微专题 电解原理及电镀、精炼、冶金、物质制备的应用
一、电解和电解池
1．电解的定义
让直流电通过电解质溶液或__熔融电解质__，在两个电极上分别发生__氧化反应__和__还原反应__的过程。
2．电解池
(1)定义：电解池是把电能转变为化学能的装置。
(2)电解池的构成条件：
①有外接直流电源。
②有与电源相连的两个电极
③形成闭合回路__。
④电解质溶液或熔融电解质。
(3)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)。
总反应的化学方程式：__CuCl2Cu＋Cl2↑__
总反应的离子方程式：__Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑__
(4)电子和离子的移动方向(惰性电极)
【易错提醒】
①金属活动性顺序中银以前的金属(含银)作电极时，由于金属本身可以参与阳极反应，称为金属电极或活性电极(如Zn、Fe、Cu、Ag等)；金属活动性顺序中银以后的金属或非金属作电极时，称为惰性电极，主要有铂(Pt)、石墨等。②电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是靠离子移动导电，即电子不通过电解质溶液。
(5)分析电解过程的思维程序：
①首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活性电极。
②再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。③然后排出阴、阳两极的放电顺序：
电解池阴、阳两极的放电顺序
【易错提醒】
A．阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。B．最常用、最重要的放电顺序是阳极：Cl－＞OH－；阴极：Ag＋＞Cu2＋＞H＋。
C．电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、A1等金属。
④分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
⑤最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
3．电解池电极反应式的书写步骤与方法
【易错提醒】
(1)书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池的总反应时，弱电解质要写成分子式。如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)；总反应离子方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(2)电解水溶液时，应注意放电顺序，位于H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。
(3)Fe3＋在阴极上放电时生成Fe2＋而不是得到单质Fe。
(4)判断电解产物、书写电极反应式以及分析电解质溶液的变化时首先要注意阳极是活性材料还是惰性材料。
(5)书写电解化学方程式时，应看清是电解电解质的水溶液还是熔融电解质。Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融状态下才放电。
4．判断电解池阴、阳极的常用方法
判断方法 阳极 阴极
与电源连接 与正极相连 与负极相连
闭合 回路 导线中 电子流出 电子流入
电解质溶液中 阳离子移离 阳离子移向
阴离子移向 阴离子移离
电极 反应 得失电子 失电子 得电子
化合价 升高 降低
反应类型 氧化反应 还原反应
电极质量 减小或不变 增大或不变
5．用惰性电极电解电解质溶液的类型
类型 电解质 特点 实例 电解产物 电极反应特点 电解 对象 电解质溶液的 变化 电解质溶液的 复原
阴极 阳极
电解 水型 含氧酸 H2SO4 H2 O2 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑ 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 水 浓度 增大 加H2O
可溶性 强碱 NaOH
活泼金 属含氧 酸盐 KNO3
电解 质型 无氧酸 HCl H2 Cl2 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 电 解 质 浓度 减小 通HCl
不活泼 金属无 氧酸盐 CuCl2 Cu Cl2 加 CuCl2
放H2 生碱 型 活泼金 属无氧 酸盐 NaCl H2 Cl2 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 阳极：电解质阴离子放电 电解 质和 水 生成 新电 解质 通HCl
放O2 生酸 型 不活泼 金属含 氧酸盐 CuSO4 Cu O2 阴极：电解质阳离子放电 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 电解 质和 水 生成 新电 解质 加CuO
【易错提醒】
(1)电解时溶液pH的变化规律。
①若电解时阴极上产生H2，阳极上无O2产生，电解后溶液pH增大；
②若阴极上无H2产生，阳极上产生O2，则电解后溶液pH减小；
③若阴极上有H2产生，阳极上有O2产生，且VH2＝2VO2，则有“酸更酸，碱更碱，中性就不变”，即：
a．如果原溶液是酸溶液，则pH变小；
b．如果原溶液为碱溶液，则pH变大；
c．如果原溶液为中性溶液，则电解后pH不变。
(2)电解质溶液的复原措施。
电解后的溶液恢复到原状态，出什么加什么(即一般加入阴极产物与阳极产物的化合物)。如用惰性电极电解盐酸(足量)一段时间后，若使溶液复原，应通入HCl气体而不能加入盐酸。
判断电解池阴、阳极的方法
6．电解池中电极反应式的书写
7．构建思维模型突破电解池原理
分析电解池问题的一般程序为找电源(或现象)→判两极→写电极反应式→得总反应式。①连电源正极的为阳极，阳极上发生氧化反应；连电源负极的为阴极，阴极上发生还原反应，两电极反应式之和即为电池总反应式。②电极材料：惰性电极指Pt、Au、石墨；活性电极指除Pt、Au、石墨外的金属材料。
8．电化学的计算技巧
原电池和电解池的相关计算，主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量的计算、阿伏加德罗常数测定的计算、溶液pH的计算，根据产物的量求转移电子的物质的量及根据转移电子的物质的量求产物的量等。在进行有关计算时，可运用以下基本方法：
(1)根据总反应式计算。
先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。
(2)根据电子守恒计算。
①用于串联电路中阴、阳两极产物或正、负两极产物在相同电量时的计算，其依据是各电极上转移的电子数相等。
②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(3)根据关系式计算。
根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。
如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：
(式中M为金属，n为金属离子的化合价数值)
该关系式具有总揽电化学计算的作用，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
提示：在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。
9．电解原理的应用
（1）电解饱和食盐水
①电极反应：
阴极：电极反应式：__2H＋＋2e－===H2↑__反应类型：__还原__反应。
阳极：电极反应式：__2Cl－－2e－===Cl2↑__反应类型：__氧化__反应。
②总反应离子方程式：
__2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑__
总反应化学方程式：
__2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑__
③氯碱工业生产流程图
④应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气。
离子交换膜电解槽原理示意图
阳离子交换膜：
①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。
②将电解槽隔成阳极室和阴极室。
（2）电解精炼铜
注意：电解精炼铜时，阳极质量减小，阴极质量增加，溶液中的Cu2＋浓度减小。
（3）电镀铜
—
（4）电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
【易错提醒】
(1)氯碱工业所用的饱和食盐水需要精制，除去NaCl中混有的Ca2＋、Mg2＋、SO。
(2)电镀铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)不变；电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)减小。
(3)电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解MgO冶炼镁，是因为MgO的熔点很高；电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，是因为AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电。
(4)电解精炼铜时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，电解质溶液中Cu2＋的浓度减小。
(5)粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)，在阳极难以失去电子，当阳极上的铜失去电子变成离子之后，它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，成为阳极泥。
10.电解原理应用的四点注意事项
(1)阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)，只允许阳离子(Na＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和气体分子(Cl2)通过，这样既能防止H2和Cl2混合发生爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液反应生成NaClO而影响烧碱的质量。
(2)电解或电镀时，电极质量减小的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属附着在阴极上。
(3)电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，其他活泼性弱于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。
(4)电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目与阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液中电解质的浓度保持不变。微专题 电解原理及电镀、精炼、冶金、物质制备的应用
一、电解和电解池
1．电解的定义
让直流电通过电解质溶液或__熔融电解质__，在两个电极上分别发生__氧化反应__和__还原反应__的过程。
2．电解池
(1)定义：电解池是把电能转变为化学能的装置。
(2)电解池的构成条件：
①有外接直流电源。
②有与电源相连的两个电极
③形成闭合回路__。
④电解质溶液或熔融电解质。
(3)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)。
总反应的化学方程式：__CuCl2Cu＋Cl2↑__
总反应的离子方程式：__Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑__
(4)电子和离子的移动方向(惰性电极)
【易错提醒】
①金属活动性顺序中银以前的金属(含银)作电极时，由于金属本身可以参与阳极反应，称为金属电极或活性电极(如Zn、Fe、Cu、Ag等)；金属活动性顺序中银以后的金属或非金属作电极时，称为惰性电极，主要有铂(Pt)、石墨等。②电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是靠离子移动导电，即电子不通过电解质溶液。
(5)分析电解过程的思维程序：
①首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活性电极。
②再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。③然后排出阴、阳两极的放电顺序：
电解池阴、阳两极的放电顺序
【易错提醒】
A．阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。B．最常用、最重要的放电顺序是阳极：Cl－＞OH－；阴极：Ag＋＞Cu2＋＞H＋。
C．电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、A1等金属。
④分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
⑤最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
3．电解池电极反应式的书写步骤与方法
【易错提醒】
(1)书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池的总反应时，弱电解质要写成分子式。如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)；总反应离子方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(2)电解水溶液时，应注意放电顺序，位于H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。
(3)Fe3＋在阴极上放电时生成Fe2＋而不是得到单质Fe。
(4)判断电解产物、书写电极反应式以及分析电解质溶液的变化时首先要注意阳极是活性材料还是惰性材料。
(5)书写电解化学方程式时，应看清是电解电解质的水溶液还是熔融电解质。Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融状态下才放电。
4．判断电解池阴、阳极的常用方法
判断方法 阳极 阴极
与电源连接 与正极相连 与负极相连
闭合 回路 导线中 电子流出 电子流入
电解质溶液中 阳离子移离 阳离子移向
阴离子移向 阴离子移离
电极 反应 得失电子 失电子 得电子
化合价 升高 降低
反应类型 氧化反应 还原反应
电极质量 减小或不变 增大或不变
5．用惰性电极电解电解质溶液的类型
类型 电解质 特点 实例 电解产物 电极反应特点 电解 对象 电解质溶液的 变化 电解质溶液的 复原
阴极 阳极
电解 水型 含氧酸 H2SO4 H2 O2 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑ 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 水 浓度 增大 加H2O
可溶性 强碱 NaOH
活泼金 属含氧 酸盐 KNO3
电解 质型 无氧酸 HCl H2 Cl2 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 电 解 质 浓度 减小 通HCl
不活泼 金属无 氧酸盐 CuCl2 Cu Cl2 加 CuCl2
放H2 生碱 型 活泼金 属无氧 酸盐 NaCl H2 Cl2 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 阳极：电解质阴离子放电 电解 质和 水 生成 新电 解质 通HCl
放O2 生酸 型 不活泼 金属含 氧酸盐 CuSO4 Cu O2 阴极：电解质阳离子放电 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 电解 质和 水 生成 新电 解质 加CuO
【易错提醒】
(1)电解时溶液pH的变化规律。
①若电解时阴极上产生H2，阳极上无O2产生，电解后溶液pH增大；
②若阴极上无H2产生，阳极上产生O2，则电解后溶液pH减小；
③若阴极上有H2产生，阳极上有O2产生，且VH2＝2VO2，则有“酸更酸，碱更碱，中性就不变”，即：
a．如果原溶液是酸溶液，则pH变小；
b．如果原溶液为碱溶液，则pH变大；
c．如果原溶液为中性溶液，则电解后pH不变。
(2)电解质溶液的复原措施。
电解后的溶液恢复到原状态，出什么加什么(即一般加入阴极产物与阳极产物的化合物)。如用惰性电极电解盐酸(足量)一段时间后，若使溶液复原，应通入HCl气体而不能加入盐酸。
判断电解池阴、阳极的方法
6．电解池中电极反应式的书写
7．构建思维模型突破电解池原理
分析电解池问题的一般程序为找电源(或现象)→判两极→写电极反应式→得总反应式。①连电源正极的为阳极，阳极上发生氧化反应；连电源负极的为阴极，阴极上发生还原反应，两电极反应式之和即为电池总反应式。②电极材料：惰性电极指Pt、Au、石墨；活性电极指除Pt、Au、石墨外的金属材料。
8．电化学的计算技巧
原电池和电解池的相关计算，主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量的计算、阿伏加德罗常数测定的计算、溶液pH的计算，根据产物的量求转移电子的物质的量及根据转移电子的物质的量求产物的量等。在进行有关计算时，可运用以下基本方法：
(1)根据总反应式计算。
先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。
(2)根据电子守恒计算。
①用于串联电路中阴、阳两极产物或正、负两极产物在相同电量时的计算，其依据是各电极上转移的电子数相等。
②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(3)根据关系式计算。
根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。
如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：
(式中M为金属，n为金属离子的化合价数值)
该关系式具有总揽电化学计算的作用，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
提示：在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。
9．电解原理的应用
（1）电解饱和食盐水
①电极反应：
阴极：电极反应式：__2H＋＋2e－===H2↑__反应类型：__还原__反应。
阳极：电极反应式：__2Cl－－2e－===Cl2↑__反应类型：__氧化__反应。
②总反应离子方程式：
__2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑__
总反应化学方程式：
__2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑__
③氯碱工业生产流程图
④应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气。
离子交换膜电解槽原理示意图
阳离子交换膜：
①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。
②将电解槽隔成阳极室和阴极室。
（2）电解精炼铜
注意：电解精炼铜时，阳极质量减小，阴极质量增加，溶液中的Cu2＋浓度减小。
（3）电镀铜
—
（4）电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
【易错提醒】
(1)氯碱工业所用的饱和食盐水需要精制，除去NaCl中混有的Ca2＋、Mg2＋、SO。
(2)电镀铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)不变；电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)减小。
(3)电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解MgO冶炼镁，是因为MgO的熔点很高；电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，是因为AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电。
(4)电解精炼铜时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，电解质溶液中Cu2＋的浓度减小。
(5)粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)，在阳极难以失去电子，当阳极上的铜失去电子变成离子之后，它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，成为阳极泥。
10.电解原理应用的四点注意事项
(1)阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)，只允许阳离子(Na＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和气体分子(Cl2)通过，这样既能防止H2和Cl2混合发生爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液反应生成NaClO而影响烧碱的质量。
(2)电解或电镀时，电极质量减小的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属附着在阴极上。
(3)电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，其他活泼性弱于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。
(4)电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目与阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液中电解质的浓度保持不变。
