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电解池的工作原理

来源:www.ahlulin.com   时间:2023-08-28 09:08   点击:248  编辑:admin   手机版

[编辑本段]概念 1、电解原理(电解池装置如图)

什么是电解

电解是使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)

而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。

(上图是电解CuCl2溶液的装置。通电后发生反应:CuCl2=Cu + Cl2↑ 用离子方程式表示:Cu2++ 2Cl-=Cu + Cl2↑ )

电解过程中的能量转化(装置特点)

电能转化为化学能

阳极:惰性电极 阴极:不一定是惰性电极

发生电解反应的条件

①连接直流电源

②阴阳电极 阴极:与电源负极相连为阴极

阳极:与电源正极相连为阳极

③两极处于电解质溶液或熔融电解质中

④两电极形成闭合回路

电极反应

电极反应

与电源的正极相连的电极称为阳极。物质在阳极上失去电子,发生氧化反应。如上图装置中,Cl-在阳极上失去电子转化为Cl2,阳极反应式:2Cl--2e=Cl2↑

与电源的负极相连的电极成为阴极。物质在阴极上得到电子,发生还原反应。如上图装置中,Cu2+在阴极是得到电子转化为Cu,阴极反应式:Cu2++2e=Cu

电解结果

在两极上有新物质生成

电解池电极反应方程式的书写

阳极:活泼金属—电极失电子(Au,Pt 除外);惰性电极—溶液中阴离子失电子

失电子能力:活泼金属(Mg~Ag)>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-

阴极:溶液中阳离子得电子

得电子能力:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+(即活泼型金属顺序表的逆向)

规律:铝前(含铝)离子不放电,氢(酸)后离子先放电,氢(酸)前铝后的离子看条件

四类电解型的电解规律

①电解水型(强碱,含氧酸,活泼金属的含氧酸盐),pH由溶液的酸碱性决定,溶液呈碱性则pH增大,溶液呈酸性则pH减小,溶液呈中性则pH不变。电解质溶液复原—加适量水

②电解电解质型(无氧酸,不活泼金属的无氧酸盐,),pH变大。电解质溶液复原—加适量电解质。

③放氢生碱型(活泼金属的无氧酸盐),pH变大。电解质溶液复原—加阴离子相同的酸

④放氧生酸型(不活泼金属的含氧酸盐),pH变小。电解质 溶液复原—加阳离子相同的碱或氧化物

意义

使在通常情况下不发生变化的物质发生氧化还原反应,得到所需的化工产品、进行电镀以及冶炼活泼的金属。在金属的保护方面也有一定的用处。

[编辑本段]电解原理的应用

氯碱工业(电解饱和食盐水)

制取氯气、氢气、烧碱。

饱和食盐水溶液中存在Na+和Cl-以及水电离产生的H+和OH-。其中氧化性H+>Na+,还原性Cl->OH-。所以H+和Cl-先放电(即发生还原或氧化反应)。

阴极:2H++2e=H2↑ (还原反应)

阳极:2Cl-2e-=Cl2↑ (氧化反应)

总反应的化学方程式:2NaCl+2H2O=(等号上为通电)2NaOH+H2↑+Cl2↑

用离子方程式表示:2Cl-+2H2O=(等号上为通电)2OH-+H2↑+Cl2↑。

电镀和电解精炼铜

电镀:应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或者合金的过程

条件:①镀件做阴极②镀层金属做阳极③电镀液中含镀层金属离子

电镀时,把待镀的金属制品(即镀件)作阴极,镀层金属作阳极,用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。

阳极:Mn-e-=Mn+

阴极:Mn++e-=M

这样,在直流电的作用下,镀层金属就均匀地覆盖到镀件的表面。

同样的道理,用纯铜作阴极,用粗铜作阳极,用CuSO4溶液作电解液。通入直流电,作为阳极的粗铜逐渐溶解,在阴极上析出纯铜,从而达到提纯铜的目的。

电解法冶炼金属

钠、钙、镁、铝等活泼金属,很难用还原剂从它们的化合物中还原得到单质,因此必须通过电解熔融的化合物的方法得到。如电解熔融的氯化钠可以得到金属钠:

阴极:2Na++2e-=2Na

阳极:2Cl――2e-=Cl2↑

[编辑本段]电解时,物质在电极上的放电顺序 (1)阳极:与电源的正极相连。

当阳极的电极材料为金属(Pt或Au除外)时,通电后作电极的金属失去电子变成金属离子,溶解到电解质溶液中。

当阳极的电极材料是惰性物质(如Au、Pt或石墨)时,通电后溶液中的阴离子在阳极上失去电子,当溶液中同时存在多种阴离子时,还原性强的离子先失去电子发生氧化反应。常见阴离子的还原性由强到弱的顺序是:Cl->OH->含氧酸根离子(如SO42-、NO3-等)>F-。Cl-和OH-在电解时的电极反应式分别是:

2Cl――2e-=Cl2↑

4OH――4e-=2H2O+O2↑

因为水电离能够产生OH-,所以电解含氧酸盐溶液时,在阳极上是OH-放电生成氧气,而含氧酸根离子不发生变化。(当阳极为惰性金属常用的为C 铂 金 时 自身放电)

(2)阴极:与电源的负极相连。

在阴极上发生还原反应的是溶液中的阳离子。当溶液中存在多种阳离子时,按金属活动性顺序,越不活泼的金属,其阳离子的氧化性越强,越容易被还原。在水溶液中,铝之前的金属的阳离子不可能被还原。

[编辑本段]酸、碱、盐溶液电解规律 (1)无氧酸是其本身的电解

(2)含氧酸是水的电解

(3)可溶性碱是水的电解

(4)活泼性金属的含氧酸盐也是水的电解

(5)活泼金属的无氧盐阴极析出氢气并伴随溶液显碱性,阳极析出非金属单质

(6)不活泼金属的无氧盐是该盐的电解

(7)中等活动性金属的含氧酸盐阴极析出金属,阳极得到氧气同时酸性提高

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