电解原理
[电解、电解池(槽)] 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叫做电解.借助于电流引起氧化还原反应的装置,也就是把电能转变为化学能的装置,叫做电解池或电解槽.
构成电解池(电解槽)的条件:
(1)有外加直流电源.
(2)有电解质溶液或熔融的离子化合物.
(3)有两个电极(材料为金属或石墨,两极材料可相同或不同):
阴极:与直流电源的负极直接相连的一极.
阳极:与直流电源的正极直接相连的一极.
(4)两个电极要与电解质溶液接触并形成回路.
注意 电解池的阴、阳极完全由外加直流电源的负、正极确定,与电极材料本身的性质无关.而原电池的正、负极则由构成电极材料本身的性质决定.
[惰性电极和活性电极] 在电解时,根据电极本身是否参与氧化还原反应,可把电极分为惰性电极和活性电极两类:
(1)惰性电极(C、Pt等):只起导电作用,不参与反应;
(2)活性电极(除Pt、Au外的其余金属):当作阳极时,除起导电作用外,还失去电子变成金属阳离子进入溶液中.
[电解原理]
阴极:阴极→发生还原反应→溶液中的金属阳离子或H+得电子→电极的质量增加或放出H2→电极本身一定不参加反应.
阳极:阳极→发生氧化反应→活性电极溶解或惰性电极时溶液中的阴离子(或OH-)失去电子→电极的质量减轻或放出O2或析出非金属单质.
电子流向:外接电源( )→外接电源(一)→电解池阴极→溶液中离子定向移动→电解池阳极→外接电源( ).
电流方向:与电子流向相反.
[离子的放电顺序]
(1)在阴极上.在阴极上发生的是得电子反应,因此,电极本身只起导电作用而不能发生氧化还原反应,发生反应的是溶液中的阳离子,它们得电子的能力顺序为:
Ag+、Fe3+、Cu2+、H+、Pb2+、Fe2+、Zn2+、(H+)、Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+
得电子能力由易到难
说明 上列顺序中H+有两个位置:在酸溶液中,H+得电子能力在Cu2+与Pb2+之间;若在盐溶液中,则H+位于Zn2+与Ag+之间.
(2)在阳极上.首先应考虑电极是活性电极还是惰性电极,若为活性电极,则是阳极本身失去电子被氧化成阳离子进入溶液中,即:,此时不能考虑溶液中阴离子的失电子情况;若为惰性电极,溶液中的阴离子失电子的能力顺序为:
NO3-或SO42-等含氧酸根、OH-、Cl-、Br-、I-、S2-
失电子能力由弱到强
[电离与电解的区别和联系]
电 离 电 解
发生条件 电解质受热或受水分子的作用(无须通电) 受直流电的作用
特 征 阴、阳离子作不规则的运动,无明显化学变化 阴、阳离子作定向移动,在两极上有物质析出
说 明 电解质电离时,发生了物理变化和化学变化 ①电解质溶液的导电过程,就是该溶液的电解过程②温度升高,电解质溶液的导电能力增强,电解速度加快(但金属的导电性随温度升高而减弱)
实 例 CuCl2=Cu2+ 2Cl- CuCl2Cu2+ Cl2↑
相互关系 电解质只有在电离后才能电解
[原电池与电解池]
电 极 电极反应 电子转移方向 能量
转变 举 例
原电池 正、负极由电极材料决定:相对活泼的金属作负极;较不活泼的金属作正极 负极:电极本身失去电子,发生氧化反应
正极:溶液中的阳离子得到电子,发生还原反应 电子由负极流出,经外电路回正极 化学能转变为电能 铜锌原电池
负极:
Zn-2e-=Zn2+
正极:
2H+ 2e-=H2↑
电解池 阴、阳极完全由外加直流电源的负、正极决定:与直流电源正极相连的是阳极;与直流电源负极相连的是阴极 阴极:较易获得电子的阳离子优先得到电子,发生还原反应阳极,金属或较易失去电子的阴离子优先失去电子,发生氧化反应 电子由直流电源的负极流出,经导线到达电解池的阴极,然后通过电解液中的离子放电,电子再从阳极经导线回到直流电流的正极 电能转变为化学能 以石墨为电极电解CuCl2溶液
阳极:
2C1--2e-=C12↑
阴极:
Cu2+ 2e-=Cu↓
[用惰性电极作阳极电解酸、碱、盐水溶液的规律]
物 质 代表物 参加电解
的物质 阴极(区)
产物 阳极(区)
产物 溶液pH
的变化
酸 含氧酸 H2SO4、HNO3 H2O H2 O2 减小
无氧酸
(除HF) HCl HCl H2 C12 增大
碱 强碱 NaOH、KOH H2O H2 O2 增大
盐 不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2 CuCl2 Cu C12 增大(若考虑C12的溶解,则pH减小)
活泼金属的
无氧酸盐 NaCl NaCl、H2O H2、NaOH C12 减小
不活泼金属的含氧酸盐 CuSO4、AgNO3 CuSO4、H2O
AgNO3、H2O Cu;Ag O2、H2SO4
O2、HNO3 增大
活泼金属的
含氧酸盐 K2SO4、NaNO3
KNO3、Na2SO4 H2O H2 O2 不变
归纳:(1)电解含氧酸、强碱和活泼金属含氧酸盐的水溶液,实际上都是电解水,即:
2H2O2H2↑ O2↑
(2)电解无氧酸(HF除外)、不活泼金属无氧酸的水溶液,就是电解溶质本身.例如:
2HClH2↑ Cl2↑ CuCl2Cu C12↑
(3)电解活泼金属无氧酸盐溶液时,电解的总化学方程式的通式可表示为:
溶质 H2OH2↑ 碱 卤素单质X2(或S)
(4)电解不活泼金属含氧酸盐的溶液时,电解的总化学方程式的通式可表示为:
溶质 H2OO2↑ 酸 金属单质
(5)电解时,若只生成H2,pH增大.若只生成O2,则pH减小.若同时生成H2和O2,则分为三种情况:电解酸的溶液,pH减小;电解碱的溶液,pH增大;电解盐的溶液,pH不变.