高中化学 | 电解原理的应用

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电解可以将电能转化为化学能，在化工生产中有着重要的应用。电解在物质的制备、电镀、金属的精炼、金属的防护、污水治理方面有着很广泛的应用，是历年高考的热点和重点。（马上点标题下蓝字"高中化学"关注可获取更多学习方法、干货！）

一

电解饱和食盐水反应原理

1．实验分析：电解饱和食盐水    
在U形管里装入饱和食盐水，滴入几滴酚酞试液，用碳棒作阳极、铁棒作阴极，将湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近，接通电源，观察管内发生的现象及试纸颜色的变化。    
注意：铁棒不可作阳极，否则发生Fe - 2e^- = Fe²⁺；碘化钾淀粉试纸需事先用水润湿。    
现象：阴、阳两极均有气体放出，阳极气体有刺激性气味，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝；阴极区域溶液变红。说明阴极区域生成物为碱性物质与H2，阳极产物是Cl₂。

2．电解饱和食盐水反应原理    
饱和食盐水成分：溶液存在Na+、Cl^-、H+、OH^-四种离子。    
电极反应式：

阴极：2H⁺+2e^- = H₂↑（还原反应）；    
阳极：2Cl^--2e^- = Cl₂↑（氧化反应）。    
实验现象解释：    
（1）阴极区域变红原因：由于H+被消耗，使得阴极区域OH^-离子浓度增大（实际上是破坏了附近水的电离平衡，由于Kw为定值，c(H⁺)因电极反应而降低，导致c(OH-)增大，使酚酞试液变红）。    
（2）湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝原因：氯气可以置换出碘化钾中的碘，Cl2+2KI=2KCl+I2，I2使淀粉变蓝。    
注意：如果试纸被熏蒸的太久，蓝色会因为湿氯气的漂白作用而褪去。    
电解饱和食盐水的总反应式：

2NaCl+2H₂OCl₂↑+H₂↑+2NaOH

该电解反应属于放氢生碱型，电解质与水均参与电解反应，类似的还有K2S、MgBr2等。

二

铜的电解精炼

原理：电解时，用粗铜板作阳极，与直流电源的正极相连；用纯铜板作阴极，与电源的负极相连，用CuSO4溶液（加入一定量的硫酸）作电解液。    
CuSO4溶液中主要有Cu2+、SO4^2-、H+、OH^-，通电后H⁺和Cu²⁺移向阴极，并在阴极发生Cu²⁺+2e^-=Cu，OH^-和SO₄^2-移向阳极，但阳极因为是活性电极，故而阴离子并不放电，主要为阳极（活泼及较活泼金属）发生氧化反应而溶解，阳极反应：Cu-2e^-=Cu²⁺。

电解过程中，比铜活泼的Zn、Fe、Ni等金属杂质，在铜溶解的同时也会失电子形成金属阳离子而溶解，此时阴极仍发生Cu2++2e-=Cu，这会导致电解液浓度不发生变化；Ag、Au不如Cu易失电子，Cu溶解时它们以阳极泥沉积下来，可供提炼Au、Ag等贵金属。

该过程实现了提纯铜的目的。  
离子在电极上得失电子的能力与离子的性质、溶液的浓度、电流的大小、电极的材料等都有关系。中学阶段我们一般只讨论电极材料的性质、离子的氧化性强弱和还原性强弱对它们得失电子能力的影响。

三

电解冶炼铝

工业上，用纯净的氧化铝为原料，采用电解的方法制取铝。  
纯净的氧化铝熔点很高（2045℃），很难熔化，现在都用熔化的冰晶石（Na3AlF6）作熔剂，使氧化铝在1000℃左右溶解在液态的冰晶石里，成为冰晶石和氧化铝的熔融体，然后进行电解。    
电极反应式：    
阴极：4Al³⁺＋12e^-＝4Al    
阳极：6O^2-＋12e^-＝3O₂↑    
总反应式：2Al₂O₃==4Al＋3O₂↑(只能电解Al₂O₃，不能电解AlCl3)    
在冶炼铝时，阳极产生氧气，石墨阳极在如此高温条件下，将不断被氧气氧化而消耗，因而需不断补充石墨阳极。

四

电镀铜

1．原理：电镀时，一般都是用含镀层金属离子的电解质溶液为电镀液；把待镀金属制成品浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极，而用镀层金属为阳极，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，并在阴极上被还原成金属析出。

电镀铜规律可概括为“阳极溶解，阴极沉积，电解液不变”。  
工业上电镀常使用有毒电镀液，因此电镀废水应回收有用物质、降低有害物质含量后，达标排放，以防污染环境。

2．实验分析：电镀铜实验    
(1)待镀件需酸洗去除表面的锈。    
  (2)电镀液CuSO₄中加氨水制成铜氨溶液以降低Cu²⁺浓度使镀层光亮。

Tips：

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