電解原理及其應(yīng)用

電解原理及其應(yīng)用【本講教育信息】一.教學(xué)內(nèi)容：電解原理及其應(yīng)用二.重點、難點：使學(xué)生理解電解原理，初步把握一般電解反響產(chǎn)物的推斷方法。使學(xué)生了解銅的電解精煉和電鍍銅的原理。了解氯堿工業(yè)反響原理：正確書寫電極反響方程式和電解的總化學(xué)方程式。初步了解電解槽的簡潔構(gòu)造及食鹽水的精制。常識性介紹以氯堿工業(yè)為根底的化工生產(chǎn)。三.具體內(nèi)容：〔一〕電解原理電解的概念使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化復(fù)原反響的過程叫做電解。留意：①電流必需是直流而不是溝通。②熔融態(tài)的電解質(zhì)也能被電解。思考題：在電解反響中，化學(xué)能與電能之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系是什么？答案：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。電解池的概念電解槽。構(gòu)成電解池的條件直流電源。兩個電極。其中與電源的正極相連的電極叫做陽極，與電源的負極相連的電極叫做陰極。電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解質(zhì)。電解質(zhì)導(dǎo)電的實質(zhì)〔或熔融態(tài)電解質(zhì)〔有的是組成陽極的金屬原子失去電子〕發(fā)生氧化反響，電子從電解池的陽極流出，并沿導(dǎo)線流回電源的正極。這樣，電流就依靠電解質(zhì)溶液〔或熔融態(tài)電解質(zhì)〕里陰、陽離子的定向移動而通過溶液〔或熔融態(tài)電解質(zhì)〕，所以電解質(zhì)溶液〔或熔融態(tài)電解質(zhì)〕的導(dǎo)電過程，就是電解質(zhì)溶液〔或熔融態(tài)電解質(zhì)〕的電解過程。電解原理：電解氯化銅〔如圖〕試驗步驟UCuCl2

溶液內(nèi)，觀看現(xiàn)象。其次步：如圖乙所示，把用導(dǎo)線連接在一起的兩根石墨插入UCuCl2

溶液內(nèi)，觀看現(xiàn)象。第三步：如圖丙所示，將兩根石墨棒、一只電流表和低壓直流電源串聯(lián)起來，將石墨棒UCuCl2

5min后切斷電源。試驗現(xiàn)象在第一步和其次步中均無現(xiàn)象發(fā)生。在第三步試驗中，電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；陰極CuCl2

溶液綠色變深，陽極石墨棒四周CuCl2

溶液綠色變淺；陰極石墨棒上漸漸掩蓋了一層紅色固體，陽極石墨棒上有氣泡放出，并可聞到刺激性的氣味，同時看到潮濕的碘化鉀淀粉試紙變?yōu)樗{色。試驗結(jié)論在通直流電的條件下，溶液里的CuCl2

發(fā)生了分解反響：CuCl2

Cu＋Cl↑2Cu生成于陰極的石墨棒上，Cl2

生成于陽極的石墨棒上。原理分析CuCl2

是強電解質(zhì)且易溶于水，在水溶液中電離生成C2＋和C。CuCl=C2＋＋2C－2C2＋和C在水里自由地移動著；通電后，這些自由移動著的離子，在電場作用下，改作定向移動。溶液中帶正電的C2＋向陰極移動，帶負電的氯離子向陽極移動。在陰極，銅離子獲得電子而復(fù)原成銅原子掩蓋在陰極上；在陽極，氯離子失去電子而被氧化成氯原子，并兩兩結(jié)合成氯分子，從陽極放出。陰極：C2＋2－=Cu陽極：2C－－2－=Cl↑2CuCl2

溶液的化學(xué)反響方程式：CuCl2

Cu＋Cl↑2電解質(zhì)水溶液電解反響的綜合分析＋和OH－和O雖少，但確實是存在的，只是他們沒有參與電極反響。也就是說在氯化銅溶液中，除C2＋和C－外，還有和O－，電解時，移向陰極的離子有C2＋和，由于在這樣的試驗條件下C2＋比C2＋O－和C，由于在這樣的試驗條件下，C－比O簡潔失去電子，所以C在陽極上失去電子，生成氯氣。說明：①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)目降低的過程又叫做放電。②用石墨、金、鉑等復(fù)原性很弱的材料制做的電極叫做惰性電極，理由是它們在一般的通電條件下不發(fā)生化學(xué)反響。用鐵、鋅、銅、銀等復(fù)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)生氧化反響。③在一般的電解條件下，水溶液中含有多種陽離子時，它們在陰極上放電的先后挨次是：A＋＞H2＞Fe3+＞C2＋＞(H)＞Fe2＞Z2；水溶液中含有多種陰離子時，它們的惰性陽極上放電的先后挨次是：S2＞I＞B＞C－＞〔F、N3－、SO42等〕以惰性電極電解電解質(zhì)水溶液，分析電解反響的一般方法步驟為：①分析電解質(zhì)水溶液的組成，找全離子并分為陰、陽兩組；②分別對陰、陽離子排出放電挨次，寫出兩極上的電極反響式；③合并兩個電極反響式得出電解反響的總化學(xué)方程式或離子方程式?！捕畴娊庠淼膽?yīng)用。銅的電解精煉電解法精煉銅的裝置〔如圖〕電解法精煉銅的化學(xué)原理陽極〔粗銅〕：C－2=C2＋陰極〔純銅〕：C2＋＋2－=Cu說明：①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)生氧化反響。②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，Zn、Fe、Ni等，也會同時失去電子，如：Z－2－=Zn2＋N－2e=N2＋電解液里。而位于金屬活動性挨次銅之后的銀、金等雜質(zhì)，由于給出電子的力量比銅弱，難〔〕99.95%～99.98%。電鍍電鍍的涵義電鍍是應(yīng)用電解原理在某些金屬外表鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。電鍍的目的電鍍的目的主要是使金屬增加抗腐蝕力量、增加美觀和外表硬度。電鍍的原理解質(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；用鍍層移向陰極，這些離子在陰極獲得電子被復(fù)原成金屬，掩蓋在需要電鍍的金屬制品上。氯堿工業(yè)電解飽和食鹽水反響原理①試驗步驟按圖裝置，在U形管里倒入飽和食鹽水，插入一根石墨棒作陽極，一根鐵棒作陰極。通直流電源后，留意管內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象。②試驗現(xiàn)象陽極區(qū)溶液由無色變?yōu)辄S綠色。陰極上有氣泡逸出，氣體無色、無味。陰極區(qū)溶液由無色變?yōu)闇\紅色，紅色漸漸加深、區(qū)域漸漸擴大。③試驗結(jié)論Cl、HNaOH。2 2陽極：2C－－2－=Cl↑〔放電挨次：C>OH〕2陰極：2＋＋2e=H↑〔放電挨次：＋>N＋〕2H+H，破壞了四周的水的電離平衡，促2進了水連續(xù)電離，結(jié)果陰極區(qū)溶液里O的濃度增大而呈現(xiàn)堿性。離子交換膜法制燒堿①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(dǎo)電銅棒等組成，每臺電解槽由假設(shè)干個單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。以下圖表示一個單元槽的示意圖。②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，而阻擋陰離子〔Cl－、O－〕和氣體通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2

Cl2

相混合而引起爆炸，又能Cl2

NaOHNaClO而影響燒堿的質(zhì)量。離子交換膜法電解制燒堿的主要生產(chǎn)流程〔如以下圖〕離子交換膜法電解制堿的主要生產(chǎn)流程食鹽的精制①粗鹽的成分粗鹽中的主要成分是NaC，此外還含有泥沙、Ca2、M2、Fe3＋、SO2－雜質(zhì)。這樣的粗鹽不符合電解要求，因此必需經(jīng)過精制。4②雜質(zhì)的危害：C2＋、M2、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。③除雜質(zhì)的過程：留意：①除雜質(zhì)時所加試劑的挨次要求是：a、NaCO

必需在BaCl之后；b、參加鹽酸在過濾之后。

2 3 2②試劑參加挨次有多種選擇，如：a、BaCl、NaOH、NaCO、過濾、HCl；b、BaCl、2 2 3 2NaCO、NaOH、過濾、HCl；c、NaOH、BaCl、NaCO、過濾、HCl。2 3 2 2 3以氯堿工業(yè)為根底的化工生產(chǎn)及產(chǎn)品的主要用途【典型例題】[1]〔1993年全國高考題〕1X、Ya極板質(zhì)量增加，b極板處有無色無味的氣體放出。符合這一狀況的是〔〕a極板b極板 X電極 Z溶液Zn C 負極 CuSO4C C 負極 NaOHAg Fe 正極 AgNO32Cu C 負極 CuCl21答案：A解析：題中“通電后覺察a極板質(zhì)量增加，b極板處有無色無味的氣體放出”是解題的關(guān)鍵和突破口?！癮a極板上放電析出，所以a極板肯定aXC選項。BNaOH溶液無金屬單質(zhì)析出也被排解。電解CuCl2

溶液時，陰極上析出銅，a極板質(zhì)量增加，而在陽極上是C－放電生成Cl2

，與題意不符，D被排解。電解CuSO4

溶液，陰極析出銅，陽極放出氧氣，A項符合題意。[例2]用鉑作電極電解肯定濃度的以下物質(zhì)的水溶液電解完畢后向剩余電解液中加適量水，能使溶液和電解前一樣的是〔 〕AgNO3

HSO2 4NaOH D.NaCl解析：審題知電極為惰性電極，關(guān)鍵句是“向剩余電解液中加適量水，能使溶液和電解前一樣”，那就是要找選項中電解時只消耗了水的。AgNO3

溶液電解時，A放電，O－放電，不是電解水HSO2 4

溶液電解時放電，OH－放電，實質(zhì)是電解水NaOH溶液電解時放電，OH－放電，實質(zhì)上是電解水NaCl溶液電解時，C放電，答案：BC[例3]用石墨作電極，電解1mol/L以下物質(zhì)的溶液，溶液的pH保持不變的是〔 〕A.HCl B.NaOHC.NaCl D.NaSO2 4解析：pHc〔H+〕增大，引起[H+]增大的狀況有以下幾種：①電解不活潑金屬O－放電，不放電；②電解含氧酸溶液，和O水，酸的濃度變大。pHH+放O－不放電；②和OH－均放電，但堿的濃度變化大；③電解CuCl2溶液，可用極限思維去考慮。由于CuCl2

水解，原溶液顯酸性，設(shè)想CuCl2

完全電解，當反應(yīng)完成后，酸性溶液變成了中性水，故pH變大。電解強堿強含氧酸鹽，pH將不變。答案：D[4]MnO2

和KOH為原料制取高錳酸鉀。主要生產(chǎn)過程分兩步進展：第一步將MnOKOH粉碎、混勻，在空氣中加熱至熔化，并連續(xù)攪拌，以制取KMnO

；其次2 2 4KMnOKMnO。試答復(fù)以下各問：2 4 4KMnOMnO

是這一氧化復(fù)原反響的 劑，“連續(xù)攪拌”的作用是2 4 2 。KMnO

濃溶液時，兩極發(fā)生的電極反響式、電解總方程式應(yīng)怎樣書寫？2 4解析：這是一道信息題，由題意可知由MnO→KMnO其價態(tài)從+4升至+6。明顯MnO2 2 4 2是復(fù)原劑，而空氣中的O2

則應(yīng)是氧化劑．連續(xù)攪拌的作用，是在連續(xù)攪拌中使O2

KOHMnO2

充分接觸以發(fā)生氧化復(fù)原反響。電解KMnOKMnO，其中Mn從+6升至+7MnO

應(yīng)在陽極失電子，2 4 4 4H+得電子，因此兩極反響為：陰極：2++2e－=H↑2陽極：2MnO4

2－－2=2MnO－4答案：〔1〕復(fù)原劑；在連續(xù)攪拌中使O2

KOHMnO2

充分接觸以發(fā)生氧化復(fù)原反響：2MnO2

+O+4KOH2

2KMnO2

+2HO2〔2〕2KMnO

+2HO

2KMnO+H↑+2KOH2 4 2 4 2陰極：2++2e－=H↑2陽極：2MnO4

2－－2=2MnO－4[5]1L1mol/LCuSO4

溶液，當[Cu2+]為0.5mol/L時，停頓電解，向剩余溶液中參加以下何種物質(zhì)可使電解質(zhì)溶液恢復(fù)至原來狀況〔 〕CuSO4C.解析：電解過程中的反響為：

CuOD.CuSO4

·5HO2陽極：4O—4－=2HO+O↑2 2陰極：2C2++4－=2Cu總反響為：2CuSO+2HO 2HSO+2Cu+O↑4 2 2 4 22molCuSO4

2molH2

O2molHSO2 4

，同時析出銅，O2

1mol/LHSO2 4

1mol/LCuSO4

1mol/LH2

使溶液恢復(fù)至原來狀況，應(yīng)參加CuO，反響為：CuO+HSO2 4

=CuSO4

+HO2參加 ，也能與HSO2 4

CuSO4

和HO，但生成的水量較多，溶液2不能恢復(fù)至原來狀態(tài)。也可從溶液里削減了的物質(zhì)來考慮，這樣更簡潔一些，從溶液中析出的物質(zhì)是Cu和O1molO2

2molCu，Cu與O1:1，所以，參加CuO可使溶液恢復(fù)原狀。答案：B[6]10000A1Cl，HNaOH？〔1mol96500C〕2 2解析：在同一個電解槽中，陽、陰極所通過電子的物質(zhì)的量是相等的。每個電解槽每天通過電子的物質(zhì)的量為：陽極：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個電解槽理論上能生產(chǎn)Cl2

317.8kg，H2

8.95kg，NaOH358.1kg。[7]5min2.16gA池中收集到標準狀況下的氣224mLA200mLACu2+的濃度。解析：第③極質(zhì)量增加，說明第③極銅棒上析出金屬銀，此極為陰極，電源的E極為負極，F(xiàn)極為正極．在A池中，電解液為混合溶液，明顯，在陰極Cu2+先放電，但要考慮Cu2+完全放電后，H+放電的可能。A、B兩池串聯(lián)，在電解過程中，每個極上電子轉(zhuǎn)移的總數(shù)目相等是解答此題的根本依據(jù)。A池中發(fā)生的反響為：陽極〔②極〕：4O－－4=2HO+O↑2 2陰極〔①極〕：2C2++4－=2Cu假設(shè)C2+完全放電后還有：4+4e=2H↑2轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為：2.16÷108=0.02〔mol〕4mol1molOO

的體積為：2 20.02÷4×22.4=0.112〔L〕＜0.224〔L〕說明A池收集到的氣體中還有H。①極上放出H 為：0.224-0.112=0.112〔L〕，即mol。CuH2

2 20.02mol電子。Cu2+的物質(zhì)的量為：〔0.02－0.005×2〕/2=0.005〔mol〕[Cu2+]=0.005/0.2=0.025〔mol/L〕答案：ACu2+0.025mol/L。【模擬試題】在鐵制品上鍍肯定厚度的鋅層，以下方案設(shè)計正確的選項是〔 〕鋅作陽極，鍍件作陰極，溶液中含有鋅離子鉑作陰極，鍍件作陽極，溶液中含有鋅離子鐵作陽極，鍍件作陰極，溶液中含有亞鐵離子鋅作陰極，鍍件作陽極，溶液中含有鋅離子用鉑電極分別電解以下各鹽的水溶液，當消耗一樣電量時，在陰極上析出的金屬質(zhì)量最大且溶液pH減小的是〔 〕CuCl2C.CuSO4

B.KClD.用惰性電極電解飽和食鹽水，當電源供給0.2mol電子時，停頓通電。假設(shè)此溶液體積為2L，則所得電解液的pH是〔 〕A.1 B.8 C.13 D.14把兩片鉑片插入200g10％CuSO4

溶液中進展電解，當陽極析出0.16g氣體時，CuSO4溶液的質(zhì)量分數(shù)〔消耗水的量無視不計〕是〔 〕A.92.37％ B.9.2％C.50％ D.25％將兩根質(zhì)量分別為ng和n1 2

gAgNO3tsmgI，則可推導(dǎo)得阿伏加德羅常數(shù)N為〔 〕A用鉑作電極電解某種溶液，通電一段時間后，溶液的pH變小，并且在陽極得到0.56L氣體，陰極得到1.12L氣體〔兩種氣體均在一樣條件下測定〕。由此可知溶液可能是〔 〕稀鹽酸 B.KNO溶液3C.CuSO4溶液 D.稀硫酸因發(fā)生電極反響，直接破壞了該電極四周水的電離平衡的是〔 〕電解氯化銅溶液時的陰極銅鐵原電池的負極〔硫酸溶液為電解質(zhì)〕電解食鹽水時的陰極鐵片上鍍鋅時的陰極如下圖各容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的挨次是〔 〕A.④＞②＞①＞③B.②＞①＞③＞④C.④＞②＞③＞①D.③＞②＞④＞①如下圖，E0.1mol/LCuCl2

溶液，F(xiàn)0.1mol/LAgNO3

溶液，將四個鉑電極串聯(lián)起來再電解，則a，b，c，d四電極上所產(chǎn)生的物質(zhì)，其物質(zhì)的量之比為〔 〕A.2:2:4:1 B.1:1:2:1C.2:1:1:1 D.2:2:2:1用惰性電極電解100mLAgNO56mL〔設(shè)3電解時，陰極無氫氣析出，電解液的體積在電解前后根本不變〕此時溶液的pH為〔 〕A.1 B.13 C.7 D.1.6為探究月球上是否有生命痕跡，科學(xué)家用氘鹽酸〔DCl〕和重水〔DO〕溶液處理月2球上某巖石樣品，假設(shè)電解這種氘鹽酸，在陽極上放出1.12L氣體〔標準狀況，下同〕，同時在另一極放出氣體的量為〔 〕A.560mL B.1120mL C.0.1g D.0.2g在盛有飽和碳酸鈉溶液的燒杯中插入惰性電極保持溫度不變通電肯定時間〔 〕pH將增大鈉離子數(shù)和碳酸根離子數(shù)的比變小溶液濃度增大并有晶體析出溶液濃度不變，有晶體析出用指定的陽極和陰極電解肯定組成的P溶液，然后參加肯定量物質(zhì)Q，能使溶液回復(fù)到原來組成的P溶液的正確組合是以下各組中的〔 〕分析圖，按以下要求寫出有關(guān)的電極反響式或化學(xué)方程式此裝置為 池，其中鐵為 極。炭棒上發(fā)生的電極反響式為 。鐵棒上發(fā)生的電極反響式為 。溶液中發(fā)生反響的化學(xué)方程式為 。工業(yè)上為了處理 的酸性工業(yè)廢水承受以下處理方法向工業(yè)廢水中參加適量NaCl，以Fe為電極進展電解，經(jīng)一段時間后，有廢水中鉻含量低于排放標準。答復(fù)：

和 沉淀產(chǎn)生，使工業(yè)兩極發(fā)生反響的電極反響式為：陽極 ，陰極 。變?yōu)?的離子方程式為 。工業(yè)廢水由酸性變?yōu)閴A性