更新时间：作者：小小条
第四章 化学反应与电解
第二节 电解池
37电解原理的应用
二、电解原理的应用
1、电解饱和食盐水
（1）氯碱工业：烧碱、氯气、氢气都是重要的化工原料，*惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
（2）电解饱和食盐水的原理：
以惰性电极电解。
NaCl溶液中含有钠离子、氯离子、氢离子、氢氧根离子四种离子，通电时，氯离子、氢氧根离子向阳极迁移，由于氯离子容易失电子，先放电，被氧化生成氯气；氢离子、钠离子向阴极迁移，由于氢离子更容易得到电子，先放电，被还原生成氢气，同时水的电离平衡发生移动，生成氢氧根离子。
（3）离子交换膜法电解饱和食盐水的流程：
电解槽中用阳离子交换膜将电解质溶液分成阳极区和阴极区两个部分。
精制饱和食盐水从阴极区进入，氯离子参与反应生成氯气，放出淡盐水，循环利用。注意：饱和食盐水在电解前，必须将其中的杂质离子如镁离子、钙离子、硫酸根离子等除去。
阴极区加入含少量NaOH的水，目的是增强溶液导电性。水放电生成氢气和氢氧根离子。
钠离子通过阳离子交换膜，从阳极区到阴极区，与氢氧根离子结合生成NaOH。
阳离子交换膜的作用：①能传导溶液中的阳离子。②阻止氢气与氯气接触，避免其发生爆炸。③阻止氯气与氢氧化钠反应，也是因为如此，不能使用阴离子交换膜。
2、电镀和电解精炼
（1）电镀
电镀：利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。
电镀的目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。
镀层金属通常是一些在空气或溶液中不易发生变化的金属（如铬、镍、银等）和合金（如黄铜）。
电镀池的结构和原理：
在铁制钥匙（称为镀件）上面镀铜（即镀层金属）为例。
镀件连接直流电源负极作电解的阴极，以镀层金属铜连接直流电源的正极作电解的阳极，用含有镀层金属离子即铜离子的硫酸铜溶液作电镀液。
理论上看，电解质溶液中铜离子浓度保持不变。
在直流电的作用下，镀件表面覆盖上一层均匀、光洁而致密的镀层。为了使镀层金属致密、牢固，电镀的速率要慢一点。
（2）金属的电解精炼
以粗铜的精炼为例，火法炼铜得到的铜含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质，而工业上需要使用纯铜。
精炼铜的原理：
以粗铜作电解的阳极，纯铜作电解的阴极，硫酸铜溶液作电解质溶液。
阳极上的铜失电子变成铜离子溶解，比铜活泼的Zn、Fe、Ni等金属也失电子生成金属离子溶解，比铜不活泼的Au、Ag等不会失电子，形成阳极泥。阳极泥可用于提炼Au、Ag等贵金属。
阴极上铜离子得电子变成铜析出，得到纯度为99.95%~99.98%的电解铜，而锌离子、亚铁离子、镍离子等不会放电。
电解过程中，电解质溶液中铜离子浓度会减小。
小结：
①电镀是以镀件作阴极，镀层金属作阳极，含镀层金属离子的电解质溶液作电镀液。
②电解精炼金属是以含杂质的金属作阳极，纯金属作阴极，用含精炼金属离子的电解质溶液作电解液。
3、电冶金
金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质。
活泼的金属，如钠、钙、镁、铝等，其金属离子的氧化性很弱，极难被还原，所以一般采用电解其熔融盐或氧化物的方法冶炼。
（1）冶炼金属钠
NaCl在高温下熔融，电离出钠离子和氯离子：
通直流电后，钠离子在阴极得电子生成液态金属钠，氯离子在阳极失电子生成氯气。为避免它们接触，用隔膜将阳极区和阴极区隔开。
（2）冶炼金属铝
电解槽以石墨作电极。高温下，熔融的氧化铝电离出铝离子和氧离子，氧离子在阳极失电子生成氧气，铝离子在阴极得电子生成液态金属铝。
注意：
①氧化铝的熔点很高(2054 ℃)，为了降低生产的能耗，加入冰晶石(Na3AlF6)作助熔剂降低其熔点。
②由于电解温度很高，电解过程中，阳极的碳块会与生成的氧气反应生成二氧化碳、一氧化碳而损耗，所以需要定时补充阳极碳块。
4、电有机合成
许多有机化学反应包含电子的转移，使这些反应在电解池中进行时称为电有机合成。
如，一种由丙烯腈电合成己二腈的反应为：
与其它合成方法相比，电有机合成具有反应条件温和、反应试剂纯净和生产效率高等优点。
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