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電解

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電解

電解(Electrolysis)是將電流通過電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)物質(zhì),(又稱電解液),在陰極和陽極上引起氧化還原反應的過程,電化學電池在外加電壓時可發(fā)生電解過程。

即電流通過物質(zhì)而引起化學變化的過程。化學變化是物質(zhì)失去或獲得電子(氧化或還原)的過程。電解過程是在電解池中進行的。電解池是由分別浸沒在含有正、負離子的溶液中的陰、陽兩個電極構(gòu)成。電流流進負電極(陰極),溶液中帶正電荷的正離子遷移到陰極,并與電子結(jié)合,變成中性的元素或分子;帶負電荷的負離子遷移到另一電極(陽極),給出電子,變成中性元素或分子。  

電解原理分析

(以cucl2為例)

CuCl2是強電解質(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:Cl--2e-= Cl2↑

電解CuCl2溶液的化學反應方程式:CuCl2=Cu+Cl2↑(電解)(5)電解質(zhì)水溶液電解反應的綜合分析

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H+和OH-雖少,但的確是存在的,只是他們沒有參加電極反應。也就是說在氯化銅溶液中,除Cu2+和Cl-外,還有H+和OH-,電解時,移向陰極的離子有Cu2+和H+,因為在這樣的實驗條件下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-,因為在這樣的實驗條件下,Cl-比OH-更容易失去電子,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。

②用石墨、金、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)生化學反應。用鐵、鋅、銅、銀等還原性較強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,先于其他物質(zhì)發(fā)生氧化反應。

③在一般的電解條件下,水溶液中含有多種陽離子時,它們在陰極上放電的先后順序是:Ag+>Fe3+>Hg2+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+;水溶液中含有多種陰離子時,它們的惰性陽極上放電的先后順序是:S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-。

(6)以惰性電極電解電解質(zhì)水溶液,分析電解反應的一般方法步驟為:

①分析電解質(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式;

③合并兩個電極反應式得出電解反應的總化學方程式或離子方程式。  

用途

電解廣泛應用于冶金工業(yè)中,如從礦石或化合物提取金屬(電解冶金)或提純金屬(電解提純),以及從溶液中沉積出金屬(電鍍)。金屬鈉和氯氣是由電解溶融氯化鈉生成的;電解氯化鈉的水溶液則產(chǎn)生氫氧化鈉和氯氣。電解水產(chǎn)生氫氣和氧氣。水的電解就是在外電場作用下將水分解為H2(g)和O2(g)。電解是一種非常強有力的促進氧化還原反應的手段,許多很難進行的氧化還原反應,都可以通過電解來實現(xiàn)。例如:可將熔融的氟化物在陽極上氧化成單質(zhì)氟,熔融的鋰鹽在陰極上還原成金屬鋰。電解工業(yè)在國民經(jīng)濟中具有重要作用,許多有色金屬(如鈉、鉀、鎂、鋁等)和稀有金屬(如鋯、鉿等)的冶煉及金屬(如銅、鋅、鉛等)的精煉,基本化工產(chǎn)品(如氫、氧、燒堿、氯酸鉀、過氧化氫、乙二腈等)的制備,還有電鍍、電拋光、陽極氧化等,都是通過電解實現(xiàn)的。  

電解質(zhì)

在水溶液里或熔融狀態(tài)下能導電的化合物叫電解質(zhì)?;衔飳щ姷那疤幔浩鋬?nèi)部存在著自由移動的陰陽離子。

離子化合物在水溶液中或熔化狀態(tài)下能導電;共價化合物:某些也能在水溶液中導電(如HCl,其它為非電解質(zhì))

強電解質(zhì)一般有:強酸強堿,大多數(shù)鹽,活潑金屬的氧化物、氫化物;弱電解質(zhì)一般有:(水中只能部分電離的化合物)弱酸(可逆電離,分步電離<多元弱酸>,弱堿(如NH3.H2O)。另外,水是極弱電解質(zhì)。

導電的性質(zhì)與溶解度無關(guān)

注:能導電的不一定是電解質(zhì)判斷某化合物是否是電解質(zhì),不能只憑它在水溶液中導電與否,還需要進一步考察其晶體結(jié)構(gòu)和化學鍵的性質(zhì)等因素。例如,判斷硫酸鋇碳酸鈣和氫氧化鐵是否為電解質(zhì)。硫酸鋇難溶于水(20 ℃時在水中的溶解度為2.4×10-4 g),溶液中離子濃度很小,其水溶液不導電,似乎為非電解質(zhì)。但溶于水的那小部分硫酸鋇卻幾乎完全電離(20 ℃時硫酸鋇飽和溶液的電離度為97.5%)。因此,硫酸鋇是電解質(zhì)。碳酸鈣和硫酸鋇具有相類似的情況,也是電解質(zhì)。從結(jié)構(gòu)看,對其他難溶鹽,只要是離子型化合物或強極性共價型化合物,盡管難溶,也是電解質(zhì)。

氫氧化鐵的情況則比較復雜,F(xiàn)e3+與OH-之間的化學鍵帶有共價性質(zhì),它的溶解度比硫酸鋇還要小(20 ℃時在水中的溶解度為9.8×10-5 g);而落于水的部分,其中少部分又有可能形成膠體,其余亦能電離成離子。但氫氧化鐵也是電解質(zhì)。

判斷氧化物是否為電解質(zhì),也要作具體分析。非金屬氧化物,如SO2、SO3、P2O5、CO2等,它們是共價型化合物,液態(tài)時不導電,所以不是電解質(zhì)。有些氧化物在水溶液中即便能導電,但也不是電解質(zhì)。因為這些氧化物與水反應生成了新的能導電的物質(zhì),溶液中導電的不是原氧化物,如SO2本身不能電離,而它和水反應,生成亞硫酸,亞硫酸為電解質(zhì)。金屬氧化物,如Na2O,MgO,CaO,Al2O3等是離子化合物,它們在熔化狀態(tài)下能夠?qū)щ姡虼耸请娊赓|(zhì)。 需要注意的是,氯化鋁(AlCl3)是電解質(zhì),但是是共價化合物而不是離子化合物。

可見,電解質(zhì)包括離子型或強極性共價型化合物;非電解質(zhì)包括弱極性或非極性共價型化合物。電解質(zhì)水溶液能夠?qū)щ姡且螂娊赓|(zhì)可以離解成離子。至于物質(zhì)在水中能否電離,是由其結(jié)構(gòu)決定的。因此,由物質(zhì)結(jié)構(gòu)識別電解質(zhì)與非電解質(zhì)是問題的本質(zhì)。

另外,有些能導電的物質(zhì),如銅、鋁等不是電解質(zhì)。因它們并不是能導電的化合物,而是單質(zhì),不符合電解質(zhì)的定義。

電解質(zhì)是指在水溶液中或熔融狀態(tài)下能夠?qū)щ姷幕衔?,例如酸、堿和鹽等。凡在上述情況下不能導電的化合物叫非電解質(zhì),例如蔗糖、酒精等。

電解生成物規(guī)律

十六字要訣:

陰得陽失 :電解時,陰極得電子, 發(fā)生還原反應,陽極失電子,發(fā)生氧化反應;

陰精陽粗 :精煉銅過程中,陰極使用精銅,陽極使用粗銅,最后陽極逐漸溶解,且產(chǎn)生陽極泥;

陰堿陽酸 :在電解反應之后,不活潑金屬的含氧酸鹽會在陽極處生成酸,而活潑金屬的無氧酸鹽會在陰極處生成堿;

陰固陽氣 :電解反應之后,陰極產(chǎn)生固體及還原性氣體,而陽極則生成氧化性強的氣體。

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