電解原理
考點(diǎn)1 電解池的構(gòu)成和電解的基本原理
1.(1)電解的反應(yīng)原理：在 時在陰、陽兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
(2)電解池：一種把 的裝置
(3)電解的電路原理：導(dǎo)線上(外電路)電子從電源的負(fù)極流出經(jīng)導(dǎo)線流向電解池的陰極，電解池的陽極上產(chǎn)生電子經(jīng)導(dǎo)線流入電源的正極。溶液中(內(nèi)電路)陰離子移向 ，失去電子，陽離子移向 ，得到電子。
2.電解池的構(gòu)成：
① 、導(dǎo)線 ②兩個電極(金屬或非金屬導(dǎo)體) ③電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))
特別提醒：電解池的陰陽極由電源的正負(fù)級決定
3.電解原理：
以惰性電極(C、Pt)電解CuCl2溶液為例：
[例1] 能用電解原理說明的問題是 ( )
①電解是電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能;②電解是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?③電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電是化學(xué)變化,金屬的導(dǎo)電是變化;④不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),通過電解的原理可以實(shí)現(xiàn);⑤任何溶液被電解時必然會導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)的發(fā)生
A.①②③④ B.②③⑤ C.③④ D.①③④⑤
[解析]電解質(zhì)溶液導(dǎo)電時,溶液中的陰陽離子分別向陽極和陰極移動,在兩個電極上得失電子,發(fā)生氧化還原, 所以電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程就是電解過程，此時電源提供電能,把不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)變成現(xiàn)實(shí)。金屬的導(dǎo)電只是自由電子的定向移動不存在電子得失沒有新物質(zhì)產(chǎn)生，是一種物理過程。
【答案】D
[技巧]組合式選擇題可以通過排除法進(jìn)行選擇。②和①中只有一個說法是正確的，根據(jù)電解原理①是正確的。
考點(diǎn)2電極反應(yīng)式的書寫及溶液濃度和PH的變化
1.離子放電順序的判斷
陽離子在陰極得電子順序與 相反
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
陰離子在陽極失電子順序
金屬陽極>S2->SO32->I->Br->Cl->OH->高價含氧酸根離子>O2->F
特別提醒：要注意在水溶液中有些離子不發(fā)生放電
2.電極產(chǎn)物的判斷
陽極:①根據(jù)電極的類型(活潑金屬和惰性電極金屬);②根據(jù) 順序.
陰極:根據(jù) 順序
3.用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律
電解水型：
電極反應(yīng)：陰極 4H++4e-=2H2↑;陽極 4OH--4e-=2H2O+O2↑
總反應(yīng)式：
包括高價含氧酸(H2SO4、HNO3)、強(qiáng)堿[NaOH、Ba(OH)2] 、活潑金屬的高價含氧酸鹽[Na2SO4、K2CO3、Al2(SO4)3]。
(1)分解電解質(zhì)型：
電極反應(yīng)式：陰極：amMn++mnae-=amM 陽極：anYm--mnae-=nYa
包括無氧酸(除HF) 、不活潑金屬的無氧酸鹽溶液(如CuCl2)
(2)放氫生堿型：活潑金屬的無氧酸(除氟化物)鹽(如NaCl、MgBr2)溶液的電解
以NaCl溶液為例：
電極反應(yīng)式：陰極 2H++2e-=H2↑;陽極 2Cl--2e-=Cl2↑
總反應(yīng)式：
陰極由于H+放電，破壞了水的電離平衡，水的電離程度增大，電極附近溶液中OH-濃度增大，溶液pH值增大，整個電解質(zhì)溶液堿性增強(qiáng)，pH值增大。
(3)放氧生酸型： (如CuSO4、AgNO3)溶液的電解
以CuSO4溶液為例：
電極反應(yīng)式：陰極 2Cu2++4e-=2Cu;陽極 4OH--4e-=O2↑+2H2O
總反應(yīng)式：
陽極由于OH-放電，破壞了水的電離平衡，水的電離程度增大，電極附近溶液中H+濃度增大，溶液pH值減小，整個電解質(zhì)溶液酸性增強(qiáng)，pH值減小
4.電極方程式的書寫和總的離子反應(yīng)式的書寫
電極方程式是以實(shí)際反應(yīng)的微粒符號來表示的，當(dāng)水中的氫離子或氫氧根離子參加反應(yīng)時，在電極反應(yīng)式中表示時就以H+或OH-表示。
總的離子反應(yīng)式表示時要注明反應(yīng)條件-電解，總式的書寫要符合離子方程式的書寫要求。
[例2] (2007年江蘇卷，電解)某同學(xué)按圖所示的裝置進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)。下列說法正確的是( )
(A)電解過程中，銅電極上有H2產(chǎn)生
(B)電解初期，主反應(yīng)方程式為：Cu+H2SO4 CuSO4+H2↑
(C)電解一定時間后，石墨電極上有銅析出
(D)整個電解過程中，H+的濃度不斷增大
[解析] 陽極為銅電極，始終為Cu失電子變?yōu)镃u2+,故A錯;陰極為石墨，先是H+得電子放出H2，后是Cu2+得電子析出Cu，故BC對，在電解過程中消耗H+，因此濃度變小，故D錯。
【答案】BC。
[方法技巧]要學(xué)會根據(jù)放電順序來分析電極反應(yīng)，從而解答相關(guān)問題。
考點(diǎn)3：電解原理的有關(guān)應(yīng)用。
1.電解精煉銅
(1)裝置組成
①電極材料： 與電源的正極相連作陽極， 與電源負(fù)極相連作陰極
②電解質(zhì)溶液：用 作電解液
③反應(yīng)原理：陽極銅以及比銅活潑的雜質(zhì)金屬鋅、鐵、鎳等失電子被氧化，轉(zhuǎn)化成離子進(jìn)入溶液中，不活潑金屬如金和銀等沉積在陽極下面形成陽極泥，陰極Cu2+得電子被還原在陰極上析出，其它如Zn2+、Fe2+留在溶液中。
④特征：電解精煉過程中CuSO4溶液的濃度幾乎不變，產(chǎn)品純度高。
2.電鍍
(1)裝置組成：
①電極材料： (如精銅)與電源的正極相連作陽極， (如鐵制品)與電源負(fù)極相連作陰極
②電解質(zhì)溶液：用含 的電解質(zhì)配成溶液(如CuSO4溶液加一些氨水)作電鍍液
(2)反應(yīng)原理：陽極鍍層金屬(銅)失電子被氧化，轉(zhuǎn)化成離子進(jìn)入溶液中，陰極鍍層金屬離子Cu2+得電子被還原在陰極上析出。
(3)特征：電鍍過程中電解質(zhì)CuSO4溶液的濃度幾乎不變。
3.氯堿工業(yè)
工業(yè)上用電解飽和食鹽水的方法來制取燒堿、氯氣和氫氣，并以它們?yōu)樵线M(jìn)一步生產(chǎn)一系列化工產(chǎn)品,稱氯堿工業(yè)。
(1) 離子交換膜法電解池的組成：
以石墨為陽極，以鋼棒為陰極,精制的飽和食鹽水為電解質(zhì)溶液，用陽離子交換膜將電解槽隔成陰極室和陽極室。
(2) 電解飽和食鹽水的反應(yīng)機(jī)理：
電極反應(yīng)式：陰極 ;陽極
總反應(yīng)式：
陽極 陰極產(chǎn)物
在上述反應(yīng)中，由于H+在陰極上得到電子而生成H2，破壞了附近的水的電離平衡，促進(jìn)了水的電離，結(jié)果陰極區(qū)溶液中OH-濃度增大而呈堿性。
(3) 電解用飽和食鹽水的精制
基本步驟：
(4) 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，而且阻止陰離子(Cl-、OH-)和氣體通過。這樣既可以防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(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。
[例3] (09廣州市高三調(diào)研測試)下列關(guān)于銅電極的敘述正確的是 學(xué)科網(wǎng)
A.銅鋅原電池中銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng) 學(xué)科網(wǎng)
B.電解飽和食鹽水制燒堿時，用銅作陽極 學(xué)科網(wǎng)
C.電解法精煉銅時，粗銅連接電源的正極 學(xué)科網(wǎng)
D.電鍍銅和精煉銅時，均用純銅作陰極 學(xué)科網(wǎng)
[解析] 銅鋅原電池中銅電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng);電解飽和食鹽水制時，陽極為石墨;電解法精煉銅時，粗銅作陽極被氧化，純銅作陰極，故C正確;電鍍銅時，銅作陽極被氧化而進(jìn)入溶液中。
【答案】C
[規(guī)律總結(jié)] 電解精煉鎳的化學(xué)原理類似電解精煉銅，要熟悉電解精煉銅的有關(guān)。
參考答案
考點(diǎn)1 電解池的構(gòu)成和電解的基本原理
1. 電流通過、電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能、陽極、陰極
2. 外接電源
考點(diǎn)2 電極反應(yīng)式的書寫及溶液濃度和PH的變化
1.金屬活潑性
2.陰離子放電、陽離子放電
3.不活潑金屬的高價含氧酸鹽
考點(diǎn)3 電解原理的有關(guān)應(yīng)用
1. 粗銅、純銅、CuSO4溶液
2.鍍層金屬、待鍍金屬制品、鍍層金屬離子
3.2H++2e-=H2↑;2Cl--2e-=Cl2↑
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