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电解原理及应用【本讲教育信息】一. 教学内容：电解原理及应用二. 教学目标理解电解原理，掌握电极反应式的书写及电解原理的应用三. 教学重点、难点电解原理教学过程一、电解原理：电解是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；电解池是将电能转化为化学能的装置；构成条件为：必须连接有直流电源，要有电极（阴、阳极），以及电解质溶液或熔融电解质。在电解过程中与电源正极相连的极称为阳极，在阳极上发生氧化反应；与电源负极相连的极称为阴极，在阴极上发生还原反应；电解质溶液中的阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。说明：1、电解质溶液的导电过程实质上就是其电解过程。在电解池中电子流向：电子由电源的负极电解池的阴极，再由电解质溶液电解池的阳极电源正极。溶液中离子的移动方向：溶液中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。2、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下电解质电离后, 再通直流电过程电解质离解成为自由移动的离子, 如CuCl2Cu22Cl阴、阳离子定向移动, 在两极上失、得电子成为原子或分子, 如CuCl2Cu（阴极）Cl2（阳极）特点只产生自由移动的离子发生氧化还原反应, 生成新物质联系电解必须建立在电离的基础上3、电解池与原电池的判断：有外加电源的装置一定是电解池，无外加电源的装置一定是原电池, 多池组合时, 一般是含有活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下工作的电解池；若最活泼的电极相同时，则两极间活泼性差别较大的是原电池，其余为电解池。4、电解池的反应原理：放电：阳离子得到电子或阴离子失去电子。离子放电的顺序取决于离子的本性，也与离子浓度和电极材料有关。（1）阳极产物的判断先看电极，若是活泼电极（金属活动顺序表Ag以前，包含Ag），电极放电，溶液中的阴离子不放电；若是惰性电极（如铂、石墨等），则看溶液中阴离子的失电子能力。 在惰性电极上，阴离子放电顺序为：（2）阴极产物的判断：直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序为：注意：高价含氧酸根离子一般不放电 5、分析电解问题的基本思路：通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子（包括水电离出的H和OH）。通电时：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁优先放电。写电极反应式，并结合题目要求分析电解结果，如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH变化等。分析讨论按要求填写下表（用惰性电极电解下列物质的溶液）电解质（溶液）阳极反应阴极反应总反应方程式溶液pH变化CuCl22Cl2eCl2Cu22eCuCuCl2CuCl2稍变大HCl2Cl2eCl22H2eH22HClH2Cl2变大Na2SO44OH4e2H2OO22H2eH22H2O2H2O2不变H2SO44OH4e2H2OO22H2eH22H2O2H2O2减小NaOH4OH4e2H2OO22H2eH22H2O2H2O2增大NaCl2Cl2eCl22H2eH22NaCl +2H2O 2NaOH + H2+ Cl2增大CuSO44OH4e2H2OO2Cu22eCu2 CuSO42H2O2 Cu2H2SO4O2减小规律总结：用惰性电极电解不同的电解质溶液时：电解质的组成无氧酸（除HF）、不活泼金属的无氧酸盐（F除外）不活泼金属的含氧酸盐、活泼金属的无氧酸盐含氧酸、可溶性碱、活泼金属的含氧酸盐被电解的物质电解质本身电解质和水都发生变化电解水实例CuCl2、HBr、HClNaCl、CuSO4、AgNO3H2SO4、NaOH、KNO3二、电解原理的应用：1、电解精炼铜原理：粗铜的溶解与纯铜的生成：阳极（粗铜）：Cu2e Cu2阴极（纯铜）： Cu2 2eCu比铜活泼的金属：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；比铜不活泼的金属：Au、Pt不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；电解质溶液中CuSO4的浓度基本不变；2、电镀：镀件作阴极，镀层金属作阳极，含镀层金属离子的电解质配成电镀液；电镀铜的原理：阳极（镀层金属）：Cu2e Cu2阴极（镀件）： Cu22eCu电镀液浓度不变；3、氯碱工业：电解饱和食盐水制氢氧化钠和氯气：电极反应及总反应：阳极反应：2Cl2e Cl2（氧化反应）阴极反应：2H2eH2（还原反应）总反应离子方程式：2Cl2H2O2OH H2Cl2总反应：阴极区 阳极区4、电冶金：通过电解熔融的氯化钠制取金属钠，电解熔融的氧化铝冰晶石的混合物制取金属铝：制取金属钠：阳极反应：2Cl2e Cl2 阴极反应：2Na2e2Na 制取金属铝：阳极反应：612e 3O2 阴极反应：4Al312e4Al 说明：1、原电池、电解池和电镀池的比较：原电池电解池电镀池定义（装置特点）将化学能转变成电能的装置将电能转变成化学能的装置应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属的装置反应特征自发反应非自发反应非自发反应装置特征无电源，两极不同有电源, 两极可同可不同有电源形成条件1. 活泼性不同的两极（连接）2.电解质溶液（电极插入其中并与电极自发反应）3.形成闭合回路1. 两电极连接直流电源2. 两电极插入电解质溶液3. 形成闭合回路1. 镀层金属接电源正极, 待镀金属接电源负极2. 电镀液必须含有镀层金属的离子电极名称（电极构成）负极: 较活泼金属（电子流出的极）正极: 较不活泼的金属 （或能导电的非金属）（电子流入的极）阳极：与电源正极相连的极阴极：与电源负极相连的极名称同电解,但有限制条件阳极:必须是镀层金属；阴极: 镀件电极反应负极: 氧化反应, 一般是金属失电子正极: 还原反应,溶液中的阳离子得电子或者氧气得电子（吸氧腐蚀）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阳极: 金属电极失电子阴极: 电镀液中阳离子得电子电子流向正极阴极同电解池溶液中带电粒子移动阳离子向正极移动阴离子向负极移动阳离子向阴极移动阴离子向阳极移动同电解池联系在两极上都发生氧化和还原反应2、氯碱工业：离子交换膜法制烧碱（1）：阳离子交换膜的作用：将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子（Na）通过，而阻止阴离子（Cl、OH）和气体通过。可防止H2、Cl2混合爆炸，也可防止Cl2与NaOH反应。（2）：食盐的精制：粗盐的成份：泥沙、Ca2、Mg2、Fe3、SO42杂质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜；杂质的除去过程： （3）、在精制食盐时，所加除杂试剂均为过量，因此，所加试剂的顺序必须是碳酸钠在氯化钡后面加入，以除去过量的Ba2。3、电冶金主要用于冶炼活泼性很强的金属。在电解熔融的氧化铝时，加入冰晶石的目的是为了降低氧化铝的熔点，使氧化铝能够在较低的温度下熔化，而不能用电解无水氯化铝的方法冶炼金属铝。因为氯化铝为共价化合物，熔融状态时不导电。【典型例题】例1. 1L0.1mol/LAgNO3溶液在以Ag作阳极，Fe作阴极的电解槽中电解，当阴极增重2.16g时。下列判断（设电解按理论进行，溶液不蒸发） 正确的是：A. 溶液的浓度变为0.08mol/LB. 阳极上产生112mLO2（标准状况）C. 转移的电子数是1.2041022个D. 反应中有0.01mol的Ag被氧化解析：本题所给的信息是：Ag作阳极，AgNO3溶液作电解液符合电镀的条件，是一种电镀装置。则电极反应式为：阳极：Age Ag，阴极：Age Ag，阳极减少的银的质量等于阴极析出的银的质量，电解质溶液的浓度保持不变。由于在阴极析出2.16gAg即为0.02mol，则阳极减少0.02mol的Ag，转移的电子数为0.02NA，即为1.2041022个。综上所述，本题的答案为C答案：C例2. 在500gCuSO4溶液中，一极为铁，一极为含杂质锌均匀的粗铜；通电一段时间后切断电源，取出电极，此时铁极析出7.04g铜，电解质溶液增重0.02g，求粗铜中含锌的质量分数。解析：电解精炼时电极反应为：阳极（粗铜）：Cu2e Cu2，Zn2e Zn2阴极（铁） ：Cu2 2eCu Cu2Zn2 m 1mol 1mol 1g x x 0.02g Zn溶解为0.02mol65gmol11.3g溶液中Cu2析出0.02mol64gmol11.28g锌的质量分数为：答案：粗铜中锌的质量分数为18.4%例3. 500 mL KNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中c（NO3）6molL1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到224 L气体（标准状况），下列说法正确的是（假设电解前后溶液的体积不变） A. 原混合溶液中 c （K）为2 molL1 B. 上述电解过程中共转移4 mol电子C.电解得到的Cu的物质的量为0.5mol D. 电解后溶液中c（H）为2 molL1解析：本题的信息是用惰性电极电解KNO3和Cu（NO3）2混合溶液，电解后阴、阳两极分别产生22.4L气体，即1mol气体。溶液中的阳离子有：Cu2、H；阴离子有OH、NO3。根据阴、阳离子的放电顺序可得：阳极：4OH4e2H2OO2；阴极：Cu2 2eCu、2H2eH2 4mol 1mol 2mol 1mol 2mol 1mol则原溶液中含有Cu21mol，转移的电子数为4mol，电解后溶液中增加的H的物质的量为2mol，即c（ H）2mol/0.5L4mol/L。再根据溶液中阳离子所带正电荷总数等于阴离子所带负电荷总数，可得K的物质的量为1mol，其浓度为2mol/L。综上所述，本题的答案为AB答案：AB例4. 以铁为阳极、铜为阴极，对足量的NaOH溶液进行电解，一段时间后得到2molFe（OH）3沉淀，此时消耗水的物质的量共为 A. 2molB. 3mol C. 4molD. 5mol解析：本题的信息为：铁为阳极、铜为阴极，电解NaOH溶液，得到2molFe（OH）3。则根据信息，写出电极反应：阳极：Fe2e Fe2，阴极：2H2eH2总的电极反应为：Fe2H2OFe（OH）2H2，而Fe（OH）2在空气中易被氧化，反应方程式为：4 Fe（OH）22H2OO24Fe（OH）3，则根据相互之间量的关系可得，每生成2molFe（OH）3沉淀，所消耗水的物质的量为5mol。答案：D例5. 某硝酸盐晶体的化学式是M（NO3）xnH2O，相对分子质量为242，将1.21g该晶体溶于水配制成100mL溶液，用惰性电极进行电解，当有0.01mol电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重0.32g。求：（1）金属M的相对原子质量及x、n的值。（2）电解后溶液的pH（假设电解前后溶液的体积不变）。解析：本题的信息为：用惰性电极电解1.21gM（NO3）xnH2O的溶液，当有0.01mol电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重0.32g。则电极反应式为：阳极：4OH4e2H2OO2；阴极：MXxeM 4 4 x 10.01mol 0.01mol 0.01mol 1.21/2420.32/M解得x2，M64g/mol，溶液中c（ H）0.01mol/0.1L0.1mol/L，pH1再根据相对分子质量之间的关系可得：n3答案：M的相对原子质量及x、n的值分别为：64、2、3，电解后溶液的 PH为1例6. 工业上用MnO2为原料制取KMnO4，主要生产过程分为两步进行：第一步将MnO2和KOH粉碎，混匀，在空气中加热至熔化，并连续搅拌，制取K2MnO4；第二步将K2MnO4的浓溶液用惰性电极进行电解，在阳极上得到KMnO4，在阴极上得到KOH。（1）制取K2MnO4的反应方程式是 ，连续搅拌的目的是_。（2）电解K2MnO4的浓溶液时，两极发生的电极反应式：阴极是_，阳极是_ ；电解的总反应方程式是 。解析：本题的信息为：工业上以MnO2为原料制取KMnO4。MnO2和KOH粉碎，混匀，在空气中加热至熔化，制取K2MnO4，说明是与空气中的氧气发生氧化还原反应，其中O原子得到电子，而MnO2转变为K2MnO4，反应方程式为：2MnO24KOHO22 K2MnO42H2O；而连续搅拌的目的则是为了让反应物充分接触，使反应顺利进行。用惰性电极电解K2MnO4的浓溶液，在阳极上得到KMnO4，说明阳极是MnO42放电发生氧化反应；阴极是H放电，产生H2，从而使溶液的pH升高，生成KOH。具体的电极反应式为：阴极：2H2eH2；阳极：MnO42eMnO4总反应式：2K2MnO42H2O2KMnO42KOHH2 答案：（1）2MnO24KOHO22 K2MnO42H2O；让反应物充分接触，使反应顺利进行（2）阴极：2H2eH2；阳极：MnO42eMnO4总反应式：2K2MnO42H2O2KMnO42KOHH2
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