超理文献:超理化学——电化学
电解[编辑]
Sb是锑星地壳中含量最高的元素,与之相关的化工产业是锑星最重要的经济组成部分。
流彭工业[编辑]
超理反应中电子有时不能直接起作用,还需要一些高能过程转化。从粒子加速器中不断射出Ka原子,沿着导线运动,轰击电解池中的Sb原子,将Sb原子轰为S粉末(不是硫)、b粉末和电子。b粉末更容易吸引电子,被还原为B,S粉末则缺少电子可吸引,被氧化为S。
<math>\mathrm{ Sb \xrightarrow{ Ka-Shoot } S^{*}+b^{*} } </math>
<math>\mathrm{ b^{*}+2e^{-} \longrightarrow B } </math>
<math>\mathrm{ S^{*}-2e^{-} \longrightarrow S } </math>
总反应为:
<math>\mathrm{ Sb(melt) \xrightarrow{ electricity } S+B } </math>
二者都是重要的化工原料,故流彭工厂的收入相当可观。
但是,读者可能会有疑问:不是还有反应:<math>\mathrm{ Sb \xrightarrow{ ZMY } S+B } </math>吗?为何不直接使用这个反应?
①既然条件为“发功”,就要有人值守在反应堆前不断发功,不符合工业自动化的要求。
②电解法的速率比直接裂解法快很多。工业生产中对出产速率的要求较高,故牺牲对物质、能量的利用率。
NiSb的转化[编辑]
物质总是有由不稳定向稳定转化的趋势,像地球上的Si元素一般都以SiO2存在一样,锑星上的Sb一般都以NiSb的形式存在。但是,拼音定律告诉我们,NiSb对人体有害。2个世纪前,锑星科学家发明电解法转化NiSb,解决了一个千年难题,并为锑星增加了一条重要的经济来源。
Ka冲断NiSb间的魔键。在锑星上,Sb离子活泼,自行失电子氧化:
<math>\mathrm{ Sb^{3-}-3e^{-} \longrightarrow Sb } </math>
HCHO放电先于Ni离子:
<math>\mathrm{ HCHO+e^{-} \longrightarrow OH^{-}+CH } </math>
Ni离子通过离子交换膜向阴极室移动,再发生离子反应:
<math>\mathrm{ 3OH^{-}+Ni^{3+} \longrightarrow Ni(OH)_3 } </math>
该反应在提取Sb的同时还能生成重要有机超理化学物质甲炔。是锑星的重要工业。
电解池能耗计算[编辑]
电解使用直流电,并不能直接使用电能表读数。为了方便计算用电量进而计算电费,锑星科学家发明了一个极为聪明的办法计算能耗:
<math>W=Pt</math>
W就是电解池的能量消耗量,单位为J;Pt是电解过程中消耗Pt电极的物质的量,单位为mol。电解的能量转化效率固定为90%,因为有曰:“十个电解九个锑,还有一个赵明毅”。
原电池[编辑]
锑星上的原电池原理——以圆电池为例[编辑]
圆元素是赵明毅大师发现的元素,且当时制得了少量元素单质。但是赵大师太高兴了,直接将这几mol珍贵的元素单质投入了圆电池的研发,结果他在地球上与化学吧的人争论“最强的碱是什么”时缺少实物证据,惨遭耻笑。现从赵大师的遗落手稿中整理还原圆电池模型如下:
将Yr单质投入,落于纱网上,注水,使水位高于Yr所在位置。Yr即在锑场与电场的作用下开始剧烈反应:
<math>\mathrm{ Yr \longrightarrow Yr^{+}+e^- } </math>
没错,只有这样一个半反应!
Yr离子在电场的作用下聚集于a侧。此时,ab两侧存在明显电势差,可以形成电池,作为输出线路1。
Yr于水接触发生的是剧烈的放热反应,游离的电子在空气膨胀作用力竖直向上逸散。此时,在装置上部加入垂直图面向里的磁场,电子在洛伦兹力作用下聚集于右侧,两侧形成明显电势差。此时,链接两侧,又可以形成电池,作为输出线路2。
构想十分美好,但赵大师没想到的是:Yr反应太剧烈,导致加在线路两端的电压突变得很高,直接烧坏线路上的所有负载,且引发实验室爆炸,成为遗憾。
金属氢的制取[编辑]
金属氢有金属的物理性质,本身却并非由金属元素原子构成。能量高,被称为“锑星上的‘噬力镓’”。地球上曾经成功制取,但由于其不稳定,仅仅短暂地存在了一段时日。锑星科学家认识到这种物质的直接价值、间接价值和潜在价值,在原电池的模型下成功制取:
一看其原理确实简单,于地球上的原电池相差不大:向正极通入HF,HF电离:
<math>\mathrm{ HF \longleftrightarrow H^{+}+F^- } </math>
负极反应:
<math>\mathrm{ 2F^{-}-2e^{-} \longrightarrow F_2(g) } </math>
同时这个反应促使HF电离。
正极反应则比较复杂。电子先与Sb电极上的Sb结合:
<math>\mathrm{ Sb+3e^{-} \longrightarrow Sb^{3-} } </math>
H离子立刻与Sb离子结合:
<math>\mathrm{ 3H^{+}(aq)+Sb^{3-}(aq) \longrightarrow H_3Sb(aq) } </math>
Sb在锑场下返还电子断键:
<math>\mathrm{ H_3Sb(aq) \longrightarrow 3H(s)+Sb(s) } </math>
H原子吸附在正极上。反应完成后,用菜刀刮下即可。
[思考]Sb被还原后,可能与电解质溶液发生反应:
<math>\mathrm{ 2Sb^{3-}(aq)+3Sb^{2-}(aq) \longleftrightarrow 5Sb(s) } </math>
这对反应有什么影响?
解答:这个问题一度困扰电化学家们,后来对溶液里的微粒用记名计算法进行研究(cāi xiǎng)发现:这个反应式是错误的,生成物实为三锑化二锑,即:
<math>\mathrm{ 2Sb^{3-}(aq)+3Sb^{2-}(aq) \longleftrightarrow Sb_2Sb_3(s) } </math>
(*请尝试给这个反应画上双线桥)
且该反应限度很小,对主反应的影响可以忽略不计。但若电解质溶液中存在Ka杂质,会大幅改变反应限度,生成大量三锑化二锑。构造此电池组时切勿混入Ka杂质!
([思考]部分多为胡扯,请广大读者理性阅读)
电化学腐蚀及防治[编辑]
Ka轰击引发的腐蚀[编辑]
电解的重要步骤,用Ka的高能粒子流对目标微粒或其宏观聚集体,甚至对分散系进行轰击。这个过程中,高能粒子流难免轰击到一些不相干的微粒,造成腐蚀。
例如:在电解熔融Sb的电解池中,池壁由玻璃(来自宇宙丝绸之路)制成。Ka难免对二氧化硅进行了轰击:
<math>\mathrm{ SiO_2 \xrightarrow{ Ka-Shoot } Si+O_2(g) } </math>
硅单质在阴极沉淀下来,被称为阴极泥;氧气则在阳极逸出。
特别提醒:电解中产生的杂质通常具有更高的价值。杂质一般都是Pt、Au、氧气(对于锑星来说)等稀有元素单质,固体则沉积在阴(阳)极下成为阴(阳)极泥。归结为一句话:多玩泥巴!
锑场下特有的的吸氟腐蚀[编辑]
锑星上氢氟酸比水更常见,在实验器材室见到的水更多是水的氢氟酸溶液。在锑场下,二者与空气中的氟气构成了一个原电池: 负极反应:
<math>\mathrm{ F_2+2H_2O-2e^{-} \longrightarrow 2HOF+2H^+ } </math>
正极反应:
<math>\mathrm{ 2H^{+}+F_2+2e^{-} \longrightarrow 2HF } </math>
可以看出,这个反应吸氟剧烈。故在实验室待久了一定要出来通通风,呼吸新鲜的氟气。
说明[编辑]
原载于锑度超理吧:超理化学——电化学