电解池及其应用

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1、Page 1 of 11板块一、电解池板块一、电解池1电解原理（1）电解池的基本概念1）定义：使电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解2）装置的特点：电能转化为化学能3）形成条件：与电源相连的两个电极；电解质溶液（或熔融电解质） ；形成闭合回路（2）对于阴、阳极的判断及反应 看电源正、负极若与电源负极相连，则为阴极若与电源正极相连，则为阳极 看电极周围元素价态的升降若价态升高，则为阳极注意：元素价态的升降的判断很多时候是从各种实验现象(如通过对气体成分的描述来判断)来推测反应产物而得出的 看电子的流向若是电子流出的电极，则为阳极注意：一定不能根据两极活泼

2、性的相对大小判断 阳极：若为活性电极，则电极本身失电子，发生氧化反应阴极：电极本身不反应（不论是惰性电极还是活性电极） 溶液中阳离子在阴极获得电子，发生还原反应2电解时电极产物的判断（电解时物质放电规律）（1）阳极上失电子的规律（阳极产物的判断）应首先看电极材料是惰性电极，还是活性电极如是惰性电极（Pt、Au、石墨） ，则由溶液中的阴离子失电子，阴离子还原性越强越易失电子，阴离子放电顺序为：S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子；如是活性电极（金属活动性顺序表 Ag 之前） ，则这些金属首先失去电子进入溶液，此时溶液中其他离子不再失电子可总结为：活泼阳极（阳极）无氧酸根离子OH-最高价含氧酸

3、根离子F-注意：非最高价含氧酸根离子的放电能力一般比 OH-要强，如 SO32-等（2）阴极上得电子的规律（阴极产物的判断）阴极上只能由溶液中阳离子获得电子，阳离子氧化性越强越易得电子，阳离子放电顺序一般为：电解池及电化学应用Page 2 of 11Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+(酸)Fe2+Zn2+H+(盐溶液)（3）变价的金属Fe 在作阳极发生氧化反应时电极反应为：Fe2e-=Fe2+3电解质溶液电解时（均为惰性电极） ，pH 变化情况，电解液复原所需加入物质及电解类型电解类型电解水型电解质分解型放氢生碱型放氧生酸型电解质类型含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐（如NaOH、H2SO4、K

4、2SO4等）无氧酸（除 HF 外） 、不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）的电解，如HCl、CuCl2等活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）溶液的电解，如NaCl、MgBr2不活泼金属的含氧酸盐溶液的电解，如CuSO4、AgNO3等电极反应阴极：4H+4e=2H2阳极：4OH4e=O2+2H2O阴极：Cu2+2e=Cu阳极：2Cl-2e=Cl2阴极：2H+2e=H2阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：2Cu2+4e=Cu阳极：4OH-4e-=O2+2H2O总反应2H2O电解2H2+O2CuCl2电解Cu+Cl22NaCl+2H2O电解2NaOH+H2+Cl22CuSO4+2H2O电解2Cu+O2+2H

5、2SO4电解产物阴极产物：H2；阳极产物：O2阴极产物：酸为H2，盐为金属；阳极产物：卤素等非金属单质阴极产物：碱和H2；阳极产物：卤素等非金属单质阴极产物：析出不活泼金属单质；阳极产物是该盐对应的含氧酸和氧气pH 变化原来酸性的溶液 pH变小，原来碱性的溶液 pH 变大，强酸（含氧酸）强碱的正盐溶液 pH 不变如电解无氧酸溶液pH 变大但不会超过7；如为盐溶液的电解则视无氧酸根的情况而定电解液 pH 显著变大溶液 pH 显著变小复原加入 H2O加入物质为原溶质加入卤化氢，如电解饱和食盐水，要使电解质溶液复原需加入 HCl不活泼金属的氧化物（金属价态与原盐中相同）如电解 CuSO4溶液，复原需

6、加入 CuO4电解池电极方程式的书写（1）根据已给出的两个电极方程式，写出总反应方程式：只要使两个电极反应式得失电子数相等后，再将两式相加，消去相同的化学式即可（2）给出总方程式，要求写电极方程式，分为四步（可以与原电池的方法联合记忆）： 判物质，标得失 选离子，配电荷Page 3 of 11 配个数，巧用水 两式加，验总式（3）差值法书写电极反应式：阴阳极反应式之和则为总反应的方程式一般先写出反应的总方程式和较易写出的电极反应式，然后用总方程式减去较易写出的电极反应式得较难写的电极反应式（4）根据信息给予的知识（如反应现象或反应装置） ，写出电极反应方程式 首先要判定是否为电解池 对于电解池

7、，首先要考虑阳极材料，若为惰性电极，溶液中的阴离子被氧化；若为活性电极，则被氧化的是电极本身 若溶液中阴阳离子有多种，则根据离子放电顺序来判定什么离子先放电，什么离子后放电，并写出电极方程式 如可以通过实验的现象直接判断出最终的电极产物，则可以根据判断出的反应物和产物先写出总反应方程式，之后利用差值法写出电极反应式（5）原电池电极反应式书写的注意：与原电池的电极反应式书写的注意事项接近重点是不要忘记考虑电解质的酸碱环境板块二、金属的腐蚀与防护板块二、金属的腐蚀与防护1金属腐蚀的实质与类型（1）金属腐蚀的实质金属腐蚀指的是金属与周围接触到的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起的损耗的现象其实质就

8、是金属原子失去电子而被氧化的过程（2）金属腐蚀的分类金属腐蚀 化学腐蚀 金属与接触到的干燥气体或非电解质液体等直接 发生氧化还原反应而被损耗的现象 化学腐蚀 不纯金属与电解质溶液接触时比较活泼的金属失 电子而被氧化的腐蚀。 析氢腐蚀 在强酸性条件下的电化学腐蚀 吸氧腐蚀 在弱酸性或中性条件下的电化学腐蚀 （3）化学腐蚀与电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀（主要）条件金属与非电解质液体等直接接触不纯的金属或合金与电解质溶液接触现象无电流产生有微弱的电流产生本质金属被氧化的过程较活泼的金属作为负极被氧化的过程Page 4 of 11相互关系化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更为普遍，危

9、害严重（4）吸氧腐蚀和析氢腐蚀的比较（钢铁为例）电化腐蚀类型吸氧腐蚀（主要）析氢腐蚀条件水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性较强电解质溶液溶有 O2的水溶液溶有 CO2的水溶液正极反应O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-2H+ + 2e-=H2负极反应Fe 2e-=Fe2+其他反应4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 ； 2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O腐蚀作用是主要的腐蚀类型，具有广泛性发生在某些局部区域内2金属腐蚀快慢的判断（1）影响因素： 与构成微电池的材料性质有关 与金属所接触的电解质强弱即浓度有关（2）一般原则：1）电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有

10、防腐措施的腐蚀2）同一种金属的腐蚀：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液3金属的防护方法（1）改变金属的内部组织结构合金钢中含有合金元素，使组织结构发生变化，耐腐蚀如：不锈钢（2）在金属表面覆盖保护层常见方式有：涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等；使表面生成致密氧化膜；在表面镀一层有自我保护作用的另一种金属（3）电化学保护法：1）牺牲阳极的阴极保护法：此法应用原电池原理，让被保护金属作为正极，另找一种活泼性较强的金属作为负极例如在锅炉内壁、船舶外壁装上若干锌块，保护钢铁设备Zn 不断被腐蚀，可定期拆换，而铁得到保护2）外加电流的阴极保护法：此法应用电解原理，让被保护金属做阴极，惰性电极作辅助阳极，

11、两者都存在于电解质溶液（如海水中） ，接上直流电源例如钢闸门，可用此法防止腐蚀此法中，阳极放电的微粒是海水中的阴离子，阴极上放电的是海水中的阳离子板块三、电化学应用板块三、电化学应用1电解饱和食盐水（氯碱工业的原理）1）实验：在 U 型管里装入饱和食盐水，滴入几滴酚酞试液，用碳棒作阳极、铁棒作阴极，将湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近，接通电源，观察管内发生的现象及试纸颜色的变化Page 5 of 112）现象：阴、阳两极均有气体放出，阳极气体有刺激性气味，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝；阴极区域溶液变红3）电解饱和食盐水反应原理：饱和食盐水成分：溶液存在 Na+、Cl、H+、OH四种离子电极反应

12、式：阴极：2H+2e=H2（还原反应） ；阳极：2Cl2e=Cl2（氧化反应） 电解饱和食盐水的总反应式：该电解反应属于放氢生碱型，电解质与水均参与电解，类似的还有 K2S、MgBr2等4）实验现象解释： 阴极区域变红原因：由于 H+被消耗，使阴极区域 OH离子浓度增大实际上是破坏了附近水的电离平衡，由于 KW为定值，c(H+)因电极反应而降低，导致 c(OH)增大，使酚酞试液变红 湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝原因：氯气可以置换出碘化钾中的碘，Cl2+2KI=2KCl+I2，I2使淀粉变蓝注意：如果试纸被熏蒸太久，蓝色会因为湿氯气的漂白作用而褪去2铜的电解精炼1）装置：电解时，用粗铜板作阳极，与直

13、流电源的正极相连；用纯铜板作阴极，与电源的负极相连，用 CuSO4溶液（加入一定量的硫酸）作电解液2）原理：CuSO4溶液中主要有 Cu2+、SO42-、H+、OH-，阴极反应：Cu2+2e-=Cu，阳极反应：Cu2e-=Cu2+电解过程中，比铜活泼的 Zn、Fe、Ni 等金属杂质，在铜溶解的同时也会失电子形成金属阳离子而溶解，此时阴极仍发生 Cu2+2e-=Cu，这会导致电解液浓度不发生变化；Ag、Au 不如 Cu 易失电子，Cu 溶解时它们以阳极泥沉积下来可供提炼 Au、Ag 等贵金属该过程实现了提纯铜的目的3电解冶炼铝1）工业上，用纯净的氧化铝为原料，用熔化的冰晶石（Na3AlF6）作熔

14、剂（降低融解温度） 采用电解的方法制取铝2）电极反应式：阴极：4Al3+12e-4Al 阳极：6O2-12e-3O2总反应式：2Al2O3 4Al3O2（只能电解 Al2O3，不能是 AlCl3）3）在冶炼铝时，阳极产生氧气，石墨阳极在如此高温条件下，将不断被氧气氧化而消耗，因而需不断补充石墨阳极4电镀铜1）原理：电镀时，一般都是用含镀层金属离子的电解质溶液为电镀液；把待镀金属制成品浸入电镀Page 6 of 11液中与直流电源的负极相连，作为阴极，而用镀层金属为阳极，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，并在阴极上被还原成金属析出2）电镀铜规律可概括为“阳极溶解，阴极沉积，电解液不变”板

15、块四、原电池、电解池、电镀池的比较板块四、原电池、电解池、电镀池的比较1原电池、电解池、电镀池的比较原电池电解池电镀池定义将化学能转化为电能的装置将电能转化为化学能的装置应用电解原理在某些金属表面堵上一层其他金属的装置形成条件活动性不同的两电极（连接）电解质溶液（电极插入其中，并与电极发生自发的氧化还原反应）形成闭合回路两电极接直流电源两电极插入电解质溶液形成闭合回路镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极电镀液必须含有镀层金属的离子（电镀过程浓度不变）电极名称负极：氧化反应，金属失电子正极：还原反应，溶液中的阳离子得电子或者氧气得电子（吸氧腐蚀）阳极：氧化反应，溶液中的阴离子失电子，或电极金属失电子阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子阳极：金属电极失电子阴极：电镀液中镀层金属阳离子得电子（在电镀控制的条件下，水电离产生的H+及 OH-一般不放电）电子沿导线流向负极 正极电源负极 阴极电源正极 阳极同电解池2电化学计算的基本方法（1）主要类型： 计算两极产物的质量或是体积； 计算反应过程中转移电子的物质的量； 计算电解质溶液的 pH； 计算阿伏伽德罗常数；通过计算推断物质的化学组成（2）主要方法 根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算计算依据是电路上转移的电子数相等 根据总反应式计算：先写出电极反应式，再求出总反应方程式，最后