一、電解和電解原理的定義及應(yīng)用

1、電解的定義：使電流通過熔融電解質(zhì)或電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程叫做電解。

2、電解原理：直流電通過電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)時，離子定向移動，在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲存在反應(yīng)產(chǎn)物中。

3、電解池

（1）定義：電解池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。其中，與電源負(fù)極相連的電極是電解池的陰極，與電源正極相連的電極是電解池的陽極。

（2）電解池的構(gòu)成條件（三電一回路）

①直流電源；

②兩個固定電極；

③電解質(zhì)溶液或熔融狀態(tài)的電解質(zhì)；

④形成閉合回路。

（3）電極反應(yīng)

①陰極：與電源負(fù)極相連，聚集大量的負(fù)電荷，陽離子得到電子，被還原，發(fā)生還原反應(yīng)。

②陽極：與電源正極相連，聚集大量的正電荷，陰離子或金屬原子失去電子，被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)。

（4）電解池中電子、電流方向的分析

①電流方向：電源正極→金屬導(dǎo)線→陽極，陰極→金屬導(dǎo)線→電源負(fù)極。

②電子、離子移動方向：在電解質(zhì)溶液中，陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動；在外電路中，電子由陽極→正極，負(fù)極→陰極。

4、電解原理的應(yīng)用

（1）氯堿工業(yè)

習(xí)慣上把電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫做氯堿工業(yè)。

原理分析：工業(yè)生產(chǎn)中采用立式隔膜電解槽將陰極室與陽極室分開，將經(jīng)過凈化精制的食鹽水加入陽極室，在陽極上氯離子（$\ce{Cl-}$）失去電子生成氯氣；在陰極上水分子轉(zhuǎn)化為氫氣和氫氧根離子（$\ce{OH-}$）。陽離子交換膜允許鈉離子（$\ce{Na+}$）通過，鈉離子進(jìn)入陰極室與氫氧根離子形成燒堿溶液。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的$\ce{H2}$和陽極產(chǎn)生的$\ce{Cl2}$相混合而引起爆炸，又能避免$\ce{Cl2}$和$\ce{NaOH}$作用生成$\ce{NaClO}$而影響燒堿產(chǎn)量。

（2）電鍍

①含義：應(yīng)用電解的原理，在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法。

②目的：增強(qiáng)金屬的抗腐蝕能力，增加美觀度和表面硬度。

③電鍍池的構(gòu)成

陰極：待鍍金屬。

陽極：鍍層金屬。

電鍍液：含鍍層金屬陽離子的電解質(zhì)溶液。

（3）電解精煉銅

陽極反應(yīng)產(chǎn)物的分析：粗銅中往往含鋅、鐵、鎳、金等多種金屬。當(dāng)含雜質(zhì)的銅在陽極不斷溶解時，位于金屬活動性順序中銅以前的金屬雜質(zhì)如$\ce{Zn}$、$\ce{Fe}$、$\ce{Ni}$等，也會同時失去電子，如$\ce{Zn}-$$\ce{2e-}$$\xlongequal[\quad]{}$$\ce{Zn^2+}$、$\ce{Ni}-$$\ce{2e-}$$\xlongequal[\quad]{}$$\ce{Ni^2+}$。但是它們的陽離子比銅離子難還原，所以它們并不在陰極獲得電子析出，而只是留在電解質(zhì)溶液里。而位于金屬活動性順序中銅之后的金屬如金等雜質(zhì)，因為失電子能力比銅弱，難以在陽極失去電子變成陽離子溶解，而是以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽底部，形成陽極泥（陽極泥可作為提煉金等貴重金屬的原料）。

陰極反應(yīng)產(chǎn)物的分析：電解過程中，$\ce{Cu^2+}$比$\ce{H+}$、$\ce{Zn^2+}$、$\ce{Ni^2+}$和$\ce{Fe^2+}$先在陰極放電而析出，$\ce{Zn^2+}$、$\ce{Ni^2+}$、$\ce{Fe^2+}$等離子留在溶液中。

（4）電冶金

①原理：金屬冶煉就是使礦石中的金屬離子獲得電子，從它們的化合物中還原出來。

$\ce{M^\displaystyle{n}+}+$$\ce{\displaystyle{n}e-}$$\xlongequal[\quad]{}$$\ce{M}$

②對象：鈉、鈣、鎂、鋁等活潑金屬。

二、電解原理的相關(guān)例題

用電解法精煉含有$\ce{Fe}$、$\ce{Zn}$、$\ce{Ag}$等雜質(zhì)的粗銅。下列敘述正確的是___

A．電解時以硫酸銅溶液作電解液，精銅作陽極

B．粗銅與電源負(fù)極相連，發(fā)生氧化反應(yīng)

C．陰極上發(fā)生的反應(yīng)是$\ce{Cu^2+}+$$\ce{2e-}$$\xlongequal[\quad]{}$$\ce{Cu}$

D．電解后$\ce{Fe}$、$\ce{Zn}$、$\ce{Ag}$等雜質(zhì)會形成陽極泥

答案：C

解析：精煉粗銅時，粗銅與電源正極相連，作陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，A、B錯誤；陰極上$\ce{Cu^2+}$得電子生成金屬銅，C正確；活潑性$\ce{Zn>}$$\ce{Fe}>$$\ce{Cu}>$$\ce{Ag}$，陽極泥中不會有$\ce{Zn}$、$\ce{Fe}$，D錯誤。