电解池原理

电解原理及其应用

一、电解池原理

1、电解CuCl2溶液

实验步骤：在装有CuCl2溶液的U型管两端，分别插入碳棒作电极，并接上电流计，接通12 V 的直流电源，形成闭合回路。把湿润的淀粉碘化钾试纸放在与直流电源正极相连的电极附近，观察U 型管内碳棒、溶液颜色、试纸颜色的变化和电流计指针的偏转情况。

实验现象及分析：与电源的负极相连的碳棒上有一层红色的固体析出，说明有铜生成；与电源的正极相连的碳棒上有气泡产生，并有刺激性气味，发现湿润的淀粉碘化钾试纸变成了蓝色，说明有氯气生成；电流计指针发生偏转，说明有电流通过；溶液的颜色逐渐变浅，说明Cu2+的浓度逐渐减小。

实验注意事项：电解时间不宜太长，避免产生的氯气污染环境，或者可以将蘸有浓NaOH溶液的棉花塞在U型管两端，吸收有毒气体。

小结：CuCl2溶液在通电时发生了化学变化，生成了Cu和Cl2。

2、电解池及电解原理

（1）电解：使电流通过电解质溶液或融熔电解质而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。

（2）电解池：把电能转化为化学能的装置。

（3）电解池的电极名称：

阴极：发生还原反应的电极。

与电源的负极相连的电极；吸引溶液中的阳离子。

阳极：发生氧化反应的电极。

与电源的正极相连的电极，吸引溶液中的阴离子。

（4）电解池的组成：

直流电源、电极、电解质溶液或熔融的电解质，用导线连接成闭合电路。

（5）电解池的工作原理：

在直流电源的作用下，使电解质溶液中的离子向阴阳两极移动，并在两极发生氧化还原反应。电解质溶液的导电的过程就是电解过程。

以电解CuCl2溶液为例，

通电前，存在两个电离过程：CuCl2=Cu2+＋2Cl - H2O H+ +OH–

通电后，阴离子（Cl-、OH-）移向阳极，在阳极上失去电子发生氧化反应；阳离子（Cu2+、H+）移向阴极，在阴极得到电子发生还原反应。

阳极：Cu2+＋2e- = Cu（还原反应）

阴极：2Cl--2e-= Cl2↑（氧化反应）

总反应式：CuCl2Cu+Cl2↑

3、放电顺序

（1）放电：离子在电极失去或得到电子，发生氧化还原反应的过程。

（2）电解CuCl2溶液，阳极附近有Cl-和OH-，失去电子的是Cl-，故放电顺序Cl-＞OH-；阴极附近有Cu2+和H+，得到电子的是Cu2+，故放电顺序Cu2+＞H+。

（3）比较放电顺序实际上是比较离子的得电子或失电子能力。

（4）阴极：阳离子在阴极上的放电顺序（得电子）。位于金属活动性顺序表后面的金属，其对应的阳离子越易得到电子。电极不参加反应，参加反应的是溶液中的阳离子。

Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+

阳极：①若使用惰性电极（电极材料为Pt或C等），阴离子放电，放电顺序为：

S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH-＞SO42－等(含氧酸根离子)＞F-

②若阳极较活泼金属（如Cu、Fe、Zn）时，一般是金属失去电子，而不是电解液中阴离子放电。

（5）说明：放电的顺序取决于离子的种类、离子浓度和电极材料。

以上我们讨论的是离子的种类和电极材料的影响，当离子浓度相差较大时，放电顺序可能会发生改变，但中学对此讨论较少。

4、分析电解反应的一般思路：

电离电解条件电解质溶于水或受热熔化状态电解质电离后再通直流电过程电解质电离成为自由移动的离子阴阳离子定向移动，在两极上放电特点只产生自由移动的离子发生氧化还原反应生成了新物质联系电解必须建立在电离的基础上

6、电解池与原电池的区别

原电池电解池能量转换化学能转化为电能电能转化为化学能

离子的迁移方向阴离子向负极迁移

阳离子向正极迁移

阴离子向阳极迁移

阳离子向阴极迁移

发生氧化反应的电极负极阳极发生还原反应的电极正极阴极相同点(从原理分析) 都是氧化还原反应

二、电解原理的应用

1、电解饱和食盐水：

阳极电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，阴极电极反应式为2H++2e-=H2↑。

总反应式为：2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH。

如电解前向溶液中滴加酚酞，通电后，阴极附近溶液颜色由无色变为红色。两极极板上都有气体产生。阳极附近有刺激性气味气体生成。

2、粗铜的提纯：

①粗铜作阳极，纯铜作阴极，用CuSO4溶液(含铜离子的电解质溶液)作电解液。

②电极反应：

阴极：Cu2+＋2e-＝Cu

阳极：Cu－2e-＝Cu2+

Fe－2e-＝Fe2+

Zn－2e-＝Zn2+

③阳极泥：比铜不活泼的金属杂质(金银等贵重金属)沉积在阳极底部。

④说明：电解精炼铜过程中CuSO4溶液的浓度基本不变。

3、电镀

电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。

电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力。例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、铜、铬、镍等。

①电极：

阳极——镀层金属或惰性电极

阴极——待镀金属制品

②电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。

溶液中CuSO4的浓度保持不变或变小。

4、电冶金

用来冶炼活泼的金属，如钠、铝、镁等。

例：冶炼钠：2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑

阳极：2Cl--2e-=Cl2↑阴极：2Na++2e-=2Na

冶炼铝(Al2O3)：2Al2O34Al+3O2↑

阳极：6O2--12e- =3O2↑阴极：4Al3+ + 12e- =4Al

【例题分析】

1．下列溶液使用惰性电极电解一段时间后，如何使溶液复原？

A、NaOH

B、NaCl

C、CuCl2

D、CuSO4

解析：

A，电解强碱溶液实质是电解水，电解一段时间后，NaOH浓度增大，加水可使溶液恢复原样。

B，2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH，电解质和水都参加反应，电解完后加入HCl可使溶液恢复原样。C，CuCl2Cu+Cl2↑，实质是电解电解质本身，电解完后加入溶质CuCl2可使溶液恢复原样。

D，2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，电解完后加入CuO可使溶液恢复原样。

答案：A、H2O B、HCl C、CuCl2 D、CuO