电解原理及应用

电解原理及应用

教学重点：电解原理

一、电解原理

1．电解：

使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。

2．电解池的组成：

⑴阳极——与电源正极相连

阴极——与电源负极相连

⑵形成条件:

①直流电源

②两个电极

③电解质溶液(或熔化的电解质)

④形成闭合回路

3．电解反应类型

⑴惰性电极：（电极不参加反应）

①只有电解质参加的反应

例：电解CuCl2溶液

阴极反应：Cu2++2e-=Cu

阳极反应：2Cl--2e-=Cl2↑

总反应：CuCl2Cu+Cl2↑

在电场作用下，CuCl2溶液中阳离子（Cu2+，H+）向阴极移动，阴离子（Cl-，OH-）向阳极移动。Cu2+得电子能力大于H+，Cl-失电子能力大于OH-。

②只有水参加的反应：

例：电解H2SO4溶液

阳极：4OH--4e-=2H2O+O2↑

阴极：2H++2e-=H2↑

总反应：2H2O 2H2↑+O2↑

电解H2SO4溶液，相当于电解水，不断电解过程中H+浓度增大，H2SO4浓度增大，溶液pH值减小。

③水和电解质均参加反应。

例：电解NaCl溶液

阳极：2Cl--2e-=Cl2↑

阴极：2H++2e-=H2↑

总反应：2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH

电解过程中H+得电子，破坏水的电离平衡，H2O H++OH-，水的电离平衡向右移动，溶液pH值增大。

⑵电极参加反应[金属做阳极（除Pt外）]：

例：金属作阳极时，金属失电子，而不是阴离子失电子。在阳极，Cu失电子能力大于SO42-、OH-，因此电极Cu首先失电子：

阳极反应：Cu-2e-=Cu2+

阴极反应：2H+-2e-=H2↑

总反应：Cu+2H + Cu2++H2↑

从总反应看出不活泼的Cu将较活泼H置换出来，不符合金属活动顺序表，因此化学反应

能不能发生没有严格界限，不能自发进行的反应，提供能量（如电解）也能进行。

二、电解反应规律：

1．当惰性材料做电极时，阴、阳离子放电顺序为：

盐的类型实例参加电解物质溶液pH 使溶液复原应加入物质

1、A-C盐Na2SO4KNO3

H2O

不变

H2O A的碱KOH NaOH 增大

C的酸H2SO4HNO3减小

2、B-D盐CuCl2HgCl2

电解质

不定CuCl2、HgCl2 D的酸HCl HBr 增大HCl、HBr

3、A-D盐NaCl KBr

H2O+电解质

增大HCl、HBr 4、B-C盐CuSO4AgNO3减小CuO、Ag2O

说明：

①阴阳离子在两极上放电顺序复杂，与离子性质、溶液浓度、电流强度、电极材料等都有关，

不应将放电顺序绝对化，以上仅是一般规律。

②电解过程中析出的物质的量（或析出物质的质量）：在电解若干串联电解池中的溶液时，

各阴极或阳极所通过的电量相等，析出物质的量取决于电路中通过的电量。

2．金属作阳极（Pt除外）时，金属失电子发生氧化反应，阴极上阳离子放电顺序不变。

三、电解原理的应用

电解食盐水电解Al2O3(熔融态) 电镀电解精炼装置示意图

阴极反应2H++2e-=H2↑4Al3++12e-=4Al Zn2++2e-=Zn Cu2++2e-=Cu （精铜）

阳极反应2Cl--2e-=Cl2↑6O2--12e-=3O2↑Zn-2e-=Zn2+Cu-2e-=Cu2+（粗铜）

电解总反应2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑

2Al2O34Al+3O2↑——

说明(1)阴极室与阳极室应用

隔膜分开。

(2)食盐水需经净化，除

Mg2+、Ca2+、SO42-等离子。

(1)为降低Al2O3熔点，需

加助熔剂（冰晶石）。

(2)阳极生成的O2与碳反

应，生成CO2，需要定期

更换石墨阳极。电解生成

的铝积存在槽底，定期汲

出。

(3)实际过程复杂，上述反

应仅是粗略的表示

(1)镀件必须作阴极。

(2)镀层金属作阳极。

(3)用含镀层阳离子的

溶液作电镀液。

(1)粗铜作阳极，溶解下

来。

(2)精铜作阴极。

说明：金属冶炼

四、原电池和电解池的区别和联系

原电池电解池能量转化化学能→电能电能→化学能

反应特征自发进行的氧化还原反应非自发进行的氧化还原反应

电极名称

由电极本身决定

负极：相对较活泼金属

由电源决定

阴极：与负极相连

正极：相对不活泼金属阳极：与正极相连

电极反应负极：氧化反应

正极：还原反应

阴极：还原反应

阳极：氧化反应

装置特征无电源，两极不同有电源，两极可以相同，也可以不同电子流动方向

溶液中离子流向阳离子移向正极

阴离子移向负极

阳离子移向阴极

阴离子移向阳极

联系两者均发生氧化还原反应

说明：

电解池有两种连接方式：串联、并联

五、介绍几种常见的电池

1、普通锌锰电池(干电池)

干电池是用锌制圆筒形外壳负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉作正极，在石墨周围有MnO2作去极剂(吸附正材放出的H2，防止产生极化现象)。

电极反应为：

负极：Zn—2e-=Zn2+

正极：2NH4++2e-=2NH3+H2H2+2MnO2=Mn2O3+H2O

正极产生的NH3又和ZnCl2作用：Zn2++4NH3=[Zn(NH3)4]2+

淀粉糊的作用是提高阴、阳离子在两个电极的迁移速度。

电池的总反应式：2Zn+4NH4Cl+2MnO2=[Zn(NH3)4]Cl2+ZnCl2+Mn2O3+H2O

干电池的电压通常约为1.5V，不能充电再生。

2、铅蓄电池

铅蓄电池可放电和充电，具双重功能。它是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳，在正极板