【化学】高中知识点规律大全（16）——《电解原理及其应用》

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，所以，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，它们得电子的水平顺序为：Ag、Fe3、Cu2、H、Pb2、Fe2、Zn2、（H）、Al3、Mg2、Na、Ca2、K得电子水平由易到难说明 上列顺序中H有两个位置：在酸溶液中，H得电子水平在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，即：，此时不能考虑溶液中阴离子的失电子情况；若为惰性电极，溶液中的阴离子失电子的水平顺序为：NO3或SO42等含氧酸根、OH、Cl、Br、I、S2失电子水平由弱到强电离与电解的区别和联系电 离电 解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，电解质溶液的导电水平增强，电解速度加快(但金属的导电性随温度升高而减弱)实 例CuCl2Cu2+2ClCuCl2Cu2+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：Zn2eZn2正极：2H+2eH2电解池阴、阳极完全由外加直流电源的负、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电极电解CuCl2溶液阳极：2C12eC12阴极：Cu2+2eCu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的变化酸含氧酸H2SO4、HNO3H2OH2O2减小无氧酸(除HF)HClHClH2C12增大碱强碱NaOH、KOHH2OH2O2增大盐不活泼金属的无氧酸盐CuCl2CuCl2CuC12增大(若考虑C12的溶解，则pH减小)活泼金属的无氧酸盐NaClNaCl、H2OH2、NaOHC12减小不活泼金属的含氧酸盐CuSO4、AgNO3CuSO4、H2OAgNO3、H2OCu；AgO2、H2SO4O2、HNO3增大活泼金属的含氧酸盐K2SO4、NaNO3KNO3、Na2SO4H2OH2O2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：2H2O2H2 + 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：2HClH2 + Cl2 CuCl2Cu + C12(3)电解活泼金属无氧酸盐溶液时，电解的总化学方程式的通式可表示为：溶质 + H2OH2+ 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 + H2OO2 + 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，以获得电解铜(含Cu的质量分数达99959998)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属制品电极反应式阴极Cu2+2eCuCu2+2eCu阳极Cu2eCu2Zn2eZn2Ni2eNi2Cu2eCu2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+2eH2(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)：2C12eCl2电解的总化学方程式：2NaCl + H2O2NaOH + 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说明 为除去粗盐中的Ca2、Mg2、Fe3、SO42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、Fe3)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