高中化學知識點規律大全——電解原理及其應用

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1．電解原理

[電解、電解池(槽)]  

使電流通過電解質溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程叫做電解．藉助於電流引起氧化還原反應的裝置，也就是把電能轉變為化學能的裝置，叫做電解池或電解槽．

 

構成電解池(電解槽)的條件：

(1)有外加直流電源．

(2)有電解質溶液或熔融的離子化合物．

(3)有兩個電極(材料為金屬或石墨，兩極材料可相同或不同)：

陰極：與直流電源的負極直接相連的一極．

陽極：與直流電源的正極直接相連的一極．

 

(4)兩個電極要與電解質溶液接觸並形成迴路．

注意  電解池的陰、陽極完全由外加直流電源的負、正極確定，與電極材料本身的性質無關．而原電池的正、負極則由構成電極材料本身的性質決定．

[惰性電極和活性電極]  在電解時，根據電極本身是否參與氧化還原反應，可把電極分為惰性

 

電極和活性電極兩類：

(1)惰性電極(C、Pt等)：只起導電作用，不參與反應；

(2)活性電極(除Pt、Au外的其餘金屬)：當作陽極時，除起導電作用外，還失去電子變成金屬陽離子進入溶液中．

 

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[電解原理]

陰極：陰極→發生還原反應→溶液中的金屬陽離子或H＋得電子→電極的質量增加或放出H2→電極本身一定不參加反應．

陽極：陽極→發生氧化反應→活性電極溶解或惰性電極時溶液中的陰離子(或OH－)失去電子→電極的質量減輕或放出O2或析出非金屬單質．

電子流向：外接電源(+)→外接電源(一)→電解池陰極→溶液中離子定向移動→電解池陽極→外接電源(+)．

電流方向：與電子流向相反．

 

[離子的放電順序]

(1)在陰極上．在陰極上發生的是得電子反應，因此，電極本身只起導電作用而不能發生氧化還原反應，發生反應的是溶液中的陽離子，它們得電子的能力順序為：

 說明  上列順序中H＋有兩個位置：在酸溶液中，H＋得電子能力在Cu2＋與Pb2＋之間；若在鹽溶液中，則H＋位於Zn2＋與Ag＋之間．

 

(2)在陽極上．首先應考慮電極是活性電極還是惰性電極，若為活性電極，則是陽極本身失去電子被氧化成陽離子進入溶液中，即：，此時不能考慮溶液中陰離子的失電子情況；若為惰性電極，溶液中的陰離子失電子的能力順序為：

[電離與電解的區別和聯繫]

[原電池與電解池]

[用惰性電極作陽極電解酸、鹼、鹽水溶液的規律]

歸納：(1)電解含氧酸、強鹼和活潑金屬含氧酸鹽的水溶液，實際上都是電解水，即：

(2)電解無氧酸(HF除外)、不活潑金屬無氧酸的水溶液，就是電解溶質本身．例如：

(3)電解活潑金屬無氧酸鹽溶液時，電解的總化學方程式的通式可表示為：

(4)電解不活潑金屬含氧酸鹽的溶液時，電解的總化學方程式的通式可表示為：

(5)電解時，若只生成H2，pH增大．若只生成O2，則pH減小．若同時生成H2和O2，則分為三種情況：電解酸的溶液，pH減小；電解鹼的溶液，pH增大；電解鹽的溶液，pH不變．

2．電解原理的應用

[銅的電解精煉、電鍍銅]

[氯鹼工業]

(1)電解飽和食鹽水溶液的反應原理．

陽極電極反應式(Fe棒)：2H＋+2e－＝H2↑

(H＋得電子產生H2後，陰極區OH－濃度增大而顯鹼性)

陽極電極反應式(石墨)：2C1――2e－＝Cl2↑

電解的總化學方程式：

(2)設備：離子交換膜電解槽．離子交換膜電解槽主要由陽極、陰極、離子交換膜、電解槽框和導電銅棒等組成，每臺電解槽由若干個單元槽串聯或並聯組成．電解槽的陽極用金屬鈦製成；陰極由碳鋼網製成．

(3)陽離子交換膜的作用：

①把電解槽隔為陰極室和陽極室；

②只允許Na＋通過，而Cl－、OH－和氣體則不能通過．這樣，既能防止生成的H2和Cl2相混合而發生爆炸，又能避免C12進入陰極區與NaOH溶液作用生成NaClO而影響燒鹼的質量．

(4)離子交換膜法電解制燒鹼的主要生產流程

說明  為除去粗鹽中的Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42－等雜質離子，需依次加入過量的BaCl2溶液(除去SO42－)、NaOH溶液(除去Mg2＋、Fe3＋)和Na2CO3溶液(除去Ca2＋和剩餘的Ba2＋)，最後加入鹽酸中和NaOH以及將剩餘的Na2CO3轉化為NaCl．