一輪復習 電解池

1、電解原理及其應用【復習目標】1 知識技能目標(1) 理解電解的原理，記住常見離子的放電次序，初步掌握一般電解反應產(chǎn)物的判斷方法。(2) 能正確判斷電解池的陰陽極，能正確書寫電極反應和電解總反應方程式(3) 能正確分析充電電池(4) 使學生了解銅的電解精煉和電鍍銅的原理。(5) 了解氯堿工業(yè)反應原理：正確書寫電極反應方程式和電解的總化學方程式。2 能力方法目標培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力，體驗大膽猜測。電解原理1. 電解的概念使電流通過電解質(zhì)溶液（熔融態(tài)離子化合物）而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程叫做電解。注意：電流必須是直流而不是交流。電能轉(zhuǎn)化為化學能。強有力氧化還原反應手段2. 電解池的概

2、念借助于電流引起氧化還原反應的裝置，也就是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置叫做電解池或電解槽。3. 構(gòu)成電解池的條件（1）直流電源。（2）兩個電極：陽極發(fā)生氧化反應，與電源的正極相連；陰極發(fā)生還原反應，與電源的負極相連。（3）電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)離子化合物。 4. 放電次序放電 ：陽離子得到電子或陰離子失去電子而使離子所帶電荷數(shù)目降低的過程。惰性電極：用石墨、金、鉑等還原性很弱的材料制做的電極，理由是它們在一般的通電條件下不發(fā)生化學反應。非惰性電極：用鐵、鋅、銅、銀等還原性較強的材料制做的電極又叫做活性電極，它們做電解池的陽極時，先于其他物質(zhì)發(fā)生氧化反應。惰性陽極上：S2IBrClOHSO42（NO3

3、）F（與陰離子還原性一致）；陰極上：AgHg2Fe3+Cu2(H)Pb2+Sn2Fe2+Zn2+（H）Al3Mg2+Na（與陽離子的氧化性強弱一致）說明：由于H離子放電產(chǎn)生的H2不能很快地離去，增大了電極與溶液之間的電阻等原因，使H的放電順序發(fā)生變化。還應注意：在離子濃度相差十分懸殊的情況下，濃度大的離子可能先放電，如：電解飽和ZnSO4溶液時，陰極上的主要產(chǎn)物是鋅5. 電解質(zhì)導電的實質(zhì)電解質(zhì)溶液（或熔融態(tài)離子化合物）的導電過程，就是電解質(zhì)溶液（或熔融態(tài)離子化合物）的電解過程。6電解池陰、陽極的判斷方法：（1）根據(jù)電極與電源兩極相連的順序判斷。與電源正極相連的一極為電解池的陽極，與電源負極相連

4、的一極為電解池的陰極。（2）根據(jù)電解質(zhì)溶液里離子流動的方向判斷。在電解質(zhì)溶液里陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。（3）根據(jù)電解時兩極發(fā)生的現(xiàn)象判斷。在電解池中陽極發(fā)生氧化反應，陰極發(fā)生還原反應，兩極可觀察到不同的現(xiàn)象，根據(jù)發(fā)生的現(xiàn)象可判斷出陰、陽兩極。7. 分析電解反應的一般方法步驟為：a.應先根據(jù)外接電源正確判斷出陰陽極b.再看電極材料，若金屬做陽極（除Au、Pt外），電極本身會發(fā)生氧化反應c.最后看電解質(zhì)溶液中存在的離子，分析電解質(zhì)水溶液的組成，找全離子并分為陰、陽兩組；d.分別對陰、陽離子排出放電順序，寫出兩極上的電極反應式；e.合并兩個電極反應式得出電解反應的總化學方程式或離子方程式。8

5、電解后整個溶液的PH值變化由總反應及溶液濃度的變化來決定，可分為以下幾種情況：若消耗H+或生成OH，溶液的pH值增大；若消耗OH或生成H+，溶液的pH值減小。若電解水，PH值的變化由原溶液的PH值來決定。電解后電極附近溶液的pH值變化：由于離子遷移速率趕不上反應速率，所以判斷電極周圍溶液PH值的變化（指示劑的變色）應看電極反應，而不是看離子的遷移。若陽極周圍生成O2，則消耗OH，PH值減?。蝗絷帢O周圍生成H2，則消耗H+，PH值增大。9幾種典型電解質(zhì)溶液的電解類型電極反應特點實例電解對象電解質(zhì)濃度溶液pH值使電解質(zhì)溶液復原電解 水型陰：2H+2e H2陽：4OH 4e2H2

6、O+O2NaOHH2SO4Na2SO4水增大增大減小不變加H2O電解溶質(zhì)型電解質(zhì)電離出的陰陽離子分別在兩極上放電HClCuCl2電解質(zhì)電解質(zhì)減小不考慮增大加HCl加CuCl2放H2生堿型陰：H2O放H2生堿陽：電解質(zhì)陰離子放電NaCl電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)增大加HCl放O2生酸型陰：電解質(zhì)陽離子放電陽：H2O放O2生酸CuSO4AgNO3電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)減小 加CuO加Ag2O電解原理的應用1. 銅的電解精煉（1）電解法精煉銅的裝置（如圖）（2）電解法精煉銅的化學原理陽極（粗銅）：Cu2e=Cu2 Zn2e=Zn2 Fe2e=Fe2 Ni2e=Ni2陰極（純銅）：Cu22e=Cu說明：

7、以銅為材料做的電極屬于活性電極。在一般的電解條件下，活性陽極先于電解質(zhì)溶液中的成分發(fā)生氧化反應。 粗銅中往往含有鋅、鐵、鎳、銀、金等多種雜質(zhì)，當含雜質(zhì)的銅在陽極不斷溶解時，位于金屬活動性順序銅以前的金屬雜質(zhì)如Zn、Fe、Ni等，也會同時失去電子，但是它們的陽離子比銅離子難以還原，所以它們并不在陰極獲得電子析出，而只是留在電解液里。而位于金屬活動性順序銅之后的銀、金等雜質(zhì)，因為給出電子的能力比銅弱，難以在陽極失去電子變成陽離子溶解下來，當陽極上的銅失去電子變成離子溶解之后，它們以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽底，形成陽極泥（陽極泥可作為提煉金、銀等貴重金屬的原料） 電解過程中，電解質(zhì)溶液成分和濃度發(fā)

8、生改變。 用電解精煉法所得到的銅叫做電解銅，它的純度可達到99.95%99.98%。2. 電鍍（1）電鍍的涵義電鍍是應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。（2）電鍍的目的電鍍的目的主要是使金屬增強抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬度。（3）電鍍的原理電鍍的原理與電解精煉銅的原理是一致的。電鍍時，一般都是用含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)配成電鍍液；把待鍍金屬制品浸入電鍍液中與直流電源的負極相連，作為陰極；用鍍層金屬作為陽極，與直流電源正極相連。通入低壓直流電，陽極金屬溶解在溶液中成為陽離子，移向陰極，這些離子在陰極獲得電子被還原成金屬，覆蓋在需要電鍍的金屬制品上。 電鍍過程中，電解質(zhì)溶液

9、成分和濃度不發(fā)生改變。3. 氯堿工業(yè)（1）電解飽和食鹽水反應原理用惰性材料作陽極，電解食鹽的飽和溶液，生成Cl2、H2和NaOH。陽極：2Cl2e=Cl2（放電順序：Cl>OH）陰極：2H2e=H2（放電順序：H>Na）在上述反應中，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，促進了水繼續(xù)電離，結(jié)果陰極區(qū)溶液里OH的濃度增大而呈現(xiàn)堿性。（2）離子交換膜法制燒堿 離子交換膜電解槽的組成 由陽極（金屬鈦網(wǎng)）、陰極（碳鋼網(wǎng)）、離子交換膜、電解槽框和導電銅棒等組成，每臺電解槽由若干個單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。下圖表示一個單元槽的示意圖。 陽離子交換膜的作用 將電解槽隔成陰極室

10、和陽極室，它只允許陽離子（Na）通過，而阻止陰離子（Cl、OH）和氣體通過。這樣既能防止陰極產(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。（3）離子交換膜法電解制燒堿的主要生產(chǎn)流程（如下圖）（4）食鹽的精制 粗鹽的成分:粗鹽中的主要成分是NaCl，此外還含有泥沙、Ca2、Mg2、Fe3、SO42雜質(zhì)。這樣的粗鹽不符合電解要求，因此必須經(jīng)過精制。 雜質(zhì)的危害：Ca2、Mg2、Fe3等金屬離子在堿性環(huán)境中會生成沉淀，損壞離子交換膜；此外，雜質(zhì)的存在會使得到的產(chǎn)品不純。 除雜質(zhì)的過程：注意： 除雜質(zhì)時所加試劑的順序要求是：a、Na2CO3必

11、須在BaCl2之后；b、加入鹽酸在過濾之后。 試劑加入順序有多種選擇，如：a、BaCl2、NaOH、Na2CO3、過濾、HCl；b、BaCl2、Na2CO3、NaOH、過濾、HCl；c、NaOH、BaCl2、Na2CO3、過濾、HCl。例（09寧夏）請回答氯堿工業(yè)中的如下問題：（1）氯氣、燒堿是電解食鹽水時按照固定的比率k（質(zhì)量比）生成的k= （要求計算表達式和結(jié)果）；（2）原料粗鹽中常含有泥沙和Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO等雜質(zhì)，供電解使用。精制時，粗鹽溶于水過濾后，還要加入的試劑分別為Na2酸）、BaCl2，這3種試劑添加的合理順序是 。（3）氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè)，一種將電解池與燃料

12、電池相組合的新能30以上。在這種工藝設計中，相關物料的傳輸與轉(zhuǎn)化關系如下圖所示，未標出，所用的離子膜都只允許陽離子通過。圖中X、Y分別是 、 （填化學式），分析比較圖示中分數(shù)a與b的大小 分別寫燃燒電池B中正極、負極上發(fā)生的電極反應正極： ；負極 ；這樣設計的主要節(jié)（電）能之處在于（寫出2處） 。4電解冶煉活潑金屬充電電池例1（2008廣東卷）LiFePO4電池具有穩(wěn)定性高、安全、對環(huán)境友好等優(yōu)點，可用于電動汽車。電池反應為：LiFePO4+LiLiFePO4，電池的正極材料是LiFePO4，負極材料是石墨，含Li+導電固體為電解質(zhì)。下列有關LiFePO4電池說法正確的是A可加入硫酸以提高電解

13、質(zhì)的導電性 B放電時電池內(nèi)部Li向負極移動.C充電過程中，電池正極材料的質(zhì)量減少D放電時電池正極反應為：FePO4+Li+e-=LiFePO4例2（2007天津理綜）天津是我國研發(fā)和生產(chǎn)鋰離子電池的重要基地。鋰離子電池正極材料是含鋰的二氧化鈷（LiCoO2），充電時LiCoO2中Li被氧化，Li遷移并以原子形式嵌入電池負極材料碳（C6）中，以LiC6表示。電池反應為LiCoO2 + C6 CoO2 + LiC6 ，下列說法正確的是A充電時，電池的負極反應為 LiC6 e = Li + C6B放電時，電池的正極反應為 CoO2 + Li + e = LiCoO2 ，C羧酸、醇等含活潑氫的有機物可

14、用作鋰離子電池的電解質(zhì)D鋰離子電池的比能量（單位質(zhì)量釋放的能量）低例3（2007廣東化學）三氧化二鎳（Ni2O3）可用于制造高能電池，其電解法制備過程如下：用NaOH調(diào)NiCl2溶液pH至7.5，加放適量硫酸鈉后進行電解。電解過程中產(chǎn)生的Cl2在弱堿性條件下生成ClO，把二價鎳氧化為三價鎳。以下說法正確的是 A 可用鐵作陽極材料 B 電解過程中陽極附近溶液的pH升高C 陽極反應方程式為：2Cl2eCl2D 1mol二價鎳全部轉(zhuǎn)化為三價鎳時，外電路中通過了1mol電子。有關電解原理的計算例1 （2008年全國卷）電解100mL含c（H+）0.30mol/L的下列溶液，當電路中通過0.04mol電子時，理論上析出金屬質(zhì)量最大的是 A0.10mol/LAg+B0.02mol/L Zn2+ C0.20mol/L Cu2+ D0.20mol/L Pb2+例2 （09年全國理綜卷I·28）（15分）下圖所示裝置中，甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的