电解池知识点总结思维导图
《电解池知识点总结思维导图》
I. 电解池基础概念
A. 定义
- 概念：将电能转化为化学能的装置。
- 本质：氧化还原反应（非自发反应）。
B. 构成要素
- 电源：提供电能，区分正极（阳极）和负极（阴极）。
- 电解质：含有自由移动离子的溶液或熔融态物质。
- 电极：
- 阴极：与电源负极相连，发生还原反应。
- 阳极：与电源正极相连，发生氧化反应。
- 导线：连接电源和电极，形成闭合回路。
C. 工作原理
- 通电后，电解质中的离子在电场作用下定向移动。
- 阳离子移向阴极，在阴极得电子，发生还原反应。
- 阴离子移向阳极，在阳极失电子，发生氧化反应。
II. 电极反应
A. 阴极反应
- 放电顺序：通常取决于离子的得电子能力（氧化性）。
- 活泼金属阳离子（K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+）优先H+放电(由溶液中的水电离产生，而非酸或碱中的H+)。
- H+ (酸性环境) > 较不活泼金属阳离子 (如Cu2+, Ag+)。
- H+ (中性/碱性环境) > H2O
- 具体反应方程式：
- 如：Cu2+ + 2e- → Cu
- 2H+ + 2e- → H2↑ (酸性)
- 2H2O + 2e- → H2↑ + 2OH- (中性/碱性)
B. 阳极反应
- 放电顺序：取决于电极材料及溶液中的离子。
- 活性电极 (如Fe, Cu, Ag等)：电极本身失电子，先于电解质中的离子放电。
- 惰性电极 (如Pt, Au, 石墨等)：
- 放电顺序：S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根离子 (NO3-, SO42-, PO43-) > F-
- OH-离子放电的条件：通常在溶液酸性不强、且没有其他更容易放电的阴离子时发生。
- 具体反应方程式：
- 活性电极：Cu - 2e- → Cu2+
- 惰性电极：
- 2Cl- - 2e- → Cl2↑
- 4OH- - 4e- → 2H2O + O2↑
III. 电解原理的应用
A. 电解食盐水
- 电极反应：
- 阴极：2H2O + 2e- → H2↑ + 2OH-
- 阳极：2Cl- - 2e- → Cl2↑
- 总反应：2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2↑ + Cl2↑ (电解)
- 产物：氢气、氯气、氢氧化钠。
- 工业意义：氯碱工业的基础。
B. 电镀
- 原理：利用电解原理在金属表面镀上一层金属。
- 电极：
- 电解质：含有镀层金属离子的溶液。
- 过程：镀层金属阳极溶解，金属离子迁移到阴极，在阴极析出。
- 目的：防腐、美观、耐磨等。
C. 电解精炼铜
- 电极：
- 电解质：硫酸铜溶液。
- 原理：粗铜中的活泼金属失电子进入溶液，不活泼金属以泥渣形式沉淀。铜离子在阴极得电子析出。
- 阳极泥：含有金、银等贵重金属。
D. 电解水
- 电极反应：
- 阴极：2H+ + 2e- → H2↑ 或 2H2O + 2e- → H2↑ + 2OH-
- 阳极：4OH- - 4e- → 2H2O + O2↑
- 总反应：2H2O → 2H2↑ + O2↑ (电解)
- 现象：阴极产生氢气，阳极产生氧气，体积比为2:1。
IV. 电解计算
A. 电解产物量的计算
- 依据电极反应方程式及电子得失守恒计算。
- 注意气体的体积是在标准状况下。
- 法拉第定律：电极上析出物质的量与通过的电量成正比 (m = MIt/nF，其中F为法拉第常数，F = 96500 C/mol)。
B. 电解质溶液pH变化
- 考虑溶液中H+和OH-的浓度变化。
- 电解NaCl溶液，产生NaOH，pH升高。
- 电解CuCl2溶液，产生酸性物质，pH降低。
- 电解水，pH可能变化，取决于是否存在其他干扰离子。
C. 电解池串联
- 各电解池通过的电量相等，根据各电极反应方程式计算各电解池产物的量。
V. 电解池与原电池的比较
| 特征 |
电解池 |
原电池 |
| 装置类型 |
电能转化为化学能 |
化学能转化为电能 |
| 反应类型 |
非自发氧化还原反应 |
自发氧化还原反应 |
| 条件 |
外加电源 |
不需要外加电源 |
| 电极类型 |
阴极、阳极 |
正极、负极 |
| 反应过程 |
电解质溶液中的离子定向移动并发生反应 |
氧化还原反应推动电子定向移动 |
| 电极反应 |
氧化反应在阳极，还原反应在阴极 |
氧化反应在负极，还原反应在正极 |
VI. 注意事项
- 掌握电极反应的书写。
- 注意电解质溶液的酸碱性。
- 理解放电顺序规则。
- 灵活运用电子得失守恒计算。
- 注意不同电解条件对产物的影响。
