【知识解析】电解的原理

电解熔融氯化钠实验装置及操作实验现象容器中盛有熔融氯化钠，两侧分别插入石墨片和铁片作为电极材料，两个电极分别与电源的正极和负极相连通电后，在石墨电极周围有黄绿色的气泡产生，在铁电极周围有银白色金属生成电解熔融氯化钠实验分析实验结论①熔融氯化钠中含有可自由移动的Na＋和Cl－②通电后离子的移动：Na＋移向铁电极；Cl－移向石墨电极③电极上发生的变化铁电极：2Na＋＋2e－===2Na，石墨电极：2Cl－－2e－===Cl2↑在直流电的条件下，熔融的氯化钠发生了化学反应，分解生成钠和氯气：2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑通电电解概念将直流电通过熔融电解质或电解质溶液，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程特点电解法是最强有力的氧化还原手段，是不可逆的电解质溶液（或熔融电解质）的导电过程就是电解质溶液（或熔融电解质）的电解过程电解电解池（1）概念：将电能转化为化学能的装置叫作电解池。（2）构成条件两个电极直流电源电解池的构成条件电解质溶液或熔融电解质形成闭合回路电解池（3）电极阳极——发生氧化反应的电极（与电源正极相连）阴极——发生还原反应的电极（与电源负极相连）电解池（4）电极反应式用来表示电极上物质的变化及电子转移情况的式子。名师提醒根据材料不同将电极分为活性电极和惰性电极，活性电极（还原性较强的材料）是相对惰性电极来说的。“惰性”是指电极本身还原性很弱，不易发生反应。活性电极指位于金属活动性顺序中Ag和Ag之前的金属，惰性电极指石墨、铂（Pt）、金（Au）等。电解池的工作原理还原反应阴极直流电源电子电子电解质阳极氧化反应熔融或溶于水－＋阳离子阴离子＋电解池的工作原理原电池电解池定义装置构成原电池与电解池的比较通过氧化还原反应将化学能直接转化为电能的装置在直流电作用下迫使反应物发生氧化还原反应，从而将电能转化为化学能的装置电极反应物、电极材料、离子导体和电子导体外接直流电源、电极反应物、电极材料、离子导体和电子导体电解池的工作原理原电池电解池电极名称续表正、负极由电极本身性质决定：相对较活泼（根据金属活动性顺序）的金属做负极，较不活泼的金属或石墨棒做正极，也可以都是惰性电极阴、阳极由外接直流电源决定：与直流电源负极相连的电极为阴极，与直流电源正极相连的电极为阳极电解池的工作原理原电池电解池电子流动方向电极反应续表电子由负极经导线流向正极电子由直流电源的负极流出，沿导线到达电解池的阴极，电子由阳极沿导线流到直流电源的正极负极：失去电子，发生氧化反应正极：得到电子，发生还原反应阴极：得到电子，发生还原反应阳极：失去电子，发生氧化反应电解池的工作原理原电池电解池实例续表负极：Zn－2e－===Zn2＋正极：Cu2＋＋2e－===Cu阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－===Cu电解池中离子的放电顺序（1）阴离子在阳极上的放电顺序离子在电极表面得到或失去电子的过程①先看电极，如果是活性电极（除Pt、Au以外的金属），则电极材料失去电子，电极溶解，溶液中的阴离子不能优先失去电子。②如果是惰性电极（如Pt、Au、石墨等），则按溶液中阴离子的放电顺序依次放电。由于水溶液中总有OH－，所以在水溶液中，最高价含氧酸根离子没有放电机会。常见阴离子的放电顺序：电解池中离子的放电顺序注意：在溶液中含氧酸根离子不放电是指最高价（中心原子）含氧酸根离子不放电，某些非最高价（中心原子）含氧酸根离子的放电能力比OH－的强，如SO32－等。电解池中离子的放电顺序（2）阳离子在阴极上的放电顺序阴极放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。常见阳离子的放电顺序：典例详析例1－1如图是电解熔融NaCl制备金属钠的装置示意图，下列有关判断正确的是（）A．电流从负极流出，流入铁电极B．石墨电极为正极，发生还原反应C．Na＋在铁电极上得到电子被还原为钠单质D．装置中两个电极可以互换C典例详析解析：电流从正极流出，流入石墨电极，A项错误；石墨电极与电源正极相连，为阳极，发生氧化反应，B项错误；铁电极是阴极，Na＋在铁电极上得到电子被还原为钠单质，C项正确；若两个电极互换，则铁电极为阳极，Fe失电子生成Fe2＋，Cl－不能失电子，得不到Cl2，一段时间后Fe2＋在阴极得电子生成Fe，D项错误。典例详析例1－2下列关于电解池的叙述正确的是（）A．电解池中的闭合回路仅由电子的定向移动形成B．电子从电源的负极经导线流向电解池的阳极，从电解池的阴极经导线流向电源的正极C．在电解质溶液中，阴离子向阴极移动，阳离子向阳极移动D．相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子数与阴离子在阳极上失去的电子数相等D典例详析解析：电解池中的闭合回路是由电子在导线中的定向移动和离子在溶液中的定向移动形成的，A项错误；电子从电源的负极经导线流向电解池的阴极，从电解池的阳极经导线流向电源的正极，B项错误；在电解质溶液中，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，C项错误。典例详析例1－3某同学将电解池工作时电子流动方向、离子定向移动方向及电极种类等信息表示在图中，下列有关分析完全正确的是（）选项ABCDa阳极阴极阳极阴极d正极正极负极负极Q离子阳离子阳离子阴离子阴离子B典例详析解析：根据该电解池工作时电子流向可知，c是负极，d是正极，a是阴极，b是阳极，电解时，电解质溶液中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，则Q离子是阳离子，P离子是阴离子，故B项正确。典例详析例1－4（北京高考）用石墨电极电解CuCl2溶液（如图所示）。下列分析正确的是（）A．a端是直流电源的负极B．通电使CuCl2发生电离C．阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－===CuD．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体A典例详析解析：通过题图中离子的移动方向可判断，连接a的电极为阴极，连接b的电极为阳极，故a端为直流电源的负极，b端为直流电源的正极，A项正确；CuCl2在水溶液中就能发生电离，而不是通电的结果，B项错误；阳极发生氧化反应，即2Cl－－2e－===Cl2↑，C项错误；阴极发生还原反应，析出铜，阳极发生氧化反应，在阳极附近可观察到黄绿色气体，D项错误。典例详析例1－5［2021福建福州八县（市）期中］若某电能与化学能的转化装置（电解池或原电池）中发生的总反应的离子方程式是Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑，则下列关于该装置的说法正确的是（）A．该装置可能是原电池，也可能是电解池B．该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极C．该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸D．该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸B典例详析解析：铜和盐酸或稀硫酸不能自发地进行氧化还原反应，铜和硝酸能自发地进行氧化还原反应，但生成的气体是氮氧化物而不是氢气，所以该装置只能是电解池；该电解池中，铜为阳极，阳极上铜失电子发生氧化反应，阴极上H＋得电子发生还原反应，故选B。典例详析例1－6（2021安徽蚌埠月考）用惰性电极电解CuCl2和NaCl的混合溶液，阴极和阳极上最先析出的物质分别是（）A．H2和Cl2B．Cu和Cl2C．H2和O2D．Cu和O2B典例详析解析