电解原理及其应用

1、电解原理及其应用 一、学习指导(一)比较原电池和电解池原电池电解池一般组成条件两种活泼性不同的电极材料金属或石墨均可作电极两电极用导线连接(或直接接触)外接直流电源两电极插在电解质溶液中(或闭合回路)两电极插在同一电解质溶液中(或熔融状态)e电极确定的依据、方法和名称电极材料活泼性差异与外电源的连接方式负极较活泼金属阳极与电源正极相接e正极较不活泼材料e阴极与电源负极相接电极反应负极 正极(氧化) (还原) 阳极 阴极(氧化) (还原)能量转化形式化学能转为电能电能转为化学能 实例装置通电电极方程式()Fe2eFe2()2H2eH2(阳)2Cl2eCl2(阴)2H2eH2电池总反应Fe2HFe

2、2H22HCl H2Cl2电池作用氧化和还原反应分在两极进 行，形成电流加快了电子转移外电源犹如“电子泵”使通常难以进行的氧化还原反应变成可能；使通常能进行的反应变得更加容易.(二)放电规律(1)原电池的正极和电解池中的阴极本身均不放电.不论其材料活泼性如何,不参与电极反应,故受到保护.(2)原电池的负极、电解池的阳极为非惰性电极时,一般是电极本身即金属放电.(3)电解池中若阳极为惰性电极,由溶液中的离子放电.一般离子的放电次序如下:阴离子在阳极放电顺序: SO42、NO3、OH、Cl、Br、I、S2 失电子能力依次增强阳离子在阴极放电顺序 K、Ca2、Na、Mg2、Al3、Zn2、Fe2、H

3、、Cu2、Ag 得电子能力依次增强(三)各类酸、碱、盐溶液电解产物、溶液pH变化等情况小结(用惰性电极)电解液(实例)电极产物相当于电解何物pH值变化为恢复可加入的物质阳极 阴极含氧酸(H2SO4)O2 H2 H2O减小 H2O可溶性强碱(NaOH)O2 H2增大活泼金属含氧酸盐(Na2SO4)O2 H2由盐种类定无氧酸(HCl)Cl2 H2 电 解 质本身增大HCl不活泼金属无氧酸盐(CuCl2)Cl2 Cu/CuCl2活泼金属无氧酸盐(NaCl)Cl2 H2 水 和 电解质增大HCl不活泼金属含氧酸盐(CuSO4)O2 Cu减小CuO思考1: 电解一段时间，为了恢原到电解前的溶液,如何确定

4、所加入物质的种类?(惰性电极)分析 随着电解的进行,电解液或是浓度改变,或是溶质的种类改变,或是两者均有变化.为了恢复到原溶液,既要考虑“质”又要考虑“量”.电 解例如:电解CuSO4溶液：2H2O2CuSO4 2CuO22H2SO4思路一 抓住溶液的变化若加入CuO、Cu(OH)2，均能与H2SO4反应生成CuSO4.方程式如下: CuOH2SO4CuSO4H2O Cu(OH)2H2SO4CuSO42H2O比较、消耗的H2SO4、生成的CuSO4、H2O即可知道:加入1mol Cu(OH)2能与1mol H2SO4反应能生成1mol CuSO4和2H2O.不符合电解时的相关物质的比例.若改加

5、CuO，则很合适.思路二 抓住两极产物.“合二为一”.原理 电解时电解质溶液减少的质量即为两极上产物的质量和，符合守恒原理,但直接通入或加入所得的产物,可能有的根本不反应,即使有的反应又有其它产物,如电解食盐水,若再通入H2和Cl2,则Cl2与NaOH反应生成NaCl和NaClO，H2与NaOH根本不反应。何况一般只允许加入一种物质。从守恒角度考虑，电解CuSO4溶液，阴极析出Cu,阳极生成O2，H元素的质量并未减少。因而当加入Cu(OH)2时，从元素种类的守恒考虑就不符合，更不必考虑量是否符合了.故可将两极产物中元素合为一种化合物.思考2 如何确定所加物质的量?(惰性电极)分析 由于两极上通

6、过的电子数相等,故阴、阳两极产物的物质的量间一定满足确定的关系.因而加入物与其也有一定关系.例如 电解含0.4mol CuSO4溶液一段时间后，阳极上生成2.24L气体(S.T.P),则应加入CuO多少克？(用惰性电极) (四)电解原理的一般应用1.电解饱和食盐水 氯碱工业1) 实验装置及原理 电极材料:阳极(石墨)、阴极(铁)电极反应 阴极(Fe) 2H2eH2（放电能力 H Na）电 解阳极(C) Cl2eCl2 （放电能力ClOH） 电解总方程:2NaCl2H2O 2NaOH H2 Cl2 阴极产物 阳极产物 阴极区产物 想一想:两材料能否交换?为什么?（提示）不能互换，Fe若作阴极材料

7、，电极不参加反应；若作阳极材料，电极参加反应被氧化.电极反应为：阴极(C) 2H2eH2阳极(Fe) Fe2eFe2这样得不到Cl22）工业生产流程食盐水净化 电解 电解液处理(1)食盐水的净化食盐水中除含Na、Cl-以外，还含有SO42、Ca2、Mg2需除去. SO42、Ca2、Mg2 加BaCl2过量 Ca2、Mg2(Ba2) BaSO4 加Na2CO3过量 (CaSO4微溶) CaCO3 Mg2CO32- BaCO3 NaOH足量 (MgCO3微溶) Mg(OH)2 CO32、OH 加HCl调节PH7 CO2 NaCl溶液装置-离子交换膜法电解槽构造：阳极：金属钛网，有钛、钌的氧化物涂层

8、，保证阳极不被氧化。阴极：碳钢网，涂有镍涂层阳离子交换膜允许Na+、H2O分子通过，Cl-、OH-、气体分子通不过。电火花其目的为：防止H2、CL2混合电火花下反应爆炸 H2Cl2 2HCl 防止防止Cl2进入阴极区与NaOH反应，影响烧碱的质量和产量。Cl22NaOHNaClNaClOH2O(3)电解液的处理 NaCl结晶NaOH(溶解度较大) 加热NaCl(溶解度较小) 蒸发 工业用 浓碱溶液 精制固体 2.电解H2O 电极材料:Pt 加入Na2SO4的作用:增强溶液的导电能力 想一想:还能加入哪些合适的物质? NaCl合适吗？电 解 电解方程式:2H2O 2H2O2 电解水的作用:制取H

9、2或O2.在电力富余的国家或地区,可用于工业制法.科学家正在努力寻找有效合适的催化剂,促使H2O分解,开发利用氢能源.利用两极 管中所得气体的体积比.气体的性质来确定水的组成.3.活泼金属的冶炼:电解活泼金属的氧化物、碱或盐(熔融状态),制取活泼金属.电 解 阳极石墨，阴极Fe、C等金属.电 解 如:2NaCl(熔融) 2NaCl2Al2O3 4Al3O2(加入Na3AlF6以降低Al2O3熔点，)如：铝的冶炼1000成为共熔体、节约能源Al2O3熔点很高2045冰晶石(Na3AlF6)作熔剂电离 Al2O3（熔融） 2Al33O2电极方程式阳极（C） 4Al3+12e 4Al电解阴极（Fe）

10、 6O212e 3O2电解方程式 2Al2O3 4Al3O2阳极副反应 CO2 CO2 需补充碳块4.精炼铜用电解方法将粗铜中的杂质除去,获得精铜. 装置:阳极:粗铜(含杂质:Zn、Fe、Ni、Ag、Au) 阴极:精铜(纯净物) 电解液:CuSO4溶液 电极反应式： 阳极:Cu2eCu2 Fe2eFe2,Ni2eNi 比铜活泼的 Zn、Fe、Ni先被氧化，以 Zn2+、Fe2+、Ni2+形式进入溶液中。 不活泼金属Ag、Au落入“阳极泥”中 阴极:Cu22eCu 活泼金属离子Fe2、Ni2不放电，留在溶液中,故可在阴极获得高纯度的Cu.5.电镀用电解法在某金属(镀件)表面镀上一薄层其它金属(镀

11、层金属) 电镀槽:阳极镀层金属 电极反应:MneMn 阴极镀件 电极反应:MnnM 电解液:含镀层金属阳离子的盐溶液 实例:铁镀锌 装置: 注意:为使放电顺序Zn2H,故必须调节溶液的pH值,同时增大Zn2浓度.二、典型例题及点拨例1 用下图装置进行电解实验(a、b、c、d均为铂电极),供选择的有4组电解液,要满足下列要求: 组A槽B槽1NaOHCuSO42AgNO3CuCl23Na2SO4AgNO34NaClAgNO3 工作一段时间后A槽pH值上升,B槽的pH下降. b、c两极上反应的离子的物质的量相等 (1)应选择的电解质是上述四组中的第_组(2)该组电解过程中各电极上的电极反应为a极_

12、b极_c极_ d极_(3)当b极上析出7.1g电解产物时,a极上析出产物的质量为_g;若B槽电解质溶液500mL，且忽略电解前后电解液的体积变化，则此时B槽中的H比电解前增加了_mol/L.例2 用惰性电极电解1L 4mol/L CuSO4溶液时,在电路通过0.5mol电子,又将电源与电极反接,后又通过1mol电子,求此时溶液中H. 巩固练习一. 选择1B用两根碳棒为电极，电解氯化钠、溴化钠、碘化钠的混和溶液（假设三者浓度相等），一开始两极上的产物为（ ）A.碘和氢气 B.氯气和氢气 C.氧气和氢气 D.溴气和氢气2C如图所示：x、y为电源的两个极， 通电一段时间后发现a极的质量增加，b极有无

13、色无味的气体放出.则下列情况符合实验事实的为（ ）a、b两极x极z溶液A均为惰性电极正极AgNO3溶液B均为惰性电极负极CuCl2溶液Ca为锌、b为石墨正极AgNO2溶液Da为锌、b为石墨负极CuSO4溶液3B. 以Pt作电极,用电源串联电解分装在两个烧杯里的200mL 0.3mol/L NaCl溶液和300mL 0.1mol/L的AgNO3溶液,过一段时间后取出电极,将两杯混合,则混合溶液的pH值( ) A.7 B.7 C.7 D.74C.用石墨作电极电解3mol/L KCl和0.5mol/L Al2(SO4)3的混合溶液时，下列图象合理的是 ( )5B.当两块铂金属片插入100g 10%

14、CuSO4溶液后,通电一段时间,在阳极析出0.16g物质时, 剩余的CuSO4溶液中CuSO4的质量分数是( ) A.8.46% B.8.36% C.8.73% D.9.02%6C.用惰性电极电解500mL含KNO3和Cu(NO3)2的混合液，一段时间后，在两极上均生成 11.2L(S.T.P)气体.则原溶液中Cu2的物质的量浓度为( ) A.0.5mol/L B.1mol/L C.2mol/L D.无法确定7B如图所示，a、b、c、d均为石墨电极通电一段时间后，各电极上的生成物的物质的量之比依次为4：1：2：2，则甲、乙两池中的电解质是（ ）A、AgNO3 ,KBr B、CuSO4 ，NaN

15、O3 C、稀H2SO4,Cu(NO3)2 D、NaOH,稀盐酸8B电解池中盛有饱和的Na2SO4溶液，用惰性电极和直流电源进行电解，当温度不变时，溶液电解一段时间后，下列叙述正确的是 （ ） A.Na2SO4溶液浓度增大有晶体析出B.Na2SO4溶液浓度不变有晶体析出C.Na2SO4溶液的酸性增强，pH值减小D.Na2SO4溶液中的OH保持不变9C.在25时,用两个铂电极电解一定量的饱和Na2SO4溶液。通电一段时间后，在阴极逸出a mol气体,同时有Wg Na2SO4·10H2O晶体析出，若温度不变，此时母液中溶质的质量分数为( ) A. B. C. D.10C.按下列左图的装置进

16、行实验，若右图的X轴表示流入阴极的电子的量，则Y轴可表示下述那些变化：AgNO3a棒的质量b棒的质量溶液的pH值。（ ） AgNO3溶液A. B. C. D.二. 填空11A采用惰性电极从NO3、SO42-、H、Cu2、Ba2、Ag、Cl-某离子中，选出适当的离子组成电解质，对其溶液进行电解：（1） 两极分别放出H2和O2，电解质的化学式是_.（2） 阴极析出金属，阳极放出O2，电解质的化学式是_.（3） 两极分别放出气体，且体积比为1:1，电解质的化学式是_.12B用碳棒作电极，电解下列水溶液：Na2SO4溶液AgNO3溶液KCL溶液CuCl2溶液。（1） 通过相同电量时，阴极产生的气体的物质的量相同的是_。（2） 通过相同电量时，产生的气体总的物质的量由多到少排列顺序是_。三.计算13B.将含0.4mol CuSO4和0.4mol NaCl的水溶液1L，用惰性电极电解一段时间后，在一个电极上得到0.3mol铜,求在另一个电极上析出气体在标准状况下的体积14C. 称取某金属R的氧化物（RO）16g,使其恰好溶于稀硫酸H2SO4后，配成250ml溶液，取该溶液50ml，以铂电极进行电解，当X刚好电解完全时，某一电极增重2.56g。求：（