一周強(qiáng)化

一、一周知識概述

1、電解的概念

　　使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程叫做電解。

注意：

　?、匐娏鞅仨毷侵绷鞫皇墙涣?。

　?、谌廴趹B(tài)的電解質(zhì)也能被電解。

思考題：在電解反應(yīng)中，化學(xué)能與電能之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系是什么？

答案：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。

2、電解池的概念

　　借助于電流引起氧化還原反應(yīng)的裝置，也就是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置叫做電解池或電解槽。

3、構(gòu)成電解池的條件

　?。?）直流電源。

　?。?）兩個電極。其中與電源的正極相連的電極叫做陽極，與電源的負(fù)極相連的電極叫做陰極。

　?。?）電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解質(zhì)。

4、電解質(zhì)導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)

　　對電解質(zhì)溶液（或熔融態(tài)電解質(zhì)）通電時(shí)，電子從電源的負(fù)極沿導(dǎo)線流入電解池的陰極，電解質(zhì)的陽離子移向陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)；電解質(zhì)的陰離子移向陽極失去電子（有的是組成陽極的金屬原子失去電子）發(fā)生氧化反應(yīng)，電子從電解池的陽極流出，并沿導(dǎo)線流回電源的正極。這樣，電流就依靠電解質(zhì)溶液（或熔融態(tài)電解質(zhì)）里陰、陽離子的定向移動而通過溶液（或熔融態(tài)電解質(zhì)），所以電解質(zhì)溶液（或熔融態(tài)電解質(zhì)）的導(dǎo)電過程，就是電解質(zhì)溶液（或熔融態(tài)電解質(zhì)）的電解過程。

5、電解原理

6、電解原理的應(yīng)用。

7、金屬的腐蝕

8、金屬的防護(hù)方法

二、重難點(diǎn)知識解析

（一）電解原理

1、電解氯化銅

（1）實(shí)驗(yàn)步驟

　　第一步：如圖甲所示，把兩根石墨棒插入U(xiǎn)形管里的CuCl2溶液內(nèi)，觀察現(xiàn)象。

　　第二步：如圖乙所示，把用導(dǎo)線連接在一起的兩根石墨插入U(xiǎn)形管里的CuCl2溶液內(nèi)，觀察現(xiàn)象。

　　第三步：如圖丙所示，將兩根石墨棒、一只電流表和低壓直流電源串聯(lián)起來，將石墨棒插入U(xiǎn)形管里的CuCl2溶液內(nèi)，接通電源。把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在與電源正極相連的電極附近。觀察現(xiàn)象，約5min后切斷電源。

（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

　　在第一步和第二步中均無新現(xiàn)象發(fā)生。在第三步實(shí)驗(yàn)中，電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；陰極石墨棒周圍CuCl2溶液綠色變深，陽極石墨棒周圍CuCl2溶液綠色變淺；陰極石墨棒上逐漸覆蓋了一層紅色固本，陽極石墨棒上有氣泡放出，并可聞到刺激性的氣味，同時(shí)看到濕潤的碘化鉀淀粉試紙變?yōu)樗{(lán)色。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論

　　在通直流電的條件下，溶液里的CuCl2發(fā)生了分解反應(yīng)：

　　CuCl2Cu＋Cl2↑

　　Cu生成于陰極的石墨棒上，Cl2生成于陽極的石墨棒上。

（4）原理分析

　　CuCl2是強(qiáng)電解質(zhì)且易溶于水，在水溶液中電離生成Cu2＋和Cl－。

CuCl2＝Cu2＋＋2Cl－

　　通電前，Cu2＋和Cl－在水里自由地移動著；通電后，這些自由移動著的離子，在電場作用下，改作定向移動。溶液中帶正電的Cu2＋向陰極移動，帶負(fù)電的氯離子向陽極移動。在陰極，銅離子獲得電子而還原成銅原子覆蓋在陰極上；在陽極，氯離子失去電子而被氧化成氯原子，并兩兩結(jié)合成氯分子，從陽極放出。

　　陰極：Cu2＋＋2e－＝Cu

　　陽極：2Cl－－2e－＝ Cl2↑

　　電解CuCl2溶液的化學(xué)反應(yīng)方程式：CuCl2Cu＋Cl2↑

（5）電解質(zhì)水溶液電解反應(yīng)的綜合分析

　　在上面敘述氯化銅電解的過程中，沒有提到溶液里的H＋和OH－，其實(shí)H＋和OH－雖少，但的確是存在的，只是他們沒有參加電極反應(yīng)。也就是說在氯化銅溶液中，除Cu2＋和Cl－外，還有H＋和OH－，電解時(shí)，移向陰極的離子有Cu2＋和H＋，因?yàn)樵谶@樣的實(shí)驗(yàn)條件下Cu2＋比H+容易得到電子，所以Cu2＋在陰極上得到電子析出金屬銅。移向陽極的離子有OH－和Cl－，因?yàn)樵谶@樣的實(shí)驗(yàn)條件下，Cl－比OH－容易失去電子，所以Cl－在陽極上失去電子，生成氯氣。

說明：

　　①陽離子得到電子或陰離子失去電子而使離子所帶電荷數(shù)目降低的過程又叫做放電。

　?、谟檬⒔?、鉑等還原性很弱的材料制做的電極叫做惰性電極，理由是它們在一般的通電條件下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。用鐵、鋅、銅、銀等還原性較強(qiáng)的材料制做的電極又叫做活性電極，它們做電解池的陽極時(shí)，先于其他物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)。

　?、墼谝话愕碾娊鈼l件下，水溶液中含有多種陽離子時(shí)，它們在陰極上放電的先后順序是：Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞(H＋)＞Fe2＋＞Zn2＋；水溶液中含有多種陰離子時(shí)，它們的惰性陽極上放電的先后順序是：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞(F－、NO3－、SO42－等)

（6）以惰性電極電解電解質(zhì)水溶液，分析電解反應(yīng)的一般方法步驟為：

　?、俜治鲭娊赓|(zhì)水溶液的組成，找全離子并分為陰、陽兩組；

　　②分別對陰、陽離子排出放電順序，寫出兩極上的電極反應(yīng)式；

　　③合并兩個電極反應(yīng)式得出電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式或離子方程式。

（二）電解原理的應(yīng)用

1、銅的電解精煉

（1）電解法精煉銅的裝置

（2）電解法精煉銅的化學(xué)原理

　　陽極（粗銅）：Cu－2e－＝Cu2＋

　　陰極（純銅）：Cu2＋＋2e－＝Cu

說明：

　?、僖糟~為材料做的電極屬于活性電極。在一般的電解條件下，活性陽極先于電解質(zhì)溶液中的成分發(fā)生氧化反應(yīng)。

　　②粗銅中往往含有鋅、鐵、鎳、銀、金等多種雜質(zhì)，當(dāng)含雜質(zhì)的銅在陽極不斷溶解時(shí)，位于金屬活動性順序銅以前的金屬雜質(zhì)如Zn、Fe、Ni等，也會同時(shí)失去電子，如：

　　Zn－2e－＝Zn2＋

　　Ni－2e－＝Ni2＋

　　但是它們的陽離子比銅離子難以還原，所以它們并不在陰極獲得電子析出，而只是留在電解液里。而位于金屬活動性順序銅之后的銀、金等雜質(zhì)，因?yàn)榻o出電子的能量比銅弱，難以在陽極失去電子變成陽離子溶解下來，當(dāng)陽極上的銅失去電子變成離子溶解之后，它們以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽底，形成陽極泥（陽極泥可作為提煉金、銀等貴重金屬的原料）

　?、塾秒娊饩珶挿ㄋ玫降你~叫做電解銅，它的純度可達(dá)到99.95%～99.98%。

2、電鍍

（1）電鍍的涵義

　　電鍍是應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。

（2）電鍍的目的

　　電鍍的目的主要是使金屬增強(qiáng)抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬度。

（3）電鍍的原理

　　電鍍的原理與電解精煉銅的原理是一致的。電鍍時(shí)，一般都是用含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)配成電鍍液；把待鍍金屬制品浸入電鍍液中與直流電源的負(fù)極相連，作為陰極；用鍍層金屬作為陽極，與直流電源正極相連。通入低壓直流電，陽極金屬溶解在溶液中成為陽離子，移向陰極，這些離子在陰極獲得電子被還原成金屬，覆蓋在需要電鍍的金屬制品上。

3、鋁的冶煉

4、氯堿工業(yè)

（1）電解飽和食鹽水反應(yīng)原理

　?、賹?shí)驗(yàn)步驟

　　按圖裝置，在U形管里倒入飽和食鹽水，插入一根石墨棒作陽極，一根鐵棒作陰極。同時(shí)在兩邊管中各滴入幾滴酚酞試液，并用濕潤的碘化鉀淀粉試紙檢驗(yàn)陽極放出的氣體。接通直流電源后，注意管內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象。

　?、趯?shí)驗(yàn)現(xiàn)象

　　陽極上有氣泡逸出，氣體呈黃綠色，有刺激性氣味，使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊優(yōu)樗{(lán)色，陽極區(qū)溶液由無色變?yōu)辄S綠色。陰極上有氣泡逸出，氣體無色、無味。陰極區(qū)溶液由無色變?yōu)闇\紅色，紅色逐漸加深、區(qū)域逐漸擴(kuò)大。

　?、蹖?shí)驗(yàn)結(jié)論

　　用惰性材料作陽極，電解食鹽的飽和溶液，生成Cl2、H2和NaOH。

　　陽極：2Cl－－2e－＝Cl2↑（放電順序：Cl－>OH－）

　　陰極：2H＋＋2e－＝H2↑（放電順序：H＋>Na＋）

　　在上述反應(yīng)中，由于H＋在陰極上得到電子而生成H2，破壞了附近的水的電離平衡，促進(jìn)了水繼續(xù)電離，結(jié)果陰極區(qū)溶液里OH－的濃度增大而呈現(xiàn)堿性。

（2）離子交換膜法制燒堿

　　①離子交換膜電解槽的組成

　　由陽極（金屬鈦網(wǎng)）、陰極（碳鋼網(wǎng)）、離子交換膜、電解槽框和導(dǎo)電銅棒等組成，每臺電解槽由若干個單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。下圖表示一個單元槽的示意圖。

　?、陉栯x子交換膜的作用

　　將電解槽隔成陰極室和陽極室，它只允許陽離子（Na＋）通過，而阻止陰離子（Cl－、OH－）和氣體通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。

（3）離子交換膜法電解制燒堿的主要生產(chǎn)流程

離子交換膜法電解制堿的主要生產(chǎn)流程

（4）食鹽的精制

　?、俅蛀}的成分:粗鹽中的主要成分是NaCl,此外還含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42－雜質(zhì)。這樣的粗鹽不符合電解要求，因此必須經(jīng)過精制。

　　②雜質(zhì)的危害：Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等金屬離子在堿性環(huán)境中會生成沉淀，損壞離子交換膜；此外，雜質(zhì)的存在會使得到的產(chǎn)品不純。

　?、鄢s質(zhì)的過程：

注意：

　　①除雜質(zhì)時(shí)所加試劑的順序要求是：a、Na2CO3必須在BaCl2之后；b、加入鹽酸在過濾之后。

　?、谠噭┘尤腠樞蛴卸喾N選擇，如：a、BaCl2、NaOH、Na2CO3、過濾、HCl；b、BaCl2、Na2CO3、NaOH、過濾、HCl；c、NaOH、BaCl2、Na2CO3、過濾、HCl。

（5）、以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn)及產(chǎn)品的主要用途

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