電解原理

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一. 教學(xué)內(nèi)容：電解原理

二. 教學(xué)目標(biāo)：

1、了解電解池的結(jié)構(gòu)特點；

2、掌握電解原理，電極反應(yīng)式及電解方程式的書寫。

三. 教學(xué)重點、難點：

電解原理，電極反應(yīng)式及電解方程式的書寫

四. 分析：

（一）電解池的結(jié)構(gòu)特點及電解反應(yīng)原理：

電解池：把電能轉(zhuǎn)化為能的裝置。電解池分陰、陽極，陰極與電源的負(fù)極相連，發(fā)生還原反應(yīng)；陽極與電源的正極相連，發(fā)生氧化反應(yīng)。

說明：

1、電解與電離的比較：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，在這一過程中有新的物質(zhì)生成，發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。而電離是電解質(zhì)在水溶液中或熔融狀態(tài)下離解成自由移動的離子的過程，它沒有新的物質(zhì)生成，不屬于化學(xué)變化。

2、組成電解池的條件有：外接直流電源且與兩極相連；兩個電極；電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)。

3、電解池的電極分陰陽極，其中與電源的負(fù)極相連的稱為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)；與電源的正極相連的稱為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)。

4、電解池電子流向：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。溶液中離子的移動方向：溶液中陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動。

5、電解池的反應(yīng)原理：

陽極：活性電極（除鉑、金以及非金屬等惰性電極）以及溶液中的陰離子失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。

（二）電解產(chǎn)物的判斷：電解質(zhì)溶液通直流電進(jìn)行電解時，對電解產(chǎn)物的判斷，既要考慮陰陽離子的氧化還原，還要考慮電極材料、離子濃度、溶液的酸堿性等．判斷電解產(chǎn)物首先考慮電極材料，然后再根據(jù)電解質(zhì)溶液中離子的放電順序進(jìn)行判斷．

說明：

1、電極材料可分為活性電極和惰性電極兩種，活性電極為在金屬活動性順序表中銀以前的金屬所作的電極，作為陽極時，可作為還原劑參加電極反應(yīng)，作陰極時一般不反應(yīng)；而惰性電極是由鉑、金以及非金屬元素組成的電極，它們在電解池中無論是作陽極還是作陰極，都不參與電極反應(yīng)．

2、活性電極（金屬電極）作陽極，陽極反應(yīng)總是金屬電極發(fā)生失電子反應(yīng)即氧化反應(yīng)．而陰極反應(yīng)與用惰性電極電解溶液時情況相同，不參與電極反應(yīng)．可用電極反應(yīng)式表示如：陽極：Ｍ－ne－＝Mn＋．

3、用惰性電極電解電解質(zhì)溶液時，溶液中陰陽離子的放電順序如下：

電解過程中陰離子的放電順序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－，即陰離子的還原性越強，其在電解池的陽極越容易失去電子．

4、用惰性電極電解不同的電解質(zhì)溶液時，電解質(zhì)溶液和電極產(chǎn)物是不一樣的．我們可以分為以下幾種情形加以分析：

①電解電解質(zhì)本身，即電解質(zhì)溶液的陰陽離子分別在電解池的陽極和陰極放電．如：電解CuCl2（陽極：2Cl－?D2e－ ＝Cl2，陰極：Cu2 ＋2e－＝2Cu）、HCl溶液（陰極：2H ＋2e－＝H2↑，陽極：2Cl－－2e－＝Cl2↑）．即電解無氧酸或無氧酸的某些弱堿鹽溶液時，就是電解它本身，此時電解質(zhì)溶液的濃度降低．

②電解時，電解質(zhì)的陽離子放電，陰離子不放電，如：電解硝酸銀溶液（陽極：4OH－－4e－＝2H2O O2，陰極：4Ag＋ 4e－＝Ag，4AgNO3 2H2O＝4Ag O2↑ 4HNO3）或硫酸銅溶液（陽極：4OH－－4e－＝2H2O O2，陰極：2Cu2 4e－＝2Cu，2CuSO4 2H2O＝2Cu O2↑ 2H2SO4）等．即電解含氧酸的某些弱堿鹽溶液時，電解質(zhì)和水都發(fā)生了變化，溶液的酸性增強．

③電解時，電解質(zhì)的陰離子放電，陽離子不放電，如：電解NaCl溶液

④電解過程中電解質(zhì)的陰陽離子都不放電，實際上就是電解水，此時的電極反應(yīng)式為：陽極：4OH－－4e－＝2H2O O2，陰極：4H＋＋4e－＝2H2，2H2O＝2H2↑ O2↑．即電解含氧酸的強堿鹽溶液，此時電解質(zhì)沒有變化，水減少，溶液的濃度增大，如電解硫酸鈉、氫氧化鈉、硫酸、硝酸等溶液．

5、在用惰性電極電解時，電解質(zhì)溶液減少的質(zhì)量等于陰陽兩極析出物質(zhì)的質(zhì)量之和。因此，若要加入某種物質(zhì)使電解質(zhì)溶液復(fù)原，原則上是“出什么加什么”即只要加入陰陽兩極析出的產(chǎn)物相互化合所形成的生成物即可。如陰極析出銅，陽極析出氧氣，則只需要加入氧化銅就可以使電解質(zhì)溶液復(fù)原。

【典型例題】

［例1］pH＝a的某電解質(zhì)溶液中，插入兩支惰性電極通直流電一段時間后，溶液的pH>a，則該電解質(zhì)可能是：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　�。ā　。�

A. NaOH B. H2SO4 C. AgNO3 D. Na2SO4

解析：A電解NaOH溶液，陽極消耗OH－，陰極消耗Ｈ＋，實際上是電解水，由于溶液體積減小，溶質(zhì)NaOH溶液濃度變大，pH增大．

B電解稀硫酸溶液，實質(zhì)上也是電解水，液體體積變小，溶質(zhì)硫酸濃度增大，pH減�。�

C電解硝酸銀溶液，陰極上Ag＋放電，陽極上消耗水電離出的OH－，Ｈ＋濃度增大，pH減小，電解反應(yīng)為：4AgNO3＋2H2O＝4Ag＋4HNO3＋O2↑

D電解Na2SO4溶液，實質(zhì)上也是電解水，液體體積變小，溶質(zhì)Na2SO4濃度增大，pH不變．

答案：A

［例2］用石墨做電極電解1mol/LCuSO4溶液，當(dāng)c（Cu2 ）為0.5mol/L時，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)至原來狀況　　　　　�。ā　。�

　　A. CuSO4 B. CuO C. Cu（OH）2 D. CuSO4?5H2O

解析：電解過程中的反應(yīng)為：陽極：4OH－－4e－＝2H2O O2，陰極：2Cu2 4e－＝2Cu，2CuSO4 2H2O＝2Cu O2↑ 2H2SO4．由以上反應(yīng)可知，電解使2molCuSO4和2molH2O變成了2molH2SO4，同時析出銅，放出氧氣．溶液中每生成 1molH2SO4，即減少1molCuSO4和1molH2O．由此可知，要使溶液恢復(fù)至原來狀況，應(yīng)加入CuO，反應(yīng)為

CuO＋H2SO4＝CuSO4＋H2O．

加入Cu（OH）2，也可與H2SO4反應(yīng)，生成CuSO4和H2O，但生成的水量較多，溶液不能恢復(fù)至原狀況．

Cu（OH）2＋H2SO4＝CuSO4＋2H2O

本題也可從溶液中減少的物質(zhì)來考慮，這樣更簡單一些，從溶液中析出的物質(zhì)是銅和氧氣，每放出1mol氧氣，即析出2mol銅，銅與氧氣的物質(zhì)的量之比為2：1，所以加入CuO可恢復(fù)原狀況．

答案：B

［例3］已知鉛蓄電池的兩極分別為Pb和PbO2，在放電時起原電池的作用，充電時起電解池的作用．鉛蓄電池發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式可表示為：

（1）寫出放電時負(fù)極發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：　　　　　　　　　　　　　．

（3）給蓄電池充電時，若要使3.03gPbSO4轉(zhuǎn)變?yōu)镻b和PbO2，需多少物質(zhì)的量的電子．

解析：此題涉及蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)原理、電解CuSO4溶液的反應(yīng)原理、電極反應(yīng)和有關(guān)電池反應(yīng)、電解反應(yīng)的計算等知識．考查的分析能力、計算能力以及的嚴(yán)密性和整體性．解此題的關(guān)鍵在于：①弄清蓄電池以及電解CuSO4溶液的反應(yīng)原理；②把握電池反應(yīng)和電解反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等這一恒等關(guān)系．

e- ＝PbSO4↓

（2）由電池反應(yīng)< style='width:201.75pt;> 有2e-－2H2SO4的關(guān)系，以及電解反應(yīng)：2CuSO4 2H2O＝2Cu O2↑ 2H2SO4．得出4e－－2H2SO4－Cu的關(guān)系．則電解CuSO4溶液生成的銅的物質(zhì)的量為：1.6/64＝0.025mol，所以蓄電池中消耗的硫酸的物質(zhì)的量為0.05mol．

e-－2PbSO4的關(guān)系．3.03gPbSO4的物質(zhì)的量為3.03/303＝0.01mol，則轉(zhuǎn)變?yōu)镻b和PbO2需電子的物質(zhì)的量為0.01mol．

答案：（1）Pb＋ －2e－＝PbSO4↓；（2）0.05mol；（3）0.01mol

e－＝Cu2 ；陰極上生成H2，電極反應(yīng)為：2H＋＋2e－＝H2，陰極累積的OH－與陽極生成的Cu2 反應(yīng)生成Cu（OH）2沉淀．總反應(yīng)為：Cu＋2H2O＝Cu（OH）2＋H2（電解），即每生成amol的H2，就有2amol的水被電解，分解的水與被析出的晶體可組成T℃的飽和Na2SO4溶液．該飽和溶液的質(zhì)量為bg＋2amol×18g/mol＝（b＋36a）g．溶質(zhì)的質(zhì)量為：142b /322g，則Ｔ℃的飽和Na2SO4溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：71b/161（b＋36a）

答案：71b/161（b＋36a）

【模擬】

1、在水中加等物質(zhì)的量的Ag ，Pb2 ，Na ，SO42－，NO3－，Cl－，該溶液放在用惰性電極做電極的電解槽中，通電片刻，則氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的質(zhì)量比為 （ ）

A. 氧化銅加硫酸銅 B. 氫氧化鈉加氫氧化鈉

B. a為負(fù)極，b為正極；NaClO和NaCl

D. a為陰極，b為陽極；HClO和NaCl

4、用質(zhì)量均為100g的銅作電極電解硝酸銀溶液，電解一段時間后，兩電極質(zhì)量相差28g，此時陽極質(zhì)量　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　�。ā　　。�

A. 電解稀硫酸溶液實質(zhì)上是電解水，溶液pH不變

C. 電解硫酸鈉溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1：2

A. 陰極至始至終只析出H2

C. 電解最后階段為電解水

A. Ｘ是正極，Ｙ是負(fù)極

C. CuSO4溶液的pH值逐漸增大

8、用惰性電極電解M（NO3）x的水溶液，當(dāng)陰極上增重a g時，在陽極上同時產(chǎn)生b L氧氣（標(biāo)準(zhǔn)狀況），從而可知M的相對原子質(zhì)量為　　（　　�。�

A. 1　　　　　　 B. 8　　　　　　 C. 13　　　　　 D. 14

10、由于Fe（OH）2極易被氧化，所以實驗室很難用亞鐵鹽溶液與燒堿反應(yīng)制得白色純凈的Fe（OH）2沉淀，應(yīng)用下圖電解實驗可以制得白色純凈的Fe（OH）2沉淀．兩電極材料分別為石墨和鐵．

（2）電解液c可以是 （填編號）

（3）b為苯，其作用是 ，加入苯之前對c應(yīng)作何簡單的處理 ，作用是 ．

11、如圖所示，若電解5min時銅電極增重2,高中學(xué)習(xí)方法.16g，試回答：

（1）電源電極X名稱為　　　　　　。C裝置是　　　　　池；

（2）pH變體為：A　　　　　��；B　　　　　　��；C　　　　　　　；

（3）通電5min時，B中共收集224mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況），溶液體積為200mL（設(shè)電解前后體積沒變化）則通電前硫酸銅溶液的物質(zhì)的量濃度是多少？

（4）若A中KCl溶液的體積也是200mL，電解后，溶液的pH是多少？（設(shè)電解前后體積無變化）

12、電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。右圖表示一個電解池，裝有電解液a；X、Y是兩塊電極板，通過導(dǎo)線與直流電源相連。請回答以下問題：

①電解池中X極上的電極反應(yīng)式為

在X極附近觀察到的現(xiàn)象是　　　　　　　　。

（2）如要用電解精煉粗銅，電解液a選用CuSO4溶液，則

②Y電極的材料是　　　　　　，電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　。

求：①M（NO3）x•nH2O中x的值

②求M的相對原子質(zhì)量和n的值。

【試題答案】

1、C　　2、C　　3、B　　4、D　　5、D　　

6、D　　7、B　　8、C　　9、C　　

10、（1）Fe　　Fe－2e－＝ Fe2＋

（3）隔絕空氣，防止生成的氫氧化亞鐵被空氣中的氧氣所氧化　　　加熱c　　　　以除去溶解在其中的氧氣

11、（1）負(fù)極　　　電鍍

（3）0.025mol/L

②2Cl－－2e－＝Cl2↑

（2）①純銅　Cu2 2e－＝Cu



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