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(diǎn)、難點(diǎn)：使學(xué)生理解電解原理，初步掌握一般電解反應(yīng)產(chǎn)物的判斷方法。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)反應(yīng)原理：正確書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)方程式和電解的總化學(xué)方程式。初步了解電解槽的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)及食鹽水的精制。常識(shí)性介紹以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)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(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。注意：①電流必須是直流而不是交流。②熔融態(tài)的電解質(zhì)也能被電解。思考題：在電解反應(yīng)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。電解池的概念借助于電流引起氧化還原反應(yīng)的裝置電解槽。構(gòu)成電解池的條件直流電源。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(shí)質(zhì)（或熔融態(tài)電解質(zhì)（有的是組成陽(yáng)極的金屬原子失去電子過(guò)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)）溶液（或熔融態(tài)電解質(zhì)）的電解過(guò)程。電解原理：電解氯化銅（如圖）實(shí)驗(yàn)步驟第一步：如圖甲所示，把兩根石墨棒插入U(xiǎn)形管里的CuCl2

溶液內(nèi)，觀察現(xiàn)象。第二步：如圖乙所示，把用導(dǎo)線連接在一起的兩根石墨插入U(xiǎn)形管里的CuCl2

溶液內(nèi)，觀察現(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(lái)，將石墨棒插入U(xiǎn)形管里的CuCl2

溶液內(nèi)，接通電源。把濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙放在與電源正極相連的電極附近。觀察現(xiàn)象，約5min后切斷電源。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在第一步和第二步中均無(wú)新現(xiàn)象發(fā)生。在第三步實(shí)驗(yàn)中，電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；陰極石墨棒周圍CuCl2

溶液綠色變深，陽(yáng)極石墨棒周圍CuCl2

溶液綠色變淺；陰極石墨棒上逐漸覆蓋了一層紅色固體，陽(yáng)極石墨棒上有氣泡放出，并可聞到刺激性的氣味，同時(shí)看到濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙變?yōu)樗{(lán)色。實(shí)驗(yàn)結(jié)論在通直流電的條件下，溶液里的CuCl2

發(fā)生了分解反應(yīng)：CuCl2

Cu＋Cl↑2Cu生成于陰極的石墨棒上，Cl2

生成于陽(yáng)極的石墨棒上。原理分析CuCl2

是強(qiáng)電解質(zhì)且易溶于水，在水溶液中電離生成Cu2＋和Cl－。CuCl=Cu2＋＋2Cl－2通電前，Cu2＋和Cl－在水里自由地移動(dòng)著；通電后，這些自由移動(dòng)著的離子，在電場(chǎng)作用下，改作定向移動(dòng)。溶液中帶正電的Cu2＋氯原子，并兩兩結(jié)合成氯分子，從陽(yáng)極放出。陰極：Cu2＋＋2e－=Cu陽(yáng)極：2Cl－－2e－=Cl↑2電解CuCl2

溶液的化學(xué)反應(yīng)方程式：CuCl2

Cu＋Cl↑2電解質(zhì)水溶液電解反應(yīng)的綜合分析H＋和，其實(shí)H＋和OH－雖少，但的確是存在的，只是他們沒(méi)有參加電極反應(yīng)。也就是說(shuō)在氯化銅溶液中，除Cu2＋和Cl－外，還有H＋和OH－，電解時(shí)，移向陰極的離子有Cu2＋和H+，因?yàn)樵谶@樣的實(shí)驗(yàn)條件下Cu2＋比H+Cu2＋OH－和Cl－比OH－容易失去電子，所以Cl－說(shuō)明：①陽(yáng)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(guò)程又叫做放電。③在一般的電解條件下，水溶液中含有多種陽(yáng)離子時(shí)，它們?cè)陉帢O上放電的先后順序是：Ag＋＞Hg2＋＞Fe3+＞Cu2＋＞(H+)＞Fe2＋＞Zn2＋；水溶液中含有多種陰離子時(shí)，它們的惰性陽(yáng)極上放電的先后順序是：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞（F－、NO3－、SO2－等）4以惰性電極電解電解質(zhì)水溶液，分析電解反應(yīng)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(yáng)兩組；②分別對(duì)陰、陽(yáng)離子排出放電順序，寫(xiě)出兩極上的電極反應(yīng)式；③合并兩個(gè)電極反應(yīng)式得出電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式或離子方程式。（二）電解原理的應(yīng)用。銅的電解精煉電解法精煉銅的裝置（如圖）陽(yáng)極（粗銅）：Cu－2e－=Cu2＋陰極（純銅）：Cu2＋＋2e－=Cu說(shuō)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(yáng)極先于電解質(zhì)溶液中的成分發(fā)生氧化反應(yīng)。②粗銅中往往含有鋅、鐵、鎳、銀、金等多種雜質(zhì)，當(dāng)含雜質(zhì)的銅在陽(yáng)極不斷溶解時(shí)，位于金屬活動(dòng)性順序銅以前的金屬雜質(zhì)如Zn、Fe、Ni等，也會(huì)同時(shí)失去電子，如：Zn－2e－=Zn2＋Ni－2e－=Ni2＋（③用電解精煉法所得到的銅叫做電解銅，它的純度可達(dá)到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表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過(guò)程。電鍍的目的電鍍的目的主要是使金屬增強(qiáng)抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬度。電鍍的原理移向陰極，這些離子在陰極獲得電子被還原成金屬，覆蓋在需要電鍍的金屬制品上。氯堿工業(yè)電解飽和食鹽水反應(yīng)原理①實(shí)驗(yàn)步驟按圖裝置，在U②實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象③實(shí)驗(yàn)結(jié)論用惰性材料作陽(yáng)極，電解食鹽的飽和溶液，生成Cl、H2 2

和NaOH。陽(yáng)極：2Cl－－2e－=Cl↑（放電順序：Cl－>OH－）2陰極：2H＋＋2e－=H↑（放電順序：H＋>Na＋）2在上述反應(yīng)中，由于H+在陰極上得到電子而生成H，破壞了附近的水的電離平衡，促2進(jìn)了水繼續(xù)電離，結(jié)果陰極區(qū)溶液里OH－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(yáng)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(tái)電解槽由若干個(gè)單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。下圖表示一個(gè)單元槽的示意圖。②陽(yáng)離子交換膜的作用將電解槽隔成陰極室和陽(yáng)極室，它只允許陽(yáng)離子（Na＋）通過(guò)，而阻止陰離子（Cl－、OH－）和氣體通過(guò)。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2

和陽(yáng)極產(chǎn)生的Cl2

相混合而引起爆炸，又能避免Cl2

和NaOH作用生成NaClO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NaCl，此外還含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO2－雜質(zhì)。這樣的粗鹽不符合電解要求，因此必須經(jīng)過(guò)精制。4②雜質(zhì)的危害：Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等金屬離子在堿性環(huán)境中會(huì)生成沉淀，損壞離子交換膜；此外，雜質(zhì)的存在會(huì)使得到的產(chǎn)品不純。③除雜質(zhì)的過(guò)程：注意：①除雜質(zhì)時(shí)所加試劑的順序要求是：a、NaCO

必須在BaCl

之后；b、加入鹽酸在過(guò)濾之后。

2 3 2②試劑加入順序有多種選擇，如：a、BaCl、NaOH、NaCO、過(guò)濾、HCl；b、BaCl、2 2 3 2NaCO、NaOH、過(guò)濾、HCl；c、NaOH、BaCl、NaCO、過(guò)濾、HCl。2 3 2 2 3以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn)及產(chǎn)品的主要用途【典型例題】[1]（1993年全國(guó)高考題）1中XY分別是直流電源的兩極，通電后發(fā)現(xiàn)a極板質(zhì)量增加，b極板處有無(wú)色無(wú)味的氣體放出。符合這一情況的是（）a極板b極板X電極Z溶液A.ZnC負(fù)極CuSO4B.CC負(fù)極NaOHC.AgFe正極AgNO3D.CuC負(fù)極CuCl2圖1答案：A2 題中“通電后發(fā)現(xiàn)a極板質(zhì)量增加”一定是金屬陽(yáng)離子在a極板上放電析出，所以a極板一定是陰極，與a極板相連的電源X極為負(fù)極，由此排除CB選項(xiàng)電解NaOH溶液無(wú)金屬單質(zhì)析出也被排除。電解CuCl2極板質(zhì)量增加，而在陽(yáng)極上Cl－ClCuSO溶液，陰極析出銅，陽(yáng)極放出氧氣，A2 [例2]水，能使溶液和電解前相同的是（）A.AgNO3 B.H2SO4C.NaOH 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，能使溶液和電解前相同”，那就是要找選項(xiàng)中電解時(shí)只消耗了水的。AgNO3放電，不是電解水H2SO4溶液電解時(shí)H+放電，實(shí)質(zhì)是電解水NaOH溶液電解時(shí)H+放電，實(shí)質(zhì)上是電解水NaCl答案：BC[3]1mol/L下列物質(zhì)的溶液，溶液的pH保持不變的是（）A.HCl B.NaOHC.NaCl D.Na2SO4解析：pH下降即c（H+）增大，引起[H+]增大的情況有以下幾種：①電解不活潑金屬的含氧酸鹽溶液，OH－放電，H+不放電；②電解含氧酸溶液，H+和OH－均放電，由于電解水，酸的濃度變大。引起pH增大的情況有以下幾種：①電解活潑金屬的無(wú)氧酸鹽及無(wú)氧酸的溶液，H+放電，OH－不放電；②電解強(qiáng)堿溶液，H+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(dāng)反應(yīng)完成后，酸性溶液變成了中性水，故pH變大。電解強(qiáng)堿強(qiáng)含氧酸鹽，pH將不變。答案：D44[4]MnO2KOHMnO2和固體KOHK2MnO；第二K2MnO4的濃溶液進(jìn)行電解以制取KMnO。試回答以下各問(wèn)：44制取K2MnO4的MnO2是這一氧化還原反應(yīng)劑，“連續(xù)攪拌”的作用是 。電解K2MnO4解析：MnO→KMnO+4+6。顯然MnO2 2 4 2是還原劑，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在KOH存在下與MnO2充分接觸以發(fā)生氧化還原反應(yīng)。電解K2MnO4KMnO，其中Mn+6+7，顯然MnO2-應(yīng)在陽(yáng)極失電子，4 42而陰極則應(yīng)H+得電子，因此兩極反應(yīng)為：陰極：2H++2e－=H↑24 陽(yáng)極：2MnO2－－2e－=2MnO4 答案：（1）還原劑；在連續(xù)攪拌中使O2KOHMnO2還原反應(yīng)：2MnO2+O2+4KOH 2K2MnO4+2H2O2（2）2K2MnO4+2H2O 2KMnO4+H↑+2KOH22陰極：2H++2e－=H↑24 陽(yáng)極：2MnO2－－2e－=2MnO4 [5]1L1mol/LCuSO4[Cu2+]為時(shí)，停止電解，向剩余溶液中加入下列何種物質(zhì)可使電解質(zhì)溶液恢復(fù)至原來(lái)狀況（）A.CuSO4 B.CuO4 C. D.CuSO·5H4 解析：電解過(guò)程中的反應(yīng)為：2陽(yáng)極：4OH－—4e－=2H2O+O陰極：2Cu2++4e－=2Cu22總反應(yīng)為：2CuSO4+2H2O 2H2SO4+2Cu+O↑24由以上反應(yīng)可知，電解使2molCuSO4和2molH2O變成了2molH2SO，同時(shí)析出銅，4放出

。溶液中每生成1mol/LHSO，即減少1mol/LCuSO1mol/LHO2 2 4 4 使溶液恢復(fù)至原來(lái)狀況，應(yīng)加入CuO，反應(yīng)為：CuO+H2SO4=CuSO4+H2O2 2 4 4 加入 ，也能與H2SO4反應(yīng)，生成CuSO4和H2O，但生成的水量較多，溶不能恢復(fù)至原來(lái)狀態(tài)。也可從溶液里減少了的物質(zhì)來(lái)考慮，這樣更簡(jiǎn)單一些，從溶液中析出的物質(zhì)是Cu和O，每放出1molO，即析出2mol與O1:1，所以，加入CuO可2 2使溶液恢復(fù)原狀。答案：B[例6]10000A的電流，求12 個(gè)電解槽每天理論上能生產(chǎn)多少千克Cl和2 通過(guò)電子的物質(zhì)的量為：陽(yáng)極：2Cl－－2e = 2 718953 xx=317831（g）（kg）2NaCl+2H2O Cl2+ H2+2NaOH71 2 80317.8 y z（kg）（kg）答案：1個(gè)電解槽理論上能生產(chǎn)Cl2為，H2為，NaOH為。[7]5minA池中收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體設(shè)A200mL，求通電前A池中原混合溶液Cu2+的濃度。解析：第③極質(zhì)量增加，說(shuō)明第③極銅棒上析出金屬銀，此極為陰極，電源的E極為負(fù)極，F(xiàn)極為正極．在A池中，電解液為混合溶液，顯然，在陰極Cu2+先放電，但要考慮到Cu2+完全放電后，H+放電的可能。A、B兩池串聯(lián)，在電解過(guò)程中，每個(gè)極上電子轉(zhuǎn)移的總數(shù)目相等是解答本題的基本依據(jù)。在A池中發(fā)生的反應(yīng)為：陽(yáng)極（②極）：4OH－－4e－=2H2O+O2↑陰極（①極）：2Cu2++4e－=2Cu若Cu2+完全放電后還有：4H++4e－=2H2↑轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為：÷（mol）由電極反應(yīng)可知，每轉(zhuǎn)移4mol電子，放出1molO2，所以②極上析出O2的體積為：÷4×（L）＜（L）2 說(shuō)明A池收集到的氣體中還有H。①極上放出H為：（L），即。2 ①極上析出Cu和放出H2Cu2+的物質(zhì)的量為[Cu2+（mol/L）答案：通電前A池中原混合溶液Cu2+的濃度為。【模擬試題】在鐵制品上鍍一定厚度的鋅層，以下方案設(shè)計(jì)正確的是（）鋅作陽(yáng)極，鍍件作陰極，溶液中含有鋅離子鉑作陰極，鍍件作陽(yáng)極，溶液中含有鋅離子鐵作陽(yáng)極，鍍件作陰極，溶液中含有亞鐵離子鋅作陰極，鍍件作陽(yáng)極，溶液中含有鋅離子最大且溶液pH減小的是（）CuCl2 B.KClC.CuSO4 D.用惰性電極電解飽和食鹽水，當(dāng)電源供給電子時(shí)，停止通電。若此溶液體積為所得電解液的pH是（ ）A.1B.8C.13D.14把兩片鉑片插入200g10％CuSO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)（消耗水的量忽略不計(jì)）是（）％％C.50％D.25％將兩根質(zhì)量分別為n1g和n2g的銀棒分別連接電源的正極和負(fù)極AgNO3溶液中，通電tsNA為（）用鉑作電極電解某種溶液，通電一段時(shí)間后，溶液的pH陰極得到氣體（兩種氣體均在相同條件下測(cè)定）。由此可知溶液可能是（）稀鹽酸 B.KNO3溶液C.CuSO4溶液 D.稀硫酸因發(fā)生電極反應(yīng)，直接破壞了該電極附近水的電離平衡的是（）電解氯化銅溶液時(shí)的陰極銅鐵原電池的負(fù)極（硫酸溶液為電解質(zhì)）電解食鹽水時(shí)的陰極鐵片上鍍鋅時(shí)的陰極如圖所示各容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序是（）A.④＞②＞①＞③ B.②＞①＞③＞④C.④＞②＞③＞① D.③＞②＞④＞①2溶液，F(xiàn)3溶液，將四個(gè)鉑電極串聯(lián)起來(lái)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100mLAgNO3溶液當(dāng)陽(yáng)極上產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為56mL（電解時(shí)，陰極無(wú)氫氣析出，電解液的體積在電解前后基本不變）此時(shí)溶液的pH為（ ）A.1 B.13 C.7為探索月球上是否有生命痕跡，科學(xué)家用氘鹽酸（DCl）和重水（D2O）溶液處理月球上某巖石樣品，若電解這種氘鹽酸，在陽(yáng)極上放出氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況，下同），）A.560mL B.1120mL C. D.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一定時(shí)間（ ）溶液的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(yáng)極和陰極電解一定組成的P到原來(lái)組成的P溶液的正確組合是下列各組中的（）分析圖，按下列要求寫(xiě)出有關(guān)的電極反應(yīng)式或化學(xué)方程式此裝置池，其中鐵極。炭棒上發(fā)生的電極反應(yīng)式。鐵棒上發(fā)生的電極反應(yīng)式。溶液中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。工業(yè)上為了處理 的酸性工業(yè)廢水采用以下處理方法向工業(yè)廢水中加入適量NaCl，以Fe為電極進(jìn)行電解，經(jīng)一段時(shí)間后，有 和 沉淀產(chǎn)生，使工廢水中鉻含量低