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1、 - 1 -高中化学知识点规律大全电解原理及其应用1电解原理电解、电解池( 槽) 使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解借助于电流引起氧化还原反应的装置，也就是把电能转变为化学能的装置，叫做电解池或电解槽构成电解池(电解槽)的条件：(1)有外加直流电源(2)有电解质溶液或熔融的离子化合物(3)有两个电极(材料为金属或石墨，两极材料可相同或不同) ：阴极：与直流电源的负极直接相连的一极阳极：与直流电源的正极直接相连的一极(4)两个电极要与电解质溶液接触并形成回路注意 电解池的阴、阳极完全由外加直流电源的负、正极确定，与电极材料本身的性质无关而原电池的正、负极则由构成电极
2、材料本身的性质决定惰性电极和活性电极 在电解时，根据电极本身是否参与氧化还原反应，可把电极分为惰性电极和活性电极两类：(1)惰性电极(C、Pt 等)：只起导电作用，不参与反应；(2)活性电极(除 Pt、Au 外的其余金属) ：当作阳极时，除起导电作用外，还失去电子变成金属阳离子进入溶液中电解原理阴极：阴极发生还原反应溶液中的金属阳离子或 H 得电子电极的质量增加或放出H2电极本身一定不参加反应阳极：阳极发生氧化反应活性电极溶解或惰性电极时溶液中的阴离子(或 OH )失去电子电极的质量减轻或放出 O2 或析出非金属单质电子流向：外接电源(+)外接电源(一) 电解池阴极溶液中离子定向移动电解池阳极
3、外接电源(+)电流方向：与电子流向相反离子的放电顺序(1)在阴极上在阴极上发生的是得电子反应，因此，电极本身只起导电作用而不能发生氧化还原反应，发生反应的是溶液中的阳离子，它们得电子的能力顺序为：Ag 、Fe 3 、Cu 2 、H 、Pb 2 、Fe 2 、Zn 2 、 （H ） 、Al 3 、Mg 2 、Na 、Ca 2 、K 得电子能力由易到难说明 上列顺序中 H 有两个位置：在酸溶液中，H 得电子能力在 Cu2 与 Pb2 之间；若在盐溶液中，则 H 位于 Zn2 与 Ag 之间(2)在阳极上首先应考虑电极是活性电极还是惰性电极，若为活性电极，则是阳极本身失去电子被氧化成阳离子进入溶液中
4、，即： ，此时不能考虑溶液中阴离子的失nMe电子情况；若为惰性电极，溶液中的阴离子失电子的能力顺序为：NO3 或 SO42 等含氧酸根、OH 、Cl 、Br 、I 、S 2失电子能力由弱到强电离与电解的区别和联系电 离 电 解 - 2 -发生条件电解质受热或受水分子的作用(无须通电) 受直流电的作用特 征 阴、阳离子作不规则的运动，无明显化学变化 阴、阳离子作定向移动，在两极上有物质析出说 明 电解质电离时，发生了物理变化和化学变化电解质溶液的导电过程，就是该溶液的电解过程温度升高，电解质溶液的导电能力增强，电解速度加快(但金属的导电性随温度升高而减弱)实 例 CuCl2Cu 2 +2Cl C
5、uCl2 Cu2 +Cl2相互关系 电解质只有在电离后才能电解原电池与电解池电 极 电 极 反 应 电 子 转 移 方向 能 量转 变 举 例原 电池正 、 负 极 由 电极 材 料 决 定 ：相 对 活 泼 的 金属 作 负 极 ； 较不 活 泼 的 金 属作 正 极负 极 ： 电 极 本身 失 去 电 子 ，发 生 氧 化 反 应正 极 ： 溶 液 中的 阳 离 子 得 到电 子 ， 发 生 还原 反 应电 子 由 负 极流 出 ， 经 外电 路 回 正 极 化 学 能转 变 为电 能铜 锌 原 电 池负 极 ：Zn 2e Zn2正 极 ：2H +2e H2电 解池阴 、 阳 极 完 全由
6、 外 加 直 流 电源 的 负 、 正 极决 定 ： 与 直 流电 源 正 极 相 连的 是 阳 极 ； 与直 流 电 源 负 极相 连 的 是 阴 极阴 极 ： 较 易 获得 电 子 的 阳 离子 优 先 得 到 电子 ， 发 生 还 原反 应 阳 极 ， 金属 或 较 易 失 去电 子 的 阴 离 子优 先 失 去 电 子 ，发 生 氧 化 反 应电 子 由 直 流电 源 的 负 极流 出 ， 经 导线 到 达 电 解池 的 阴 极 ，然 后 通 过 电解 液 中 的 离子 放 电 ， 电子 再 从 阳 极经 导 线 回 到直 流 电 流 的正 极电 能 转变 为 化学 能以 石 墨 为
7、电 极 电解 CuCl2 溶 液阳 极 ：2C1 2e C12阴 极 ：Cu2 +2e Cu用惰性电极作阳极电解酸、碱、盐水溶液的规律物 质 代 表 物 参 加 电 解的 物 质 阴 极 (区 )产 物 阳 极 (区 )产 物 溶 液 pH的 变 化 - 3 -含 氧 酸 H2SO4、 HNO3 H2O H2 O2 减 小酸 无 氧 酸(除 HF)HCl HCl H2 C12 增 大碱 强 碱 NaOH、 KOH H2O H2 O2 增 大不 活 泼 金属 的 无 氧酸 盐CuCl2 CuCl2 Cu C12 增 大 (若 考虑 C12 的溶 解 ， 则pH 减 小 )活 泼 金 属的无 氧
8、酸 盐NaCl NaCl、 H2O H2、 NaOHC12 减 小不 活 泼 金属 的 含 氧酸 盐CuSO4、 AgNO3 CuSO4、 H2OAgNO3、 H2OCu； Ag O2、 H2SO4O2、 HNO3增 大盐活 泼 金 属的含 氧 酸 盐K2SO4、 NaNO3KNO3、 Na2SO4H2O H2 O2 不 变归纳：(1)电解含氧酸、强碱和活泼金属含氧酸盐的水溶液，实际上都是电解水，即：2H2O 2H2 + O2(2)电解无氧酸(HF 除外)、不活泼金属无氧酸的水溶液，就是电解溶质本身例如：2HCl H2 + Cl2 CuCl2 Cu + C12(3)电解活泼金属无氧酸盐溶液时，
9、电解的总化学方程式的通式可表示为：溶质 + H2O H2+ 碱 + 卤素单质 X2(或 S)(4)电解不活泼金属含氧酸盐的溶液时，电解的总化学方程式的通式可表示为：溶质 + H2O O2 + 酸 + 金属单质(5)电解时，若只生成 H2，pH 增大若只生成 O2，则 pH 减小若同时生成 H2 和 O2，则分为三种情况：电解酸的溶液，pH 减小；电解碱的溶液，pH 增大；电解盐的溶液，pH 不变2电解原理的应用铜的电解精炼、电镀铜项 目 铜 的 电 解 精 炼 电 镀 铜含 义利 用 电 解 原 理 将 粗 铜 中 的 杂 质 (如 锌 、铁 、 镍 、 银 、 金 等 )除 去 ， 以 获
10、得 电解 铜 (含 Cu 的 质 量 分 数 达99 95 99 98 )的 过 程利 用 电 解 原 理 在 某 些 金 属 的 表 面 镀上 一 薄 层 其 他 金 属 (铜 )或 合 金 的 过程目 的 制 得 电 解 铜 ， 以 增 强 铜 的 导 电 性 使 金 属 更 加 美 观 耐 用 ， 增 强 防 锈 抗腐 能 力电 解 液 CuSO4 溶 液 (加 入 一 定 量 的 硫 酸 ) 含 有 镀 层 金 属 离 子 (Cu2 )的 电 解 质 - 4 -溶 液 作 电 镀 液 (如 CuSO4 溶 液 )阳 极 材料粗 铜 镀 层 金 属 (Cu)阴 极 材料纯 铜 待 镀 金
11、 属 制 品阴极 Cu2 +2e Cu Cu2 +2e Cu电极反应式阳极Cu 2e Cu2Zn 2e Zn2Ni 2e Ni2Cu 2e Cu2特 点 阳 极 反 应 为 粗 铜 中 的 Cu 及 杂 质失 去 电 子 而 溶 解 溶 液 中 CuSO4 的 浓 度 基 本 不 变 阳 极 本 身 失 去 电 子 而 溶 解 溶 液 中 金 属 阳 离 子 的 浓 度 保 持 不变 溶 液 的 pH 保 持 不 变说 明当 阳 极 上 的 Cu 失 去 电 子 变 成 Cu2+溶 解 后 ， 银 、 金 等 金 属 杂 质 以 单 质的 形 式 沉 积 于 电 解 槽 底 ， 形 成 阳 极
12、泥 铜 镀 层 通 常 主 要 用 于 电 镀 其 他 金属 之 前 的 预 镀 层 ， 以 使 镀 层 更 加 牢固 和 光 亮 电 镀 工 业 的 废 水 中 常 含 剧 毒 物 质如 氰 化 物 、 重 金 属 等 因 此 必 须 经过 处 理 才 能 排 放氯碱工业(1)电解饱和食盐水溶液的反应原理阳极电极反应式(Fe 棒)：2H +2e H 2(H 得电子产生 H2 后，阴极区 OH 浓度增大而显碱性)阳极电极反应式(石墨)：2C1 2e Cl 2电解的总化学方程式：2NaCl + H2O 2NaOH + H2+ Cl2(2)设备：离子交换膜电解槽离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离
13、子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成电解槽的阳极用金属钛制成；阴极由碳钢网制成(3)阳离子交换膜的作用：把电解槽隔为阴极室和阳极室；只允许 Na 通过，而Cl 、OH 和气体则不能通过这样，既能防止生成的 H2 和 Cl2 相混合而发生爆炸，又能避免C12 进入阴极区与 NaOH 溶液作用生成 NaClO 而影响烧碱的质量(4)离子交换膜法电解制烧碱的主要生产流程 - 5 -说明 为除去粗盐中的 Ca2 、Mg 2 、Fe 3 、SO 42 等杂质离子，需依次加入过量的 BaCl2 溶液(除去 SO42 )、NaOH 溶液(除去 Mg2 、Fe 3 )和 Na2CO3 溶液( 除去 Ca2 和剩余的 Ba2 )，最后加入盐酸中和 NaOH 以及将剩余的 Na2CO3 转化为 NaCl
