電解原理及其應(yīng)用37771

1、作者：260g文章來(lái)源：網(wǎng)上收集 點(diǎn)擊數(shù)：534更新時(shí)間：2007-4-2【文章收藏】小國(guó)技術(shù)資料憐 一、一周知識(shí)概述（一）、電解原理1、電解的概念使電流通過(guò)電解質(zhì)溶液而在陰、陽(yáng)兩極引起氧化還原反應(yīng)的過(guò)程叫做電解。注意： 電流必須是直流而不是交流。 熔融態(tài)的電解質(zhì)也能被電解。思考題:在電解反應(yīng)中，化學(xué)能與電能之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系是什么？答案：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。2、電解池的概念借助于電流引起氧化還原反應(yīng)的裝置，也就是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝 置叫做電解池或電解槽。3、構(gòu)成電解池的條件（1）直流電源。（2）兩個(gè)電極。-其屮與電源的正極相連的電極叫做陽(yáng)極，與電源的負(fù)極相連 的電極叫做陰極。（3）電解質(zhì)溶液或

2、熔融態(tài)電解質(zhì)。4、電解質(zhì)導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)對(duì)電解質(zhì)溶液（或熔融態(tài)電解質(zhì)）通電時(shí)，電了從 電源的負(fù)極沿導(dǎo)線流入電解池的陰極，電解質(zhì)的陽(yáng)離子移向陰極得電子發(fā) 生還原反應(yīng)；電解質(zhì)的陰離子移向陽(yáng)極失去電子（有的是組成陽(yáng)極的金屬 原子失去電子）發(fā)生氧化反應(yīng)，電子從電解池的陽(yáng)極流出，并沿導(dǎo)線流冋 屯源的正極。這樣，電流就依靠電解質(zhì)溶液（或熔融態(tài)電解質(zhì)）里陰、陽(yáng) 離了的定向移動(dòng)而通過(guò)溶液（或熔融態(tài)電解質(zhì)），所以電解質(zhì)溶液（或熔 融態(tài)電解質(zhì)）的導(dǎo)電過(guò)程，就是電解質(zhì)溶液（或熔融態(tài)電解質(zhì)）的電解過(guò)程。5、電解原理（后詳）6、電解原理的應(yīng)用。（后詳）二、重難點(diǎn)知識(shí)解析（一）、電解原理1、電解氯化銅（如圖）（1）實(shí)驗(yàn)步驟第一

3、步：如圖甲所示，把兩根石墨棒插入u形管里的cuc12溶液內(nèi)，觀 察現(xiàn)象。第二步：如圖乙所示，把用導(dǎo)線連接在一起的兩根石墨插入u形管里的 cuc12溶液內(nèi)，觀察現(xiàn)象。第三步：如圖丙所示，將兩根石墨棒、一只電流表和低壓直流電源串聯(lián) 起來(lái)，將石墨棒插入u形管里的cuc12溶液內(nèi)，接通電源。把濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙放在與 電源正極相連的電極附近。觀察現(xiàn)象，約5min后切斷電源。（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在第一步和第二步中均無(wú)新現(xiàn)象發(fā)生。在第三步實(shí)驗(yàn)中，電流表的指針 發(fā)生偏轉(zhuǎn)；陰極石麗棒周cuc12溶液綠色變深，陽(yáng)極石麗棒周cuc12溶液綠色變淺；陰 極石墨棒上逐漸覆蓋了一層紅色固本，陽(yáng)極石墨棒上有氣泡放岀，并可聞到

4、刺激性的氣味， 同時(shí)看到濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙變?yōu)樗{(lán)色。（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論在通直流電的條件下，溶液里的cuc12發(fā)生了分解反應(yīng):直流電cuc12cu + c12 tcu生成于陰極的右墨棒上，c12生成于陽(yáng)極的石墨棒上。(4) 原理分析cuc12是強(qiáng)電解質(zhì)且易溶于水，在水溶液中電離生成cu2 +和c1 ocuc12 = cu2+2cl 通電前，cu2 +和c1在水里自由地移動(dòng)著；通電后，這 些自由移動(dòng)著的離子，在電場(chǎng)作用下，改作定向移動(dòng)。溶液中帶正電的cu2 +向 陰極移動(dòng)，帶負(fù)電的氯離了向陽(yáng)極移動(dòng)。在陰極，銅離了獲得電了而還原成銅 原子覆蓋在陰極上；在陽(yáng)極，氯離子失去電子而被氧化成氯原子，并兩兩結(jié)合

5、 成氯分子，從陽(yáng)極放出。陰極：cu2+ +2e =cu陽(yáng)極：c12e_= c12 t申解 電解cuc12溶液的化學(xué)反應(yīng)方程式：cuc12cu+c12 t(5) 電解質(zhì)水溶液電解反應(yīng)的綜合分析在上面敘述氯化銅電解的過(guò)程中，沒(méi)有提到溶液里的h + 和0h-,其實(shí)h +和0h 雖少，但的確是存在的，只是他們沒(méi)有參加電極反應(yīng)。 也就是說(shuō)在氯化銅溶液中，除cu2 +和c1 外，還有11 +和0i1-,電解時(shí)，移 向陰極的離子有cu2 +和h+,因?yàn)樵谶@樣的實(shí)驗(yàn)條件下cu2+比h+容易得到電 子，所以cu2 +在陰極上得到電子析岀金屬銅。移向陽(yáng)極的離子有0h 和c1 , 因?yàn)樵谶@樣的實(shí)驗(yàn)條件下，c1 和0

6、h 容易失去電了，所以c1 在陽(yáng)極上失去 電子，生成氯氣。說(shuō)明： 陽(yáng)離了得到電了或陰離了失去電了而使離了所帶電荷數(shù) 目降低的過(guò)程又叫做放電。 用石墨、金、鉗等還原性很弱的材料制做的電極叫做惰 性電極，理由是它們?cè)谝话愕耐姉l件下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。用鐵、鋅、銅、銀 等還原性較強(qiáng)的材料制做的電極又叫做活性電極，它們做電解池的陽(yáng)極時(shí)，先 于其他物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)。 在一般的電解條件下，水溶液屮含冇多種陽(yáng)離子時(shí)，它們?cè)陉帢O上放電的先后順序是：ag + >hg2 + >ee3+>cu2 + > （h+） >ee2 + >zn2 + ；水溶液中含有多種陰離子時(shí)，它們的惰性陽(yáng)

7、極上放電的先后順序是：s2- >i->br->cl->（f-> n03、s042-等）（6）以惰性電極電解電解質(zhì)水溶液，分析電解反應(yīng)的一般方法步驟為: 分析電解質(zhì)水溶液的組成，找全離了并分為陰、陽(yáng)兩組； 分別對(duì)陰、陽(yáng)離子排出放電順序，寫出兩極上的電極反應(yīng)式； 合并兩個(gè)電極反應(yīng)式得出電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式或離了方 程式。（二）、電解原理的應(yīng)用1、銅的電解精煉（1）電解法精煉銅的裝置（如圖）（2）電解法精煉銅的化學(xué)原理陽(yáng)極（粗銅）:cu-2e-=cu2 +陰極（純銅）：cu2+2c=cu說(shuō)明： 以銅為材料做的電極屬于活性電極。在一般的電解條件下， 活性陽(yáng)極先于電解質(zhì)溶

8、液中的成分發(fā)生氧化反應(yīng)。 粗銅中往往含有鋅、鐵、鐮、銀、金等多種朵質(zhì)，當(dāng)含朵質(zhì) 的銅在陽(yáng)極不斷溶解時(shí)，位于金屈活動(dòng)性順序銅以前的金屬雜質(zhì)如zn、fe> ni等，也會(huì)同時(shí)失去電子，如：zn 2e =zn2 +ni 2e=ni2 +但是它們的陽(yáng)離子比銅離子難以還原，所以 它們并不在陰極獲得電子析出，而只是留在電解液里。而位于金 屬活動(dòng)性順序銅之后的銀、金等雜質(zhì)，因?yàn)榻o出電子的能量比銅 弱，難以在陽(yáng)極失去電子變成陽(yáng)離子溶解下來(lái)，當(dāng)陽(yáng)極上的銅失 去電了變成離了溶解z后，它們以金屈單質(zhì)的形式沉積在電解槽 底，形成陽(yáng)極泥 邙h極泥可作為捉煉金、銀等貴重金屈的原料） 用電解精煉法所得到的銅叫做電解銅，

9、它的純度可達(dá)到99. 9 5%99. 98% o2、電鍍（1）、電鍍的涵義電鍍是應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合 金的過(guò)程。（2）、電鍍的口的電鍍的0的主要是使金屬增強(qiáng)抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬 度。（3）、電鍍的原理電鍍的原理與電解精煉銅的原理是一致的。電鍍時(shí)，一般 都是用含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)配成電鍍液；把待鍍金屬制品浸入電鍍液中 與直流電源的負(fù)極相連，作為陰極；用鍍層金屬作為陽(yáng)極，與直流電源正極相 連。通入低壓直流電，陽(yáng)極金屬溶解在溶液中成為陽(yáng)離子，移向陰極，這些離 了在陰極獲得電了被還原成金屈，覆蓋在需要電鍍的金屈制品上。電鍍舸實(shí)曉裝宜3、氯堿工業(yè)（1）電解飽和食鹽

10、水反應(yīng)原理 實(shí)驗(yàn)步驟按圖裝置，在u形管里倒入飽和食鹽水，插 入一根右墨棒作陽(yáng)極，一根鐵棒作陰極。同時(shí)在兩邊管屮各滴入 兒滴酚猷試液，并用濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙檢驗(yàn)陽(yáng)極放出的氣體。 接通直流電源后，注意管內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象陽(yáng)極上有氣泡逸出，氣體呈黃綠色，有刺激 性氣味，使?jié)駶?rùn)的碘化鉀淀粉試紙變?yōu)樗{(lán)色，陽(yáng)極區(qū)溶液由無(wú)色 變?yōu)辄S綠色。陰極上有氣泡逸出，氣體無(wú)色、無(wú)味。陰極區(qū)溶液 由無(wú)色變?yōu)闇\紅色，紅色逐漸加深、區(qū)域逐漸擴(kuò)大。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論用惰性材料作陽(yáng)極，電解食鹽的飽和溶液，生成 c12、h2 和 naoilo陽(yáng)極：2c12e-=c12 t （放電順序：cl->0 h-）陰極：2h+2e =h

11、2 f （放電順序：h+>na+）在上述反應(yīng)中，由于h+在陰極上得到電子而 生成112,破壞了附近的水的電離平衡，促進(jìn)了水繼續(xù)電離，結(jié)果 陰極區(qū)溶液里0h的濃度增大而呈現(xiàn)堿性。_申解總反應(yīng):2nacl+ 2h2o 2naoh 亠 h?t + c12t 扁廠陽(yáng)槻（2）離子交換膜法制燒堿離子交換膜電解槽的組成由陽(yáng)極（金屬鈦網(wǎng)）、陰極（碳鋼網(wǎng)）、離子交換膜、電 解槽框和導(dǎo)電銅棒等組成，每臺(tái)電解槽由若干個(gè)單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。下圖 表示一個(gè)單元槽的示意圖。naoh倚少童naoh陽(yáng)離子交換膜的作用將電解椚隔成陰極室和陽(yáng)極室，它只允許陽(yáng)離子（na+） 通過(guò)，而阻止陰離子（cl 、0h-）和氣體通過(guò)。

12、這樣既能防止陰極產(chǎn)生的h2 和陽(yáng)極產(chǎn)生的c12相混合而引起爆炸，又能避免c12和naoh作用生成naclo而 影響燒堿的質(zhì)量。（3）離子交換膜法電解制燒堿的主要生產(chǎn)流程（如下圖）離了交換膜法電解制堿的主要生產(chǎn)流程（4）、食鹽的精制 粗鹽的成分:粗鹽中的主要成分是nacl,此外還含有泥沙、ca 2+、mg2+、fe3 +、s042-雜質(zhì)。這樣的粗鹽不符合電解要求，因此必須經(jīng)過(guò) 精制。 朵質(zhì)的危害：cei2 +、mg2 +、fe3 +等金厲離了在堿性環(huán)境中 會(huì)生成沉淀，損壞離子交換膜；此外，雜質(zhì)的存在會(huì)使得到的產(chǎn)品不純。 除雜質(zhì)的過(guò)程:過(guò)呈bacjj5is：jfeoh2過(guò)呈n七co$i±«s>(毆 sof*(ishca.2*. ba.3*)'(障泥沙展沉決)鵲鬥含少量沁唾ih專帶t 酥注意： 除朵質(zhì)時(shí)所加試劑的順序要求是：a. na2 c03必須在bac12之后；b、加入鹽酸在過(guò)濾之后。 試劑加入順序有多種選擇，如a、bac1