高考化学考点35 电解原理及其应用 26页

1 一、电解池 电解 使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。 电解池(或电解槽) （1）定义 借助于电流引起氧化还原反应的装置，也就是把电能转化为化学能的装置。 （2）阳极与阴极 阳极：与电源正极相连的电极叫阳极，发生氧化反应。 阴极：与电源负极相连的电极叫阴极，发生还原反应。 （3）电解池的构成条件 与直流电源相连的两个电极：阳极和阴极；电解质溶液(或熔融电解质)；形成闭合回路。 （4）电解池的工作原理(以电解 CuCl2 溶液为例) 电解池和原电池比较 电解池 原电池 定义 将电能转变为化学能的装置 将化学能转变为电能的装置 装置举例 形成条件 ①两个电极与直流电源相连 ②电解质溶液 ③形成闭合回路 ①活泼性不同的两电极(连接) ②电解质溶液 ③形成闭合回路 2 ④能自发进行氧化还原反应 电极名称 阳极：与电源正极相连的极 阴极：与电源负极相连的极 负极：较活泼金属(电子流出的极) 正极：较不活泼金属(或能导电的非 金属)(电子流入的极) 电极反应 阳极：溶液中的阴离子失电子，或电极 金属失电子，发生氧化反应 阴极：溶液中的阳离子得电子，发生还 原反应 负极：较活泼电极金属或阴离子失 电子，发生氧化反应 正极：溶液中的阳离子或氧气得电 子，发生还原反应 溶液中的离子 移向 阴离子移向阳极，阳离子移向阴极 阴离子移向负极，阳离子移向正极 电子流向 电源负极 阴极 阳极 电源正极 负极 正极 实质 均发生氧化还原反应，两电极得失电子数相等 联系 原电池可以作为电解池的电源，二者共同形成闭合回路 电解池阴、阳极的判断 （1）由电源的正、负极判断：与电源负极相连的是电解池的阴极；与电源正极相连的是电解池的阳极。 （2）由电极现象确定：通常情况下，在电解池中某一电极若不断溶解或质量不断减少，则该电极发生 氧化反应，为阳极；某一电极质量不断增加或电极质量不变，则该电极发生还原反应，为阴极。 （3）由反应类型判断：失去电子发生氧化反应的是阳极；得到电子发生还原反应的是阴极。 电解产物的判断 （1）阳极产物的判断 首先看电极，若是活性电极(一般是除 Au、Pt 外的金属)，则电极材料本身失电子，电极被溶解形成阳 离子进入溶液；若是惰性电极(如石墨、铂、金等)，则根据溶液 中阴离子放电顺序加以判断。 阳极放电顺序： 金属(一般是除 Au、Pt 外)>S2−>I−>Br−>Cl−>OH−>含氧酸根>F−。 （2）阴极产物的判断 直接根据溶液中阳离子放电顺序加以判断。阳离子放电顺序： Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+> H+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。 3 （1）处理有关电解池两极产物的问题，一定要先看电极是活性电极还是惰性电极。活性电极在阳极放 电，电极溶解生成相应的金属离子，此时阴离子在阳极不放电。对于惰性电极，则只需比较溶液中定向移 动到两极的阴阳离子的放电顺序即可。 （2）根据阳离子放电顺序判断阴极产物时，要注意下列三点： ①阳离子放电顺序表中前一个 c(H+)与其他离子的浓度相近，后一个 c(H+)很小，来自水的电离； ②Fe3+得电子能力大于 Cu2+，但第一阶段只能被还原到 Fe2+； ③Pb2+、Sn2+、Fe2+、Zn2+控制一定条件(即电镀)时也能在水溶液中放电；Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+ 只有在熔融状态下放电。 二、电解原理的应用 1．电解饱和食盐水——氯碱工业 （1）电极反应 阳极：2Cl−−2e−===Cl2↑(反应类型： 氧化反应)。 阴极：2H++2e−===H2↑(反应类型：还原反应)。 检验阳极产物的方法是：用湿润的 KI 淀粉试纸靠近阳极附近，若试纸变蓝，证明生成了 Cl2。电解时 向食盐水中加酚酞，阴极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为 NaOH。 （2）电解方程式 化学方程式：2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 离子方程式：2Cl−+2H2O 2OH−+H2↑+Cl2↑ 2．电解精炼铜 电镀(Fe 表面镀 Cu)[来 源:Zxxk.Com] 电解精炼铜 电极材料 镀层金属铜 粗铜(含 Zn、Fe、Ni、Ag、Au 等杂 质) 阳极 电极反应 Cu−2e−===Cu2+ Cu−2e−===Cu2+ Zn−2e−===Zn2+ Fe−2e−===Fe2+ Ni−2e−===Ni2+ 电解 电解 4 电极材料 待镀金属铁 纯铜 阴极 电极反应 Cu2++2e−===Cu 电解质溶液 含 Cu2+的盐溶液 注：电解精炼铜时，粗铜中的 Ag、Au 等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥 3．电镀 利用电解原理，在金属表面上镀上一层其它金属或合金的过程叫电镀。 ①电极的连接：镀层金属或惰性电极做阳极，和外加电源的正极相连；镀件金属做阴极，和外加电源 的负极相连。如铁上镀铜，铜(或石墨)做阳极，铁做阴极。 ②电镀液的选择：选择含有镀层金属离子的溶液做电镀液，如铁上镀铜，选择硫酸铜溶液做电镀液。 ③电极反应：阳极：Cu===Cu2+ +2e−，阴极：Cu2+ +2e−===Cu ④电镀的特点：若镀层金属做阳极，电镀过程中溶液中阳离子浓度不变；若用惰性电极做阳极，电镀 过程中溶液中阳离子浓度减小。 电镀过程中，溶液中离子浓度不变；电解精炼铜时，由于粗铜中含有 Zn、Fe、Ni 等活泼金属，反应过 程中失去电子形成阳离子存在于溶液中，而阴极上 Cu2+被还原，所以电解精炼过程中，溶液中的阳离子浓 度会发生变化。 4．电冶金 冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属，必须用电解法。如电解熔融氯化钠得到钠时： 注意：①电解熔融 MgCl2 冶炼镁，而不能电解熔融 MgO 冶炼镁，因 MgO 的熔点很高； ②电解熔融 Al2O3 冶炼铝，而不能电解 AlCl3 冶炼铝，因 AlCl3 是共价化合物，其熔融态不导电。 5 考向一 电解规律的考查 典例 1 下图装置中 a、b、c、d 均为 Pt 电极。电解过程中，电极 b 和 d 上没有气体逸出，但质量均增大， 且增重 b>d。符合上述实验结果的盐溶液是 选项 X Y A MgSO4 CuSO4 B AgNO3 Pb(NO3)2 C FeSO4 Al2(SO4)3 D CuSO4 AgNO3 量，错误。 【答案】B 1．用石墨作电极电解 CuSO4 溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的 A．CuSO4　　　 B．H2O C．CuO D．CuSO4·5H2O 用惰性电极电解电解质溶液的规律 电极反应类 型 电解质特点 实例 阴极 阳极 电解方程式 电解 对象 电解质 溶液的 电解质溶液 复原的方法 6 变化 含氧酸 H2SO4 可溶性强碱 NaOH 电 解 水 型 活泼金属含氧 酸盐 KNO3[来源:Z+xx+k.Com] 4H++4e− 2H2↑ 4OH−−4e− 　　 2H2O+O2↑ 2H2O 2H2↑+O2↑ 水 浓度增大 加水 无氧酸 HCl 2H++2e− H2↑ 2Cl−−2e− Cl2↑ 2HCl H2↑+Cl2↑ 加 HCl 电 解 电 解 质 型 不活泼金属无 氧酸盐 CuCl2 Cu2++2e− Cu 2Cl−−2e− Cl2↑ CuCl2 Cu+Cl2↑ 电解质 浓度减小 加 CuCl2 放 H2 生 碱 型 活泼金属无氧 酸盐 NaCl 2H++2e− H2↑ 2Cl−−2e− Cl2↑ 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl 2↑ 电解质 和水 生成新 电解质 加 HCl 放 O2 生 酸 型 不活泼金属含 氧酸盐 CuSO4 Cu2++2e− Cu 4OH−−4e− 2H2O+O2↑ 2CuSO4+2H2O 2Cu+ 2H2SO4+O2↑ 电解质 和水 生成新 电解质 加 CuO 考向二 电解原理的“常规”应用 典例 1 金属镍有广泛的用途，粗镍中含有 Fe、Zn、Cu、Pt 等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙 述中正确的是(已知：氧化性 Fe2+