当直流电通过电解质溶液时,阳离子会移向阴极,从阴极上获得电子,而阴离子则会移向阳极,向阳极放出电子。这样,它们都会变成中性物质,即原子或原子团。这个通过电流使化合物分解的反应称为电解,而将电能转变为化学能的装置称为电解池。
当外加电压逐渐增加时,一开始并没有明显的电流,也看不出连续电解的现象。只有当两极间的电压足够大时,才会出现明显的电极反应,并且溶液中的电流随之增加。在电解过程中,Cu2+离子会移向阴极,获得电子并还原为金属铜,析出在铂极上。而阴离子则会移向阳极,由于OH-离子比SO42-离子更容易放出电子,所以阳极上会发生氧化反应,产生O2气。
为了进行电解分析,我们可以使用一个网状铂电极作为阴极,一个螺旋状铂电极作为阳极,并加入适当的阳极去极化剂。通过称量电解前和电解完毕后的铂网电极的重量(烘干后称重),我们可以精确地得到镀上去的金属铜的重量,从而计算出试液中铜的含量。这是电解分析中最常用的方法之一。
在许多简单的测定中,比如测定硫酸铜中铜的含量,普通电解分析法就可以达到精密定量分析的目的。
电解的装置如图12-20所示,电源可以使用蓄电池或硅整流器,所加电压的数值可以用伏特表指示(并联在两电极间)。通过的电流强度可以用安培表指示(串联在电路中)。搅拌器在图上没有画出,一般可以使用小马达转动阳极或应用电磁搅拌器来达到搅拌的目的。电极由铂制成,阴极制成网状,阳极制成螺旋状。
在电解时,需要加入一定比例的外加电压,该电压要大于该电解质分解的电压。有时候,外加电压甚至要比分解电压大数倍,以便加快电解的进行。随着电解过程的进行,金属离子的浓度会不断降低,同时电解池内阻也会不断增加,导致电流逐渐降低。此时,可以通过调节变阻器,增加外加电压,使电流基本上保持不变,直到电解完全结束。
这种方法只控制电流恒定,因此也被称为恒电流电解法。使用这种方法可以达到一定程度的分离效果。例如,在酸性溶液中进行电解时,可以将位于氢以下的金属相互分离,即将比氢更正的金属离子(如金、银、汞、铜、铋等)完全析出后,继续电解时只会析出氢气,而比氢更负的金属离子(如铁、锌、钴、镍、钙等)则仍然留在溶液中。
普通电解法的主要缺点是选择性差,如果实验条件控制不好,氢以下的金属仍然会产生干扰。例如,在电解含有Cu2+和Zn2+的硝酸盐溶液时,使用4安培电流,当搅拌情况良好时,Zn2+离子不会干扰Cu2+离子的测定,但在搅拌不良的情况下,少量的Zn可能会随着Cu一起电析出。因此,在使用普通电解分析法时,常常需要进行化学分离。
许多生产单位使用普通电解法进行铜及铜合金中铜的测定,铅及铅合金中铅的测定,铜镍合金以及镍电镀液中镍的测定等。