第27講電解原理

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1、 第27講 電解原理 考點(diǎn)1 電解池的構(gòu)成和電解的基本原理 1．(1)電解的反應(yīng)原理：在 時(shí)在陰、陽(yáng)兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)。 (2)電解池：一種把 的裝置 (3)電解的電路工作原理：導(dǎo)線上(外電路)電子從電源的負(fù)極流出經(jīng)導(dǎo)線流向電解池的陰極，電解池的陽(yáng)極上產(chǎn)生電子經(jīng)導(dǎo)線流入電源的正極。溶液中(內(nèi)電路)陰離子移向 ，失去電子，陽(yáng)離子移向 ，得到電子。 2．電解池的構(gòu)成： ① 、導(dǎo)線 ②兩個(gè)電極(金屬或非金屬導(dǎo)體) ③電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì)) 特別提醒：電解池的陰陽(yáng)極由電源的正負(fù)級(jí)決定 3

2、．電解原理： 以惰性電極(C、Pt)電解CuCl2溶液為例： [例1] 能用電解原理說(shuō)明的問(wèn)題是 ( ) ①電解是電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能；②電解是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；③電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電是化學(xué)變化,金屬的導(dǎo)電是物理變化；④不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),通過(guò)電解的原理可以實(shí)現(xiàn)；⑤任何溶液被電解時(shí)必然會(huì)導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)的發(fā)生 A．①②③④　?。拢冖邰? Ｃ．③④　?。模佗邰堍? [解析]電解質(zhì)溶液導(dǎo)電時(shí),溶液中的陰陽(yáng)離子分別向陽(yáng)極和陰極移動(dòng),在兩個(gè)電極上得失電子,發(fā)生氧化還原, 所以電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過(guò)程就是電解過(guò)程，此時(shí)電源提供電能,把

3、不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)變成現(xiàn)實(shí)。金屬的導(dǎo)電只是自由電子的定向移動(dòng)不存在電子得失沒(méi)有新物質(zhì)產(chǎn)生，是一種物理過(guò)程。 　【答案】Ｄ [方法技巧]組合式選擇題可以通過(guò)排除法進(jìn)行選擇。②和①中只有一個(gè)說(shuō)法是正確的，根據(jù)電解原理①是正確的。 考點(diǎn)2電極反應(yīng)式的書寫及溶液濃度和PH的變化 1．離子放電順序的判斷 陽(yáng)離子在陰極得電子順序與 相反 Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+ 陰離子在陽(yáng)極失電子順序 金屬陽(yáng)極>S2－>SO32－>I－>Br－>Cl－>OH－>高價(jià)含氧酸根離子>O2－>F 特

4、別提醒：要注意在水溶液中有些離子不發(fā)生放電 2．電極產(chǎn)物的判斷 陽(yáng)極:①根據(jù)電極的類型(活潑金屬和惰性電極金屬)；②根據(jù) 順序. 陰極:根據(jù) 順序 3．用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律 電解水型： 電極反應(yīng)：陰極 4H++4e－=2H2↑；陽(yáng)極 4OH－－4e－=2H2O+O2↑ 總反應(yīng)式： 包括高價(jià)含氧酸(H2SO4、HNO3)、強(qiáng)堿[NaOH、Ba(OH)2] 、活潑金屬的高價(jià)含氧酸鹽[Na2SO4、K2CO3、Al2(SO4)3]。 (1)分解電解質(zhì)型： 電極反應(yīng)式：陰極：amMn++mnae－=amM 陽(yáng)極：an

5、Ym－－mnae－=nYa 包括無(wú)氧酸(除HF) 、不活潑金屬的無(wú)氧酸鹽溶液(如CuCl2) (2)放氫生堿型：活潑金屬的無(wú)氧酸(除氟化物)鹽(如NaCl、MgBr2)溶液的電解 以NaCl溶液為例： 電極反應(yīng)式：陰極 2H++2e－=H2↑；陽(yáng)極 2Cl－－2e－=Cl2↑ 總反應(yīng)式： 陰極由于H+放電，破壞了水的電離平衡，水的電離程度增大，電極附近溶液中OH－濃度增大，溶液pH值增大，整個(gè)電解質(zhì)溶液堿性增強(qiáng)，pH值增大。 (3)放氧生酸型： (如CuSO4、AgNO3)溶液的電解 以CuSO4溶液為例： 電極反應(yīng)式：陰極 2Cu2++4

6、e－=2Cu；陽(yáng)極 4OH－－4e－=O2↑+2H2O 總反應(yīng)式： 陽(yáng)極由于OH－放電，破壞了水的電離平衡，水的電離程度增大，電極附近溶液中H+濃度增大，溶液pH值減小，整個(gè)電解質(zhì)溶液酸性增強(qiáng)，pH值減小 4．電極方程式的書寫和總的離子反應(yīng)式的書寫 電極方程式是以實(shí)際反應(yīng)的微粒符號(hào)來(lái)表示的，當(dāng)水中的氫離子或氫氧根離子參加反應(yīng)時(shí)，在電極反應(yīng)式中表示時(shí)就以H+或OH－表示。 總的離子反應(yīng)式表示時(shí)要注明反應(yīng)條件－電解，總式的書寫要符合離子方程式的書寫要求。 [例2] (2007年高考江蘇卷，電解)某同學(xué)按圖所示的裝置進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)。下列說(shuō)法正確的是( ) 稀 H2S

7、O4 Cu 石墨 (A)電解過(guò)程中，銅電極上有H2產(chǎn)生 (B)電解初期，主反應(yīng)方程式為：Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑ (C)電解一定時(shí)間后，石墨電極上有銅析出 (D)整個(gè)電解過(guò)程中，H＋的濃度不斷增大 [解析] 陽(yáng)極為銅電極，始終為Cu失電子變?yōu)镃u2+,故A錯(cuò)；陰極為石墨，先是H＋得電子放出H2，后是Cu2＋得電子析出Cu，故BC對(duì)，在電解過(guò)程中消耗H＋，因此濃度變小，故D錯(cuò)。 【答案】BC。 [方法技巧]要學(xué)會(huì)根據(jù)放電順序來(lái)分析電極反應(yīng)，從而解答相關(guān)問(wèn)題。 考點(diǎn)3：電解原理的有關(guān)應(yīng)用。 1．電解精煉銅 (1)裝置組成 ①電極材料： 與電源的正

8、極相連作陽(yáng)極， 與電源負(fù)極相連作陰極 ②電解質(zhì)溶液：用 作電解液 ③反應(yīng)原理：陽(yáng)極銅以及比銅活潑的雜質(zhì)金屬鋅、鐵、鎳等失電子被氧化，轉(zhuǎn)化成離子進(jìn)入溶液中，不活潑金屬如金和銀等沉積在陽(yáng)極下面形成陽(yáng)極泥，陰極Cu2+得電子被還原在陰極上析出，其它如Zn2+、Fe2+留在溶液中。 ④特征：電解精煉過(guò)程中CuSO4溶液的濃度幾乎不變，產(chǎn)品純度高。 2．電鍍 (1)裝置組成： ①電極材料： (如精銅)與電源的正極相連作陽(yáng)極， (如鐵制品)與電源負(fù)極相連作陰極 ②電解質(zhì)溶液：用含 的電解質(zhì)配成溶液(如CuSO4溶液加一些氨

9、水)作電鍍液 (2)反應(yīng)原理：陽(yáng)極鍍層金屬(銅)失電子被氧化，轉(zhuǎn)化成離子進(jìn)入溶液中，陰極鍍層金屬離子Cu2+得電子被還原在陰極上析出。 (3)特征：電鍍過(guò)程中電解質(zhì)CuSO4溶液的濃度幾乎不變。 3．氯堿工業(yè) 工業(yè)上用電解飽和食鹽水的方法來(lái)制取燒堿、氯氣和氫氣，并以它們?yōu)樵线M(jìn)一步生產(chǎn)一系列化工產(chǎn)品,稱氯堿工業(yè)。 (1) 離子交換膜法電解池的組成： 以石墨為陽(yáng)極，以鋼棒為陰極,精制的飽和食鹽水為電解質(zhì)溶液，用陽(yáng)離子交換膜將電解槽隔成陰極室和陽(yáng)極室。 (2) 電解飽和食鹽水的反應(yīng)機(jī)理： 電極反應(yīng)式：陰極 ；陽(yáng)極 總反應(yīng)式：

10、 陽(yáng)極 陰極產(chǎn)物 在上述反應(yīng)中，由于H+在陰極上得到電子而生成H2，破壞了附近的水的電離平衡，促進(jìn)了水的電離，結(jié)果陰極區(qū)溶液中OH－濃度增大而呈堿性。 (3) 電解用飽和食鹽水的精制 基本步驟： (4) 陽(yáng)離子交換膜的作用 將電解槽隔成陰極室和陽(yáng)極室，它只允許陽(yáng)離子(Na+)通過(guò)，而且阻止陰離子(Cl－、OH－)和氣體通過(guò)。這樣既可以防止陰極產(chǎn)生的H2和陽(yáng)極產(chǎn)生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。 [例3] （09廣州市高三調(diào)研測(cè)

11、試）下列關(guān)于銅電極的敘述正確的是 A． 銅鋅原電池中銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng) B． B．電解飽和食鹽水制燒堿時(shí)，用銅作陽(yáng)極 C．電解法精煉銅時(shí)，粗銅連接電源的正極 D．電鍍銅和精煉銅時(shí)，均用純銅作陰極 [解析] 銅鋅原電池中銅電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)；電解飽和食鹽水制時(shí)，陽(yáng)極為石墨；電解法精煉銅時(shí)，粗銅作陽(yáng)極被氧化，純銅作陰極，故C正確；電鍍銅時(shí)，銅作陽(yáng)極被氧化而進(jìn)入溶液中。 【答案】C [規(guī)律總結(jié)] 電解精煉鎳的化學(xué)原理類似電解精煉銅，要熟悉電解精煉銅的有關(guān)知識(shí)。 　　參考答案 考點(diǎn)1 電解池的構(gòu)成和電解的基本原理 1. 電流通過(guò)、電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能、陽(yáng)極、陰極 2. 外接電源 考點(diǎn)2 電極反應(yīng)式的書寫及溶液濃度和PH的變化 1．金屬活潑性 2．陰離子放電、陽(yáng)離子放電 3．不活潑金屬的高價(jià)含氧酸鹽 考點(diǎn)3 電解原理的有關(guān)應(yīng)用 1． 粗銅、純銅、CuSO4溶液 2．鍍層金屬、待鍍金屬制品、鍍層金屬離子 3．2H++2e－=H2↑；2Cl－－2e－=Cl2↑