電解原理及應(yīng)用【本講教育信息】一. 教學(xué)內(nèi)容：電解原理及應(yīng)用二. 教學(xué)目標(biāo)理解電解原理，掌握電極反應(yīng)式的書寫及電解原理的應(yīng)用三. 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)電解原理教學(xué)過程一、電解原理：電解是電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程；電解池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置；構(gòu)成條件為：必須連接有直流電源，要有電極（陰、陽極），以及電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)。在電解過程中與電源正極相連的極稱為陽極，在陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)；與電源負(fù)極相連的極稱為陰極，在陰極上發(fā)生還原反應(yīng)；電解質(zhì)溶液中的陰離子移向陽極，陽離子移向陰極。說明：1、電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程實(shí)質(zhì)上就是其電解過程。在電解池中電子流向：電子由電源的負(fù)極電解池的陰極，再由電解質(zhì)溶液電解池的陽極電源正極。溶液中離子的移動(dòng)方向：溶液中陽離子向陰極移動(dòng)，陰離子向陽極移動(dòng)。2、電解與電離的比較：電離電解條件電解質(zhì)溶于水或熔化狀態(tài)下電解質(zhì)電離后, 再通直流電過程電解質(zhì)離解成為自由移動(dòng)的離子, 如CuCl2Cu22Cl陰、陽離子定向移動(dòng), 在兩極上失、得電子成為原子或分子, 如CuCl2Cu（陰極）Cl2（陽極）特點(diǎn)只產(chǎn)生自由移動(dòng)的離子發(fā)生氧化還原反應(yīng), 生成新物質(zhì)聯(lián)系電解必須建立在電離的基礎(chǔ)上3、電解池與原電池的判斷：有外加電源的裝置一定是電解池，無外加電源的裝置一定是原電池, 多池組合時(shí), 一般是含有活潑金屬的池為原電池，其余都是在原電池帶動(dòng)下工作的電解池；若最活潑的電極相同時(shí)，則兩極間活潑性差別較大的是原電池，其余為電解池。4、電解池的反應(yīng)原理：放電：陽離子得到電子或陰離子失去電子。離子放電的順序取決于離子的本性，也與離子濃度和電極材料有關(guān)。（1）陽極產(chǎn)物的判斷先看電極，若是活潑電極（金屬活動(dòng)順序表Ag以前，包含Ag），電極放電，溶液中的陰離子不放電；若是惰性電極（如鉑、石墨等），則看溶液中陰離子的失電子能力。 在惰性電極上，陰離子放電順序?yàn)椋海?）陰極產(chǎn)物的判斷：直接根據(jù)陽離子放電順序進(jìn)行判斷，陽離子放電順序?yàn)椋鹤⒁猓焊邇r(jià)含氧酸根離子一般不放電 5、分析電解問題的基本思路：通電前：電解質(zhì)溶液中含有哪些陰、陽離子（包括水電離出的H和OH）。通電時(shí)：陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，結(jié)合放電順序分析誰優(yōu)先放電。寫電極反應(yīng)式，并結(jié)合題目要求分析電解結(jié)果，如兩極現(xiàn)象、水的電離平衡移動(dòng)、離子濃度的變化、pH變化等。分析討論按要求填寫下表（用惰性電極電解下列物質(zhì)的溶液）電解質(zhì)（溶液）陽極反應(yīng)陰極反應(yīng)總反應(yīng)方程式溶液pH變化CuCl22Cl2eCl2Cu22eCuCuCl2CuCl2稍變大HCl2Cl2eCl22H2eH22HClH2Cl2變大Na2SO44OH4e2H2OO22H2eH22H2O2H2O2不變H2SO44OH4e2H2OO22H2eH22H2O2H2O2減小NaOH4OH4e2H2OO22H2eH22H2O2H2O2增大NaCl2Cl2eCl22H2eH22NaCl +2H2O 2NaOH + H2+ Cl2增大CuSO44OH4e2H2OO2Cu22eCu2 CuSO42H2O2 Cu2H2SO4O2減小規(guī)律總結(jié)：用惰性電極電解不同的電解質(zhì)溶液時(shí)：電解質(zhì)的組成無氧酸（除HF）、不活潑金屬的無氧酸鹽（F除外）不活潑金屬的含氧酸鹽、活潑金屬的無氧酸鹽含氧酸、可溶性堿、活潑金屬的含氧酸鹽被電解的物質(zhì)電解質(zhì)本身電解質(zhì)和水都發(fā)生變化電解水實(shí)例CuCl2、HBr、HClNaCl、CuSO4、AgNO3H2SO4、NaOH、KNO3二、電解原理的應(yīng)用：1、電解精煉銅原理：粗銅的溶解與純銅的生成：陽極（粗銅）：Cu2e Cu2陰極（純銅）： Cu2 2eCu比銅活潑的金屬：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；比銅不活潑的金屬：Au、Pt不溶解，而以單質(zhì)沉積形成陽極泥；電解質(zhì)溶液中CuSO4的濃度基本不變；2、電鍍：鍍件作陰極，鍍層金屬作陽極，含鍍層金屬離子的電解質(zhì)配成電鍍液；電鍍銅的原理：陽極（鍍層金屬）：Cu2e Cu2陰極（鍍件）： Cu22eCu電鍍液濃度不變；3、氯堿工業(yè)：電解飽和食鹽水制氫氧化鈉和氯氣：電極反應(yīng)及總反應(yīng)：陽極反應(yīng)：2Cl2e Cl2（氧化反應(yīng)）陰極反應(yīng)：2H2eH2（還原反應(yīng)）總反應(yīng)離子方程式：2Cl2H2O2OH H2Cl2總反應(yīng)：陰極區(qū) 陽極區(qū)4、電冶金：通過電解熔融的氯化鈉制取金屬鈉，電解熔融的氧化鋁冰晶石的混合物制取金屬鋁：制取金屬鈉：陽極反應(yīng)：2Cl2e Cl2 陰極反應(yīng)：2Na2e2Na 制取金屬鋁：陽極反應(yīng)：612e 3O2 陰極反應(yīng)：4Al312e4Al 說明：1、原電池、電解池和電鍍池的比較：原電池電解池電鍍池定義（裝置特點(diǎn)）將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一層其他金屬的裝置反應(yīng)特征自發(fā)反應(yīng)非自發(fā)反應(yīng)非自發(fā)反應(yīng)裝置特征無電源，兩極不同有電源, 兩極可同可不同有電源形成條件1. 活潑性不同的兩極（連接）2.電解質(zhì)溶液（電極插入其中并與電極自發(fā)反應(yīng)）3.形成閉合回路1. 兩電極連接直流電源2. 兩電極插入電解質(zhì)溶液3. 形成閉合回路1. 鍍層金屬接電源正極, 待鍍金屬接電源負(fù)極2. 電鍍液必須含有鍍層金屬的離子電極名稱（電極構(gòu)成）負(fù)極: 較活潑金屬（電子流出的極）正極: 較不活潑的金屬 （或能導(dǎo)電的非金屬）（電子流入的極）陽極：與電源正極相連的極陰極：與電源負(fù)極相連的極名稱同電解,但有限制條件陽極:必須是鍍層金屬；陰極: 鍍件電極反應(yīng)負(fù)極: 氧化反應(yīng), 一般是金屬失電子正極: 還原反應(yīng),溶液中的陽離子得電子或者氧氣得電子（吸氧腐蝕）陽極: 氧化反應(yīng), 溶液中的陰離子失電子, 或電極金屬失電子陰極: 還原反應(yīng), 溶液中的陽離子得電子陽極: 金屬電極失電子陰極: 電鍍液中陽離子得電子電子流向正極陰極同電解池溶液中帶電粒子移動(dòng)陽離子向正極移動(dòng)陰離子向負(fù)極移動(dòng)陽離子向陰極移動(dòng)陰離子向陽極移動(dòng)同電解池聯(lián)系在兩極上都發(fā)生氧化和還原反應(yīng)2、氯堿工業(yè)：離子交換膜法制燒堿（1）：陽離子交換膜的作用：將電解槽隔成陰極室和陽極室，它只允許陽離子（Na）通過，而阻止陰離子（Cl、OH）和氣體通過?？煞乐笻2、Cl2混合爆炸，也可防止Cl2與NaOH反應(yīng)。（2）：食鹽的精制：粗鹽的成份：泥沙、Ca2、Mg2、Fe3、SO42雜質(zhì)，會(huì)與堿性物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，損壞離子交換膜；雜質(zhì)的除去過程： （3）、在精制食鹽時(shí)，所加除雜試劑均為過量，因此，所加試劑的順序必須是碳酸鈉在氯化鋇后面加入，以除去過量的Ba2。3、電冶金主要用于冶煉活潑性很強(qiáng)的金屬。在電解熔融的氧化鋁時(shí)，加入冰晶石的目的是為了降低氧化鋁的熔點(diǎn)，使氧化鋁能夠在較低的溫度下熔化，而不能用電解無水氯化鋁的方法冶煉金屬鋁。因?yàn)槁然X為共價(jià)化合物，熔融狀態(tài)時(shí)不導(dǎo)電。【典型例題】例1. 1L0.1mol/LAgNO3溶液在以Ag作陽極，F(xiàn)e作陰極的電解槽中電解，當(dāng)陰極增重2.16g時(shí)。下列判斷（設(shè)電解按理論進(jìn)行，溶液不蒸發(fā)） 正確的是：A. 溶液的濃度變?yōu)?.08mol/LB. 陽極上產(chǎn)生112mLO2（標(biāo)準(zhǔn)狀況）C. 轉(zhuǎn)移的電子數(shù)是1.2041022個(gè)D. 反應(yīng)中有0.01mol的Ag被氧化解析：本題所給的信息是：Ag作陽極，AgNO3溶液作電解液符合電鍍的條件，是一種電鍍裝置。則電極反應(yīng)式為：陽極：Age Ag，陰極：Age Ag，陽極減少的銀的質(zhì)量等于陰極析出的銀的質(zhì)量，電解質(zhì)溶液的濃度保持不變。由于在陰極析出2.16gAg即為0.02mol，則陽極減少0.02mol的Ag，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.02NA，即為1.2041022個(gè)。綜上所述，本題的答案為C答案：C例2. 在500gCuSO4溶液中，一極為鐵，一極為含雜質(zhì)鋅均勻的粗銅；通電一段時(shí)間后切斷電源，取出電極，此時(shí)鐵極析出7.04g銅，電解質(zhì)溶液增重0.02g，求粗銅中含鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。解析：電解精煉時(shí)電極反應(yīng)為：陽極（粗銅）：Cu2e Cu2，Zn2e Zn2陰極（鐵） ：Cu2 2eCu Cu2Zn2 m 1mol 1mol 1g x x 0.02g Zn溶解為0.02mol65gmol11.3g溶液中Cu2析出0.02mol64gmol11.28g鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：答案：粗銅中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.4%例3. 500 mL KNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中c（NO3）6molL1，用石墨作電極電解此溶液，當(dāng)通電一段時(shí)間后，兩極均收集到224 L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況），下列說法正確的是（假設(shè)電解前后溶液的體積不變） A. 原混合溶液中 c （K）為2 molL1 B. 上述電解過程中共轉(zhuǎn)移4 mol電子C.電解得到的Cu的物質(zhì)的量為0.5mol D. 電解后溶液中c（H）為2 molL1解析：本題的信息是用惰性電極電解KNO3和Cu（NO3）2混合溶液，電解后陰、陽兩極分別產(chǎn)生22.4L氣體，即1mol氣體。溶液中的陽離子有：Cu2、H；陰離子有OH、NO3。根據(jù)陰、陽離子的放電順序可得：陽極：4OH4e2H2OO2；陰極：Cu2 2eCu、2H2eH2 4mol 1mol 2mol 1mol 2mol 1mol則原溶液中含有Cu21mol，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為4mol，電解后溶液中增加的H的物質(zhì)的量為2mol，即c（ H）2mol/0.5L4mol/L。再根據(jù)溶液中陽離子所帶正電荷總數(shù)等于陰離子所帶負(fù)電荷總數(shù)，可得K的物質(zhì)的量為1mol，其濃度為2mol/L。綜上所述，本題的答案為AB答案：AB例4. 以鐵為陽極、銅為陰極，對(duì)足量的NaOH溶液進(jìn)行電解，一段時(shí)間后得到2molFe（OH）3沉淀，此時(shí)消耗水的物質(zhì)的量共為 A. 2molB. 3mol C. 4molD. 5mol解析：本題的信息為：鐵為陽極、銅為陰極，電解NaOH溶液，得到2molFe（OH）3。則根據(jù)信息，寫出電極反應(yīng)：陽極：Fe2e Fe2，陰極：2H2eH2總的電極反應(yīng)為：Fe2H2OFe（OH）2H2，而Fe（OH）2在空氣中易被氧化，反應(yīng)方程式為：4 Fe（OH）22H2OO24Fe（OH）3，則根據(jù)相互之間量的關(guān)系可得，每生成2molFe（OH）3沉淀，所消耗水的物質(zhì)的量為5mol。答案：D例5. 某硝酸鹽晶體的化學(xué)式是M（NO3）xnH2O，相對(duì)分子質(zhì)量為242，將1.21g該晶體溶于水配制成100mL溶液，用惰性電極進(jìn)行電解，當(dāng)有0.01mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，溶液中金屬離子全部析出，此時(shí)陰極增重0.32g。求：（1）金屬M(fèi)的相對(duì)原子質(zhì)量及x、n的值。（2）電解后溶液的pH（假設(shè)電解前后溶液的體積不變）。解析：本題的信息為：用惰性電極電解1.21gM（NO3）xnH2O的溶液，當(dāng)有0.01mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，溶液中金屬離子全部析出，此時(shí)陰極增重0.32g。則電極反應(yīng)式為：陽極：4OH4e2H2OO2；陰極：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再根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量之間的關(guān)系可得：n3答案：M的相對(duì)原子質(zhì)量及x、n的值分別為：64、2、3，電解后溶液的 PH為1例6. 工業(yè)上用MnO2為原料制取KMnO4，主要生產(chǎn)過程分為兩步進(jìn)行：第一步將MnO2和KOH粉碎，混勻，在空氣中加熱至熔化，并連續(xù)攪拌，制取K2MnO4；第二步將K2MnO4的濃溶液用惰性電極進(jìn)行電解，在陽極上得到KMnO4，在陰極上得到KOH。（1）制取K2MnO4的反應(yīng)方程式是 ，連續(xù)攪拌的目的是_。（2）電解K2MnO4的濃溶液時(shí)，兩極發(fā)生的電極反應(yīng)式：陰極是_，陽極是_ ；電解的總反應(yīng)方程式是 。解析：本題的信息為：工業(yè)上以MnO2為原料制取KMnO4。MnO2和KOH粉碎，混勻，在空氣中加熱至熔化，制取K2MnO4，說明是與空氣中的氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，其中O原子得到電子，而MnO2轉(zhuǎn)變?yōu)镵2MnO4，反應(yīng)方程式為：2MnO24KOHO22 K2MnO42H2O；而連續(xù)攪拌的目的則是為了讓反應(yīng)物充分接觸，使反應(yīng)順利進(jìn)行。用惰性電極電解K2MnO4的濃溶液，在陽極上得到KMnO4，說明陽極是MnO42放電發(fā)生氧化反應(yīng)；陰極是H放電，產(chǎn)生H2，從而使溶液的pH升高，生成KOH。具體的電極反應(yīng)式為：陰極：2H2eH2；陽極：MnO42eMnO4總反應(yīng)式：2K2MnO42H2O2KMnO42KOHH2 答案：（1）2MnO24KOHO22 K2MnO42H2O；讓反應(yīng)物充分接觸，使反應(yīng)順利進(jìn)行（2）陰極：2H2eH2；陽極：MnO42eMnO4總反應(yīng)式：2K2MnO42H2O2KMnO42KOHH2