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1、 高三化学第一轮复习 电解池原理及其应用 一、电解池原理 1.定义： (1)直流电源 (2)两个电极（活性或惰性） (3)电解质溶液或熔融电解质 （4）形成闭合回路 电能转化为化学能的装置为电解池，它是一 个在电流作用下，电解质在两极上发生非自发的氧化还 原反应的过程。 2.构成条件 3.电极名称： 与电源负极相连的电极为阴极 与电源正极相连的电极为阳极 电极的判断方法 例1.判断下列装置是原电还是电解池 4.电子、离子定向移动方向 ： “负极出电子，电子回正极” 即“阳极失电子，阴极得电子” 电解池 必发生 得电子 的 还原反应 必发生 失电子 的 氧化反应 阴离子向阳极移动 阳离子向阴极移
2、动 如何使图中的铁棒上析出铜，而铁的质量 不变？ 问题讨论 ： 设计成电解池且 铁作阴极或做原 电池的正极 练习2:某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味 实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿 ，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔 在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙 述正确的是 ( ) A.铅笔端作阳极，发生还原反应 B.铂片端作阴极，发生氧化反应 C.铅笔端有少量的氯气产生 D.a点是负极，b点是正极 D 1.通电前，溶液中有哪些离子 ？运动情况如何？ 思考 2.通电时，离子的运动情况有什么改变？ CuCl2 = Cu2+ + 2Cl- H2O H+ + OH- 阳离子：C
3、u2+、H+ 移向阴极 阴离子：Cl-、OH-移向阳极 无规则运动 定向运动 5.离子放电顺序及电解产物的判断 活泼金属阳极S2-I-Br-Cl-OH 含氧酸根F- （1）阳极上（氧化反应） 首先看电极，如果是活性电极（金属活动性 顺序表Ag以前），则电极材料失电子，电极 被溶解，溶液中的阴离子不能失电子；如果 是惰性电极（Pt、石墨等），则要看溶液中 离子的失电子能力。根据阴离子放电顺序加 以判断，阴离子放电顺序 l (2)阴极上（还原反应） l 无论是惰性电极还是金属电极都不参与 电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。 阳离子在阴极上放电顺序是： Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+
4、H2O（H+） Al3+Mg2+Na+ 上述顺序基本上是金属活动性顺序，越活 泼的金属，其阳离子越难得到电子，但Fe3+氧 化性较Cu2+强。 阴极 电 离 电 解 条件 过 程 特 点 联系 电解质溶于水或 受热融化状态 电解质电离后， 再通直流电 电解质电离成为自 由移动的离子。 CuCl2=Cu2+2Cl- 通电 阴阳离子定向移动， 在两极上失得电子成 为原子或分子。 CuCl2=Cu+Cl2 只产生自由移动 的离子 发生氧化还原反应 生成了新物质 电解必须建立在电离的基础上 小结1电离与电解的区别与联系 练习2：说出下列装置中电解池的阴阳极，写出电极 反应式及总反应的化学方程式、离子方
5、程式。 阳极： 阴极： 总反应 ： 2Cl- - 2e- = Cl2 2H+2e- = H2 2HCl = H2 +Cl2 通电 2H+2Cl- = H2 +Cl2 通电 6.电极反应书写 1、基础电解池（即判断放电顺序） 阳极： 4OH- - 4e- = 2H2O+O2 阴极： Cu 2+ 2e-= Cu 2CuSO4+2H2O = 2H2 SO4+O2 +2Cu 通电 总反应： 2Cu2+2H2O = 4H+O2 +2Cu 通电 阳极： 阴极： 总反应 ： 2Cl- -2e- =Cl2 2H+2e- = H2 2NaCl+2H2O = H2 +Cl2 +2NaOH 通电 2Cl-+2H2O
6、 = H2 +Cl2 +2OH- 通电 练习3.右图中x、y分别是 直流电源的两极,通电后 发现a极板质量增加,b极 板处有无色无臭气体放出 ,符合这一情况的 ( ) A 1、指出下列装置的名称、电极名称，写出电 极反应式，并表示出电子移动方向。 交流研讨：交流研讨： e-如何流向? e- ?池 ?池 ?极 ?极?极 ?极 电解池 正极 负极 原电池 阳极 阴极 多池判断如有外接电源则均为电解池。如 无外接电源则电极活性差异最大者为原电 池，其余均为电解池。 练 习4为下图所示装置中，a、b都是惰性电极 ，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列 说法正确的是 ( ) AX是正极，Y是负极 B
7、X是负极，Y是正极 CCuSO4溶液的PH值逐渐减小 DCuSO4溶液的PH值不变 a X Y bPt Cu CuSO4溶液NaCl和酚酞溶液 AC (2014全国)H3PO2也可用电渗析法制备。 “四室电渗析法” 工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子 通过)： 写出阳极的电极反应式 。 分析产品室可得到H3PO2的原因 。 只允许阳离子通过（通 过阳离子移动平衡电荷 ） 只允许阴离子通过（通过阴 离子移动平衡电荷） 6.电极反应书写 2、非基础电解池 关键即根据化合价升降找出阴、阳极反应物产物 “三步配平” 阴极：得电子 化合价降低的物质 降低后的产物 阳极：失电子 化合价升
8、高的物质 升高后的产物 （1）电解时，只生成H2而不生成O2，则溶液的pH 。 （2）电解时，只生成O2而不生成H2，则溶液的pH 。 （3）电解时，既生成H2又生成O2，则实际为电解水。 若为酸性 pH ， 若碱性溶液，则溶液的pH ， 若为中性，则pH 。 增大 减小 减小 增大 不变 7.电解过程中溶液pH的变化规律及电解总反应的书写 电解总反应=阳极反应+阴极反应。 小结 不能单纯的相互叠加，叠加时需注意放电离子是否来源于 强电解质。 判断电解后溶液浓度变化，pH变化的最佳方法是利用总反 应判断。（即判断H2O H+ OH-反应前后的变化情况。） 用惰性电极实现电解，下列说法正确的是
9、A.电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液 pH不变 B.电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH，故溶 液pH减小 C.电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产 物的物质的量之比为1:2 D.电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产 物的物质的量之比为1:1 【跟踪训练】 D 原电池和电解池知识总结比较表 内容原电电池电电解池 电电极 规规定 电电极 反应应 电电子移 动动方向 能量 转变转变 较活泼金属做负极 阴极：连接电源负极 的一极 负极氧化、正极还原 阳极氧化、阴极还原 负极流向正极负极流出、流入正极 化学能变为电能电能变为化学能 小结2 分析电解反应的一般思路： 明确溶液中存在哪些离子 根据阳极
10、氧化，阴极还原分析得出产物 阴阳两极附近有哪些离子 小结3 电电解 类类型 举举 例 电电极反应应 溶液pH 变变化 溶液复原 方法 物质类别质类别 实实例 水 电电 解 含氧酸H2SO4 强碱NaOH 活泼泼金属的 含氧酸盐盐 Na2SO4 溶 质质 电电 解 无氧酸 HCl 不活泼泼金属 的无氧酸盐盐 CuCl2 _ 溶质质和 水同时时 电电解 活泼泼金属的 无氧酸盐盐 NaCl 不活泼泼金属 的含氧酸盐盐 CuSO4 电解的基本规律 阳极：4OH-4e=O2+2H2O 阴极：4H+4e=2H2 阳极2Cl-2e =Cl2 阴极：4H+4e =2H2 阳极2Cl-2e- = Cl2 阴极：
11、Cu2+2e = Cu 阳极2Cl-2e = Cl2 阴极：2H2O+2e=H2+2OH- 阳极：4OH-4e=O2+2H2O 阴极：2Cu2+4e=2Cu 减小 增大 不变 增大 增大 减小 H2O HCl CuCl2 HCl CuO 工业上利用这一反应，制取烧碱、氯气和氢气。 （一）氯碱工业 通电 2NaCl+2H2O = 2NaOH + Cl2 + H2 二、电解池原理的应用 l （1）在NaCl溶液中,NaCl电离出 ，H2O电离出 。 通电后，在电场的作用下， 向阴极移动， 向阳极移动。 在阳极，由于 容易失去电子，被氧化生成 。 阳极方程式： ; （2）在阴极，由于 容易得到电子被
12、还原生成 使H2O 电离向右移动，因此阴极 浓度增大PH 。 l 阴极方程式： 。 2Cl- - 2e- = Cl2 2H+ + 2e- = H2 Na+、Cl-H+、OH- Cl-、OH- Cl-Cl2 H+H2 OH- 增大 Na+、H+ 氯碱工业 l总化学方程式： l总离子方程式: l(3)电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为： l _ ，两极极板上 都有气体产生，如何检验气体的种类？ 阴极附近的溶液无色变为红色 阳极:把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近, 产生气体可以使湿润KI淀粉试纸变蓝色。 (2)避免生成物H2和Cl2混合,因为: . (1)避免Cl2接触NaOH溶液会反应,使产品
13、不纯, 反应方程式: . 第一个问题: Cl2 +2 NaOH =NaCl + NaClO + H2O 混合遇火或遇强光爆炸 解决方法:使用离子交换膜 (1)生产设备名称：阳离子交换膜电解槽 阳离子交换膜：只允许阳离子通过， 把电解槽隔成阴极室和阳极室。 (2)离子交换膜的作用： a、防止Cl2和H2混合而引起爆炸 b、避免Cl2与NaOH反应生成NaClO 影响NaOH的产量。 提示： 第二个问题：精制食盐水 由于粗盐中含有泥沙、Ca2+ 、Mg2+、 Fe3+ 、 SO42等杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子 交换膜，那么如何除去这些杂质呢？ 3、所有试剂只有过量才能除尽，你能设计一个
14、合理的顺序逐一除杂吗？ 2、用什么试剂除去Ca2+ 、Mg2+、 Fe3+ 、SO42 1、用什么方法除去泥沙？ （二）电镀 1、定义：利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄 层其它金属或是合金的过程。 2、目的： 4、电镀的特点： 3、电镀材料的选择： 阴极镀件 电镀液含有镀层金属离子的溶液 阳极镀层金属 使金属增强抗腐蚀的 能力，增加美观和表面硬度。 1）阳极本身参加电极反应 2）电解质溶液的浓度保持不变 二、电解池原理的应用 （三）铜的电解精炼 阳极： Cu = Cu2+2e- 阴极： Cu2+ 2e- = Cu 杂质比铜活泼的Zn、Fe等： Zn -2e- = Zn2+ Fe -2e- = Fe2+ 活泼性在铜之后的银、金等： 还原性比铜差的，不能失去电子，它们以单质的形式 留在溶液中，成为阳极泥。 电解质溶液硫酸铜的浓度略有减小。 （天津高考12 ）金属镍有广泛的用途。粗镍中含有 少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度 的镍，下列叙述正确的是 （ ） （已知：氧化性Fe2+Ni2+Cu2+） A阳极发生还原反应，
