教案 電解原理

電解原理

考點(diǎn)1 電解池的構(gòu)成和電解的基本原理

1.(1)電解的反應(yīng)原理：在 時(shí)在陰、陽兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

(2)電解池：一種把 的裝置

(3)電解的電路原理：導(dǎo)線上(外電路)電子從電源的負(fù)極流出經(jīng)導(dǎo)線流向電解池的陰極，電解池的陽極上產(chǎn)生電子經(jīng)導(dǎo)線流入電源的正極。溶液中(內(nèi)電路)陰離子移向 ，失去電子，陽離子移向 ，得到電子。

2.電解池的構(gòu)成：

① 、導(dǎo)線 ②兩個(gè)電極(金屬或非金屬導(dǎo)體) ③電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))

特別提醒：電解池的陰陽極由電源的正負(fù)級決定

3.電解原理：

以惰性電極(C、Pt)電解CuCl2溶液為例：

[例1] 能用電解原理說明的問題是 ( )

①電解是電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能;②電解是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?③電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電是化學(xué)變化,金屬的導(dǎo)電是變化;④不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),通過電解的原理可以實(shí)現(xiàn);⑤任何溶液被電解時(shí)必然會導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)的發(fā)生

A.①②③④　　B.②③⑤ C.③④　　D.①③④⑤

[解析]電解質(zhì)溶液導(dǎo)電時(shí),溶液中的陰陽離子分別向陽極和陰極移動,在兩個(gè)電極上得失電子,發(fā)生氧化還原, 所以電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程就是電解過程，此時(shí)電源提供電能,把不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)變成現(xiàn)實(shí)。金屬的導(dǎo)電只是自由電子的定向移動不存在電子得失沒有新物質(zhì)產(chǎn)生，是一種物理過程。

【答案】D

[技巧]組合式選擇題可以通過排除法進(jìn)行選擇。②和①中只有一個(gè)說法是正確的，根據(jù)電解原理①是正確的。

考點(diǎn)2電極反應(yīng)式的書寫及溶液濃度和PH的變化

1.離子放電順序的判斷

陽離子在陰極得電子順序與 相反

Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

陰離子在陽極失電子順序

金屬陽極>S2->SO32->I->Br->Cl->OH->高價(jià)含氧酸根離子>O2->F

特別提醒：要注意在水溶液中有些離子不發(fā)生放電

2.電極產(chǎn)物的判斷

陽極:①根據(jù)電極的類型(活潑金屬和惰性電極金屬);②根據(jù) 順序.

陰極:根據(jù) 順序

3.用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律

電解水型：

電極反應(yīng)：陰極 4H++4e-=2H2↑;陽極 4OH--4e-=2H2O+O2↑

總反應(yīng)式：

包括高價(jià)含氧酸(H2SO4、HNO3)、強(qiáng)堿[NaOH、Ba(OH)2] 、活潑金屬的高價(jià)含氧酸鹽[Na2SO4、K2CO3、Al2(SO4)3]。

(1)分解電解質(zhì)型：

電極反應(yīng)式：陰極：amMn++mnae-=amM 陽極：anYm--mnae-=nYa

包括無氧酸(除HF) 、不活潑金屬的無氧酸鹽溶液(如CuCl2)

(2)放氫生堿型：活潑金屬的無氧酸(除氟化物)鹽(如NaCl、MgBr2)溶液的電解

以NaCl溶液為例：

電極反應(yīng)式：陰極 2H++2e-=H2↑;陽極 2Cl--2e-=Cl2↑

總反應(yīng)式：

陰極由于H+放電，破壞了水的電離平衡，水的電離程度增大，電極附近溶液中OH-濃度增大，溶液pH值增大，整個(gè)電解質(zhì)溶液堿性增強(qiáng)，pH值增大。

(3)放氧生酸型： (如CuSO4、AgNO3)溶液的電解

以CuSO4溶液為例：

電極反應(yīng)式：陰極 2Cu2++4e-=2Cu;陽極 4OH--4e-=O2↑+2H2O

總反應(yīng)式：

陽極由于OH-放電，破壞了水的電離平衡，水的電離程度增大，電極附近溶液中H+濃度增大，溶液pH值減小，整個(gè)電解質(zhì)溶液酸性增強(qiáng)，pH值減小

4.電極方程式的書寫和總的離子反應(yīng)式的書寫

電極方程式是以實(shí)際反應(yīng)的微粒符號來表示的，當(dāng)水中的氫離子或氫氧根離子參加反應(yīng)時(shí)，在電極反應(yīng)式中表示時(shí)就以H+或OH-表示。

總的離子反應(yīng)式表示時(shí)要注明反應(yīng)條件-電解，總式的書寫要符合離子方程式的書寫要求。

[例2] (2007年江蘇卷，電解)某同學(xué)按圖所示的裝置進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)。下列說法正確的是( )

(A)電解過程中，銅電極上有H2產(chǎn)生

(B)電解初期，主反應(yīng)方程式為：Cu+H2SO4 CuSO4+H2↑

(C)電解一定時(shí)間后，石墨電極上有銅析出

(D)整個(gè)電解過程中，H+的濃度不斷增大

[解析] 陽極為銅電極，始終為Cu失電子變?yōu)镃u2+,故A錯(cuò);陰極為石墨，先是H+得電子放出H2，后是Cu2+得電子析出Cu，故BC對，在電解過程中消耗H+，因此濃度變小，故D錯(cuò)。

【答案】BC。

[方法技巧]要學(xué)會根據(jù)放電順序來分析電極反應(yīng)，從而解答相關(guān)問題。

考點(diǎn)3：電解原理的有關(guān)應(yīng)用。

1.電解精煉銅

(1)裝置組成

①電極材料： 與電源的正極相連作陽極， 與電源負(fù)極相連作陰極

②電解質(zhì)溶液：用 作電解液

③反應(yīng)原理：陽極銅以及比銅活潑的雜質(zhì)金屬鋅、鐵、鎳等失電子被氧化，轉(zhuǎn)化成離子進(jìn)入溶液中，不活潑金屬如金和銀等沉積在陽極下面形成陽極泥，陰極Cu2+得電子被還原在陰極上析出，其它如Zn2+、Fe2+留在溶液中。

④特征：電解精煉過程中CuSO4溶液的濃度幾乎不變，產(chǎn)品純度高。

2.電鍍

(1)裝置組成：

①電極材料： (如精銅)與電源的正極相連作陽極， (如鐵制品)與電源負(fù)極相連作陰極

②電解質(zhì)溶液：用含 的電解質(zhì)配成溶液(如CuSO4溶液加一些氨水)作電鍍液

(2)反應(yīng)原理：陽極鍍層金屬(銅)失電子被氧化，轉(zhuǎn)化成離子進(jìn)入溶液中，陰極鍍層金屬離子Cu2+得電子被還原在陰極上析出。

(3)特征：電鍍過程中電解質(zhì)CuSO4溶液的濃度幾乎不變。

3.氯堿工業(yè)

工業(yè)上用電解飽和食鹽水的方法來制取燒堿、氯氣和氫氣，并以它們?yōu)樵�料進(jìn)一步生產(chǎn)一系列化工產(chǎn)品,稱氯堿工業(yè)。

(1) 離子交換膜法電解池的組成：

以石墨為陽極，以鋼棒為陰極,精制的飽和食鹽水為電解質(zhì)溶液，用陽離子交換膜將電解槽隔成陰極室和陽極室。

(2) 電解飽和食鹽水的反應(yīng)機(jī)理：

電極反應(yīng)式：陰極 ;陽極

總反應(yīng)式：

陽極 陰極產(chǎn)物

在上述反應(yīng)中，由于H+在陰極上得到電子而生成H2，破壞了附近的水的電離平衡，促進(jìn)了水的電離，結(jié)果陰極區(qū)溶液中OH-濃度增大而呈堿性。

(3) 電解用飽和食鹽水的精制

基本步驟：

(4) 陽離子交換膜的作用

將電解槽隔成陰極室和陽極室，它只允許陽離子(Na+)通過，而且阻止陰離子(Cl-、OH-)和氣體通過。這樣既可以防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。

[例3] (09廣州市高三調(diào)研測試)下列關(guān)于銅電極的敘述正確的是 學(xué)科網(wǎng)

A.銅鋅原電池中銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng) 學(xué)科網(wǎng)

B.電解飽和食鹽水制燒堿時(shí)，用銅作陽極 學(xué)科網(wǎng)

C.電解法精煉銅時(shí)，粗銅連接電源的正極 學(xué)科網(wǎng)

D.電鍍銅和精煉銅時(shí)，均用純銅作陰極 學(xué)科網(wǎng)

[解析] 銅鋅原電池中銅電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng);電解飽和食鹽水制時(shí)，陽極為石墨;電解法精煉銅時(shí)，粗銅作陽極被氧化，純銅作陰極，故C正確;電鍍銅時(shí)，銅作陽極被氧化而進(jìn)入溶液中。

【答案】C

[規(guī)律總結(jié)] 電解精煉鎳的化學(xué)原理類似電解精煉銅，要熟悉電解精煉銅的有關(guān)。

參考答案

考點(diǎn)1 電解池的構(gòu)成和電解的基本原理

1. 電流通過、電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能、陽極、陰極

2. 外接電源

考點(diǎn)2 電極反應(yīng)式的書寫及溶液濃度和PH的變化

1.金屬活潑性

2.陰離子放電、陽離子放電

3.不活潑金屬的高價(jià)含氧酸鹽

考點(diǎn)3 電解原理的有關(guān)應(yīng)用

1. 粗銅、純銅、CuSO4溶液

2.鍍層金屬、待鍍金屬制品、鍍層金屬離子

3.2H++2e-=H2↑;2Cl--2e-=Cl2↑

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