电解和电解原理的定义及应用

一、电解和电解原理的定义及应用

1、电解的定义：使电流通过熔融电解质或电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。

2、电解原理：直流电通过电解质溶液或熔融电解质时，离子定向移动，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应，将电能转化为化学能而储存在反应产物中。

3、电解池

（1）定义：电解池是将电能转化为化学能的装置。其中，与电源负极相连的电极是电解池的阴极，与电源正极相连的电极是电解池的阳极。

（2）电解池的构成条件（三电一回路）

①直流电源；

②两个固定电极；

③电解质溶液或熔融状态的电解质；

④形成闭合回路。

（3）电极反应

①阴极：与电源负极相连，聚集大量的负电荷，阳离子得到电子，被还原，发生还原反应。

②阳极：与电源正极相连，聚集大量的正电荷，阴离子或金属原子失去电子，被氧化，发生氧化反应。

（4）电解池中电子、电流方向的分析

①电流方向：电源正极→金属导线→阳极，阴极→金属导线→电源负极。

②电子、离子移动方向：在电解质溶液中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动；在外电路中，电子由阳极→正极，负极→阴极。

4、电解原理的应用

（1）氯碱工业

习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。

原理分析：工业生产中采用立式隔膜电解槽将阴极室与阳极室分开，将经过净化精制的食盐水加入阳极室，在阳极上氯离子（$\ce{Cl-}$）失去电子生成氯气；在阴极上水分子转化为氢气和氢氧根离子（$\ce{OH-}$）。阳离子交换膜允许钠离子（$\ce{Na+}$）通过，钠离子进入阴极室与氢氧根离子形成烧碱溶液。这样既能防止阴极产生的$\ce{H2}$和阳极产生的$\ce{Cl2}$相混合而引起爆炸，又能避免$\ce{Cl2}$和$\ce{NaOH}$作用生成$\ce{NaClO}$而影响烧碱产量。

（2）电镀

①含义：应用电解的原理，在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。

②目的：增强金属的抗腐蚀能力，增加美观度和表面硬度。

③电镀池的构成

阴极：待镀金属。

阳极：镀层金属。

电镀液：含镀层金属阳离子的电解质溶液。

（3）电解精炼铜

阳极反应产物的分析：粗铜中往往含锌、铁、镍、金等多种金属。当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序中铜以前的金属杂质如$\ce{Zn}$、$\ce{Fe}$、$\ce{Ni}$等，也会同时失去电子，如$\ce{Zn}-$$\ce{2e-}$$\xlongequal[\quad]{}$$\ce{Zn^2+}$、$\ce{Ni}-$$\ce{2e-}$$\xlongequal[\quad]{}$$\ce{Ni^2+}$。但是它们的阳离子比铜离子难还原，所以它们并不在阴极获得电子析出，而只是留在电解质溶液里。而位于金属活动性顺序中铜之后的金属如金等杂质，因为失电子能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子溶解，而是以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥（阳极泥可作为提炼金等贵重金属的原料）。

阴极反应产物的分析：电解过程中，$\ce{Cu^2+}$比$\ce{H+}$、$\ce{Zn^2+}$、$\ce{Ni^2+}$和$\ce{Fe^2+}$先在阴极放电而析出，$\ce{Zn^2+}$、$\ce{Ni^2+}$、$\ce{Fe^2+}$等离子留在溶液中。

（4）电冶金

①原理：金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来。

$\ce{M^\displaystyle{n}+}+$$\ce{\displaystyle{n}e-}$$\xlongequal[\quad]{}$$\ce{M}$

②对象：钠、钙、镁、铝等活泼金属。

二、电解原理的相关例题

用电解法精炼含有$\ce{Fe}$、$\ce{Zn}$、$\ce{Ag}$等杂质的粗铜。下列叙述正确的是___

A．电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极

B．粗铜与电源负极相连，发生氧化反应

C．阴极上发生的反应是$\ce{Cu^2+}+$$\ce{2e-}$$\xlongequal[\quad]{}$$\ce{Cu}$

D．电解后$\ce{Fe}$、$\ce{Zn}$、$\ce{Ag}$等杂质会形成阳极泥

答案：C

解析：精炼粗铜时，粗铜与电源正极相连，作阳极，发生氧化反应，A、B错误；阴极上$\ce{Cu^2+}$得电子生成金属铜，C正确；活泼性$\ce{Zn>}$$\ce{Fe}>$$\ce{Cu}>$$\ce{Ag}$，阳极泥中不会有$\ce{Zn}$、$\ce{Fe}$，D错误。