1、電 解 原 理編稿：顧振海 審稿：潘廷宏 責編：顧振海 重點難點1理解電解的基本概念和原理。2了解銅的電解精煉、電鍍銅。3會寫電極反應式、電解方程式，掌握圍繞電解的計算。知識點講解基礎知識導引1電解 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。如用惰性電極電解CuCl2溶液時，電極反應式：陽極 2Cl2e=Cl2（氧化反應）陰極Cu2+2e=Cu（還原反應）電解方程式為： 2電解池把電能轉變為化學能的裝置叫做電解池或電解槽。 其中跟直流電源或原電池的負極相連的電極是電解池的陰極；跟直流電源或原電池的正極相連的電極是電解池的陽極。3銅的電解精煉和電鍍銅銅的精煉 陽極Cu2e

2、Cu2+陰極Cu2+十2e=Cu電鍍銅電鍍銅和精煉銅的原理是一致的，但陰、陽兩極材料略有差別：精煉銅時，粗銅板作陽極，純銅片作陰極，用CuSO4溶液(加入一定量的硫酸)作電解液。電鍍銅時，鍍層金屬(銅片)作陽極，待鍍件(鐵片)作陰極，用含有鍍層金屬離子的電解質(CuSO4)配成電鍍液。 重點難點點撥一、電解原理1電解質溶液的導電我們知道，金屬導電時，是金屬內部的自由電子發生的定向移動，而電解質溶液的導電與金屬導電不同。 通電前電解質溶液中陰、陽離子在溶液中自由地移動；通電后在電場的作用下，這些自由移動的離子改作定向移動，帶負電荷的陰離子由于靜電作用向陽極移動，帶正電荷的陽離子則向陰極移動，并在

3、兩極上發生氧化還原反應。我們把：借助于電流引起氧化還原反應的裝置，也就是把電能轉化為化學能的裝置叫電解池。電解池中與直流電源負極相連的電極叫陰極，與直流電源正極相連的電極叫陽極。物質能否導電是由其內部能否形成定向移動的自由電荷所決定的，對金屬就是自由電子，而對電解質溶液就是自由移動的陰陽離子。2電解（1）概念：使電流流過電解質溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程叫電解。（2）電子流動的方向：電子從外接直流電源的負極流出，經導線到達電解池的陰極，電解池溶液中的陽離子移向陰極，并在陰極獲得電子而被還原，發生還原反應；與此同時，電解池溶液中的陰離子移向陽極，并在陽極上失去電子（也可能是陽極很活潑

4、而本身失去電子）而被氧化，發生氧化反應。這樣，電子又從電解池的陽極流出，沿導線而流回外接直流電源的正極。（3）電極反應的類型：陽極反應為氧化反應，陰極反應為還原反應，故而陰極處于被保護的狀態，而陽極則有可能被腐蝕。3、電極名稱的進一步理解原電池：根據電子流動的方向可以把電極分成正、負極。流出電子的電極（或發生氧化反應的電極）為負極、流入電子的電極為（或發生還原反應的電極）正極；電解池：根據離子的遷移方向可以把電極分成陽極、陰極。陽離子移向的電極（或與直流電源負極相連的電極）為陰極、陰離子移向的電極（或與直流電源正極相連的電極）為陽極。在原電池中，用正極、負極，其中負極流出電子在電解池中，用陽極

5、、陰極，其中陰極流入電子電解池的陽極與原電池的正極相連，電解池的陰極與原電池的負極相連4、電極反應式和電解方程式的書寫<1>化學變化的表示表示方法為了表示化學變化的不同側面，化學變化主要用化學方程式表示。具體分類如下：（普通）化學方程式氧化還原方程式（標出電子轉移方向、數目等）離子方程式電離方程式水解方程式熱化學方程式（標明反應物、生成物的狀態及對應的熱效應）電極反應式電解方程式<2>電極反應式與電解方程式的書寫書寫電極反應，首先要搞清楚電極材料，然后分析溶液中離子情況，再根據陰、陽極放電的規律，得出相應的結論。電解過程總反應方程式叫電解方程式(指電解時總的化學方程式或

6、離子方程式)。要正確書寫電解方程式，首先要正確寫出電極反應式，然后分析參加電極反應的離子來自何種物質，這樣才能正確寫出反應物、生成物，配平且在等號上方注明“電解”或“通電”。書寫的具體步驟：先查陽極電極材料和確定溶液中的離子種類如用C電極電解CuSO4溶液：溶液中有CuSO4=Cu2+十SO42；H2OH+OH-。溶液中存在Cu2+、H+、OH、SO42共4種離子。由放電順序確定放電產物和電極反應放電能力 Cu2+H+ Cu2+放電生成CuOHSO42，OH放電生成O2電極反應：陰極 2Cu2+十4e=2Cu陽極 4OH4e2H2O十O2溶液中余下的H+和SO42結合成新物質H2SO4。由電極

7、反應產物，寫出總反應式電解化學方程式如上述反應中的反應物為CuSO4和H2O，產物是Cu、O2和H2SO4，反應式為：2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO45、電離、水解和電解的比較發生條件變化實質實例電離適用于電解質在溶液或熔化狀態中發生電解質分離成自由移動的離子（在水溶液中形在水合離子）電離是鹽類發生水解反應和電解反應的先決條件電解要通入直流電才能發生水解只有某些鹽類才發生。一般說，水解反應是可逆的、微弱的水解發生于某些鹽類在水溶液中發生組成鹽的酸根陰離子或金屬陽離子（包括NH4+）和水電離出的H+或OH結合成弱電解質電解只有電解質處于熔融狀態或溶液中才能發生要通入直流電，才發生

8、電解在直流電作用下，組成電解質的陰、陽離子（或水中的H+、OH）在電極上發生氧化還原反應6、電離方程式、離子方程式和電極反應式的比較表示內容書寫特點實例電離方程式表示電解質在熔融狀態或溶液中的電離強電解質完全電離，用“=”表示，弱電解質不完全電離，用“”表示。多元酸、堿分步電離分步書寫（中學階段中多元弱堿的電離可一步書寫）離子方程式表示電解質在溶液中的反應。可以表示同一類的反應反應物、生成物中易溶且易電離的寫離子形式；其他物質寫分子式。方程式兩邊原子個數和電荷均應相等，固態物質間反應不用離子方程式表示（濃溶液間的反應一般也不用）電極反應式表示原電池或電解池中的電極反應要注明電極名稱，得（失）電

9、子數用惰性電極電解CuSO4溶液陽極 4OH4e=2H2O+O2陰極 Cu2+2e=Cu鋼鐵的吸氧腐蝕負極 Fe2e=Fe2+正極 O2+2H2O+4 e=4OH7、原電池、電解池和電鍍池的比較原電池電解池電鍍池定義將化學能轉變成電能的裝置將電能轉變成化學能的裝置應用電解原理在某些金屬表面鍍上一層其他金屬合金的裝置裝置舉例形成條件活動性不同的兩電極（連接）電解質溶液（電極插入其中并與電極自發反應）形成閉合回路兩電極接直流電源兩電極插入電解質溶液形成閉合回路鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬接電源負極電鍍液必須含有鍍層金屬的離子電極名稱負極 較活潑金屬（電子流出的極）正極 較不活潑金屬或能導電的非金屬

10、（電子流入的極）陽極 與電源正極相連的極陰極 與電源泉負極相連的極名稱同電解池的命名，但有限制陽極 必須是鍍層金屬陰極 鍍件電極反應負極 氧化反應；金屬失電子正極 還原反應；溶液中的陽離子得電子或者氧氣得電子（吸氧腐蝕）陽極 氧化反應；溶液中的陰離子失電子，或電極金屬失電子陰極 還原反應；溶液中的陽離子得電子陽極 金屬電極失電子陰極 電鍍液中陽離子得電子電子流向外電路： 外電路： 同電解池 能量轉變化學能轉變為電能電能轉化為化學能電能轉化為化學能裝置特點無外接直流電源有外接直流電源有外接直流電源相似之處均能發生氧化還原反應，且同一裝置中兩個電極在反應過程中轉移電子總數相等。舉例銅鋅原電池；氫氧

11、燃燒電池氯堿工業裝置；電解精煉銅鍍鋅裝置8、電解時電極放電順序的判斷離子在電極上得失電子的能力與離子的性質、溶液的濃度和溫度、電流的大小、電極的材料及電極間的距離等都有關系。中學階段我們一般只討論電極材料的性質、離子的氧化性強弱和還原性強弱對它們得失電子能力的影響。陽極放電順序首先看電極，如果是活性電極（指金屬活動順序表Ag及Ag以前的金屬）則電極材料失電子，電極被溶解，溶液中的陰離子不能失電子。如果是惰性電極(Pt、Au、石墨)，則要再看溶液中的陰離子的失電子能力，此時根據陰離子放電順序加以判斷。陰離子放電順序：S2IBrClOH含氧酸根F（實際上在水溶液中的電解，OH后面的離子是不可能放電

12、的，因為水提供OH的會放電）陰極放電順序陰極本身被保護，直接根據陽離子放電順序進行判斷，陽離子放電順序：Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+（類似，在水溶液中的電解，H+后面的離子一般是不放電的，因為水提供的H+會放電；但離子的放電順序往往還與溶液的酸堿性、溫度、離子的濃度等有關）9、電解質溶液的電解規律（惰性電極）電解質實例實際電解物質陰極陽極總方程式溶液的pH備注強堿的含氧酸鹽Na2SO4H2O4H+4e=2H24OH4e=O2+2H2O不變電解質起導電作用，其量不變，水減少含氧酸H2SO4降低強堿KOH升高弱堿的非含氧酸鹽(氟化物除外)CuCl2本身Cu2+2e=C

13、u2Cl2e=Cl2具體看金屬陽離子水解能力與生成的氣體溶于水后的反應。此處Cl2溶于水的酸性強于Cu2+水解的酸性，所以pH下降相當于電解質分解，水不參加反應非含氧酸（HF除外）HBr2H+2e=H22Br2e=Br2升高強堿的非含氧酸鹽NaClH2O，Cl2H+2e=H22Cl2e=Cl2升高產生堿或酸弱堿的含氧酸鹽CuSO4H2O Cu2+Cu2+2e=2Cu4OH4e=O2+2H2O降低10、電解質溶液電解時（均為惰性電極），pH變化情況，電解液復原所需加入物質及電解類型（與上面的9相互對照補充）分解水型：含氧酸、強堿、活潑金屬的含氧酸鹽（如NaOH、H2SO4、K2SO4等）的電解。

14、陰極：4H+4e=2H2陽極：4OH4e=O2+2H2O總反應：2H2O 2H2+O2陰極產物：H2；陽極產物：O2。電解質溶液復原加入物質：H2O。pH變化情況：原來酸性的溶液pH變小，原來堿性的溶液pH變大，強酸（含氧酸）強堿的正鹽溶液pH不變。（2）分解電解型：無氧酸（除HF外）、不活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）的電解，如HCl、CuCl2等。陰極：Cu2+2e=Cu陽極：2Cl2e=Cl2總反應：CuCl2 Cu+Cl2陰極產物：酸為H2，鹽為金屬；陽極產物：鹵素等非金屬單質。電解液復原加入物質為原溶質，如電解CuCl2溶液，需加CuCl2。pH變化情況：如電解無氧酸溶液pH變大但不

15、會超過7；如為鹽溶液的電解則視無氧酸根的情況而定（如：電解CuCl2溶液時，由于生成的Cl2溶于水產生的酸性強于Cu2+水解產生的酸性，所以pH下降；電解Na2S溶液時，由于生成NaOH使pH升高）。（3）放氫生堿型：活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）溶液的電解，如NaCl、MgBr2等。陰極：2H+2e=H2陽極：2Cl2e=Cl2總反應：2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2陰極產物：堿和H2；陽極產物：鹵素等非金屬單質。電解飽和食鹽水的產物分別為NaOH和H2以及Cl2。電解液復原加入物質為鹵化氫。電解飽和食鹽水，要使電解質溶液復原需加入HCl。pH變化情況：電解液pH顯著變大（4）

16、放氧生酸型：不活潑金屬的含氧酸鹽溶液的電解，如CuSO4、AgNO3等。陰極：2Cu2+4e=2Cu陽極：4OH4e=O2+2H2O總反應：2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4陰極產物：析出不活潑金屬單質；陽極產物是該鹽對應的含氧酸和氧氣，本例中分別是Cu以及H2SO4、O2.電解液復原加入物質為不活潑金屬的氧化物（金屬價態與原鹽中相同）。如電解CuSO4溶液，復原需加入CuO。pH變化情況：溶液pH顯著變小。11、實驗分析：電解CuCl2溶液（1）電極材料陰極可用惰性電極，甚至較活潑的金屬，但陽極需使用惰性電極，否則會發生氧化反應而溶解。（2）惰性電極一般指金、鉑、石墨電極，而銀

17、、銅等均是活性電極。（3）實驗現象：通電后，電流表指針發生偏轉，陰極石墨棒上析出一層紅色固體，陽極表面有氣泡放出，可聞到刺激性氣味。（4）淀粉碘化鉀試紙的作用：檢驗陽極產物是否為Cl2。使用時應先潤濕并纏于玻棒端或用鑷子夾持，作用時間不宜太久，否則變藍后的試紙又會失去藍色。12、電解原理的應用氯堿工業如電解飽和食鹽水可制得NaOH、Cl2、H2，而電解稀NaCl溶液可制備NaClO。 電鍍 利用電解原理進行設計 電鍍與一般的電解本質相同，但在電極材料、電極反應（是同種金屬的得失電子，宏觀上無新物質生成）、溶液濃度（電解過程濃度一般會發生變化，但電鍍則不變）的變化等均有差別。精煉銅 電解法冶煉金

18、屬一些較活潑的金屬常用電解的方法冶煉，如Na、Mg、Al等金屬（這是因為這些金屬的陽離子的氧化性很弱，難以找到經濟實用的還原劑，從這個意義上看，電源的負極是最強的還原劑）。 例如：用石墨作電極電解熔融的氧化鋁原料 由鋁土礦提純得到純Al2O3設備 原理 在熔化條件下 Al2O3=2Al3+3O2陰極 4Al3+12e=4Al 陽極 6O212e=3O2總反應式： 注意：冰晶石作熔劑，降低Al2O3的熔點；電解過程中，定期補充碳塊；由鋁礬土制備純Al2O3。二、銅的電解精煉原理：電解時，用粗銅板作陽極，與直流電源的正極相連；用純銅板作陰極，與電源的負極相連，用CuSO4溶液（加入一定量的硫酸）作

19、電解液。CuSO4溶液中主要有Cu2+、SO、H+、OH，通電后H+和Cu2+移向陰極，并在陰極發生Cu2+2e=Cu，OH和SO移向陽極，但陽極因為是活性電極故而陰離子并不放電，主要為陽極（活潑及較活潑金屬）發生氧化反應而溶解，陽極反應：Cu2e=Cu2+。電解過程中，比銅活潑的Zn、Fe、Ni等金屬雜質，在銅溶解的同時也會失電子形成金屬陽離子而溶解，此時陰極仍發生Cu2+2e=Cu，這會導致電解液中硫酸銅的濃度不發生變化；Ag、Au不如Cu易失電子，Cu溶解時它們以陽極泥沉積下來可供提煉Au、Ag等貴金屬。結論：該過程實現了提純銅的目的。三、電鍍銅 1原理：電鍍時，一般都是用含鍍層金屬離子

20、的電解質溶液為電鍍液；把待鍍金屬制成品浸入電鍍液中與直流電源的負極相連，作為陰極，而用鍍層金屬為陽極，陽極金屬溶解在溶液中成為陽離子，移向陰極，并在陰極上被還原成金屬析出。電鍍銅規律可概括為“陽極溶解，陰極沉積，電解液不變”。工業上電鍍常使用有毒電鍍液，因此電鍍廢水應回收有用物質、降低有害物質含量后，達標排放，以防污染環境。2實驗分析：電鍍銅實驗（1）待鍍件需酸洗去除表面的銹。（2）電鍍液CuSO4中加氨水制成銅氨溶液以降低Cu2+濃度使鍍層光亮。典型例題剖析例1用兩支惰性電極插入500mL的AgNO3溶液中，通電電解。當電解質溶液的pH由6.0變為3.0時（設電解時陰極沒有氫氣析出，且電解液

21、在電解前后體積變化可以忽略），則電極上析出銀的質量是（ ）A27mg B54mg C108mg D216mg分析根據離子放電順序，先寫出兩極的電極反應式：陽極：4OH4e=O2+2H2O陰極：4Ag+4e=4Ag其中OH來自水，所以總的電解反應式：4Ag+2H2O4Ag+O2+4H+ 或 4AgNO3+2H2O4Ag+ O2+4HNO3因為有HNO3生成，所以pH要變小。生成HNO3的物質的量為(10-310-6)×0.50.5×10-3mol，所以析出銀的質量為0.5×10-3mol×108g/mol=54mg 答案：B例2如圖所示A為一張浸透淀粉碘化

22、鉀溶液并滴有酚酞試劑的濾紙，a、b為兩張緊貼在濾紙上的鉑片，并用導線和直流電源M、N兩極相連接，通電后，在a周圍觀察到無色溶液變為藍色。（1）電源哪一個極是正極？哪極是負極？（2）b周圍可觀察到什么現象？為什么？分析本題裝置實際上是電解KI溶液，由于a、b為鉑電極是惰性電極，則在陽極上放電的應是I，其電極 反應為：2I2e=I2；陰極是水電離出來的H+放電，其電極反應為：2H+2e=H2，由于H+在陰極上不斷放電，破壞了水的電離平衡，使陰極附近OH濃度增大。從題給條件分析可知，a周圍觀察到藍色，說明有I2生成，所以a為陽極、b為陰極，而與之相連中的電源M極為正極，N極為負極，b周圍酚酞試液變紅

23、色。答案：（1）M是電源的正極，N為負極；（2）b極周圍可看到溶液紅色，因為b極為陰極，其電極反應為2H+2e=H2，由于H+不斷放電破壞了水的電離平衡，OH增大，使得b極附近堿性增大，酚酞變紅。例3若在鐵片上鍍鋅，以下敘述中錯誤的是（ ）A可把鐵片與電源的正極相連B電解質必須用含有鋅離子的可溶性鹽C鋅極發生氧化反應D鐵極的電極反應式為Zn2+2e=Zn分析電鍍的實質就是以非惰性電極為陽極的一種特殊的電解。電鍍時一般以鍍層金屬為電解池的陽極，待鍍件為陰極，含鍍層金屬離子的電解溶液為電鍍液。電鍍過程中鍍層金屬發生氧化反應而成為離子溶入電解液，其離子則在待鍍件上發生還原反應而析出，且電解質溶液濃度

24、一般不變。故而本題只有A項不正確。答案：A例4串聯電路中的四個電解池分別裝有0.1mol·L-1的下列溶液，用鉑電極電解，連接直流電源一段時間后，溶液的pH最小的是（ ）ACuCl2 BNaCl CAgNO3 DKNO3分析本題主要考查電解原理、離子放電順序及電解后溶液pH變化等問題。理解電解原理并熟悉掌握陰、陽離子的放電順序是解本題的關鍵，在電解時,如果H+或OH在電極上放電往往會導致電極附近溶液H+或OH濃度發生改變，從而引起電極附近pH變化。對于電解CuCl2溶液，盡管H+或OH都沒有在陰極或陽極上放電，但由于CuCl2是強酸弱堿鹽，水解后溶液呈酸性，因此若CuCl2完全電解后

25、，如果不考慮Cl2溶于水生成HCl和H|ClO，溶液呈中性，pH增大（實際上由于生成HCl、HClO， 溶液呈微酸性）。電解NaCl溶液H+在陰極上放電，陰極附近OH濃度增大；陽極上Cl放電，陽極區域H+、OH濃度基本不變，因而電解后整個溶液pH會變大，電解AgNO3溶液，陰極Ag+放電；陽極是OH放電，陽極區域H+濃度變大，溶液pH會顯著變小（相當于生成稀HNO3）。電解KNO3實質是電解水，pH不變。答案：C例5將兩個鉑電極插入500mL CuSO4(aq)中進行電解，通電一段時間后，某一電極上增重0.064g(設電解時無H2放出，且不考慮水解和溶液體積的變化)，此時溶液中氫離子的物質的量濃度約為（ ）A1×10-3mol·L-1 B4×10-3mol·L-1C2×10-3mol·L-1 D1×107 mol·L-1分析由于最后溶液中的H+主要由電解Cu