電解原理

編稿：顧振海審稿：潘廷宏責編：顧振海

［重點難點］

1.理解電解的基本概念和原理。

2.了解銅的電解精煉、電鍍銅。

3.會寫電極反應式、電解方程式，掌握環(huán)繞電解的計算。

［知識點講解］

［基礎知識導引］

1.電解

陽股-+陽械

\?~r

由

^

電解3期

使電流通過電解質溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程叫做電解。如用惰性電極電解

CuCk溶液時，電極反應式：

陽極2c1—2e-=Cbt（氧化反應）

陰極Cu2++2e-=Cu（還原反應）

電解方程式為：

cucii—cu+as+

2.電解池

把電能轉變?yōu)榛瘜W能的裝置叫做電解池或者電解槽。

皮雕池與宜旅皮源的連槎

其中跟直流電源或者原電池的負極相連的電極是電解池的陰極;跟直流電源或者原電池的正極相

連的電極是電解池的陽極。

3.銅的電解精煉和電鍍銅⑴銅的精煉

■

電解翩僅J原理

陽極Cu一2e—=Cu2+陰極Cu2+十2e一=Cu

⑵電鍍銅

電鍍銅和精煉銅的原理是一致的，但陰、陽兩極材料略有差別：

①精煉銅時，粗銅板作陽極，純銅片作陰極，用CuSO4溶液伽入一定量的硫酸）作電解液。

②電鍍銅時，鍍層金屬銅片）作陽極，待鍍件（鐵片）作陰極，用含有鍍層金屬離子的電解質（CuSO

J配成電鍍液。

鍍件陰極

銅片

CuSO.寰矗

溶彼

［重點難點點撥］

一、電解原理

1.電解質溶液的導電

我們知道，金屬導電時，是金屬內部的自由電子發(fā)生的定向挪移，而電解質溶液的導電與金屬導

電不同。

1通電前n通電時

通地韌后精液里肉于咨新居意圖

通電前電解質溶液中陰、陽離子在溶液中自由地挪移；通電后在電場的作用下，這些自由移動的

離子改作定向挪移，帶負電荷的陰離子由于靜電作用向陽極挪移，帶正電荷的陽離子則向陰極挪移，

并在兩極上發(fā)生氧化還原反應。我們把：

借助于電流引起氧化還原反應的裝置，也就是把電能轉化為化學能的裝置叫電解池。

電解池中與直流電源負極相連的電極叫陰極，與直流電源正極相連的電極叫陽極。

物質能否導電是由其內部能否形成定向挪移的自由電荷所決定的，對金屬就是自由電子，而對電

解質溶液就是自由挪移的陰陽離子。

2.電解

（1）概念：使電流流過電解質溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程叫電解。

（2）電子流動的方向：

電子從外接直流電源的負極流出，經導線到達電解池的陰極，電解池溶液中的陽離子移向陰極，

并在陰極獲得電子而被還原，發(fā)生還原反應；與此同時，電解池溶液中的陰離子移向陽極，并在陽極上

失去電子（也可能是陽極很活潑而本身失去電子）而被氧化，發(fā)生氧化反應。這樣，電子又從電解池的陽

極流出，沿導線而流回外接直流電源的正極。

（3）電極反應的類型：陽極反應為氧化反應，陰極反應為還原反應，故而陰極處于被保護的狀態(tài)，

而陽極則有可能被腐蝕。

3、電極名稱的進一步理解

原電池：根據(jù)電子流動的方向可以把電極分成正、負極。流出電子的電極（或者發(fā)生氧化反應

的電極）為負極、流入電子的電極其（或者發(fā)生還原反應的電極）正極；

電解池：根據(jù)離子的遷移方向可以把電極分成陽極、陰極。陽離子移向的電極（或者與直流電源

負極相連的電極）為陰極、陰離子移向的電極（或者與直流電源正極相連的電極）為陽極。

⑴在原電池中，用正極、負極，其中負極流出電子

⑵在電解池中，用陽極、陰極，其中陰極流入電子

（3）電解池的陽極與原電池的正極相連，電解池的陰極與原電池的負極相連

4、電極反應式和電解方程式的書寫

<1〉化學變化的表示表示方法

為了表示化學變化的不同側面，化學變化主要用化學方程式表示。具體分類如下：

（1）（普通）化學方程式

⑵氧化還原方程式（標出電子轉移方向、數(shù)目等）

⑶離子方程式

⑷電離方程式

⑸水解方程式

⑹熱化學方程式（標明反應物、生成物的狀態(tài)及對應的熱效應）

⑺電極反應式

⑻電解方程式

<2〉電極反應式與電解方程式的書寫

書寫電極反應，首先要搞清晰電極材料，然后分析溶液中離子情況，再根據(jù)陰、陽極放電的規(guī)

律，得出相應的結論。

電解過程總反應方程式叫電解方程式（指電解時總的化學方程式或者離子方程式）。要正確書寫

電解方程式，首先要正確寫出電極反應式，然后分析參加電極反應的離子來自何種物質，這樣才能正

確寫出反應物、生成物，配平且在等號上方注明電解"或者通電”。

書寫的具體步驟：

⑴先查陽極電極材料和確定溶液中的離子種類

__>

如用C電極電解CuSO4溶液：溶液中有CuSO4=Cu2+十SO42一;尢0H++OH-

溶液中存在Cu2+、H+、OH一、SO42-共4種離子。

⑵由放電順序確定放電產物和電極反應

放電能力CU2+/H+Cu2+放電生成Cu

OHSO42-,OH-放電生成

電極反應：

陰極2CU2+十4e—=2Cu

陽極40H——4e—=2H20十02t

溶液中余下的H+和S042—結合成新物質H2S04O

⑶由電極反應產物，寫出總反應式電解化學方程式

如上述反應中的反應物為CuSO4和皿0,產物是Cu、。2和HzSO],反應式為:

由解

2CuSOa+2H202Cu+02t+2斗S04

5、電離、水解和電解的比較

發(fā)生條

發(fā)變化實質實例

①合用

于電解

電解質分離

質

成自由挪移

的離子（在淄&十4HQ

②在溶

水溶液中形

液或者

在水合離

熔化

子）①電離是鹽

狀態(tài)

類發(fā)生水解

中發(fā)生

組成鹽的酸反應和電解

①發(fā)生

根陰禺子或反應的先決

于某些

者金屬陽離條件

鹽類

子CN—±HQ6HCN+OH

（包括②電解要通

②在水Cl*

NH4+）和水入直流電才

溶液中

城副趣H+能發(fā)生

藏甯解質

③水解惟獨

①惟獨電某些鹽類才

解質處于發(fā)生。普通

在直流電作

熔融狀態(tài)說，水解反

用下，組成電

或者溶液應是可逆

解質的陰、陽

中才干發(fā)的、微弱的

電離子（或者水電制

生

解中的H+、0H20220〃2H20—2Cd+CU+

-）在電極上

②要

發(fā)生氧化還

通入直流

原反應

電，才發(fā)

生電解

6、電離方程式、離子方程式和電極反應式的比較

表示內容書寫特點實例

①NaHS04;陶卜+F+&京

強電解質徹底電離，

電用二表示，弱電解質不完②H-S+H~0+HS

離表示電解質在

全電離，用表示。多元-HSHjQ*+字一③

方熔融狀態(tài)或者

酸、堿分步電離分步書

程溶液中的電離NaHCBNF+Hg

式寫（中學階段中多元弱

HCOjUH,+5

堿的電離可一步書寫）

國KQ6=K』+Ck方

?NHT+6T=N璃9+H0

反應物、生成物中易溶2

且易電離的寫離子形②睥見舊招

離M

表示電解質在溶式；其他物質寫份子式

子

液中的反應。可方程式兩邊原子個數(shù)③6中雄船=Mg+3*

方

以表示同一類和電荷均應相等，固態(tài)④CJ”令2嵋Q二L匚整roH命

程

的反應物質間反應不用離子

式

方程式表示（濃溶液間⑤snr=[Fdg)]g

的反應普通也不用）⑥到+20"二心》寸"2HaO

①用惰性電極電解CuS04

溶液陽極40H——4e—=2H

表示原電池或

要注明電極名稱，得20+02T陰極Cu2++2e—=Cu

者電解池中的

（失）電子數(shù)②鋼鐵的吸氧腐蝕負極

電極反應

Fe-*2e—=Fe2+

正極02+2H20+4e-=40H-

7、原電池、電解池和電鍍池的比較

原電池電解池電鍍池

定應用電解原理在某些金屬表面鍍上

將化學能轉變成電能的裝置將電能轉變成化學能的裝置

義一層其他金屬合金的裝置

Ere

裝

置

舉

例

稀磷酸CuCb(a-q)ZnCL(aq)

形

十①活動性不同的兩電極（連接）①兩電極接直流電源①鍍層金屬接電源正極，待鍍

成

攵②電解質溶液（電極插入其中并與電極自發(fā)反②兩電極插入電解質金屬接電源負極

應）溶液②電鍍液必須含有鍍層金屬的離

件

③形成閉合回路③形成閉合回路子

電

W負極較活潑金屬（電子流出的極）名稱同電解池的命名，但有限

極陽極與電源正極相連的極

“正極較不活潑金屬或者能導電的非金屬（電子流制陽極必須是鍍層金屬陰極

名陰極與電源泉負極相連的極

生入的極）鍍件

稱

陽極氧化反應；溶液中的陰離子失電

負極氧化反應；金屬失電子

子，或者電極金屬失電子陽極金屬電極失電子

正極還原反應；溶液中的陽離子得電子或者氧氣

陰極還原反應；溶液中的陽離子得電陰極電鍍液中陽離子得電子

得電子（吸氧腐蝕）

子

外電路：外電路：同電解

池

負極一』正極電源負,極導益-陰極

電源正極a導a陽極

化學能轉變?yōu)殡婋娔苻D化為化學電能轉化為化學

能能能

變

裝

置

無外接直流電源有外接直流電源有外接直流電源

特

點

相

似

均能發(fā)生氧化還原反應，且同一裝置中兩個電極在反應過程中轉移電子總數(shù)相等。

之

處

舉

⑴銅鋅原電池；⑵氫氧燃燒電池⑴氯堿工業(yè)裝置；⑵電解精煉銅鍍鋅裝置

例

8、電解時電極放電順序的判斷

離子在電極上得失電子的能力與離子的性質、溶液的濃度和溫度、電流的大小、電極的材料及電極間的距離等

都有關系。中學階段我們普通只討論電極材料的性質、離子的氧化性強弱和還原性強弱對它們得失電子能力的影響。

⑴陽極放電順序

首先看電極，如果是活性電極（指金屬活動順序表Ag及Ag以前的金屬）則電極材料失電子，電極被溶解，溶

液中的陰離子不能失電子。如果是惰性電極（PtAu、石墨），則要再看溶液中的陰離子的失電子能力，此時根據(jù)陰

離子放電順序加以判斷。

陰離子放電順序：

S2->I->Br->Cl->0H-〉含氧酸根〉F-（實際上在水溶液中的電解，0H-后面的離子是不可能放電的，因為水提

供0H-的會放電）

⑵陰極放電順序

陰極本身被保護，直接根據(jù)陽離子放電順序進行判斷，陽離子放電順序：

Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>A13+>Mg2+（類似，在水溶液中的電解，H+后面的離子普通是不放

電的，因為水提供的H+會放電；但離子的放電順序往往還與溶液的酸堿性、溫度、離子的濃度等有關）

9、電解質溶液的電解規(guī)律（惰性電極）

電解質實“如上溶液的石、、

電解陰極陽極總方程式備注

物質

強堿的含電解

氧酸鹽不變質起

Na2S04導電

作用，

含氧酸H2O4H++4e—=2H2f40H—4e-=02t+2%02HO—21^UQzt

降低其量

HSO

24不變，

強堿水減

升高

KOH

具體看

金屬陽

離子水

解能力

與生成

的氣體

弱堿的非

溶于水

含氧酸鹽相當

后的反

=于電

（氟化物Cu2++2e—CuI2C1——2e—=C121

CuQj-Cu+Cl2f應。此處

除解質

本身Cl2溶于分解，

外）CuCl?

水的酸水不

性強于參加

CU2+水反應

解的酸

旺，加以

pH下降

非含氧酸rih4s

2Br-?-2e-=Br

（HF除2H+2e-=Ht2升高

+2-囪+坨T

外）HBr

強堿的非H2O,

A有麻士卜M.qc-ufori—rit4直

白書乎皿U2rV121〃網

產生

NaClCl-+H2f+Cl21f

堿或

弱堿的含酸

2CU9O+2%()皿2Cu

H2O4

氧酸鹽Cu2++2e—=2CuI40H—4e-=02t+2%0降低

Cu2++522H2s0-

CuSO彳

10、電解質溶液電解時（均為惰性電極），pH變化情況，電解液復原所需加入物質及電解類型（與

上面的9相互對照補充）

⑴分解水型：含氧酸、強堿、活潑金屬的含氧酸鹽（如NaOH、H2s04、&S0,等）的電解。陰極：

4H++4e-=2H2t

陽極：40H-4e-=02t+2r0

以L、電解

總反應：2H2。2H2t+qt

陰極產物：H2；陽極產物：

電解質溶液復原加入物質：H20。

pH變化情況：原來酸性的溶液pH變小，原來堿性的溶液pH變大，強酸（含氧酸）強堿的正鹽溶

液pH不變。

（2）分解電解型：無氧酸（除HF夕卜）、不活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）的電解，如

HC1、CuCl2等。

陰極：Cu2++2e-=Cu

陽極：2C1--2e-=Cl2t

、由

總反應：CuCl2—=Cu+Cl2t

陰極產物：酸為皿，鹽為金屬；陽極產物：鹵素等非金屬單質。

電解液復原加入物質為原溶質，如電解CuCk溶液，需加CuCbo

pH變化情況：如電解無氧酸溶液pH變大但不會超過7;如為鹽溶液的電解則視無氧酸根的情況而

定（如：電解cue、溶液時，由于生成的cq溶于水產生的酸性強于Cu2+水解產生的酸性，所以pH下降；

電解Na2,溶液時，由于生成NaOH使pH升高）。

（3）放氫生堿型：活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）溶液的電解，如NaCl、MgBr⑵等。陰極：

2H++2e-=H2t陽極：2C1--2e-=Cl2t

電解

總反應：2NaCl+2H:02NaOH+H2t+CJt

陰極產物：堿和皿；陽極產物：鹵素等非金屬單質。電解飽和食鹽水的產物分別為NaOH和尢以及

電解液復原加入物質為鹵化氫。電解飽和食鹽水，要使電解質溶液復原需加入HC1。pH變化情況：

電解液pH顯著變大

（4）放氧生酸型：不活潑金屬的含氧酸鹽溶液的電解，如CuSO廠AgNO3等。

陰極：2Cu2++4e-=2Cu

陽極：40H—4e-=02t+2I"0

電解

總反應：2CuS0a+2HSO'=2Cu+02t+2H>S0%

陰極產物析出不活潑金屬單質；陽極產物是該鹽對應的含氧酸和氧氣本例中分別是CU以及H2s04、

02.

電解液復原加入物質為不活潑金屬的氧化物（金屬價態(tài)與原鹽中相同）。如電解CuSO,溶液，復

原需加入CuO。

pH變化情況：溶液pH顯著變小。

11、實驗分析：電解CuClz溶液(1)電極材料

陰極可用惰性電極，甚至較活潑的金屬，但陽極需使用惰性電極，否則會發(fā)生氧化反應而溶解。

(2)惰性電極普通指金、鉗、石墨電極，而銀、銅等均是活性電極。

(3)實驗現(xiàn)象：通電后，電流表指針發(fā)生偏轉，陰極石墨棒上析出一層紅色固體，陽極表面有氣

泡放出，可聞到刺激性氣味。

(4)淀粉碘化鉀試紙的作用：檢驗陽極產物是否為C“。使用時應先潤濕并纏于玻棒端或者用鑲子

夾持，作用時間不宜太久，否則變藍后的試紙又會失去藍色。

12、電解原理的應用

⑴氯堿工業(yè)

如電解飽和食鹽水可制得NaOH、CL.而電解稀NaCl溶液可制備NaClO。

電解

27就：|+2HQ—2N心1+H21+C2f

⑵電鍍利用電解原理進行設計

陽極鍍層金屬〃電鍍池4陰極鍍件迎〃十熊一二匝電解質溶

液(電鍍狼)含跪〃

電鍍與普通的電解本質相同，但在電極材料、電極反應(是同種金屬的得失電子，宏觀上無新物質

生成)、溶液濃度(電解過程濃度普通會發(fā)生變化，但電鍍則不變)的變化等均有差別。

⑶精煉銅

［用極粗酌C'u-2c

精煉嗣藉銅CiF*+2e"—Cu

（電群成溶液（」iS04（aq）

⑷電解法冶煉金屬

一些較活潑的金屬常用電解的方法冶煉，如Na、Mg、Al等金屬（這是因為這些金屬的陽離子的氧

化性很弱，難以找到經濟實用的還原劑，從這個意義上看，電源的負極是最強的還原劑）。

rfa搟

2國“01（爆觸）一泌就03t

施偵憤融）擎萸，母t

出融尸

ZAKM暗^尸山福上抓，十*h牛

例如：

用石墨作電極電解熔融的氧化鋁

①原料由鋁土礦提純得到純A10）

②設備電解印系蠢鋼導電棒

③原理在熔化條件下ALOr2A13++3O2-

陰極4A13++12e—=4A1

陽極602——12e—=302t

總反應式：

注意：

①冰晶石作熔劑，降低A1G的熔點；

②電解過程中，定期補充碳塊；

③由鋁磯土制備純A1。

二、銅的電解精煉

原理：電解時，用粗銅板作陽極，與直流電源的正極相連；用純銅板作陰極，與電源的負極相

連，用CuSO4溶液（加入一定量的硫酸）作電解液。

2~

CuSO4溶液中主要有Cu2+、SO4、H+、0H通電后H+和C112+移向陰極，并在陰極發(fā)生

2-

Cu2++2e-=Cu,0H-和SO4移向陽極，但陽極因為是活性電極故而陰離子并不放電，主要為陽極（活

潑及較活潑金屬）發(fā)生氧化反應而溶解，陽極反應：Cu-2e-=Cu2+?

電解過程中，比銅活潑的Zn、Fe、Ni等金屬雜質，在銅溶解的同時也會失電子形成金屬陽離子而

溶解，此時陰極仍發(fā)生Cu2++2e-=Cu,這會導致電解液中硫酸銅的濃度不發(fā)生變化；Ag、

Au不如Cu易失電子，Cu溶解時它們以陽極泥沉積下來可供提煉Au、Ag等貴金屬。

結論：

該過程實現(xiàn)了提純銅的目的。

三、電鍍銅

鑲件朗BI

鋼陽極

電鐐池

1.原理：

電鍍時，普通都是用含鍍層金屬離子的電解質溶液為電鍍液；把待鍍金屬制成品浸入電鍍液中與直

流電源的負極相連，作為陰極，而用鍍層金屬為陽極，陽極金屬溶解在溶液中成為陽離子，移向陰極，

并在陰極上被還原成金屬析出。

電鍍銅規(guī)律可概括為陽極溶解，陰極沉積，電解液不變”。

工業(yè)上電鍍常使用有毒電鍍液，因此電鍍廢水應回收實用物質、降低有害物質含量后，達標排放，

以防污染環(huán)境。

2.實驗分析：

電鍍銅實驗

(1)待鍍件需酸洗去除表面的銹。

(2)電鍍液CuSO4中加氨水制成銅氨溶液以降低Cu2+濃度使鍍層光亮。

［典型例題剖析］

例L用兩支惰性電極插入500mL的AgNO3溶液中，通電電解。當電解質溶液的pH由6.0變?yōu)?.

0時(設電解時陰極沒有氫氣析出，且電解液在電解先后體積變化可以忽略)，則電極上析出銀的質量是

0

A.27mgB.54mgC.108mgD.216mg

［分析］

根據(jù)離子放電順序，先寫出兩極的電極反應式：

陽極：40H—4e-=02t+2I|0①

陰極：4Ag++4e-=4Ag②

其中0H-來自水，所以總的電解反應式：

由曜由曜

4Ag++2H2。4AgI+0,t+伯或者4AgN0+2Hfi4Ag+02t+4HN03因為有HNO3生成，所以

pH要變小。生成HNO3的物質的量為(IX-

10-6)x0.5?0.5頃1圳，所以析出銀的質量為0.50-anolx108g/mol=54mg

答案：B

例2.如圖所示A為一張浸透淀粉碘化鉀溶液并滴有酚酰試劑的濾紙，a、b為兩張緊貼在濾紙上的

鉗片，并用導線和直流電源M、N兩極相連接，通電后，在a周圍觀察到無色溶液變?yōu)樗{色。

(1)電源哪一個極是正極？哪極是負極？

(2)b周圍可觀察到什么現(xiàn)象？為什么？

［分析］

本題裝置實際上是電解KI溶液，由于a、b為鉗電極是惰性電極，則在陽極上放電的應是I其電極

反應為：21--2e—1若陰極是水電離出來的H+放電，其電極反應為：2H,+2e—Hzt,由于H+在陰極上不斷

放電，破壞了水的電離平衡，使陰極附近0H-濃度增大。從題給條件分析可知，a周圍觀察到藍色，說

明有端生成，所以a為陽極、b為陰極，而與之相連中的電源M極為正極，N極其負極，b周圍酚酰試液

變紅色。

答案：

(DM是電源的正極，N為負極;

(2)b極周圍可看到溶液紅色，因為b極其陰極，其電極反應為2H++2e-=H2T,由于H+不斷放電破

壞了水的電離平衡，［0H-］增大，使得b極附近堿性增大，酚酰變紅。

例3.若在鐵片上鍍鋅，以下敘述中錯誤的是()

A.可把鐵片與電源的正極相連

B.電解質必須用含有鋅離子的可溶性鹽

C.鋅極發(fā)生氧化反應

D.鐵極的電極反應式為Zn2++2e-=Zn

［分析］

電鍍的實質就是以非惰性電極其陽極的一種特殊的電解。電鍍時普通以鍍層金屬為電解池的陽極，

待鍍件為陰極，含鍍層金屬離子的電解溶液為電鍍液。電鍍過程中鍍層金屬發(fā)生氧化反應而成為離子溶

入電解液，其離子則在待鍍件上發(fā)生還原反應而析出，且電解質溶液濃度普通不變。故而本題惟獨A項

不正確。

答案：A

例4.串聯(lián)電路中的四個電解池分別裝有0.ImolL-i的下列溶液，用鉗電極電解，連接直流電源一

段時間后，溶液的pH最小的是()

A.CuCl2B.NaClC.AgNOsD.KNO3

［分析］

本題主要考查電解原理、離子放電順序及電解后溶液pH變化等問題。理解電解原理并熟悉掌握陰、

陽離子的放電順序是解本題的關鍵，在電解時，如果H+或者0H-在電極上放電往往會導致電極附近溶

液H+或者0H-濃度發(fā)生改變，從而引起電極附近pH變化。對于電解CuCL溶液，盡管H+或者0H-都沒

有在陰極或者陽極上放電，但由于CuCb是強酸弱堿鹽，水解后溶液呈酸性，因此若CuCl?徹底電解后，

如果不考慮C”溶于水生成HC1和HICI