【知識解析】電解的原理

電解熔融氯化鈉實驗裝置及操作實驗現(xiàn)象容器中盛有熔融氯化鈉，兩側(cè)分別插入石墨片和鐵片作為電極材料，兩個電極分別與電源的正極和負極相連通電后，在石墨電極周圍有黃綠色的氣泡產(chǎn)生，在鐵電極周圍有銀白色金屬生成電解熔融氯化鈉實驗分析實驗結(jié)論①熔融氯化鈉中含有可自由移動的Na＋和Cl－②通電后離子的移動：Na＋移向鐵電極；Cl－移向石墨電極③電極上發(fā)生的變化鐵電極：2Na＋＋2e－===2Na，石墨電極：2Cl－－2e－===Cl2↑在直流電的條件下，熔融的氯化鈉發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，分解生成鈉和氯氣：2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑通電電解概念將直流電通過熔融電解質(zhì)或電解質(zhì)溶液，在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程特點電解法是最強有力的氧化還原手段，是不可逆的電解質(zhì)溶液（或熔融電解質(zhì)）的導(dǎo)電過程就是電解質(zhì)溶液（或熔融電解質(zhì)）的電解過程電解電解池（1）概念：將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置叫作電解池。（2）構(gòu)成條件兩個電極直流電源電解池的構(gòu)成條件電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)形成閉合回路電解池（3）電極陽極——發(fā)生氧化反應(yīng)的電極（與電源正極相連）陰極——發(fā)生還原反應(yīng)的電極（與電源負極相連）電解池（4）電極反應(yīng)式用來表示電極上物質(zhì)的變化及電子轉(zhuǎn)移情況的式子。名師提醒根據(jù)材料不同將電極分為活性電極和惰性電極，活性電極（還原性較強的材料）是相對惰性電極來說的?！岸栊浴笔侵鸽姌O本身還原性很弱，不易發(fā)生反應(yīng)?；钚噪姌O指位于金屬活動性順序中Ag和Ag之前的金屬，惰性電極指石墨、鉑（Pt）、金（Au）等。電解池的工作原理還原反應(yīng)陰極直流電源電子電子電解質(zhì)陽極氧化反應(yīng)熔融或溶于水－＋陽離子陰離子＋電解池的工作原理原電池電解池定義裝置構(gòu)成原電池與電解池的比較通過氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置在直流電作用下迫使反應(yīng)物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置電極反應(yīng)物、電極材料、離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體外接直流電源、電極反應(yīng)物、電極材料、離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體電解池的工作原理原電池電解池電極名稱續(xù)表正、負極由電極本身性質(zhì)決定：相對較活潑（根據(jù)金屬活動性順序）的金屬做負極，較不活潑的金屬或石墨棒做正極，也可以都是惰性電極陰、陽極由外接直流電源決定：與直流電源負極相連的電極為陰極，與直流電源正極相連的電極為陽極電解池的工作原理原電池電解池電子流動方向電極反應(yīng)續(xù)表電子由負極經(jīng)導(dǎo)線流向正極電子由直流電源的負極流出，沿導(dǎo)線到達電解池的陰極，電子由陽極沿導(dǎo)線流到直流電源的正極負極：失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)正極：得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)陰極：得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)陽極：失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)電解池的工作原理原電池電解池實例續(xù)表負極：Zn－2e－===Zn2＋正極：Cu2＋＋2e－===Cu陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑陰極：Cu2＋＋2e－===Cu電解池中離子的放電順序（1）陰離子在陽極上的放電順序離子在電極表面得到或失去電子的過程①先看電極，如果是活性電極（除Pt、Au以外的金屬），則電極材料失去電子，電極溶解，溶液中的陰離子不能優(yōu)先失去電子。②如果是惰性電極（如Pt、Au、石墨等），則按溶液中陰離子的放電順序依次放電。由于水溶液中總有OH－，所以在水溶液中，最高價含氧酸根離子沒有放電機會。常見陰離子的放電順序：電解池中離子的放電順序注意：在溶液中含氧酸根離子不放電是指最高價（中心原子）含氧酸根離子不放電，某些非最高價（中心原子）含氧酸根離子的放電能力比OH－的強，如SO32－等。電解池中離子的放電順序（2）陽離子在陰極上的放電順序陰極放電的總是溶液中的陽離子，與電極材料無關(guān)。常見陽離子的放電順序：典例詳析例1－1如圖是電解熔融NaCl制備金屬鈉的裝置示意圖，下列有關(guān)判斷正確的是（）A．電流從負極流出，流入鐵電極B．石墨電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)C．Na＋在鐵電極上得到電子被還原為鈉單質(zhì)D．裝置中兩個電極可以互換C典例詳析解析：電流從正極流出，流入石墨電極，A項錯誤；石墨電極與電源正極相連，為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，B項錯誤；鐵電極是陰極，Na＋在鐵電極上得到電子被還原為鈉單質(zhì)，C項正確；若兩個電極互換，則鐵電極為陽極，F(xiàn)e失電子生成Fe2＋，Cl－不能失電子，得不到Cl2，一段時間后Fe2＋在陰極得電子生成Fe，D項錯誤。典例詳析例1－2下列關(guān)于電解池的敘述正確的是（）A．電解池中的閉合回路僅由電子的定向移動形成B．電子從電源的負極經(jīng)導(dǎo)線流向電解池的陽極，從電解池的陰極經(jīng)導(dǎo)線流向電源的正極C．在電解質(zhì)溶液中，陰離子向陰極移動，陽離子向陽極移動D．相同時間內(nèi)，陽離子在陰極上得到的電子數(shù)與陰離子在陽極上失去的電子數(shù)相等D典例詳析解析：電解池中的閉合回路是由電子在導(dǎo)線中的定向移動和離子在溶液中的定向移動形成的，A項錯誤；電子從電源的負極經(jīng)導(dǎo)線流向電解池的陰極，從電解池的陽極經(jīng)導(dǎo)線流向電源的正極，B項錯誤；在電解質(zhì)溶液中，陰離子向陽極移動，陽離子向陰極移動，C項錯誤。典例詳析例1－3某同學(xué)將電解池工作時電子流動方向、離子定向移動方向及電極種類等信息表示在圖中，下列有關(guān)分析完全正確的是（）選項ABCDa陽極陰極陽極陰極d正極正極負極負極Q離子陽離子陽離子陰離子陰離子B典例詳析解析：根據(jù)該電解池工作時電子流向可知，c是負極，d是正極，a是陰極，b是陽極，電解時，電解質(zhì)溶液中陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動，則Q離子是陽離子，P離子是陰離子，故B項正確。典例詳析例1－4（北京高考）用石墨電極電解CuCl2溶液（如圖所示）。下列分析正確的是（）A．a(chǎn)端是直流電源的負極B．通電使CuCl2發(fā)生電離C．陽極上發(fā)生的反應(yīng)：Cu2＋＋2e－===CuD．通電一段時間后，在陰極附近觀察到黃綠色氣體A典例詳析解析：通過題圖中離子的移動方向可判斷，連接a的電極為陰極，連接b的電極為陽極，故a端為直流電源的負極，b端為直流電源的正極，A項正確；CuCl2在水溶液中就能發(fā)生電離，而不是通電的結(jié)果，B項錯誤；陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，即2Cl－－2e－===Cl2↑，C項錯誤；陰極發(fā)生還原反應(yīng)，析出銅，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，在陽極附近可觀察到黃綠色氣體，D項錯誤。典例詳析例1－5［2021福建福州八縣（市）期中］若某電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)化裝置（電解池或原電池）中發(fā)生的總反應(yīng)的離子方程式是Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑，則下列關(guān)于該裝置的說法正確的是（）A．該裝置可能是原電池，也可能是電解池B．該裝置只能是電解池，且金屬銅為該電解池的陽極C．該裝置只能是原電池，且電解質(zhì)溶液為硝酸D．該裝置只能是原電池，電解質(zhì)溶液不可能是鹽酸B典例詳析解析：銅和鹽酸或稀硫酸不能自發(fā)地進行氧化還原反應(yīng)，銅和硝酸能自發(fā)地進行氧化還原反應(yīng)，但生成的氣體是氮氧化物而不是氫氣，所以該裝置只能是電解池；該電解池中，銅為陽極，陽極上銅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上H＋得電子發(fā)生還原反應(yīng)，故選B。典例詳析例1－6（2021安徽蚌埠月考）用惰性電極電解CuCl2和NaCl的混合溶液，陰極和陽極上最先析出的物質(zhì)分別是（）A．H2和Cl2B．Cu和Cl2C．H2和O2D．Cu和O2B典例詳析解析