【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》

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(guò)電解質(zhì)溶液而在陰、陽(yáng)兩極引起氧化還原反應(yīng)的過(guò)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(yáng)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(yáng)極完全由外加直流電源的負(fù)、正極確定，與電極材料本身的性質(zhì)無(wú)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(lèi)：(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(yáng)極時(shí)，除起導(dǎo)電作用外，還失去電子變成金屬陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極：陽(yáng)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(yáng)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(yáng)離子，它們得電子的水平順序?yàn)椋篈g、Fe3、Cu2、H、Pb2、Fe2、Zn2、（H）、Al3、Mg2、Na、Ca2、K得電子水平由易到難說(shuō)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Ag之間 (2)在陽(yáng)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(yáng)極本身失去電子被氧化成陽(yáng)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)椋篘O3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(wú)須通電)受直流電的作用特 征陰、陽(yáng)離子作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，無(wú)明顯化學(xué)變化陰、陽(yáng)離子作定向移動(dòng)，在兩極上有物質(zhì)析出說(shuō) 明電解質(zhì)電離時(shí)，發(fā)生了物理變化和化學(xué)變化電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過(guò)程，就是該溶液的電解過(guò)程溫度升高，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CuCl2Cu2+2ClCuCl2Cu2+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(yáng)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)殡娔茔~鋅原電池負(fù)極：Zn2eZn2正極：2H+2eH2電解池陰、陽(yáng)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(yáng)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(yáng)離子優(yōu)先得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)陽(yáng)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(guò)電解液中的離子放電，電子再?gòu)年?yáng)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(yáng)極：2C12eC12陰極：Cu2+2eCu用惰性電極作陽(yáng)極電解酸、堿、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(yáng)極(區(qū))產(chǎn)物溶液pH的變化酸含氧酸H2SO4、HNO3H2OH2O2減小無(wú)氧酸(除HF)HClHClH2C12增大堿強(qiáng)堿NaOH、KOHH2OH2O2增大鹽不活潑金屬的無(wú)氧酸鹽CuCl2CuCl2CuC12增大(若考慮C12的溶解，則pH減小)活潑金屬的無(wú)氧酸鹽NaClNaCl、H2OH2、NaOHC12減小不活潑金屬的含氧酸鹽CuSO4、AgNO3CuSO4、H2OAgNO3、H2OCu；AgO2、H2SO4O2、HNO3增大活潑金屬的含氧酸鹽K2SO4、NaNO3KNO3、Na2SO4H2OH2O2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(wú)氧酸(HF除外)、不活潑金屬無(wú)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(wú)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 + 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?。浑娊鈮A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)99959998)的過(guò)程利用電解原理在某些金屬的表面鍍上一薄層其他金屬(銅)或合金的過(guò)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(yáng)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+2eCuCu2+2eCu陽(yáng)極Cu2eCu2Zn2eZn2Ni2eNi2Cu2eCu2特 點(diǎn)陽(yáng)極反應(yīng)為粗銅中的Cu及雜質(zhì)失去電子而溶解溶液中CuSO4的濃度基本不變陽(yáng)極本身失去電子而溶解溶液中金屬陽(yáng)離子的濃度保持不變?nèi)芤旱膒H保持不變說(shuō) 明當(dāng)陽(yáng)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(yáng)極泥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(guò)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(yáng)極電極反應(yīng)式(Fe棒)：2H+2eH2(H得電子產(chǎn)生H2后，陰極區(qū)OH濃度增大而顯堿性)陽(yáng)極電極反應(yīng)式(石墨)：2C12eCl2電解的總化學(xué)方程式：2NaCl + 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(yáng)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(yáng)極用金屬鈦制成；陰極由碳鋼網(wǎng)制成(3)陽(yáng)離子交換膜的作用：把電解槽隔為陰極室和陽(yáng)極室；只允許Na通過(guò)，而Cl、OH和氣體則不能通過(guò)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(shuō)明 為除去粗鹽中的Ca2、Mg2、Fe3、SO42等雜質(zhì)離子，需依次加入過(guò)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