。
(2)酸、碱、盐的电离：HCl=H++Cl-NaOH=Na++OH-NaCl=Na++Cl-
(3)电离方程式：用化学式和离子符号来表示物质电离的式子。
【学生练习】
书写电离方程式：HNO3、H2SO4、KOH、Ba(OH)
2、Na2CO3、Al2(SO4)3（三学生板演）
【问题探究3】大家能否从以上三组物质电离后的阴阳离子类型及共同特点入手，给酸、碱、盐下定义呢？
【学生讨论并归纳】
酸：电离时生成的阳离子全部是氢离子的化合物
碱：电离时生成的阴离子全部是氢氧根离子的化合物
盐：电离时生成金属阳离子（或ＮＨ４＋）和酸根阴离子的化合物
【教师讲解】
1.强调酸、碱定义中“全部”二字的含义；
2..酸碱盐的电离特点：酸在水溶液中电离，液态（熔融态）不电离；碱在水溶液或熔化状态都能电离；盐在水溶液或熔化状态都能电离。
【课堂小结】
【反馈练习】
1、下列电离方程式中，错误的是()
A.Al2(SO4)3 = 2Al+3 + 3SO4-2B.FeCl3 = Fe3+ + 3Cl-
C.HI = H+ + I-D.Na2CO3 = 2Na+ + CO32-
2.下列物质哪些是电解质？哪些是非电解质？哪些能导电？
①金属铜 ②固态NaCl③O2④ H2SO
4⑤碳棒⑥酒精水溶液 ⑦KOH水溶液
⑧熔融状态的KNO3⑨葡萄糖 ⑩SO
23.下列物质能导电的是（）
A.熔融的氯化钠 B.硝酸钾溶液C.硫酸铜晶体 D.无水乙醇
4.下列物质中，导电性能最差的是()
A.熔融氢氧化钠 B.石墨棒 C.盐酸溶液D.固态氯化钾
【课后作业】
1、上网查阅“电解质与生命”等资料，写一篇小论文。
2、电解质的水溶液能够导电，说明电解质在水溶液中能够发生电离。那么，电解质溶于水后是否都能全部电离？可以通过Internet网在“百度搜索”上输入关键词“强电解质 弱电解质”进行自主学习
三、教学后记
体系电解质 篇5
一、从电解质和非电解质的概念来说
在化合物的前提下, 物质在水溶液或者熔融状态下能够导电, 这是概念的关键点。对概念的理解, 要从以下来认知和把握: ( 1) 物质必须是纯净物, 不能是混合物; 必须去是化合物, 不能是单质。物质是否是化合物是判断“电解质”和“非电解质”的重要标准, 对于混合物、不导电的单质如氧气、氢气和氮气等, 以及可以导电的一些金属单质如铜、镁和铁等来说, 则排除了它们是电解质或非电解质的可能。 ( 2) 物质本身在水溶液中或熔融状态下可以电离出自由移动的离子。如盐酸溶液中有氢离子和氯离子、硫酸溶液中有铜离子和硫酸根离子、氢氧化钠溶液中有钠离子和氢氧根离子等; 氯化银在熔融状态下, 可以电解出银离子和氯离子, 氢氧化镁在熔融状态下可以电解出镁离子和氢氧根离子。 ( 3) 即使有些物质满足了化合物的标准, 也溶于水, 但是也不是电解质, 因为他们只是与水相溶, 并不能导电, 如蔗糖和酒精等。
从概念来判断电解质和非电解质, 是对高中学生的基本要求。通过概念, 学生可以很容易的判断出一些物质是否为电解质和非电解质, 方便快捷。
二、从物质的结构上来说
化合物分为离子化合物和共价化合物。离子化合物之间的作用是离子键, 属于极性键。因此对离子化合物来说, 构成物质的就是离子, 离子化合物无论是在水溶液中还是在熔融状态下, 都能电解出自由移动的离子, 所以离子化合物都是电解质。如氯化铁在水溶液中或是在熔融状态下, 都存在有铁离子和氯离子, 硫酸镁在水溶液或者熔融状态下都存在有镁离子和硫酸根离子。而对于共价化合物, 情况比较复杂。共价化合物按照化学键的极性来说, 分为强极性共价化合物、弱极性共价化合物和非极性共价化合物。对于强极性共价化合物, 如过氧化钠, 在熔融状态下可以电离, 在水溶液中也可以和水发生反应, 生成新物质产生可以自由移动的电子, 因此是电解质; 对一些弱极性共价化合物, 如氯化氢, 当它溶于水时, 受水分子作用发生电离, 产生自由移动电子, 所以是电解质; 而对二氧化碳而言, 分子结构对称, 是非极性共价化合物, 所以即使水溶液导电, 其本身还是非电解质, 所以共价化合物部分是电解质, 部分是非电解质。
从物质结构上判断电解质和非电解质, 学生需要了解极性键、共价键和范德华力, 以及要记住物质的结构和组成, 对高中学生而言, 需要学生自己的记忆和积累。
三、从电解的本质来说
电解的本质是物质在水溶液中或在熔融状态下产生可以自由移动的电子。 ( 1) 电解质和沉淀没有必然联系。虽然有一些微溶物和难溶物, 自由移动电子很少或者没有自由移动电子, 是非电解质。但是有些沉淀在水溶液中溶解的部分完全电离, 也是电解质。如硫酸钡溶液, 虽然在水中是沉淀, 但是所溶解的部分却是以钡离子和硫酸根离子的形式存在, 所以是电解质; 碳酸钙沉淀在水溶液中溶解的部分完全电离成钙离子和碳酸根离子, 也是电解质; 氢氧化铁沉淀在水溶液中溶解的部分完全电离成铁离子和氢氧根离子, 也是电解质。 ( 2) 电解质的强弱和溶液浓度的大小没有必然关系。浓度大的不一定是强电解质, 如氢氧化铜, 是强电解质, 但是即使溶液达到饱和, 浓度也不大; 弱电解质的浓度不一定小, 如乙酸可以和水任意比互溶, 但是却是弱电解质。 ( 3) 溶液导电能力和电解质的强弱没有必然关系。导电能力是由自由离子的个数和离子所带电荷数决定的。同等条件下, 同浓度的电解质, 导电能力强的不一定是强电解质, 但是导电能力弱的一定是弱电解质。 ( 4) 对于有些物质来说, 虽然水溶液中有自由移动离子, 但本身也不是电解质。如二氧化碳, 虽然碳酸溶液可以导电, 但是二氧化碳本身不是电解质, 因为它在熔融状态下不能电离出离子, 在水溶液中导电的只是碳酸, 所以碳酸是电解质; 二氧化硫在水溶液中生成氢离子和亚硫酸根离子, 但是亚硫酸是电解质, 二氧化硫是非电解质; 三氧化硫在水溶液中生成氢离子和硫酸根离子, 但是硫酸是电解质, 三氧化硫是非电解质。
四、从化合物呈现的规律来说
在高中化学教学中, 根据化合物的规律性, 通常认为电解质包括: 酸、碱、盐、碱性氧化物、呈碱性的氧化物和水, 质如氯化钠、硝酸、氢氧化钠和过氧化钠等; 非电解质包括: 酸性氧化物和大多数有机物, 如二氧化碳和甲烷等。还有一部分特殊的化合物, 如一氧化碳和一氧化氮等, 属于不成盐的氧化物, 既不是电解质, 也不是非电解质。
这样对电解质和非电解质大致的总结, 简单易懂, 便于学生理解和掌握。
总之, 物质是否为电解质或是非电解质, 学生要从多方面来判断, 理解并掌握这两个概念, 对高中化学的学习大有帮助。
摘要：对高中学生来说, “电解质”和“非电解质”是高中化学里比较重要也是比较难的两个概念。理解并掌握住这两个概念, 不仅可以帮助学生顺利地书写出电离方程式, 而且为学生以后掌握“弱电解质”的电离打下了良好的基础。怎样紧扣住“电解质”和“非电解质”的概念, 从多角度、全面地正确区分“电解质和非电解质”, 笔者就结合自己的教学经验, 谈谈个人的心得体会。
关键词：高中化学,电解质,非电解质,概念,教学研究
参考文献
[1]陈晓勇.电解质教学的探究[J].中学生数理化 (教与学) , 2010, (10) .
体系电解质 篇6
大量的研究证明[2,3,4],具有高电导率相的δ-Bi2O3通过添加镧系掺杂物(Ln3+或Y3+)后能稳定到较低的温度下。然而,由于基础离子和掺杂阳离子在离子半径方面的错误搭配,使得结构稳定到室温了,但电导率却大大降低。图1为研究人员[5]掺杂镧系氧化物后的氧化铋基电解质在500℃和700℃下的电导率谱图。从图1中我们了解到,单掺杂的电解质(Bi2O3)1-x(Ln2O3)x中,掺杂了Er2O3的电解质的电导率是最高的。所以,本实验选取Er2O3作为掺杂物,制备出单掺杂的ESB[(Er O1.5)0.2(Bi O1.5)0.8]电解质,再与双掺杂的DWSB电解质进行性能上的对比。
图1不同离子半径的镧系氧化物(Bi2O3)1-x(Ln2O3)x在500℃和700℃下的电导率Fig.1 The electrical conductivity of the differentionic radius of the substituted Ln3+for(Bi2O3)1-x(Ln2O3)xat 500℃and 700℃
1 实验部分
1.1 材料与仪器
氧化铋(99.88%);氧化钨(99.8%);氧化镝(≥99.9%);氧化铒(≥99.9%);(以上试剂均为试剂纯);聚乙烯醇(5%,分析纯);铂丝(直径0.3 mm),市售。
769YP-24B粉末压片机,天津科器高新技术公司;QM-4H球磨机,南京市桑力电子设备厂;STA 449 C综合热分析仪,NETZSCH;X'Pert PRO X-射线衍射仪;荷兰PANalytical公司;LCR3532-80阻抗测试仪(日本电化学分析仪)。
1.2 实验方法
单掺杂的ESB电解质的制备工艺方法与双掺杂的DWSB电解质的一致。以Bi2O3(99.88%)、WO3(99.8%)、Dy2O3(≥99.9%)、Er2O3(≥99.9%)为原料,其比例为88mol%Bi2O3,12mol%Dy2O3和WO3(Dy2O3∶WO3=2.5∶1),80mol%Bi2O3,20mol%Er2O3,将一定化学计量的三者混合在玛瑙球磨罐中进行球磨24 h。干燥后,将混合好的粉末在800℃烧结16 h,升温速率为2℃/min。将烧结后的粉体用研钵研磨、过筛,得到颗粒均匀的粉体。粉体中加入浓度为5%的PVA作为粘结剂,压力选取20 MPa,压制成直径为13 mm,厚度为3 mm的小圆坯片。为了使压制好的圆片进一步致密化,之后将制好的圆片在850℃的烧结,保温10 h,升温速率为2℃/min。
用热分析仪(NETZSCH STA 449 C)对制备好的粉末进行热分析,利用荷兰帕纳科(PANalytical)公司的X'Pert PRO X-射线衍射仪对煅烧粉末进行相结构分析。以铂浆为电极,对试样进行交流阻抗谱测量并计算其电导率,测试设备日本电化学分析仪LCR3532-80阻抗测试仪,交流频率范围为4~106 Hz。
2 实验结果分析
2.1 结构的对比
为了进一步确定晶型转变情况,本实验将所配比好的粉体样品进行X射线衍射检测。实验条件为Cu靶Kα辐射,光管电压45 k V,光管电流40 m A。扫描范围5°~89°,步长0.020,扫描速度4°/min。根据DTA-TG图谱显示结果,首先将ESB粉体和DWSB分体分别在800℃进行煅烧10 h,取出粉体进行检测。
图2 DWSB和ESB经过800℃烧结后的X射线衍射图谱Fig.2 X-ray diffraction pattern of DWSB and ESB after sintering at 800℃
图2为DWSB和ESB经过800℃烧结后的XRD图谱,①代表DWSB电解质的X射线衍射图,②代表ESB电解质X射线衍射图。图2中可以观察到,①②的衍射峰都与立方相Bi2O3的标准卡片[其PDF卡片号为:52-1007,空间群为Fm-3m(225)]的衍射峰一一对应,但②的衍射峰比①的衍射峰要高并且尖锐,这说明ESB电解质的结晶度要比DWSB电解质的结晶度要好。
Scherrer粒度公式:
其中K为Scherrer常数,其值为0.89;D为晶粒尺寸(nm);B为积分半高宽度;λ为X射线波长,为0.154056 nm;θ为衍射半角。根据上式计算出样品在800℃下的平均粒径为34.76 nm。
表1 2种不同掺杂物的平均粒径Table 1 The average grain size of two different dopants
表1为双掺杂的DWSB和单掺杂的ESB的晶粒尺寸,单掺杂的ESB与双掺杂的DWSB的晶粒均为纳米级,并且单掺杂的ESB比双掺杂的DWSB的晶粒尺寸要小。
图3 几种物质晶格常数的图谱Fig.3 The lattice constant of several substances
由图3可以观察到3#DWSB电解质和ESB电解质的晶格常数,研究人员[6]发现,28.5DSB[(Dy O1.5)0.285(Bi O1.5)0.715]电解质和22WSB[(WO3)0.22(Bi O1.5)0.78]电解质是其单掺杂组分当中,能够稳定萤石结构的最低的掺杂浓度。由文献[7]可知,28.5DSB电解质的晶格常数为5.49,22WSB电解质的晶格常数为5.50。而本实验所测定的DWSB电解质的晶格常数为5.568,单掺杂的ESB电解质的晶格参数为5.525。
由图3可知,经过双掺杂的电解质的晶格常数明显比单掺杂电解质的晶格常数要大。Yashima等[8]曾经测得760℃下δ-Bi2O3的晶格常数为5.654,由此可知,双掺杂的DWSB电解质与单掺杂的ESB、DSB、WSB电解质相比,其结构与δ-Bi2O3的内在结构更加的相近。
2.2 电导性能的对比
交流阻抗谱是常用的一种电化学测试技术,该方法具有频率范围广、对体系扰动小的特点,其能强有力地精确区分燃料电池各个部分造成的性能损耗。对陶瓷结构的变化是极为敏感的,因而可用来研究陶瓷的微结构。对于大多数陶瓷材料来说,交流阻抗谱包括三个弧,依次分别为晶粒电阻,晶界电阻和电极界面电阻,但对于多晶陶瓷材料来说,晶粒间界弧是不存在的[9]。本实验将制备好DWSB(Dy2O3、WO3与Bi2O3)和ESB(Er2O3与Bi2O3)粉体压制成固体圆片,上下表面涂好铂浆,制成铂电极,用铂线连接好后在200~700℃范围下对其交流阻抗谱进行测定,交流频率范围4~106 Hz。
式中L为样品的厚度,为3 mm,A为样品电解质表面有效电极的面积,为132.665 mm2,R为电解质的体电阻,根据所测得的式样的交流阻抗,依据上述公式,从而计算电导率,计算结果绘制于图4。
图4 单掺杂的ESB与双掺杂的DWSB电导率的对比图Fig.4 The conductivity contrast figure of single doped ESB and double doped DWSB
从图4中可以观察到,在低温(400℃)下,双掺杂的DWSB电解质的电导率与单掺杂的ESB的电导率值差距不是很大,而随着温度的进一步升高,两者间的电导率递增明显加快,双掺杂的DWSB的电导率增加的很快,并且在整个温度测试范围下比ESB电解质的电导率都高。
图5 ESB与DWSB以及YSZ电解质电导率的Arrhenius曲线Fig.5 The Arrhenius curve for electrical conductivities of ESB,DWSB and YSZ
图5所示为DWSB、ESB及YSZ系列电解质的Arrhenius曲线。由图5可以观察到,在整个温度区间,各个电解质的Arrhenius曲线是不同的,其中ESB和DWSB的Arrhenius曲线总体上是相同的。各样品的Arrhenius曲线并不都是线性的,根据下列公式计算整个温度区间的电导率活化能的平均值,计算的结果见表2。
式中σ是氧离子电导率;A是指前因子,由可迁移的离子数决定,即离子从一个空位转移到另个一空位的距离以及有效的空位数目;T是绝对温度;k是波尔兹曼常量;Ea是氧迁移活化能,与可迁移的离子从一个空位跳到另一个空位的难以程度有关;所以,活化能和指前因子是决定离子电导率的关键。
表2 DWSB、ESB和YSZ的电导率活化能Table 2 Conductivity activation energies of DWSB、ESB and YSZ
3 结论
本文对单掺杂的ESB电解质与双掺杂的DWSB电解质进行对比,主要结果如下:
(1)经过双掺杂的电解质比单掺杂后的电导率更高,说明经双掺杂后样品的导电性得到了进一步改善了。双掺杂的DWSB电解质的电导率比单掺杂的ESB电解质的电导率要高,但所制备的DWSB电解质的电导率并没有达到理想的电导率值。
(2)通过计算晶粒尺寸,单掺杂的ESB比双掺杂的DWSB的晶粒尺寸要小,双掺杂的DWSB的结晶度和晶粒尺寸可以进一步优化,达到最优的目标。
(3)通过晶格参数计算,发现双掺杂的DWSB电解质与单掺杂的ESB、DSB、WSB电解质相比,其结构与δ-Bi2O3的内在结构更加的相近。
总而言之,氧化铋基电解质掺杂方面,双掺杂的电解质要比单掺杂的电解质的电导率要高,但是本实验所制备的DWSB的电解质的电导率并没有达到理想要求,这种共掺杂效应对样品的烧结性能、电导率、活化能等均产生了显著的影响,要制备高活性的DWSB电解质材料还需要更多更细致的研究工作。
摘要：本实验通过双掺杂氧化镝和氧化钨于氧化铋与单掺杂氧化铒于氧化铋所制成的两种电解质进行对比。利用粉末X射线衍射对合成材料进行相分析,利用交流阻抗谱方法测试、计算试样的电导率。研究结果表明,烧结温度选取在800℃时,ESB电解质的结晶度要比DWSB电解质的结晶度要好,并且双掺杂DWSB电解质的晶格常数明显比单掺杂ESB电解质的晶格常数要大。与单掺杂的ESB、DSB、WSB电解质相比,双掺杂的DWSB电解质其结构与δ-Bi2O3的内在结构更加的相近,致使双掺杂的电解质要比单掺杂的电解质的电导率要高。
关键词：单掺杂,双掺杂,氧化铋,电导率
参考文献
[1]van Herle J,Seneviratne D,Mcevoy A J.Lanthanide co-doping of solid electrolytes:AC conductivity behaviour[J].Journal of the European Ceramic Society,1999,19(6-7):837-841.
[2]T.Takahashi,H.Iwahara.High oxide ion conduction in sintered Bi2O3containing Sr O,Ca O or La2O3[J].Journal of Applied Electrochemistry,1972,2(2):97-104.
[3]T.Takahashi,T.Esaka,H.Iwahara.High oxide ion conduction in the sintered oxides of the system Bi2O3-Gd2O3[J].Journal of Applied Electrochemistry,1975,5(3):197-202.
[4]T.Takahashi,H.Iwahara,T.Arao.High oxide ion conduction in sintered oxides of the system Bi2O3-Y2O3[J].Journal of Applied Electrochemistry,1975,5(3):187-195.
[5]M.J.Verkerk,A.J.Burggraaf,Structure and ionic conductivity of Bi2O3substituted with lanthanide oxides[J].Journal of the Electrochemical Society,1982,44(9):1093-1098.
[6]Takehiko Takahashi,Hiroyasu Iwahara.High oxide ion conduction in sintered oxides of the system Bi2O3-WO3[J].Journal of Applied Electrochemistry,1973,3(1):65-72.
[7]Vladislav V.Kharton,Evgeny N.Naumovich,et al.Research on the electrochemistry of oxygen ion conductors in the former Soviet Union[J].J Solid State Electrochem,2001,5(3):160-187.
[8]Yashima M,Ishimura D,Ohoyama K.Temperature dependence of lattice parameters and anisotropic thermal expansion of bismuth oxide[J].J Am Ceram Soc,2005,88(8):2332-2335.
体系电解质 篇7
1 资料与方法
1.1 纳入与排除标准[3]
纳入标准: (1) 经临床症状、影像学、病理检查确诊, 符合世界卫生组织公布的结直肠癌的诊断标准; (2) 行结直肠肿瘤根治术, 全麻; (3) 美国麻醉医师协会 (ASA) 分级为Ⅰ~Ⅱ级; (4) 心、肝、肾等脏器功能良好, 无器质性疾病; (5) 无手术禁忌证及相关麻醉禁忌证; (6) 精神良好, 可积极配合治疗; (7) 无转化糖等用药禁忌证。排除标准: (1) 糖尿病、遗传性果糖不耐受及其他代谢疾病者; (2) 术前无电解质紊乱和心肺功能障碍者。
1.2 一般资料
选取2014年1月—2015年3月海门市人民医院收治的结直肠肿瘤患者122例, 按随机数字表法分为观察组与对照组, 各61例。观察组中男35例, 女26例;年龄38~68岁, 平均 (57.3±5.3) 岁;体质指数 (54.1±3.3) kg/m2;结肠癌41例, 直肠癌20例。对照组中男34例, 女27例;年龄36~70岁, 平均 (58.1±5.2) 岁;体质指数 (55.0±3.5) kg/m2;结肠癌42例, 直肠癌19例。两组患者一般资料比较, 差异无统计学意义 (P>0.05) , 具有可比性。
1.3方法
两组患者术前均完善各项检查, 开放静脉通道, 进入手术室后密切监测心电图 (ECG) 、心率 (HR) 、血氧饱和度 (Sp O2) 、平均动脉压 (MAP) 等指标, 患者均行气管插管全麻, 全麻诱导插管, 麻醉维持予以4~8mg·kg-1·h-1丙泊酚、0.1~0.3μg·kg-1·min-1芬太尼持续输注, 期间吸入异氟烷, 间断使用顺苯磺酸阿曲库铵。观察组患者术中予以转化糖电解质注射液[四川美大康佳药业有限公司, 国药准字H20050494 (250ml) ;国药准字H20050493 (500ml) ], 10%转化糖电解质注射液500ml静脉滴注。对照组患者术中予以乳酸钠林格注射液 (吉林利君东宝制药有限公司, 国药准字H20057158) 500ml静脉滴注, 30~60min内完成。两组患者静脉滴注完成后采取复方氯化钠注射液维持静脉通路, 术中根据患者具体情况输血或采用血浆代用品。
1.4 观察指标
观察两组患者静脉滴注前 (T0) 、静脉滴注10min (T1) 、静脉滴注30min (T2) 、静脉滴注60min (T3) 、静脉滴注120min (T4) 血糖、血电解质 (Na+、K+、Ca2+) 及血p H值变化情况。
1.5 统计学方法
采用SPSS 18.0统计软件进行数据处理, 计量资料以±s表示, 重复测量数据采用重复测量方差分析, 组间比较采用成组t检验;计数资料采用χ2检验。以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 血糖
时间与方法有交互作用 (P<0.05) ;组间比较, 差异有统计学意义 (P<0.05) ;时间间比较, 差异有统计学意义 (P<0.05) ;T0、T4两组患者血糖比较, 差异无统计学意义 (P>0.05) ;T1、T2、T3观察组患者血糖高于对照组, 差异有统计学意义 (P<0.05, 见表1) 。
注:与对照组比较, *P<0.05, 与T0比较, △P<0.05
2.2 血电解质
K+时间与方法有交互作用 (P<0.05) ;组间比较, 差异无统计学意义 (P>0.05) ;时间间比较, 差异有统计学意义 (P<0.05) ;Na+、Ca2+时间与方法无交互作用 (P>0.05) ;组间比较, 差异无统计学意义 (P>0.05) ;时间间比较, 差异无统计学意义 (P>0.05) ;T0两组患者K+比较, 差异无统计学意义 (P>0.05) ;T1、T2、T3、T4观察组患者K+高于对照组, 差异有统计学意义 (P<0.05) ;T0、T1、T2、T3、T4两组患者Na+、Ca2+比较, 差异无统计学意义 (P>0.05, 见表2) 。
2.3 血p H值
血p H值时间与方法无交互作用 (P>0.05) ;组间比较, 差异无统计学意义 (P>0.05) ;时间间比较, 差异无统计学意义 (P>0.05) ;T0、T1、T2、T3、T4两组患者血p H值比较, 差异无统计学意义 (P>0.05, 见表3) 。
3 讨论
结直肠肿瘤包括结肠癌和直肠癌, 是目前常见的恶性肿瘤, 好发于中老年人[4]。目前, 结直肠肿瘤的治疗以手术为主, 通过结直肠肿瘤根治术治疗, 切除病灶部位, 挽救患者生命[5]。结直肠肿瘤患者术前需禁食禁水, 进行常规肠道准备, 从而造成机体内水、电解质紊乱, 导致术中机体能量供应不足。尤其是老年结直肠肿瘤患者, 其各生理功能呈退行性改变, 生理储备功能降低, 心、肝、肾等重要脏器功能明显降低, 且老年患者易发生营养不良, 导致机体内水电解质紊乱[6]。另外, 结直肠肿瘤根治术创伤较大, 围术期患者易出现血流波动, 尤其是老年患者由于身体耐受力差, 术中创伤易导致其发生心律失常等并发症, 甚至出现心搏骤停, 危及患者生命安全[7]。结直肠肿瘤根治术患者术中应予以足够的能量供应及必要的心肌保护, 确保机体内部电解质平衡, 提高手术安全性。
术中补液是目前为结直肠肿瘤患者提供足够的能量供应及维持电解质平衡的主要保障。术中补液的目的是要维持患者围术期水、电解质及酸碱平衡, 使患者各器官组织得到正常的灌注和供氧, 为机体补充必要的能量。
乳酸钠林格注射液是临床常用的补液用药, 属于细胞外液补充液, 其电解质浓度、酸碱度和渗透压与细胞外液相接近, 可维持患者机体内部血容量循环, 确保机体电解质及酸碱平衡[8]。但乳酸钠林格注射液成分中不包含糖类, 无法直接为患者术中提供足够能量, 只能维持机体内部电解质平衡。葡萄糖注射液是临床最常用的为机体提高能量的药物, 但会影响患者的血糖水平, 糖耐量异常患者或糖尿病患者在静脉注射葡萄糖注射液后血糖会出现大幅度波动, 危及患者术中安全, 通常围术期高血糖与患者术后并发症及病死率密切相关[9,10]。为确保患者围术期血糖的稳定, 给患者提供足够能量是提高患者手术安全性的主要措施。
转化糖电解质注射液是乳酸钠、氯化钾、氯化镁、氯化钠、磷酸二氢钠、亚硫酸氢钠、果糖及葡萄糖等按一定比例合成的等渗溶液, 渗透压为446m Osm/L, 为患者机体及时补充能量和电解质, 可作为术中细胞外液替代用品, 在临床广泛应用[11]。
本研究结果显示, T0、T4两组患者血糖比较, 无显著差异;T1、T2、T3观察组患者血糖高于对照组, 有显著差异。提示结直肠肿瘤根治术患者予以转化糖电解质注射液, 血糖水平稳定;表明术中及时补液可为患者提供稳定的能量供应, 不会导致患者术中血糖大幅波动及术后出现高血糖等症状, 确保患者治疗的安全性。每1000ml转化糖电解质注射液含有2.800g乳酸钠、4.860g氯化钾、0.280g氯化镁、1.460g氯化钠、0.750g磷酸二氢钠、0.524g亚硫酸氢钠、25.000g果糖及25.000g葡萄糖, 对非口服途径补充水分或能量及电解质具有显著效果[12]。糖尿病及胰岛素抵抗患者予以转化糖电解质注射液, 可及时为患者提供能量, 补充电解质, 确保机体内水电解质平衡。转化糖电解质注射液与葡萄糖、果糖的作用机制相同, 可为患者提供足够能量。果糖不会导致患者血糖升高, 能在较短时间内为患者提供足够能量。果糖直接经肝肾及小肠被果糖激酶催化为1-磷酸果糖, 无需依赖胰岛素可自行代谢, 具有较快的分解速度, 且糖酵解代谢途径中限速酶磷酸果糖激酶不会影响果糖的代谢, 分解代谢途中不会影响患者血糖, 不会导致血糖波动, 安全性高。T1、T2、T3、T4观察组患者K+高于对照组, 有显著差异;T0、T1、T2、T3、T4两组患者Na+、Ca2+、血p H值比较, 无显著差异。表明转化糖电解质注射液能更好地维持患者电解质平衡, 避免发生电解质紊乱。有研究表明, 转化糖电解质注射液临床应用已得到肯定, 不会影响2型糖尿病患者血糖和胰岛素水平, 可保护患者心肌功能[13]。转化糖电解质注射液会导致患者血K+轻微升高, 术前高血K+患者需慎用。
注:与对照组比较, *P<0.05, 与T0比较, △P<0.05
体系电解质 篇8
关键词：固体聚合物电解质,膜电极,水电解,制备方法
1 引言
固体聚合物电解质(Solid Polymer Electrolyte,SPE)水电解制氢技术是由美国通用电气公司(GE)于1966年开创,最初用于航天领域[1,2]。相比传统的碱性水电解槽而言,固体聚合物电解质水电解槽由于具有很高的电流密度及电流效率,欧姆极化损失较小,气体纯度高,安全可靠无污染等优势备受世界瞩目[3]。
膜电极(Membrane Electrode Assembly,MEA)是膜和电极的结合体,是固体聚合物电解质水电解池的核心部件,因而也是SPE水电解研究的热点。膜电极是由固体聚合物电解质膜及其两边的电催化剂组成,如图1所示,它不但是水电解反应发生的场所,也是电子和质子传递的通道[4]。关于膜电极的研究主要集中在固体聚合物电解质膜、水电解电催化剂以及膜电极的制备工艺和方法3个方面,本文仅对膜电极的制备工艺和方法加以评述。
2 膜电极制备方法
膜电极的制备方法根据催化层支撑体的不同可归纳为两种模式[5]:以扩散层为催化层支撑体的制备模式,即先把催化层载在扩散层的表面,形成气体扩散电极(Gas Diffusion Electrode,GDE),然后将气体扩散电极与聚合物电解质膜进行热压得到膜电极,此类方法称为GDE法;以聚合物电解质膜为催化层支撑体的制备模式,即通过某种特定方式直接将催化剂负载在聚合物电解质膜两侧,形成催化剂覆盖的电解质膜(Catalyst Coated Membrane,CCM),这样制备膜电极的模式称为CCM法。
在膜电极中,电极催化层与SPE膜的接触电阻是欧姆电阻的主要来源,它们之间粘接的足够紧密可以有效降低接触电阻,提高能量转化效率。此外,由于SPE水电解池工作在高电流密度下,电解过程中产生的大量气体会对电极产生强烈的冲刷,导致电极产生很大的机械张力,这也要求催化层与膜的结合必须牢固。本文根据电极催化层与SPE膜两者结合工艺的不同,将SPE水电解膜电极的主要制备方法归纳如下。
2.1 热压法
热压法[6,7](Hot Press Method)制备SPE膜电极是由美国通用电气公司(GE)所首创,具体方法是将催化剂、溶剂和粘结剂(如Teflon)按适当的配比充分混合,再将混合液制成催化剂膜层,然后通过热压的方法将催化剂层与SPE膜紧密结合在一起。Nakanore等人[8]曾经用该方法将IrO2(4mg/cm2)和Pt(3mg/cm2)分别作为阳极催化剂和阴极催化剂热压到SPE膜Nafion®上制备了面积为200cm2的膜电极。Lawrance等人[9]则将Ir黑和Pt黑粉末作为催化剂热压到经过打磨粗糙处理的Nafion膜上,制备了效果不错的膜电极。
热压法制备的膜电极具有催化剂与膜结合牢固不易脱落、容易控制沉积量和可规模化生产的优点,但制备工艺较复杂,且在热压过程中会使膜部分失水,影响膜的性能。此外,粘结剂的加入会降低催化剂的暴露面积和表面活性,从而使催化剂利用率降低,用量增加。
2.2 化学沉积法
在GE公司开创了热压法制备膜电极的技术后,日本的一些研究者又提出了一种将贵金属沉积到SPE膜表面的无电镀法[10](Electroless Method),即化学沉积法(Chemical Deposition Method)。采用这种方法的膜电极制备过程如图2所示。将膜放入两极池中,一室中装有金属盐溶液,另一室装有还原剂溶液(如N2H4或NaBH4)。还原剂溶液不断渗透穿过膜,将金属络离子还原,还原所得的催化剂在膜的表面及靠近表面的膜内部均有分布。当一侧催化剂达到担载量之后,可用同样的方法在膜的另一侧沉积相同或不同种类催化剂。在化学沉积过程中,催化剂的沉积量、晶型及表面状态直接影响膜电极的性能,控制工艺条件如贵金属溶液及还原剂类型、浓度、操作温度、操作时间及溶液pH值可以优化膜电极的性能。
这种方法设备简单,阴阳两极紧贴于离子膜的两面形成膜电极,催化层与SPE膜结合牢固,界面电阻值很低,电解时能达到较高的电流密度。Takenaka等人利用这种方法制备的SPE膜电极在500mA/cm2,90℃条件下,槽电压仅为1.55～1.59V。它的缺点是催化剂颗粒较大,主要分布在膜表面,贵金属利用率不高。此外,沉积到膜内部的催化剂会降低水电解的法拉第电流效率,甚至可能导致电解池短路。
2.3 浸渍-还原法
1989年美国人Fedkiw等[11]对化学沉积法进行了改进,在其基础上提出了浸渍还原法(Impregnation-Reduction Method)。这种方法的膜电极制备过程分两步:将SPE膜在NaCl溶液中浸泡使Na+与膜内的H+充分交换,然后将Na+型SPE膜放入贵金属络合离子溶液中与金属络离子进行交换。浸渍后的SPE膜再放入到还原剂溶液中,这时已交换在膜内的金属络合离子向界面扩散被原位还原,结果使金属催化剂沉积在膜的内表面层形成金属/SPE复合型膜电极。
与化学沉积法相比,这种方法的优点在于浸渍-还原后形成的贵金属催化剂颗粒微细,结构致密,从而具有较高的催化活性,制备的膜电极中贵金属担载量较低。由于此法形成的催化剂明显渗入到SPE膜内,完全与膜形成接触,因而膜与电极的接触电阻更小,电极寿命更长。浸渍-还原法在各种SPE膜电极制备技术中最具技术开发潜力,但目前此法尚处于实验室规模阶段,有待于进一步研究走向工业化。
2.4 喷涂法
喷涂法[12](Spraying Method)是将催化剂浆料喷射到膜的表面,然后干燥处理形成膜电极的方法。具体过程是将催化剂、溶剂以及粘接剂(如Teflon或Nafion®乳液)超声混合形成分散均匀的催化剂浆料,把催化剂浆料装入气动喷枪的料斗中,打开气动喷枪使料斗内的催化剂浆料均匀喷射到SPE膜的表面,然后烘干处理。在制备出一侧的催化层之后,用同样的方法再制备另外一侧的催化层,最后形成完整的膜电极。
Egil Rasten等[13]报道利用喷涂法制备SPE水电解膜电极,IrO2用作阳极催化剂,Pt/C用作阴极催化剂,总的贵金属担载量为2.4mg/cm2,催化层中Nafion®树脂含量为20wt%,在80℃和1A/cm2常压电解时,电解槽电压为1.65V。
喷涂法的优点是操作简单,催化剂用量容易控制,特别适宜于制备大面积膜电极以及膜电极的批量生产。此外,用于实验室小面积膜电极的制备时,该法相对于上述其他方法来说催化剂的损失量小,因此也更适合实验室的操作。
2.5 转拓法
转拓法(Decal Transfer Method)是由美国能源部Los Alamos国家实验室的Wilson等人[14]于20世纪90年代初所开创的一种新的膜电极制备方法,又称转印法或贴花转移法。首先将制备好的催化剂浆料(ink)喷涂或刷涂到PTFE模板上并烘干,然后把两块带有催化层的PTFE模板和SPE膜叠加在一起,在一定条件下热压使它们结合,最后揭去PTFE模板,就把催化层从PTFE模板转移到SPE膜上,形成了薄层膜电极。该法最初是用于PEM燃料电池膜电极的制备,后来也被逐渐应用到SPE水电解技术中。
邵志刚等[15]报道利用转拓法制备SPE水电解膜电极,阳极催化剂IrO2和阴极催化剂Pt黑的担载量都为0.5mg/cm2,催化层中Nafion®树脂含量为25wt%,使用Nafion115膜,电解池(5 cm2膜电极)在80℃和1A/cm2常压电解时,电解电压为1.8V。
Yamaguchi等[16]利用转拓法制备面积为2500cm2的SPE水电解MEA,阳极催化剂IrO2担载量为4mg/cm2,阴极催化剂Pt黑的担载量为3mg/cm2,使用Nafion 112膜,电解池在80℃和1A/cm2常压电解时,电解电压为1.58V。
在采用转拓法制备膜电极的过程中,大多使用PTFE薄膜作为催化剂浆料(ink)的转拓材料。但Bender等[17]研究发现,由于聚酰亚胺Kapton®薄膜材料比PTFE更加亲水,化学稳定性好,玻璃化转变温度高(大于300℃),在热压过程中与Nafion®无相互作用等优点,用聚酰亚胺作为转拓材料制备出的膜电极重现性好,性能提高了25%。
2.6 其他方法
除了上述5种膜电极制备方法,在PEM燃料电池的研究中还出现一些膜电极制备的其他方法,如筛网印刷法[18,19,20,21,22](Screen Printing)和喷墨印刷法(Ink Jet Printing)[23,24]。这些方法较为少用,但也可以为SPE水电解膜电极制备所借鉴。
3 结语
电解质溶液中离子浓度大小比较 篇9
一、掌握解此类题的三个思维基点: 电离、水解和守恒( 电荷守恒、物料守恒及质子守恒)
1. 电荷守恒: 任何溶液中都呈电中性,电解质溶液中所有的阳离子所带的正电荷数与所有的阴离子所带的负电荷数相等. 如在CH3COONa溶液中,c ( CH3COO-) + c ( OH-) =c( Na+) + c( H+) 1
2. 溶质守恒( 物料守恒) : 溶质在溶液中某种离子的各种存在形式总和不变. 如在CH3COONa溶液中,
( 3) 质子守恒( 溶剂守恒) : 溶液中溶剂水电离的c( H+) 和c( OH-) 浓度相等,如在CH3COONa溶液中,水所电离的H+被部分CH3COO-结合生成CH3COOH,因此: c ( H+) +c( CH3COOH) = c( OH-) 3. 对于这个守恒实际上是电荷守恒和物料守恒两个恒等式的代换关系,学生可以不必记忆或自行导出,只要掌握1式和2式即可代换出来( 由1式c( Na+) =c( CH3COO-) + c ( OH-) - c ( H+) 代入2式c ( Na+)=c( CH3COO-) + c( CH3COOH) 得c( CH3COO-) + c( OH-) c( H+) = c( CH3COO-) + c( CH3COOH) ,删去两边相同的即可得3) .
二、做题时搞清溶液状况,首先搞清是单一溶液还是混合溶液,然后再根据情况分析
1. 单一溶质的溶液中离子浓度比较
( 1) 多元弱酸溶液中,由于多元弱酸是分步电离的( 注意:弱酸弱碱电离都是微弱的) ,第一步的电离远远大于第二步,第二步远远大于第三步,但是三步电离都产生氢离子. 由此可判断多元弱酸溶液中离子浓度大小顺序. 如H3PO4溶液中:
( 2) 多元弱酸的强碱正盐溶液中,要根据酸根离子的分步水解( 注意: 水解都是微弱的) 来分析. 第一步水解程度大于第二步水解程度,依次减弱. 如Na2S溶液中:
( 3) 多元弱酸的酸式盐溶液中,由于存在弱酸的酸式酸根离子的电离,同时还存在弱酸的酸式酸根离子的水解,因此必须搞清电离程度和水解程度的相对大小,然后判断离子浓度大小顺序. 常见的NaH CO3、Na HS、Na2HPO4溶液中酸式酸根离子的水解程度大于电离程度,溶液中c( OH-) > c( H+) 溶液显碱性,例NaH CO3中: c( Na+) > c( HCO3) > c( OH-) > c( H+) >c( CO23) ,( 说明: CO23由HCO3电离得到,HCO3CO23+H+; 如不考虑水的电离,应有c( H+) = c( CO23) ,因为还有水电离出的H+,所以c( H+) > c( CO23) .
而在NaH SO3、Na H2PO4溶液中弱酸根离子电离程度大于水解程度,溶液显酸性,c( H+) > c( OH-) . 如在Na HSO3中:
据此,在教学中可引导学生得出以下重要规律:
( 1) 第一步水解生成的粒子浓度在[OH-]和[H+]之间,第二步水解生成的粒子浓度最小. 如Na2S溶液中的各离子浓度大小的顺序 为: c ( Na+) > c ( S2 -) > c ( OH-) > c ( HS-)> c( H+) .
( 2) 不同溶液中同种离子浓度的比较: 既要考虑离子在溶液中的水解因素,又要考虑其他离子的影响,即是抑制还是促进,然后再判断. 如相同pH的CH3COONa溶液与Na HCO3溶液比较Na+的浓度大小问题,由于CH3COOH的酸性比HCO3强( 就是电离 出H+的能力) ; 所以,应为c ( CH3COONa ) >c( NaH CO3) ,故而,相同pH的CH3COONa溶液与Na HCO3溶液比较Na+浓度的的结果是CH3COONa溶液的Na+浓度大.
2. 混合溶液中离子浓度的比较
首先要考虑混合后溶液的状况及溶液的酸碱性,即溶液中c( H+) 与c( OH-) 的关系.
( 1) 强酸与弱碱溶液混合后溶液中离子浓度大小比较
a. 酸过量: 溶液为强酸和强酸弱碱盐的混合溶液,溶液中一定存在c( H+) > c( OH-) 呈酸性. 如盐酸和NH4Cl溶液中:
b. 酸碱恰好完全反应: 溶液为单一盐溶液,弱碱根离子水解,溶液呈酸性. 如NH4Cl溶液中: c( Cl-) > c( NH4+) > c( H+)> c( OH-) .
c. 碱少量过量: 溶液为弱碱和强酸弱碱盐的混合溶液,溶液中可能有: c( OH-) = c( H+) 呈中性. 如NH4Cl溶液和氨水的中性混合溶液中: c( NH4+) = c( Cl-) > c( OH-) = c( H+) .
d. 碱大量过量: 溶液为大量弱碱和强酸弱碱盐的混合溶液,溶液中c( OH-) > c( H+) 呈碱性. 如NH4Cl溶液和氨水的碱性混合溶液中: c( NH4+) > c( Cl-) > c( OH-) > c( H+) .
( 2) 强碱和弱酸溶液混合后,溶液中离子浓度的大小比较
a. 呈碱性包括两种情况; 强碱和强碱弱酸盐的混合溶液及单一强碱弱酸盐溶液. 如Na OH和CH3COONa的混合溶液中:c( Na+) > c( CH3COO-) > c( OH-) > c( H+) 或CH3COONa溶液中: c( Na+) > c( CH3COO-) > c( OH-) > c( H+) .
b. 呈中性: 强碱弱酸 盐和少量 弱酸的混 合溶液. 如CH3COONa和CH3COOH的混合溶 液中:
c. 呈酸性: 强碱弱酸 盐和大量 弱酸的混 合溶液. 如CH3COONa和CH3COOH的混合溶 液中:
( 3) 强酸强碱的盐溶液不水解,比较容易判断,根据具体问题考虑,一般不会出现错误.
( 4) 弱酸弱碱盐溶液过于复杂,不在中学考察范围之内.
三、溶液中离子浓度关系判断小技巧( 巧用等号关系)
若粒子间用等号连接,应根据守恒原理,视不同情况,从以下几个方面思考:
( 1) 若等号一端全部是阴离子或阳离子时,应首先考虑溶液中阴、阳离子的电荷守恒. 如: Na2SO4和Mg Cl2的混合溶液中: c( Na+) + 2c( Mg2 +) + c( H+) = c( Cl-) + 2c( SO24) + c( OH-) .
( 2) 若等号一端各项中都含同种元素时,首先应考虑这种元素的原子守恒,即物料守恒. 如Na HCO3溶液中.
( 3) 若等号一端为c( H+) 或c( OH-) 时,应首先考虑是否符合水的电离守恒. 如在Na2CO3溶液中H+和OH-均由水电离产生,故应该有c( OH-) = c( H+) ,但由于CO23在溶液中会结合质子产生HCO3、H2CO3( 结合了2个质子) ,故在Na2CO3溶液中c( OH-) = c( H+) + c( HCO3) + 2c( H2CO3)
( 4) 若等号两端既有分子又有离子,则考虑将电荷守恒与物料守恒相加或相减; 或利用质子来源进行分析. 如Na HCO3溶液中:
电荷守恒: c ( Na+) + c ( H+) = c ( HCO3) + 2 ( CO23)+ c( OH-)
物料守恒: c( Na+) = c( HCO3) + c( CO23) + c( H2CO3)
代数关系可得: c( H+) + c( H2CO3) = c( CO23) + c( OH-)