高中化學電解原理

1、電解原理編 稿：顧振海 審 稿：潘廷宏 責 編：顧振海重點又t點1 .理解電解的基本概念和原理。2 . 了解銅的電解精煉、電鍍銅。3 .會寫電極反應式、電解方程式，掌握圍繞電解的計算。知識點講解基礎知識導引1 .電解電解匚ucl如用惰性電極電使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程叫做電解。解cucl2溶液時，電極反應式：陽極2cl 2e =cl 2 t （氧化反應）陰極cu2+2e =cu （還原反應）電解方程式為：cuciz2 .電解池把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置叫做電解池或電解槽電解池與直充電瀾的連縫跟直流電源或原電池的正極相其中跟直流電源或原電池的負極相連的電極是電解池的陰

2、極;連的電極是電解池的陽極。3 .銅的電解精煉和電鍍銅銅的精煉陽極 cu 2e =cu2+陰極cu2+十2e =cu電鍍銅電鍍銅和精煉銅的原理是一致的，但陰、陽兩極材料略有差別：精煉銅時，粗銅板作陽極，純銅片作陰極，用cuso4溶液（加入一定量的硫酸）作電解液電鍍銅時，鍍層金屬 （銅片）作陽極，待鍍件（鐵片）作陰極，用含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)kadw電鍍池通洲重重點難點點撥一、電解原理1 .電解質(zhì)溶液的導電我們知道，金屬導電時，是金屬內(nèi)部的自由電子發(fā)生的定向移動，而電解質(zhì)溶液的導電與金屬導電不同。1口邪一i通電削n通電時通電網(wǎng)行他液里離子陟動示意圖通電前電解質(zhì)溶液中陰、陽離子在溶液中自由地移動

3、；通電后在電場的作用下， 這些自由移動的離子改作定向移動， 帶負電荷的陰離子由于靜電作用向陽極移動，帶正電荷的陽離子則向陰極移動，并在兩極上發(fā)生氧化還原反應。我們把：借助于電流引起氧化還原反應的裝置，也就是把電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置叫電解池。電解池中與直流電源負極相連的電極叫陰極，與直流電源正極相連的電極叫陽極。物質(zhì)能否導電是由其內(nèi)部能否形成定向移動的自由電荷所決定的，對金屬就是自由電子， 而對電解質(zhì)溶液就是自由移動的陰陽離子。2 .電解(1)概念：使電流流過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程叫電解。(2)電子流動的方向：電子從外接直流電源的負極流出，經(jīng)導線到達電解池的陰極，電解池溶

4、液中的陽離子移向陰極，并在陰極獲得電子而被還原，發(fā)生還原反應；與此同時，電解池溶液中的陰離子移向陽極， 并在陽極上失去電子(也可能是陽極很活潑而本身失去電子)而被氧化，發(fā)生氧化反應。這樣， 電子又從電解池的陽極流出，沿導線而流回外接直流電源的正極。(3)電極反應的類型：陽極反應為氧化反應，陰極反應為還原反應，故而陰極處于被保護 的狀態(tài)，而陽極則有可能被腐蝕。3、電極名稱的進一步理解(或發(fā)生氧化反應原電池：根據(jù)電子流動的方向可以把電極分成正、負極。流出電子的電極的電極）為負極、流入電子的電極為（或發(fā)生還原反應的電極）正極;電解池：根據(jù)離子的遷移方向可以把電極分成陽極、陰極。陽離子移向的電極（或與

5、直流電源負極相連的電極）為陰極、陰離子移向的電極（或與直流電源正極相連的電極）為陽極。在原電池中，用正極、負極，其中負極流出電子在電解池中，用陽極、陰極，其中陰極流入電子電解池的陽極與原電池的正極相連，電解池的陰極與原電池的負極相連4、電極反應式和電解方程式的書寫化學變化的表示表示方法為了表示化學變化的不同側(cè)面，化學變化主要用化學方程式表示。具體分類如下：（普通）化學方程式氧化還原方程式（標出電子轉(zhuǎn)移方向、數(shù)目等）離子方程式電離方程式水解方程式熱化學方程式（標明反應物、生成物的狀態(tài)及對應的熱效應）電極反應式電解方程式電極反應式與電解方程式的書寫書寫電極反應，首先要搞清楚電極材料，然后分析溶液中

6、離子情況，再根據(jù)陰、陽極放電的規(guī)律，得出相應的結(jié)論。電解過程總反應方程式叫電解方程式 （指電解時總的化學方程式或離子方程式 ）。要正確書寫 電解方程式，首先要正確寫出電極反應式， 然后分析參加電極反應的離子來自何種物質(zhì)，這樣才能正確寫出反應物、生成物，配平且在等號上方注明電解或通電書寫的具體步驟：先查陽極電極材料和確定溶液中的離子種類如用c電極電解cuso4溶液：溶液中有 cuso4=cu2+十so4 ； h2oh+oh-溶液中存在 cu2+、h +、oh、so42一共4種離子。由放電順序確定放電產(chǎn)物和電極反應放電能力cu2+h+ cu2+放電生成cuoh so42 , oh 一放電生成。2電

7、極反應：陰極2cu2+十 4e =2cu陽極 4oh 4e =2h2o 十 02 t溶液中余下的 h+和so42一結(jié)合成新物質(zhì) h2so4由電極反應產(chǎn)物，寫出總反應式一一電解化學方程式如上述反應中的反應物為cuso4和h2o,產(chǎn)物是cu、o2和h2so4,反應式為:電能2cuso4+2h2o2cu+o 2 t +2hso4 5、電離、水解和電解的比較發(fā)生條 件變化實質(zhì)實例適用于電解電解質(zhì)分離電質(zhì)成自由移動的離子（在水c周q 4 4修。qjcjhscj離在溶 液或熔 化狀態(tài) 中發(fā)生電離是鹽溶液中形在水合離子）類發(fā)生水解發(fā)生組成鹽的酸反應和電解根陰離子或反應的先決于某些鹽類金屬陽離子條件水（包括c

8、n-hcn + oh解在水nh4+）和水電cu2* 4 2h+ 2h+電解要通溶液中離出的h+或入直流電才oh一結(jié)合成 弱電解質(zhì)能發(fā)生發(fā)生只有 電解質(zhì) 處于熔 融狀態(tài)在直流電作用下，組成電水解只有某些鹽類才發(fā)生。一般說，水解反應是可逆或溶液解質(zhì)的陰、陽電中才能離子（或水中 占電解i a的、微弱的解發(fā)生的 h+、 oh )2cusoj + 2h2o-2cn q t + 2hs l在電極上發(fā)要通生氧化還原入直流反應電，才發(fā)生電解6、電離方程式、離子方程式和電極反應式的比較表小內(nèi)容書寫特點實例強電解質(zhì)完全電離，用+卬+s(中電 離表示電解質(zhì)在熔“暴示，弱電解質(zhì)不完坨hs -方融狀態(tài)或溶液中全電離，用

9、d”表示。hs + hdjohict +*程式的電離多元酸、堿分步電離分步 書寫（中學階段中多元弱 堿的電離可一步書寫） nafonn讀4 h0ho6 mh kqql k* +ck 方反應物、生成物中易溶且附g+qh n：翻？4hq易電離的寫離子形式；其離 mw舊子 方 程表示電解質(zhì)在溶液中的反應?？梢员硎就活惖姆磻镔|(zhì)寫分子式。方程式 兩邊原子個數(shù)和電荷均 應相等，固態(tài)物質(zhì)間反應 不用離子方程式表示（濃(q1 +2a由船=2,鐳-clf ,溶液間的反應一般也不用） f汗f虱 sew)y. 2h+ +對 +* +20哂%占號碼o電 極 反 應 譚用惰性電極電解 cuso4溶液表示原電池或電

10、 解池中的電極反 應要注明電極名稱，得（失） 電子數(shù)陽極 4oh 4e =2h2o+o2f陰極 cu2+2e =cu鋼鐵的吸氧腐蝕負極 fe 2e =fe2+正極 o2+2h2o+4 e =4oh7、原電池、電解池和電鍍池的比較原電池電解池電鍍池je義將化學能轉(zhuǎn)變成電能的裝置將電能轉(zhuǎn)變成化學能的裝置應用電解原理在某些金屬表面鍍上 一層其他金屬合金的裝置cucl（叫）zncluql活動性不同的兩電極（連接）電解質(zhì)溶液（電極插入其中并與電極自發(fā)反應）形成閉合回路兩電極接直流電源兩電極插入電解質(zhì)溶液形成閉合回路鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬接電源負極電鍍液必須含有鍍層金屬的離子名稱同電解池的命名，但有

11、限制陽極必須是鍍層金屬陰極鍍件陽極金屬電極失電子陰極電鍍液中陽離子得電子負極 較活潑金屬（電子流出的極）正極較不活潑金屬或能導電的非金屬（電子流入的陽極與電源正極相連的極陰極與電源泉負極相連的極陽極 氧化反應；溶液中的陰離子失電子，或電極金屬失電子陰極 還原反應；溶液中的陽離子得電外電路：電源負極一5陰極 電源正極e導建陽極縣 里電能轉(zhuǎn)化為化學能外電路:負極一鷲一正極同電解池化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茈娔苻D(zhuǎn)化為化學能電負極極正極反電子應氧化反應；金屬失電子還原反應；溶液中的陽離子得電子或者氧氣得（吸氧腐蝕）變裝 置 特 占 八、無外接直流電源有外接直流電源有外接直流電源相 似 之 處均能發(fā)生氧化還原反應

12、，且同一裝置中兩個電極在反應過程中轉(zhuǎn)移電子總數(shù)相等。舉例銅鋅原電池；氫氧燃燒電池氯堿工業(yè)裝置；電解精煉銅鍍鋅裝置8、電解時電極放電順序的判斷離子在電極上得失電子的能力與離子的性質(zhì)、溶液的濃度和溫度、電流的大小、電極的材料及電極間的距離等都有關系。中學階段我們一般只討論電極材料的性質(zhì)、離子的氧化性強弱和還原性強弱對它們得失電子能力的影響。陽極放電順序首先看電極，如果是活性電極（指金屬活動順序表ag及ag以前的金屬）則電極材料失電子，電極被溶解，溶液中的陰離子不能失電子。如果是惰性電極（pt、au、石墨），則要再看溶液中的陰離子的失電子能力，此時根據(jù)陰離子放電順序加以判斷。陰離子放電順序：s2廠b

13、rc1oh含氧酸根f （實際上在水溶液中的電解，oh-后面的離子是不可能放電的，因為水提供oh 的會放電）陰極放電順序陰極本身被保護，直接根據(jù)陽離子放電順序進行判斷，陽離子放電順序：ag + fe3+cu2+h+fe2+zn2+al3+mg2+ （類似，在水溶液中的電解，h+后面的離子一般是不放電的，因為水提供的h+會放電；但離子的放電順序往往還與溶液的酸堿性、溫度、離子的濃度等有關）9、電解質(zhì)溶液的電解規(guī)律（惰性電極）電解質(zhì)實 例實際 電解 物質(zhì)陰極陽極總方程式溶液的ph備注強堿的含 氧酸鹽 na2so4不變電解 質(zhì)起 導電 作用，其量 不變，2hjoh cm含氧酸h2so4h2o4h+4e

14、 =2h2 t4oh 4e =o2f +2ho降低強堿koh升高水減 少弱堿的非含氧酸鹽（氟化物 除外）cucl2具體看 金屬陽 離子水 解能力 與生成 的氣體 溶于水相當本身cu2+2e =cuj2cl 2e =c12t電解cuclj cu + ch f后的反 應。此處c12溶于 水的酸 性強于 cu2+水 解的酸 性，所以 ph下降于電 解質(zhì) 分解，水不 參加 反應非含氧酸（hf除 夕卜）hbr2h+2e =h2 t2br 2e =br2電解2hbr-升高強堿的非含氧酸鹽naclh2o,cl2h+2e =h2 t2c1 2e =c12t+2nx5h一.a_升高產(chǎn)生堿或酸弱堿的含 氧酸鹽cu

15、so4h2ocu2+cu2+2e =2cuj4oh 4e =o2f +2ho2cg + 2h；0 叨 2u+ qz2h 網(wǎng)降低10、電解質(zhì)溶液電解時（均為惰性電極），ph變化情況，電解液復原所需加入物質(zhì)及電解類型（與上面的 9相互對照補充）分解水型：含氧酸、強堿、活潑金屬的含氧酸鹽（如 naoh、h2so4、k2so4等）的電解陰極：4h+4e =2h2?陽極：4oh 4e =o2 9 +2ho由解總反應：2h20 2h2t +ot陰極產(chǎn)物：h2；陽極產(chǎn)物：。2。電解質(zhì)溶液復原加入物質(zhì)：出0。ph變化情況：原來酸性的溶液ph變小，原來堿性的溶液ph變大，強酸（含氧酸）強堿的正鹽溶液ph不變。（

16、2）分解電解型：無氧酸（除 hf外）、不活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）的電解, 如 hcl、cuci2等。陰極：cu2+2e =cu陽極：2c1 2e=c12t總反應:cuc12cu+cl 2 t陰極產(chǎn)物：酸為 h2,鹽為金屬；陽極產(chǎn)物：鹵素等非金屬單質(zhì)。電解液復原加入物質(zhì)為原溶質(zhì)，如電解cuc12溶液，需加cuc12oph變化情況：如電解無氧酸溶液 ph變大但不會超過 7;如為鹽溶液的電解則視無氧酸根的 情況而定（如：電解cuc12溶液時，由于生成的c12溶于水產(chǎn)生的酸性強于 cu2+水解產(chǎn)生的酸性, 所以ph下降；電解 na2s溶液時，由于生成 naoh使ph升高）。（3）放氫生堿型：活

17、潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）溶液的電解，如nacl、mgbr2等。陰極：2h+2e =h2?陽極：2c1 2e=c12t電解總反應：2nac1+2h 2。= 2naoh+h 2 t +qt陰極產(chǎn)物：堿和 h2；陽極產(chǎn)物：鹵素等非金屬單質(zhì)。電解飽和食鹽水的產(chǎn)物分別為naoh和h2以及c12。電解液復原加入物質(zhì)為鹵化氫。電解飽和食鹽水，要使電解質(zhì)溶液復原需加入hc1。ph變化情況：電解液 ph顯著變大（4）放氧生酸型：不活潑金屬的含氧酸鹽溶液的電解，如cuso4、agno3等。陰極：2cu2+4e =2cu陽極：4oh 4e =o2 9 +2ho由.解總反應：2cuso4+2h2o= 2cu+o

18、2 t +2hso4陰極產(chǎn)物：析出不活潑金屬單質(zhì)；陽極產(chǎn)物是該鹽對應的含氧酸和氧氣，本例中分別是cu以及 h2so4、o2.電解液復原加入物質(zhì)為不活潑金屬的氧化物（金屬價態(tài)與原鹽中相同）。如電解cuso4溶液，復原需加入 cuooph變化情況：溶液 ph顯著變小11、實驗分析：電解 cuc12溶液(1)電極材料陰極可用惰性電極，甚至較活潑的金屬， 但陽極需使用惰性電極，否則會發(fā)生氧化反應而溶解。(2)惰性電極一般指金、鉗、石墨電極，而銀、銅等均是活性電極。(3)實驗現(xiàn)象：通電后，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，陰極石墨棒上析出一層紅色固體，陽極表 面有氣泡放出，可聞到刺激性氣味。(4)淀粉碘化鉀試紙的作用

19、：檢驗陽極產(chǎn)物是否為cl2o使用時應先潤濕并纏于玻棒端或用鐐子夾持，作用時間不宜太久，否則變藍后的試紙又會失去藍色。12、電解原理的應用氯堿工業(yè)如電解飽和食鹽水可制得naoh、cl2, h2,而電解稀 nacl溶液可制備naclo2 nflc *1 + 2 ho2naljt 1t f電鍍利用電解原理進行設計陽極 鍍層金屬 m-ws- =m 電鍍池，陰極 鑲件材*十根-=加 電解質(zhì)溶液(電鍍液)含股酎電鍍與一般的電解本質(zhì)相同，但在電極材料、電極反應(是同種金屬的得失電子，宏觀上無新物質(zhì)生成)、溶液濃度(電解過程濃度一般會發(fā)生變化，但電鍍則不變)的變化等均有差別。精煉銅陽極粗銅cu-2c -cu2

20、*精煉銅w陰板精銅c/+2e”cu電解通溶液式叫）電解法冶煉金屬一些較活潑的金屬常用電解的方法冶煉，如na、mg、al等金屬（這是因為這些金屬的陽離子的氧化性很弱，難以找到經(jīng)濟實用的還原劑， 從這個意義上看，電源的負極是最強的還原劑）2mg焙融）:幽2nq 5中 乂懈融）電解心。對2岫cm焙魁7聞十引 中例如:用石墨作電極電解熔融的氧化鋁原料設備由鋁土礦提純得到純al 2o3電解槽陽極:碳炭初極:微塊和鋼導電棒原理在熔化條彳下al2o3=2al 3+3o2陰極 4al3+i2e =4al陽極6o212e =302?總反應式：電解2 v4% 4a1 卜又上 t注息：冰晶石作熔劑，降低 al 2o

21、3的熔點；電解過程中，定期補充碳塊；由鋁研土制備純 al 203。二、銅的電解精煉原理：電解時，用粗銅板作陽極，與直流電源的正極相連；用純銅板作陰極，與電源的負極 相連，用cus04溶液（加入一定量的硫酸）作電解液。2-cus04溶液中主要有 cu2+、so4、h +、oh ,通電后h+和cu2+移向陰極，并在陰極發(fā)生2cu2+2e =cu, 0h和s04移向陽極，但陽極因為是活性電極故而陰離子并不放電，主要為陽極（活潑及較活潑金屬）發(fā)生氧化反應而溶解，陽極反應：cu-2e =cu2+o電解過程中，比銅活潑的zn、fe、ni等金屬雜質(zhì)，在銅溶解的同時也會失電子形成金屬陽離子而溶解，此時陰極仍發(fā)

22、生cu2+2e =cu,這會導致電解液中硫酸銅的濃度不發(fā)生變化；ag、au不如cu易失電子，cu溶解時它們以陽極泥沉積下來可供提煉au、ag等貴金屬結(jié)論：該過程實現(xiàn)了提純銅的目的三、電鍍銅嗣陽極甲淮池1 .原理：電鍍時，一般都是用含鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液為電鍍液；把待鍍金屬制成品浸入電鍍液中與直流電源的負極相連，作為陰極，而用鍍層金屬為陽極，陽極金屬溶解在溶液中成為陽離子， 移向陰極，并在陰極上被還原成金屬析出。電鍍銅規(guī)律可概括為 陽極溶解，陰極沉積，電解液不變工業(yè)上電鍍常使用有毒電鍍液，因此電鍍廢水應回收有用物質(zhì)、降低有害物質(zhì)含量后，達標排放，以防污染環(huán)境。2 .實驗分析：電鍍銅實驗(1)

23、待鍍件需酸洗去除表面的銹。(2)電鍍液cuso4中加氨水制成銅氨溶液以降低cu2+濃度使鍍層光亮。典型例題剖析例1.用兩支惰性電極插入 500ml的agno3溶液中，通電電解。當電解質(zhì)溶液的ph由6.0變?yōu)?.0時(設電解時陰極沒有氫氣析出，且電解液在電解前后體積變化可以忽略)，則電極上 析出銀的質(zhì)量是()a. 27mg b. 54mg c. 108mg d. 216mg分析根據(jù)離子放電順序，先寫出兩極的電極反應式：陽極：4oh - 4e =02 f +2iho陰極：4ag+4e =4ag其中oh-來自水，所以總的電解反應式：電解電解4ag+2h2o=4ag； +qt +4h 或 4agno

24、3+2h 2。= 4ag+ 0 2t +4hno因為有hno3生成，所以ph要變小。生成 hno3的物質(zhì)的量為(10-3 一10-6) x 0.5 弋 0.5-，00,所以析出銀的質(zhì)量為0.5 10-3mol x108g/mol=54mg答案：b例2.如圖所示a為一張浸透淀粉碘化鉀溶液并滴有酚酷試劑的濾紙，a、b為兩張緊貼在濾紙上的粕片，并用導線和直流電源m、n兩極相連接，通電后，在a周圍觀察到無色溶液變?yōu)樗{色。(1)電源哪一個極是正極？哪極是負極？(2) b周圍可觀察到什么現(xiàn)象？為什么？分析本題裝置實際上是電解ki溶液，由于a、b為粕電極是惰性電極，則在陽極上放電的應是i,其電極 反應為：2

25、i -2e =i2；陰極是水電離出來的h+放電，其電極反應為：2h+2e =h2由于h+在陰極上不斷放電，破壞了水的電離平衡，使陰極附近oh濃度增大。從題給條件分析可知，a周圍觀察到藍色，說明有 i2生成，所以a為陽極、b為陰極，而與之相連中的電源m極為正極，n極為負極，b周圍酚酷試液變紅色。答案：(1) m是電源的正極，n為負極；(2) b極周圍可看到溶液紅色，因為 b極為陰極，其電極反應為 2h+2e =h2?,由于h +不 斷放電破壞了水的電離平衡，oh增大，使得b極附近堿性增大，酚酷變紅。例3.若在鐵片上鍍鋅，以下敘述中錯誤的是()a.可把鐵片與電源的正極相連b .電解質(zhì)必須用含有鋅離

26、子的可溶性鹽c.鋅極發(fā)生氧化反應d.鐵極的電極反應式為 zn2+2e =zn分析電鍍的實質(zhì)就是以非惰性電極為陽極的一種特殊的電解。電鍍時一般以鍍層金屬為電解池的陽極，待鍍件為陰極，含鍍層金屬離子的電解溶液為電鍍液。 電鍍過程中鍍層金屬發(fā)生氧化反應 而成為離子溶入電解液， 其離子則在待鍍件上發(fā)生還原反應而析出， 且電解質(zhì)溶液濃度一般不變。 故而本題只有a項不正確。答案：a例4.串聯(lián)電路中的四個電解池分別裝有0.1mol l-1的下列溶液，用粕電極電解，連接直流電源一段時間后，溶液的ph最小的是()a. cucl2 b. nacl c. agno 3 d . kno 3分析本題主要考查電解原理、離

27、子放電順序及電解后溶液ph變化等問題。理解電解原理并熟悉掌握陰、陽離子的放電順序是解本題的關鍵，在電解時，如果h+或oh 一在電極上放電往往會導致電極附近溶液 h+或oh濃度發(fā)生改變，從而引起電極附近ph變化。對于電解 cucl2溶液，盡管h+或oh都沒有在陰極或陽極上放電，但由于cucl2是強酸弱堿鹽，水解后溶液呈酸性，因此若cucl2完全電解后，如果不考慮c12溶于水生成hcl和h|clo,溶液呈中性，ph增大(實際上由于生成hcl、hclo ,溶液呈微酸性)。電解 nacl溶7h +在陰極上放電，陰極附近 oh- 濃度增大；陽極上c放電，陽極區(qū)域h+、oh濃度基本不變，因而電解后整個溶液 ph會變大, 電解agno3溶液，陰極 ag+放電；陽極是 oh-放電，陽極區(qū)域 h+濃度變大，溶液 ph會顯著變 小(相當于生成稀 hno 3)。電解kno3實質(zhì)是電解水，ph不變。答案：c例5 .將兩個粕電極插入0.064g（設電解時無度約為（）a. ixi0-3moic. 2xi0-3moih2放出,l-1l-1500ml cuso4(aq)中進行電解，通電一段時間后，某一電極上增重且不考慮水解和溶液體積的變化)，此時溶液中氫離子的物質(zhì)的量濃b. 4x10-3moi l-1