電解池

電解池

化學術語
1807年,英國科學家H·戴維将熔融苛性堿進行電解制取鉀、鈉,從而為獲得高純度物質開拓了新的領域。[1]電解池的主要應用是用于工業制純度高的金屬,是将電能轉化為化學能的一個裝置(構成:外加電源,電解質溶液,陰陽電極)。使電流通過電解質溶液或熔融電解質而在陰,陽兩極引起還原氧化反應的過程。
    中文名:電解池 外文名: 适用領域: 所屬學科: 類型:電池 主要應用:用于工業制純度高的金屬 構成:外加電源,電解質溶液,陰陽電極 概念:氧化還原反應的過程電解原理

基本内容

基本概念

(1) 使電流通過電解質溶液而在陰、陽兩極上引起氧化還原反應的過程叫做電解。

(2) 把電能轉變為化學能的裝置叫做電解池或電解槽。

(3) 當離子到達電極時,失去或獲得電子,發生氧化還原反應的過程電解原理

陰極:與電源負極相連的電極。(得電子發生還原反應)

陽極:與電源正極相連的電極。(失電子發生氧化反應)

電解原理在現代生産生活中的應用,除氯堿工業(電解食鹽水)、電解冶煉外,還有電鍍、金屬的電解精煉、二次電池充電等領域.

電解定義

電解是使電流通過電解質溶液(或者是熔融的電解質)而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程。

陰極一定不參與反應 不一定是惰性電極;陽極不一定參與反應 也不一定是惰性電極

反應條件

①連接直流電源

②陰陽電極 陰極:與電源負極相連為陰極 陽極:與電源正極相連為陽極

③兩極處于電解質溶液或熔融電解質中

④兩電極形成閉合回路

電極反應

電極反應與電源的正極相連的電極稱為陽極。

物質在陽極上失去電子,發生氧化反應。

與電源的負極相連的電極成為陰極。

物質在陰極上得到電子,發生還原反應。

電解結果

在兩極上有新物質生成

反應規律

陽極:活潑金屬—電極失電子(Au,Pt 除外);

惰性電極—溶液中陰離子失電子

失電子能力:活潑金屬(除Pt Au)>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根(NO3 ->SO4 2-)>F-

陰極:溶液中陽離子得電子能力:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+(即金屬活潑性順序表的逆向)

規律:鋁前(含鋁)離子不放電,氫(酸)後離子先放電,氫(酸)前鋁後的離子看條件。

四類電解型的電解規律(當陽極為惰性電極時)

①電解水型(強堿,含氧酸,活潑金屬的含氧酸鹽),pH由溶液的酸堿性決定,溶液呈堿性則pH增大,溶液呈酸性則pH減小,溶液呈中性則pH不變。電解質溶液複原—加适量水。

②電解電解質型(無氧酸,不活潑金屬的無氧酸鹽),無氧酸pH變大,不活潑金屬的無氧酸鹽PH不變。電解質溶液複原—加适量電解質。

③放氫生堿型(活潑金屬的無氧酸鹽),pH變大。電解質溶液複原—加陰離子相同的酸。

④放氧生酸型(不活潑金屬的含氧酸鹽),pH變小。電解質 溶液複原—加陽離子相同的堿或氧化物。

電解意義

使在通常情況下不發生變化的物質發生氧化還原反應,得到所需的化工産品、進行電鍍以及冶煉活潑的金屬,在金屬的保護方面也有一定的用處。

電解工業

氯堿工業

氯堿工業(電解飽和食鹽水)制取氯氣、氫氣、燒堿。

飽和食鹽水溶液中存在Na+和Cl以及水電離産生的H+和OH

其中氧化性H+>Na+,還原性Cl>OH。所以H+和Cl先放電(即發生還原或氧化反應)。

陰極:2H++2e=H2↑ (還原反應)

陽極:2Cl-2e=Cl2↑ (氧化反應)

總反應的化學方程式:2NaCl+2H2O=(等号上為通電)2NaOH+H2↑+Cl2

用離子方程式表示:2Cl+2H2O=(等号上為通電)2OH+H2↑+Cl2↑。

電鍍應用

電鍍:應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或者合金的過程

條件:①鍍件做陰極②鍍層金屬做陽極③電鍍液中含鍍層金屬離子

電鍍時,把待鍍的金屬制品(即鍍件)作陰極,鍍層金屬作陽極,用含有鍍層金屬離子的溶液作電鍍液。

陽極:Mn-e=Mn+

陰極:Mn+ +e=Mn

這樣,在直流電的作用下,鍍層金屬就均勻地覆蓋到鍍件的表面。同樣的道理,用純銅作陰極,用粗銅作陽極,用CuSO4溶液作電解液。通入直流電,作為陽極的粗銅逐漸溶解,在陰極上析出純銅,從而達到提純銅的目的。

金屬防護

⑴改變金屬的内部組織結構合金鋼中含有合金元素,使組織結構發生變化,耐腐蝕。如:不鏽鋼。

⑵在金屬表面覆蓋保護層。常見方式有:塗油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等;使表面生成緻密氧化膜;在表面鍍一層有自我保護作用的另一種金屬。

⑶電化學保護法

①外加電源的陰極保護法:接上外加直流電源構成電解池,被保護的金屬作陰極。

②犧牲陽極的陰極保護法:外加負極材料,構成原電池,被保護的金屬作正極。

冶煉金屬

鈉、鈣、鎂、鋁等活潑金屬,很難用還原劑從它們的化合物中還原得到單質,因此必須通過電解熔融的化合物的方法得到。如電解熔融的氯化鈉可以得到金屬鈉:

陰極:2Na++2e=2Na

陽極:2Cl--2e-=Cl2

放電順序

(1)陽極:與電源的正極相連。

當陽極的電極材料為金屬(Pt或Au除外)時,通電後作電極的金屬失去電子變成金屬離子,溶解到電解質溶液中。

當陽極的電極材料是惰性物質(如Au、Pt或石墨)時,通電後溶液中的陰離子在陽極上失去電子,當溶液中同時存在多種陰離子時,還原性強的離子先失去電子發生氧化反應。

常見陰離子的還原性由強到弱的順序是:活性電極>S2-> I- > Br-> Cl->OH->含氧酸根離子(如SO4 2-、NO3-等)>F-

Cl-和OH-在電解時的電極反應式分别是:2Cl- -2e-=Cl2

4OH- -4e-=2H2O+O2

因為水電離能夠産生OH-,所以電解含氧酸鹽溶液時,在陽極上是OH-放電生成氧氣,而含氧酸根離子不發生變化。(當陽極為惰性金屬常用鉑金時自身放電)

(2)陰極:與電源的負極相連。在陰極上發生還原反應的是溶液中的陽離子。

當溶液中存在多種陽離子時,按金屬活動性順序,越不活潑的金屬,其陽離子的氧化性越強,越容易被還原。在水溶液中,鋁之前的金屬的陽離子不可能被還原。

電解規律

注意事項

(1)無氧酸是其本身的電解

(2)含氧酸是水的電解

(3)可溶性堿是水的電解

(4)活潑性金屬的含氧酸鹽也是水的電解

(5)活潑金屬的無氧鹽陰極析出氫氣并伴随溶液顯堿性,陽極析出非金屬單質

(6)不活潑金屬的無氧鹽是該鹽的電解

(7)中等活動性金屬的含氧酸鹽陰極析出金屬,陽極得到氧氣同時酸性提高

記憶方法

陽極出氧鹵,陰極氫金屬。

鹽的離子都放電,離子濃度急速減;

鹽的離子不放電,水耗離子濃度添。

酸根離子單放電,産物必得鹵氫堿;

金屬離子單放電,産物必得含氧酸。

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