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1、电解原理及应用 教学重点：电解原理 一、电解原理 1．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。 2．电解池的组成： ⑴阳极——与电源正极相连 阴极——与电源负极相连 ⑵形成条件: ①直流电源 ②两个电极 ③电解质溶液(或熔化的电解质) ④形成闭合回路 3．电解反应类型 ⑴惰性电极：（电极不参加反应） ①只有电解质参加的反应 例：电解CuCl2溶液 阴极反应：Cu2++2e-=Cu 阳极反应：2Cl--2e-=Cl2↑ 总反应：CuCl2 Cu+C
2、l2↑ 在电场作用下，CuCl2溶液中阳离子（Cu2+，H+）向阴极移动，阴离子（Cl-，OH-）向阳极移动。Cu2+得电子能力大于H+，Cl-失电子能力大于OH-。 ②只有水参加的反应： 例：电解H2SO4溶液 阳极：4OH--4e-=2H2O+O2↑ 阴极：2H++2e-=H2↑ 总反应：2H2O 2H2↑+O2↑ 电解H2SO4溶液，相当于电解水，不断电解过程中H+浓度增大，H2SO4浓度增大，溶液pH值减小。 ③水和电解质均参加反应。 例：电解NaCl溶液 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ 阴极：
3、2H++2e-=H2↑ 总反应：2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH 电解过程中H+得电子，破坏水的电离平衡，H2OH++OH-，水的电离平衡向右移动，溶液pH值增大。 ⑵电极参加反应[金属做阳极（除Pt外）]： 例：金属作阳极时，金属失电子，而不是阴离子失电子。在阳极，Cu失电子能力大于SO42-、OH-，因此电极Cu首先失电子： 阳极反应：Cu-2e-=Cu2+ 阴极反应：2H+-2e-=H2↑ 总反应：Cu+2H+ Cu2++H2↑ 从总反应看出不活泼的Cu将较活泼H置换出来，不符合金属活动顺
4、序表，因此化学反应能不能发生没有严格界限，不能自发进行的反应，提供能量（如电解）也能进行。 二、电解反应规律： 1．当惰性材料做电极时，阴、阳离子放电顺序为： 阴离子放电顺序S2-,>I->,Br>-,Cl-,>OH-,>(含氧酸根)No3 –>So42>Co32->F-。 阳离子放电顺序为：Ag+>Fe3+>Hg2+>Cu2+> H+>Pb2+ >Sn2+>Fe2+>Zn2+> Al3+>Mg2+>Na+ >Ca2+>K+。 1．两极的电极反应规律 （阳氧阴还） (1)阴极：得电子，还原反应 ①（一般）电极本身不参加反应 ②一定是电解质溶液中阳离子“争”
5、得电子， (2)阳极：失电子，氧化反应 ①若为金属（非惰性）电极，电极失电子 ②若为惰性电极，电解质溶液中阴离子“争”失电子 2．离子放电顺序（不考虑浓度等其他因素） 放电：阳离子得电子而阴离子失电的过程。 上述顺序基本上与金属活动顺序一致，即越活泼的金属，其阳离子越难结合电子，但Fe3+氧化性较强，排在Cu2+之前。 （2）阴离子放电顺序 盐的类型 实 例 参加电解物质 溶液pH 使溶液复原应加入物质 1、 A-C盐 Na2SO4 KNO3 H2O 不变 H2O A的碱 KOH NaOH 增大 C的酸 H2
6、SO4 HNO3 减小 2、 B-D盐 CuCl2 HgCl2 电解质 不定 CuCl2、HgCl2 D的酸 HCl HBr 增大 HCl、HBr 3、 A-D盐 NaCl KBr H2O+电解质 增大 HCl、HBr 4、 B-C盐 CuSO4 AgNO3 减小 CuO、Ag2O 说明： ①阴阳离子在两极上放电顺序复杂，与离子性质、溶液浓度、电流强度、电极材料等都有关，不应将放电顺序绝对化，以上仅是一般规律。 ②电解过程中析出的物质的量（或析出物质的质量）：在电解若干串联电解池中的溶液时，各阴极或阳极所
7、通过的电量相等，析出物质的量取决于电路中通过的电量。 2．金属作阳极（Pt除外）时，金属失电子发生氧化反应，阴极上阳离子放电顺序不变。 三、电解原理的应用 电解食盐水 电解Al2O3(熔融态) 电 镀 电解精炼 装置示意图 阴极反应 2H++2e-=H2↑ 4Al3++12e-=4Al Zn2++2e-=Zn Cu2++2e-=Cu （精铜） 阳极反应 2Cl--2e-=Cl2↑ 6O2--12e-=3O2↑ Zn-2e-=Zn2+ Cu-2e-=Cu2+ （粗铜） 电解总反应 2NaCl+2H2O 2NaOH
8、H2↑+Cl2↑ 2Al2O34Al+3O2↑ — — 说 明 (1)阴极室与阳极室应用隔膜分开。 (2)食盐水需经净化，除Mg2+、Ca2+、SO42-等离子。 (1)为降低Al2O3熔点，需加助熔剂（冰晶石）。 (2)阳极生成的O2与碳反应，生成CO2，需要定期更换石墨阳极。电解生成的铝积存在槽底，定期汲出。 (3)实际过程复杂，上述反应仅是粗略的表示 (1)镀件必须作阴极。 (2)镀层金属作阳极。 (3)用含镀层阳离子的溶液作电镀液。 (1)粗铜作阳极，溶解下来。 (2)精铜作阴极。 说明：金属冶炼 四、原电池和电解池的区别和联系
9、原电池 电解池 能量转化 化学能→电能 电能→化学能 反应特征 自发进行的氧化还原反应 非自发进行的氧化还原反应 电极名称 由电极本身决定 负极：相对较活泼金属 正极：相对不活泼金属 由电源决定 阴极：与负极相连 阳极：与正极相连 电极反应 负极：氧化反应 正极：还原反应 阴极：还原反应 阳极：氧化反应 装置特征 无电源，两极不同 有电源，两极可以相同，也可以不同 电子流动方向 溶液中离子流向 阳离子移向正极 阴离子移向负极 阳离子移向阴极 阴离子移向阳极 联 系 两者均发生氧化还原反应 说明： 电解池有两种连接方式：串联、
10、并联 分步：（1）、将两根碳棒分别插进U型管内的CuCl2溶液中，观察现象 现象：碳棒表面无明显现象 （2）、将两根碳棒用导线相连后，浸入U型管内的CuCl2溶液中，观察现象 现象：碳棒表面无明显现象 （3）、将两根碳棒分别跟直流电源的正、负极相连接，浸入U型管内的CuCl2溶液中，接通电流，观察现象 现象：与电源负极相连的碳棒表面变红（析出铜），与电源正极相连的碳棒表面有气泡产生（产生氯气） 结论：在直流电的作用下，溶液中CuCl2的被分解了，在阴极、阳极分别产生了铜与氯气，证明电能转变成了化
11、学能。 分析：（1）、通电前，溶液中存在哪些离子，它们如何运动？ （由于电离，溶液中存在着Cu2+、Cl—、H+、OH—，在溶液中做自由运动） （2）、通电后，电子运动有什么变化？ （电子由自由运动改作定向运动，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极） （3）、当离子定向移到电极表面时，发生什么变化？ （离子在电极表面放电，发生氧化还原反应） 1、电解池：电能转变成化学能的装置，也叫电解槽 2、电解：使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极发生氧化还原反应 的过程 3、放电：当离子到达电极时，失去或获得电子，发
12、生氧化还原反应 的过程 4、电子流向：（电源）负极——（电解池）阴极——（离子定向运动）电解质溶液——（电解池）阳极——（电源）正极 5、电极名称及反应： 阳极：与直流电源的正极相连的电极，发生氧化反应 阴极：与直流电源的负极相连的电极，发生还原反应 6、电解CuCl2溶液的电极反应： 阳极：2Cl— — 2e— ==Cl2↑ （氧化反应） 阴极：Cu2+ + 2e— == Cu （还原反应） 总反应式：Cu2+ + 2Cl— Cu + Cl2↑ 7、电解本质：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解
13、过程 思考：P 82 思考与交流 1、电解与电离的比较 电离 电解 条件 电解质溶于水或熔化状态 电解质电离后，再通直流电 过程 电解质电离成为自由移动的离子 阴、阳离子定向移动，在两极上放电 举例 CuCl2 == Cu2+ + 2Cl— CuCl2 Cu + Cl2↑ 特点 只产生自由移动的离子 发生氧化还原反应，形成新物质 联系 电解必须建立在电离的基础上 2、原电池与电解池的比较 装置类别 原电池 电解池 举例 锌铜原电池 电解氯化铜溶液 形成条件 1、活泼性不同的两电极 （用导线相连） 2、电解质溶液（电极插入
14、其中并与 电极自发反应） 3、形成闭合回路 1、两电极接直流电源 2、两电极插入电解质溶液中 3、形成闭合回路 电极名称 负极：较活泼金属 正极：较不活泼金属 （或能导电的非金属） （由电极本身决定） 阳极：与电源正极相连的极 阴极：与电源负极相连的极 （由外加电源决定） 电极反应 负极：氧化反应，金属失电子 正极：还原反应，溶液中的阳离子得电子 阳极：氧化反应，溶液中的阴离子失电子，或电极金属失电子 阴极：还原反应，溶液中的阳离子 得电子 电子流向 负极——导线——正极 电源负极 阴极 电源正极 阳极 能量转
15、变 化学能转换为电能 电能转换为化学能 能否自发进行 反应能够自发进行 反应不能够自发进行 主要应用 1、金属电化腐蚀分析 2、金属牺牲阳极的阴极保护法 3、制造多种新化学电源 1、电解食盐水（氯碱工业） 2、冶炼活泼金属 3、电解精练 实质 使氧化还原反应中的电子 通过导线定向转移形成电流 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 二、电解原理的应用 思考及实验：P 82 科学探究， 问题：（1）、通电前，饱和食盐水中存在哪些离子？它们的运动情况如何？ （自由移动的离子：H+、OH—、Cl—、Na+ H2O
16、 H + + OH—，NaCl == Na + + Cl—） （2）、在电解装置中，可否选用铜作阴、阳极的电极材料，为什么？ （可以用铜做阴极，不能用铜做阳极，否则，阳极溶解） （3）、通电后，溶液中的离子发生了什么变化？ （通电后，电子由自由运动改作定向运动，阴离子移向阳极，阳离子移 向阴极，在电极表面放电） （4）、溶液中的Na+是否可能被还原为金属钠，为什么？ （不能，放电的离子有一定的顺序，金属越活泼，越难放电，溶液中的H+比Na+容易放电，故生成氢气，不生成金属钠。）
17、 （5）、电解后，在阴极区和阳极区分别得到的产物是什么？如何证明？ （阴极：氢气，收集后在火焰上产生爆鸣；阳极：氯气，产生刺激性气味气体，令湿润的淀粉碘化钾试纸边蓝，若在两极附近溶液滴入酚酞试液，阴极区的溶液变红） 1、电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气 （1）、通电前，溶液中的离子：H+、OH—、Cl—、Na+ （2）、通电后，H+ 、Cl— 优先放电 阳极：2H+ + 2e— == H2↑ 阴极：2Cl— — 2e— == Cl2↑ 总反应式：2NaCl + 2HO 2NaOH
18、 + H2↑ + Cl2↑ 2、电镀 补充实验：铁钉电镀铜。 （1）铁钉处理：水洗、碱洗除油污、酸除铁锈、水洗，立即进行电镀 （2）、铁定做阴极，铜棒做阳极，电解质溶液：铜氨溶液 （铜氨溶液：1mol/L的硫酸铜溶液中，边搅拌边加入浓氨水至溶液全部变成深蓝色，即为铜氨溶液） （3）、用铜氨溶液做电镀液，通电约10秒（通电时用玻璃棒轻轻搅拌）即可见到铁钉表面光亮的紫红色 （1）、电镀应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或 合金的方法 （2）、电极、电解质溶液的选择： 阳极：镀层金属，失去电子，成为离子进入溶液 M— ne — == M n+
19、 阴极：待镀金属（镀件）：溶液中的金属离子得到电子， 成为金属原子，附着在金属表面 M n+ + ne — == M 电解质溶液：含有镀层金属离子的溶液做电镀液 （3）、电镀应用之一：铜的精炼 阳极：粗铜；阴极：纯铜；电解质溶液：CuSO4 思考：电镀铜（用硫酸铜溶液做电解质）和电解氯化铜（用氯化铜 溶液做电解质）的比较 电镀铜 电解氯化铜溶液 能量转换 将电能转变为化学能 阳极材料 镀层金属——铜 石墨 阴极材料 待镀金属 石墨 电镀时 阳极反应 铜溶解 溶液中的Cl—在阳 极氧化为Cl2放出 阴
20、极反应 溶液中的Cu2+在阴极析出 溶液中的Cu2+在阴极析出 电解质溶液 及其变化 CuSO4溶液，电镀过 程中溶液浓度不变 CuCl2溶液，电解过程中 溶液浓度逐渐减小 3、电冶金 （1）、电冶金：使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物 中还原出来用于冶炼活泼金属，如钠、镁、钙、铝 （2）、电解氯化钠： 通电前，氯化钠高温下熔融：NaCl == Na + + Cl— 通直流电后：阳极：2Na+ + 2e— == 2Na 阴极：2Cl— — 2e— == Cl2↑ 六、例题分析 例1．如图所示右边的金属片发生氧化反应的是（ ） 分析与解答：
21、 金属发生氧化反应就是失去电子形成阳离子进入溶液。金属原子失去电子的途径可以是在原电池中的活泼金属发生氧化反应而失去电子，或在外加电场作用下失去电子发生氧化反应。A装置中Zn接的是电源的负极，氧化剂在Zn表面所得电子为电源所提供。B、D中的Cu与Fe均是与比其活泼的金属相联接，氧化剂在其电极表面所得电子为第一活泼金属所提供。C装置中右边的Cu联接的是电源的正极，电源正极不断将其上的电子转移走，Cu将以Cu2+进入溶液而不断溶解。 答案：C 例2．电解原理在化学工业中有广泛应用。下图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题： (1
22、) 若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCI溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则: ①电解池中X极上的电极反应式为____________。在X极附近观察到的现象是_____________。 ②Y电极上的电极反应式为___________，检验该电极反应产物的方法是_______。 (2)如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则 ①X电极的材料是____________，电极反应式为______________。 ②Y电极的材料是____________，电极反应式为____________。 (说明：杂质发生的电极反应不必写出)
23、 分析与解答： 本题较好的考查了学生对电化学基础知识、电解的原理的考查，侧重基础知识点及其应用。 (1)①2H++2e-=H2↑ 放出气体，溶液变红 ②2Cl--2e-=C12↑ 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色 (2)①纯铜Cu2++2e-=Cu ②粗铜Cu-2e-=Cu2+ 例3．将两个铂电极插入500mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为（ ） A．4×10-3mol/L B．2×
24、10-3mol/L C．1×10-3mol/L D．1×10-7mol/L 分析与解答： 根据电解规律可知阴极反应:Cu2++2e-=Cu，增重0.064gCu，应是Cu的质量,根据总反应方程式： 2CuSO4+2H2O2Cu + O2↑ + 2H2SO4 → 4H+ 2×64g 4mol 0.064g x x=0.002mol c(H+)==4×10-3mol/L 答案：A 本周练习： 1．某碱性蓄电池在充电和放电时发生的反应为：Fe+Ni
25、O2+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2，下列说法中正确的是（ ） A．放电时，负极上发生反应的物质是Fe B．放电时，正极反应是：NiO2+2e+2H+=Ni(OH)2 C．充电时，阴极反应是：Ni(OH)2-2e+2OH-=NiO2+2H2O D．充电时，阳极附近pH值减小 分析与解答： 根据原电池在放电时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，再根据元素化合价变化，可判断该电池负极发生反应的物质为Fe，正极为NiO2，此电池为碱性电池，在书写电极反应和总电池反应方程式时不能出现H+，故放电时的电极反应是:负极:Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)
26、2，正极：NiO2+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH-。原电池充电时，发生电解反应，此时阴极反应为原电池负极反应的逆反应，阳极反应为原电池正极反应的逆反应，由此可判断正确选项应为A、D。 答案：A、D 2．甲、乙两个容器中，分别加入0.1mol/LNaCl溶液与0.1mol/LAgNO3溶液后，以Pt为电极进行电解时，在A、B、C、D各电极上生成物的物质的量之比为：__________。 分析与解答： 此装置相当于两个电解槽串联到一起,在整个电路中电子转移总数相等.首先判断各极是阳极还是阴极，即电极名称，再分析各极发生的反应A极(阴极)反应:2H++2e-=H
27、2↑，B极(阳极)反应:2Cl--2e-=Cl2↑；C极(阴极)反应：Ag++e-=Ag；D极(阳极)反应:4OH--4e-=2H2O+O2↑，根据电子守恒法可知,若整个电路中有4mol电子转移,生成H2、Cl2、Ag、O2的物质的量分别为：2mol、2mol、4mol、1mol因此各电极上生成物的物质的量之比为：2:2:4:1。 3．有三个烧杯，分别盛有氯化铜，氯化钾和硝酸银三种溶液；均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一定时间，测得电极增重总和2.8克，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为（ ） A．4：1 B．1：1 C．4：3 D．3：4 分析与解答： 串联电路中，相同时间内各电极得或失的电子的物质的量相同，各电极上放出气体的物质的量之比为定值。不必注意电极增重是多少。只要判断出生成何种气体及生成该气体一定物质的量所得失电子的物质的量，就可以通过电子守恒，判断气体体积之比，第一个烧杯中放出，第二烧杯中放出Cl2和H2，第三烧杯中放出O2。在有1mol电子转移下，分别是0.5 mol，0.5 mol，0.5 mol和0.25mol。所以共放出有色气体0.5+0.5=1(mol)(Cl2)，无色气体0.5+0.25=0.75(mol)(O2和H2) 答案：C
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