电能转化为化学能—电解池
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1、电解原理 (1)定义:使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴阳两极引起氧化还原反应过程。 (2)装置特点:电能转化为化学能 (3) 形成条件: 1与电源相连的两个电极; ○2电解质溶液(或熔融的电解质); ○3形成闭合电路。 ○注意:电力和电解地比较 条件 过程 特点 联系 电离 电解质溶于水或熔融状态下 电解质理解成为自由移动的离子,如CuCl2=Cu2++2Cl- 之产生自由移动的离子 电解必须建立在电离的基础上 电解 电解质电离后,在通直流电 阴、阳离子定向移动,再两极上失、得电子成为原子或分子,如:CuCl2=Cu+Cl2↑ 发生氧化、还原反应、生成新物质 2、电解时电极产物的判断 (1)阳极产物的判断 首先看电极,如果使活性电极(金属活泼顺序表Ag以前),则电极材料是电子,电极被溶解,溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨),则要在单溶液中的离子的失电子能力。此时根据阴离子放电顺序加以判断。(放电顺序及为得、失电子能力顺序) 阳极上的放电顺序:S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42->F- 即:活性阳极(金属)>无氧酸根离子>OH->含氧酸根离子>F- 、S2-、I-、Br-Cl-、OH-‖NO3-、SO42-、F- 在溶液中只考虑此部分 注意:在溶液中含氧酸根离子不放电,常至最高价(中心原子)含氧酸根不放电,但非最高价(中心原子)含氧酸根的放电能力比OH-的强,如SO32-、MnO42-等。 (2)阴极阳离子的放电顺序: K+2++2+3+2+<(H+)2+2+2+<(H+)2+3+2++
Ag+、Hg2+、Fe3+、Cu2+、H+ ‖Pb2+、Sn2+、Fe2+、Zn2+ Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+
+
水溶液中只考虑此部分 浓度很大时排在H前 只在熔融状态下放电 阳离子的放电顺序基本上符合金属活动性顺序表,一般将H+的位置放在Cu2+后。但在电镀条件下,H+的位置在Zn2+后,Fe2+、Zn2+与H+顺序颠倒,即在水溶液中Fe2+、Zn2+的得电子能力比H+强,可人为水电离产生的氢离子浓度很小之故。
3、氯碱工业
(1)电解饱和食盐水以制备烧碱、氢气、氯气,电解饱和食盐水的工业叫氯碱工业。 (2)实验装置及原理
1按右图装置,在U形管里倒入饱和食盐水,插入一根石墨棒作为阳极,一根铁棒作○
阴极。同时在两边管中各滴入几滴酚酞试液,并用湿润的碘化钾试纸检验阳极放出的气体。接通直流电源后,注意管内发生的现象。
2实验原理分析: ○
阳极(放电顺序:Cl->OH-):
2Cl--2e-=Cl2↑(氧化反应) 阴极(放电顺序:H+>Na+): 2H++2e-=H2↑(还原反应)
在上述反应中,由于H+在阴极上得到电子而生成H2,破坏了附近的水的电离平衡,促进了水继续电离,结果阴极区溶液里OH-的浓度增大而呈碱性。
总反应:2NaCl+2H2O=2NaOH+ H2↑+ Cl2↑
(3)工业制备方法—离子交换膜法 1离子交换膜电解槽的组成 ○
由阳极(金属钛网)阴极(碳钢网)、离子交换膜、电解槽框和导电棒等组成,每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。如下图表示一个单元槽的示意图。
+--2将电解槽隔成阴极室和阳极室,它只允许阳离子(Na)通过,而阻止阴离子(Cl、OH)○
和气体通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸,又能避免Cl2和NaOH作用而生成NaClO而影响到烧碱的质量。
(4)原料的精制
2+2+3+2-1粗盐的成分:粗盐中含有泥沙、Ca、Mg、Fe、SO4等杂志,不符合电解要求,○
因此必须经过精制。
2+2+3+
2杂质的危害:Ca、Mg、Fe等金属离子在碱性环境中会生成沉淀,损坏离子交换○
膜;此外,杂质的存在会使得到的产品不纯。
3除杂质的过程: ○
(Ⅰ)除杂质时所加试剂的顺序要求是:a.Na2CO3必须在BaCl2之后;
b.加入盐酸再过滤之后。
(Ⅱ)试剂加入顺序有多种选择,如:a.BaCl2、NaOH、Na2CO3、过滤、HCl;
b.BaCl2、Na2CO3、NaOH、过滤、HCl; c.NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、HCl。
注意:实验水的净化,石化工生产实际上的必要过程,其中涉及了许多化学反应、化学实验知识。
4、电镀
(1)定义:电镀使应用电解原理在金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。 (2)目的:电镀的目的主要是使金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。
(3)镀层金属:通常是在空气或溶液中不易起变化的金属,如Cr、Zn、Ag、Cu等。 (4)原理:电镀时,把待渡金属制品作为阴极;用镀层金属作为阳极;用含有镀层金属离子的电解质配成电镀液。通低压直流电,阳极金属溶解在溶液中成为阳离子,移向阴极,在阴极获得电子被还原为金属,再待渡间表面上覆盖上一层均匀光洁而致密的镀层。如图:
(5)电镀特点:“一多、一少、一不变”。 “一多”指阴极上有镀层金属沉积,“一少”指阳极上有镀层金属溶解,“一不变”指电解液溶度不变。
5、书写电极反应式和总反应式的规律
必须正确书写原电池和电解质的电极反应式和总反应式。
电解
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