【化學(xué)】高中知識(shí)點(diǎn)規(guī)律大全（16）——《電解原理及其應(yīng)用》

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1、 高中化學(xué)知識(shí)點(diǎn)規(guī)律大全 ——電解原理及其應(yīng)用 1．電解原理 [電解、電解池(槽)] 使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程叫做電解．借助于電流引起氧化還原反應(yīng)的裝置，也就是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置，叫做電解池或電解槽． 構(gòu)成電解池(電解槽)的條件： (1)有外加直流電源． (2)有電解質(zhì)溶液或熔融的離子化合物． (3)有兩個(gè)電極(材料為金屬或石墨，兩極材料可相同或不同)： 陰極：與直流電源的負(fù)極直接相連的一極． 陽極：與直流電源的正極直接相連的一極． (4)兩個(gè)電極要與電解質(zhì)溶液接觸并形成回路． 注意 電解池的陰、陽極完全由外加直流電源的負(fù)、正極

2、確定，與電極材料本身的性質(zhì)無關(guān)．而原電池的正、負(fù)極則由構(gòu)成電極材料本身的性質(zhì)決定． [惰性電極和活性電極] 在電解時(shí)，根據(jù)電極本身是否參與氧化還原反應(yīng)，可把電極分為惰性電極和活性電極兩類： (1)惰性電極(C、Pt等)：只起導(dǎo)電作用，不參與反應(yīng)； (2)活性電極(除Pt、Au外的其余金屬)：當(dāng)作陽極時(shí)，除起導(dǎo)電作用外，還失去電子變成金屬陽離子進(jìn)入溶液中． [電解原理] 陰極：陰極→發(fā)生還原反應(yīng)→溶液中的金屬陽離子或H＋得電子→電極的質(zhì)量增加或放出H2→電極本身一定不參加反應(yīng)． 陽極：陽極→發(fā)生氧化反應(yīng)→活性電極溶解或惰性電極時(shí)溶液中的陰離子(或OH－)失去電子→電極的質(zhì)量減輕或放

3、出O2或析出非金屬單質(zhì)． 電子流向：外接電源(+)→外接電源(一)→電解池陰極→溶液中離子定向移動(dòng)→電解池陽極→外接電源(+)． 電流方向：與電子流向相反． [離子的放電順序] (1)在陰極上．在陰極上發(fā)生的是得電子反應(yīng)，所以，電極本身只起導(dǎo)電作用而不能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的是溶液中的陽離子，它們得電子的水平順序?yàn)椋? Ag＋、Fe3＋、Cu2＋、H＋、Pb2＋、Fe2＋、Zn2＋、（H＋）、Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋ 得電子水平由易到難 說明 上列順序中H＋有兩個(gè)位置：在酸溶液中，H＋得電子水平在Cu2＋與Pb2＋之間；若在鹽溶液中，則H＋位于Zn2＋與A

4、g＋之間． (2)在陽極上．首先應(yīng)考慮電極是活性電極還是惰性電極，若為活性電極，則是陽極本身失去電子被氧化成陽離子進(jìn)入溶液中，即：，此時(shí)不能考慮溶液中陰離子的失電子情況；若為惰性電極，溶液中的陰離子失電子的水平順序?yàn)椋? NO3－或SO42－等含氧酸根、OH－、Cl－、Br－、I－、S2－ 失電子水平由弱到強(qiáng) [電離與電解的區(qū)別和聯(lián)系] 電 離 電 解 發(fā)生條件 電解質(zhì)受熱或受水分子的作用(無須通電) 受直流電的作用 特 征 陰、陽離子作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，無明顯化學(xué)變化 陰、陽離子作定向移動(dòng)，在兩極上有物質(zhì)析出 說 明 電解質(zhì)電離時(shí)，發(fā)生了物理變化和化

5、學(xué)變化 ①電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程，就是該溶液的電解過程②溫度升高，電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電水平增強(qiáng)，電解速度加快(但金屬的導(dǎo)電性隨溫度升高而減弱) 實(shí) 例 CuCl2＝Cu2＋+2Cl－ CuCl2Cu2＋+Cl2↑ 相互關(guān)系 電解質(zhì)只有在電離后才能電解 [原電池與電解池] 電 極 電極反應(yīng) 電子轉(zhuǎn)移方向 能量 轉(zhuǎn)變 舉 例 原電池 正、負(fù)極由電極材料決定：相對(duì)活潑的金屬作負(fù)極；較不活潑的金屬作正極 負(fù)極：電極本身失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng) 正極：溶液中的陽離子得到電子，發(fā)生還原反應(yīng) 電子由負(fù)極流出，經(jīng)外電路回正極 化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? 銅鋅原電池 負(fù)極：

6、 Zn－2e－＝Zn2＋ 正極： 2H＋+2e－＝H2↑ 電解池 陰、陽極完全由外加直流電源的負(fù)、正極決定：與直流電源正極相連的是陽極；與直流電源負(fù)極相連的是陰極 陰極：較易獲得電子的陽離子優(yōu)先得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)陽極，金屬或較易失去電子的陰離子優(yōu)先失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng) 電子由直流電源的負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線到達(dá)電解池的陰極，然后通過電解液中的離子放電，電子再從陽極經(jīng)導(dǎo)線回到直流電流的正極 電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能 以石墨為電極電解CuCl2溶液 陽極： 2C1－－2e－＝C12↑ 陰極： Cu2＋+2e－＝Cu↓ [用惰性電極作陽極電解酸、堿

7、、鹽水溶液的規(guī)律] 物 質(zhì) 代表物 參加電解 的物質(zhì) 陰極(區(qū)) 產(chǎn)物 陽極(區(qū)) 產(chǎn)物 溶液pH 的變化 酸 含氧酸 H2SO4、HNO3 H2O H2 O2 減小 無氧酸 (除HF) HCl HCl H2 C12 增大 堿 強(qiáng)堿 NaOH、KOH H2O H2 O2 增大 鹽 不活潑金屬的無氧酸鹽 CuCl2 CuCl2 Cu C12 增大(若考慮C12的溶解，則pH減小) 活潑金屬的 無氧酸鹽 NaCl NaCl、H2O H2、NaOH C12 減小 不活潑金屬的含氧酸鹽 CuSO4、AgNO

8、3 CuSO4、H2O AgNO3、H2O Cu；Ag O2、H2SO4 O2、HNO3 增大 活潑金屬的 含氧酸鹽 K2SO4、NaNO3 KNO3、Na2SO4 H2O H2 O2 不變 歸納：(1)電解含氧酸、強(qiáng)堿和活潑金屬含氧酸鹽的水溶液，實(shí)際上都是電解水，即： 2H2O2H2↑ + O2↑ (2)電解無氧酸(HF除外)、不活潑金屬無氧酸的水溶液，就是電解溶質(zhì)本身．例如： 2HClH2↑ + Cl2↑ CuCl2Cu + C12↑ (3)電解活潑金屬無氧酸鹽溶液時(shí)，電解的總化學(xué)方程式的通式可表示為： 溶質(zhì) + H2OH2↑+ 堿

9、 + 鹵素單質(zhì)X2(或S) (4)電解不活潑金屬含氧酸鹽的溶液時(shí)，電解的總化學(xué)方程式的通式可表示為： 溶質(zhì) + H2OO2↑ + 酸 + 金屬單質(zhì) (5)電解時(shí)，若只生成H2，pH增大．若只生成O2，則pH減小．若同時(shí)生成H2和O2，則分為三種情況：電解酸的溶液，pH減??；電解堿的溶液，pH增大；電解鹽的溶液，pH不變． 2．電解原理的應(yīng)用 [銅的電解精煉、電鍍銅] 項(xiàng) 目 銅的電解精煉 電鍍銅 含 義 利用電解原理將粗銅中的雜質(zhì)(如鋅、鐵、鎳、銀、金等)除去，以獲得電解銅(含Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)99．95％～99．98％)的過程 利用電解原理在某些金屬的表面

10、鍍上一薄層其他金屬(銅)或合金的過程 目 的 制得電解銅，以增強(qiáng)銅的導(dǎo)電性 使金屬更加美觀耐用，增強(qiáng)防銹抗腐能力 電解液 CuSO4溶液(加入一定量的硫酸) 含有鍍層金屬離子(Cu2＋)的電解質(zhì)溶液作電鍍液(如CuSO4溶液) 陽極材料 粗銅 鍍層金屬(Cu) 陰極材料 純銅 待鍍金屬制品 電極反應(yīng)式 陰極 Cu2＋+2e－＝Cu Cu2＋+2e－＝Cu 陽極 Cu－2e－＝Cu2＋ Zn－2e－＝Zn2＋ Ni－2e－＝Ni2＋ Cu－2e－＝Cu2＋ 特 點(diǎn) ①陽極反應(yīng)為粗銅中的Cu及雜質(zhì)失去電子而溶解 ②溶液中CuSO4的濃度基本不變

11、 ①陽極本身失去電子而溶解 ②溶液中金屬陽離子的濃度保持不變 ③溶液的pH保持不變 說 明 當(dāng)陽極上的Cu失去電子變成Cu2+溶解后，銀、金等金屬雜質(zhì)以單質(zhì)的形式沉積于電解槽底，形成陽極泥 ①銅鍍層通常主要用于電鍍其他金屬之前的預(yù)鍍層，以使鍍層更加牢固和光亮 ②電鍍工業(yè)的廢水中常含劇毒物質(zhì)如氰化物、重金屬等．因此必須經(jīng)過處理才能排放 [氯堿工業(yè)] (1)電解飽和食鹽水溶液的反應(yīng)原理． 陽極電極反應(yīng)式(Fe棒)：2H＋+2e－＝H2↑ (H＋得電子產(chǎn)生H2后，陰極區(qū)OH－濃度增大而顯堿性) 陽極電極反應(yīng)式(石墨)：2C1――2e－＝Cl2↑ 電解的總化學(xué)方程式：2N

12、aCl + H2O2NaOH + H2↑+ Cl2↑ (2)設(shè)備：離子交換膜電解槽．離子交換膜電解槽主要由陽極、陰極、離子交換膜、電解槽框和導(dǎo)電銅棒等組成，每臺(tái)電解槽由若干個(gè)單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成．電解槽的陽極用金屬鈦制成；陰極由碳鋼網(wǎng)制成． (3)陽離子交換膜的作用：①把電解槽隔為陰極室和陽極室；②只允許Na＋通過，而Cl－、OH－和氣體則不能通過．這樣，既能防止生成的H2和Cl2相混合而發(fā)生爆炸，又能避免C12進(jìn)入陰極區(qū)與NaOH溶液作用生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量． (4)離子交換膜法電解制燒堿的主要生產(chǎn)流程 說明 為除去粗鹽中的Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42－等雜質(zhì)離子，需依次加入過量的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＋)，最后加入鹽酸中和NaOH以及將剩余的Na2CO3轉(zhuǎn)化為NaCl．