电解原理及其应用

电解原理及其应用【本讲教育信息】一.教学内容：电解原理及其应用二.重点、难点：使学生理解电解原理，初步把握一般电解反响产物的推断方法。使学生了解铜的电解精炼和电镀铜的原理。了解氯碱工业反响原理：正确书写电极反响方程式和电解的总化学方程式。初步了解电解槽的简洁构造及食盐水的精制。常识性介绍以氯碱工业为根底的化工生产。三.具体内容：〔一〕电解原理电解的概念使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化复原反响的过程叫做电解。留意：①电流必需是直流而不是沟通。②熔融态的电解质也能被电解。思考题：在电解反响中，化学能与电能之间的转化关系是什么？答案：电能转化为化学能。电解池的概念电解槽。构成电解池的条件直流电源。两个电极。其中与电源的正极相连的电极叫做阳极，与电源的负极相连的电极叫做阴极。电解质溶液或熔融态电解质。电解质导电的实质〔或熔融态电解质〔有的是组成阳极的金属原子失去电子〕发生氧化反响，电子从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极。这样，电流就依靠电解质溶液〔或熔融态电解质〕里阴、阳离子的定向移动而通过溶液〔或熔融态电解质〕，所以电解质溶液〔或熔融态电解质〕的导电过程，就是电解质溶液〔或熔融态电解质〕的电解过程。电解原理：电解氯化铜〔如图〕试验步骤UCuCl2

溶液内，观看现象。其次步：如图乙所示，把用导线连接在一起的两根石墨插入UCuCl2

溶液内，观看现象。第三步：如图丙所示，将两根石墨棒、一只电流表和低压直流电源串联起来，将石墨棒UCuCl2

5min后切断电源。试验现象在第一步和其次步中均无现象发生。在第三步试验中，电流表的指针发生偏转；阴极CuCl2

溶液绿色变深，阳极石墨棒四周CuCl2

溶液绿色变浅；阴极石墨棒上渐渐掩盖了一层红色固体，阳极石墨棒上有气泡放出，并可闻到刺激性的气味，同时看到潮湿的碘化钾淀粉试纸变为蓝色。试验结论在通直流电的条件下，溶液里的CuCl2

发生了分解反响：CuCl2

Cu＋Cl↑2Cu生成于阴极的石墨棒上，Cl2

生成于阳极的石墨棒上。原理分析CuCl2

是强电解质且易溶于水，在水溶液中电离生成C2＋和C。CuCl=C2＋＋2C－2C2＋和C在水里自由地移动着；通电后，这些自由移动着的离子，在电场作用下，改作定向移动。溶液中带正电的C2＋向阴极移动，带负电的氯离子向阳极移动。在阴极，铜离子获得电子而复原成铜原子掩盖在阴极上；在阳极，氯离子失去电子而被氧化成氯原子，并两两结合成氯分子，从阳极放出。阴极：C2＋2－=Cu阳极：2C－－2－=Cl↑2CuCl2

溶液的化学反响方程式：CuCl2

Cu＋Cl↑2电解质水溶液电解反响的综合分析＋和OH－和O虽少，但确实是存在的，只是他们没有参与电极反响。也就是说在氯化铜溶液中，除C2＋和C－外，还有和O－，电解时，移向阴极的离子有C2＋和，由于在这样的试验条件下C2＋比C2＋O－和C，由于在这样的试验条件下，C－比O简洁失去电子，所以C在阳极上失去电子，生成氯气。说明：①阳离子得到电子或阴离子失去电子而使离子所带电荷数目降低的过程又叫做放电。②用石墨、金、铂等复原性很弱的材料制做的电极叫做惰性电极，理由是它们在一般的通电条件下不发生化学反响。用铁、锌、铜、银等复原性较强的材料制做的电极又叫做活性电极，它们做电解池的阳极时，先于其他物质发生氧化反响。③在一般的电解条件下，水溶液中含有多种阳离子时，它们在阴极上放电的先后挨次是：A＋＞H2＞Fe3+＞C2＋＞(H)＞Fe2＞Z2；水溶液中含有多种阴离子时，它们的惰性阳极上放电的先后挨次是：S2＞I＞B＞C－＞〔F、N3－、SO42等〕以惰性电极电解电解质水溶液，分析电解反响的一般方法步骤为：①分析电解质水溶液的组成，找全离子并分为阴、阳两组；②分别对阴、阳离子排出放电挨次，写出两极上的电极反响式；③合并两个电极反响式得出电解反响的总化学方程式或离子方程式。〔二〕电解原理的应用。铜的电解精炼电解法精炼铜的装置〔如图〕电解法精炼铜的化学原理阳极〔粗铜〕：C－2=C2＋阴极〔纯铜〕：C2＋＋2－=Cu说明：①以铜为材料做的电极属于活性电极。在一般的电解条件下，活性阳极先于电解质溶液中的成分发生氧化反响。②粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，Zn、Fe、Ni等，也会同时失去电子，如：Z－2－=Zn2＋N－2e=N2＋电解液里。而位于金属活动性挨次铜之后的银、金等杂质，由于给出电子的力量比铜弱，难〔〕99.95%～99.98%。电镀电镀的涵义电镀是应用电解原理在某些金属外表镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀的目的电镀的目的主要是使金属增加抗腐蚀力量、增加美观和外表硬度。电镀的原理解质配成电镀液；把待镀金属制品浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极；用镀层移向阴极，这些离子在阴极获得电子被复原成金属，掩盖在需要电镀的金属制品上。氯碱工业电解饱和食盐水反响原理①试验步骤按图装置，在U形管里倒入饱和食盐水，插入一根石墨棒作阳极，一根铁棒作阴极。通直流电源后，留意管内发生的现象。②试验现象阳极区溶液由无色变为黄绿色。阴极上有气泡逸出，气体无色、无味。阴极区溶液由无色变为浅红色，红色渐渐加深、区域渐渐扩大。③试验结论Cl、HNaOH。2 2阳极：2C－－2－=Cl↑〔放电挨次：C>OH〕2阴极：2＋＋2e=H↑〔放电挨次：＋>N＋〕2H+H，破坏了四周的水的电离平衡，促2进了水连续电离，结果阴极区溶液里O的浓度增大而呈现碱性。离子交换膜法制烧碱①离子交换膜电解槽的组成由阳极〔金属钛网〕、阴极〔碳钢网〕、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由假设干个单元槽串联或并联组成。以下图表示一个单元槽的示意图。②阳离子交换膜的作用将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子〔Na＋〕通过，而阻挡阴离子〔Cl－、O－〕和气体通过。这样既能防止阴极产生的H2

Cl2

相混合而引起爆炸，又能Cl2

NaOHNaClO而影响烧碱的质量。离子交换膜法电解制烧碱的主要生产流程〔如以下图〕离子交换膜法电解制碱的主要生产流程食盐的精制①粗盐的成分粗盐中的主要成分是NaC，此外还含有泥沙、Ca2、M2、Fe3＋、SO2－杂质。这样的粗盐不符合电解要求，因此必需经过精制。4②杂质的危害：C2＋、M2、Fe3等金属离子在碱性环境中会生成沉淀，损坏离子交换膜；此外，杂质的存在会使得到的产品不纯。③除杂质的过程：留意：①除杂质时所加试剂的挨次要求是：a、NaCO

必需在BaCl之后；b、参加盐酸在过滤之后。

2 3 2②试剂参加挨次有多种选择，如：a、BaCl、NaOH、NaCO、过滤、HCl；b、BaCl、2 2 3 2NaCO、NaOH、过滤、HCl；c、NaOH、BaCl、NaCO、过滤、HCl。2 3 2 2 3以氯碱工业为根底的化工生产及产品的主要用途【典型例题】[1]〔1993年全国高考题〕1X、Ya极板质量增加，b极板处有无色无味的气体放出。符合这一状况的是〔〕a极板b极板 X电极 Z溶液Zn C 负极 CuSO4C C 负极 NaOHAg Fe 正极 AgNO32Cu C 负极 CuCl21答案：A解析：题中“通电后觉察a极板质量增加，b极板处有无色无味的气体放出”是解题的关键和突破口。“aa极板上放电析出，所以a极板肯定aXC选项。BNaOH溶液无金属单质析出也被排解。电解CuCl2

溶液时，阴极上析出铜，a极板质量增加，而在阳极上是C－放电生成Cl2

，与题意不符，D被排解。电解CuSO4

溶液，阴极析出铜，阳极放出氧气，A项符合题意。[例2]用铂作电极电解肯定浓度的以下物质的水溶液电解完毕后向剩余电解液中加适量水，能使溶液和电解前一样的是〔 〕AgNO3

HSO2 4NaOH D.NaCl解析：审题知电极为惰性电极，关键句是“向剩余电解液中加适量水，能使溶液和电解前一样”，那就是要找选项中电解时只消耗了水的。AgNO3

溶液电解时，A放电，O－放电，不是电解水HSO2 4

溶液电解时放电，OH－放电，实质是电解水NaOH溶液电解时放电，OH－放电，实质上是电解水NaCl溶液电解时，C放电，答案：BC[例3]用石墨作电极，电解1mol/L以下物质的溶液，溶液的pH保持不变的是〔 〕A.HCl B.NaOHC.NaCl D.NaSO2 4解析：pHc〔H+〕增大，引起[H+]增大的状况有以下几种：①电解不活泼金属O－放电，不放电；②电解含氧酸溶液，和O水，酸的浓度变大。pHH+放O－不放电；②和OH－均放电，但碱的浓度变化大；③电解CuCl2溶液，可用极限思维去考虑。由于CuCl2

水解，原溶液显酸性，设想CuCl2

完全电解，当反应完成后，酸性溶液变成了中性水，故pH变大。电解强碱强含氧酸盐，pH将不变。答案：D[4]MnO2

和KOH为原料制取高锰酸钾。主要生产过程分两步进展：第一步将MnOKOH粉碎、混匀，在空气中加热至熔化，并连续搅拌，以制取KMnO

；其次2 2 4KMnOKMnO。试答复以下各问：2 4 4KMnOMnO

是这一氧化复原反响的 剂，“连续搅拌”的作用是2 4 2 。KMnO

浓溶液时，两极发生的电极反响式、电解总方程式应怎样书写？2 4解析：这是一道信息题，由题意可知由MnO→KMnO其价态从+4升至+6。明显MnO2 2 4 2是复原剂，而空气中的O2

则应是氧化剂．连续搅拌的作用，是在连续搅拌中使O2

KOHMnO2

充分接触以发生氧化复原反响。电解KMnOKMnO，其中Mn从+6升至+7MnO

应在阳极失电子，2 4 4 4H+得电子，因此两极反响为：阴极：2++2e－=H↑2阳极：2MnO4

2－－2=2MnO－4答案：〔1〕复原剂；在连续搅拌中使O2

KOHMnO2

充分接触以发生氧化复原反响：2MnO2

+O+4KOH2

2KMnO2

+2HO2〔2〕2KMnO

+2HO

2KMnO+H↑+2KOH2 4 2 4 2阴极：2++2e－=H↑2阳极：2MnO4

2－－2=2MnO－4[5]1L1mol/LCuSO4

溶液，当[Cu2+]为0.5mol/L时，停顿电解，向剩余溶液中参加以下何种物质可使电解质溶液恢复至原来状况〔 〕CuSO4C.解析：电解过程中的反响为：

CuOD.CuSO4

·5HO2阳极：4O—4－=2HO+O↑2 2阴极：2C2++4－=2Cu总反响为：2CuSO+2HO 2HSO+2Cu+O↑4 2 2 4 22molCuSO4

2molH2

O2molHSO2 4

，同时析出铜，O2

1mol/LHSO2 4

1mol/LCuSO4

1mol/LH2

使溶液恢复至原来状况，应参加CuO，反响为：CuO+HSO2 4

=CuSO4

+HO2参加 ，也能与HSO2 4

CuSO4

和HO，但生成的水量较多，溶液2不能恢复至原来状态。也可从溶液里削减了的物质来考虑，这样更简洁一些，从溶液中析出的物质是Cu和O1molO2

2molCu，Cu与O1:1，所以，参加CuO可使溶液恢复原状。答案：B[6]10000A1Cl，HNaOH？〔1mol96500C〕2 2解析：在同一个电解槽中，阳、阴极所通过电子的物质的量是相等的。每个电解槽每天通过电子的物质的量为：阳极：2C－－2e = Cl22 718953 xx=317831〔g〕=317.8〔kg〕2NaCl+2H2

O Cl2

+ H+2NaOH2y=8.95〔kg〕z=358.1〔kg〕

71 2 80317.8 y z答案：1个电解槽理论上能生产Cl2

317.8kg，H2

8.95kg，NaOH358.1kg。[7]5min2.16gA池中收集到标准状况下的气224mLA200mLACu2+的浓度。解析：第③极质量增加，说明第③极铜棒上析出金属银，此极为阴极，电源的E极为负极，F极为正极．在A池中，电解液为混合溶液，明显，在阴极Cu2+先放电，但要考虑Cu2+完全放电后，H+放电的可能。A、B两池串联，在电解过程中，每个极上电子转移的总数目相等是解答此题的根本依据。A池中发生的反响为：阳极〔②极〕：4O－－4=2HO+O↑2 2阴极〔①极〕：2C2++4－=2Cu假设C2+完全放电后还有：4+4e=2H↑2转移电子的物质的量为：2.16÷108=0.02〔mol〕4mol1molOO

的体积为：2 20.02÷4×22.4=0.112〔L〕＜0.224〔L〕说明A池收集到的气体中还有H。①极上放出H 为：0.224-0.112=0.112〔L〕，即mol。CuH2

2 20.02mol电子。Cu2+的物质的量为：〔0.02－0.005×2〕/2=0.005〔mol〕[Cu2+]=0.005/0.2=0.025〔mol/L〕答案：ACu2+0.025mol/L。【模拟试题】在铁制品上镀肯定厚度的锌层，以下方案设计正确的选项是〔 〕锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子用铂电极分别电解以下各盐的水溶液，当消耗一样电量时，在阴极上析出的金属质量最大且溶液pH减小的是〔 〕CuCl2C.CuSO4

B.KClD.用惰性电极电解饱和食盐水，当电源供给0.2mol电子时，停顿通电。假设此溶液体积为2L，则所得电解液的pH是〔 〕A.1 B.8 C.13 D.14把两片铂片插入200g10％CuSO4

溶液中进展电解，当阳极析出0.16g气体时，CuSO4溶液的质量分数〔消耗水的量无视不计〕是〔 〕A.92.37％ B.9.2％C.50％ D.25％将两根质量分别为ng和n1 2

gAgNO3tsmgI，则可推导得阿伏加德罗常数N为〔 〕A用铂作电极电解某种溶液，通电一段时间后，溶液的pH变小，并且在阳极得到0.56L气体，阴极得到1.12L气体〔两种气体均在一样条件下测定〕。由此可知溶液可能是〔 〕稀盐酸 B.KNO溶液3C.CuSO4溶液 D.稀硫酸因发生电极反响，直接破坏了该电极四周水的电离平衡的是〔 〕电解氯化铜溶液时的阴极铜铁原电池的负极〔硫酸溶液为电解质〕电解食盐水时的阴极铁片上镀锌时的阴极如下图各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的挨次是〔 〕A.④＞②＞①＞③B.②＞①＞③＞④C.④＞②＞③＞①D.③＞②＞④＞①如下图，E0.1mol/LCuCl2

溶液，F0.1mol/LAgNO3

溶液，将四个铂电极串联起来再电解，则a，b，c，d四电极上所产生的物质，其物质的量之比为〔 〕A.2:2:4:1 B.1:1:2:1C.2:1:1:1 D.2:2:2:1用惰性电极电解100mLAgNO56mL〔设3电解时，阴极无氢气析出，电解液的体积在电解前后根本不变〕此时溶液的pH为〔 〕A.1 B.13 C.7 D.1.6为探究月球上是否有生命痕迹，科学家用氘盐酸〔DCl〕和重水〔DO〕溶液处理月2球上某岩石样品，假设电解这种氘盐酸，在阳极上放出1.12L气体〔标准状况，下同〕，同时在另一极放出气体的量为〔 〕A.560mL B.1120mL C.0.1g D.0.2g在盛有饱和碳酸钠溶液的烧杯中插入惰性电极保持温度不变通电肯定时间〔 〕pH将增大钠离子数和碳酸根离子数的比变小溶液浓度增大并有晶体析出溶液浓度不变，有晶体析出用指定的阳极和阴极电解肯定组成的P溶液，然后参加肯定量物质Q，能使溶液回复到原来组成的P溶液的正确组合是以下各组中的〔 〕分析图，按以下要求写出有关的电极反响式或化学方程式此装置为 池，其中铁为 极。炭棒上发生的电极反响式为 。铁棒上发生的电极反响式为 。溶液中发生反响的化学方程式为 。工业上为了处理 的酸性工业废水承受以下处理方法向工业废水中参加适量NaCl，以Fe为电极进展电解，经一段时间后，有废水中铬含量低于排放标准。答复：

和 沉淀产生，使工业两极发生反响的电极反响式为：阳极 ，阴极 。变为 的离子方程式为 。工业废水由酸性变为碱性