师：同学们，大家好，这节课我们一起复习。高铁酸盐具有强氧化性，能有效杀灭水中病菌、病毒，其产物是优良絮凝剂，可高效去除水中悬浮物，因此被科学家公认为绿色消毒剂。1841年，Poggendorff利用纯铁做电极，插入浓氢氧化钠溶液电解制得高铁酸盐。那么，高铁酸钠电解池的构造是怎样的？工作原理是什么？电解类型和规律有哪些？电解法在电解池知识点中有哪些应用？这节课我们主要研究电解池的装置特点、电解原理、电解规律以及电极反应式的书写。

　　用电做电极电解能得到高铁酸钠，这个反应将电能转化成化学能。像这样将电能转化为化学能的装置，我们称为电解池。请看左图，分析电解池的构造。首先有直流电源，连电源负极的一极称作阴极，连电源正极的一极称作阳极。电解质溶液为浓氢氧化钠溶液。电解池的构成条件为：一、外加直流电源；二、与电源相连的两个电极；三、电解质溶液或熔融的电解质。

　　电解的工作原理是怎样的呢？我们看动画，电子从直流电源的负极流向阴极，最后又从阳极流回电源的正极。溶液中的阴阳离子在外电场作用下做定向移动，钠离子、氢离子移向阴极，氢氧根移向阳极。所以，电子的移动方向为：由电源负极移向阴极，由阳极移向电源正极；离子的移动方向为：阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。阳离子在阴极得到电子，发生还原反应；阴离子在阳极失去电子，发生氧化反应。那么，生成高铁酸钠是在电解池的哪一电极上发生的呢？电极反应式又该如何书写？

　　生：单质铁生成了高铁酸钠，铁元素化合价从零价升为正六价，化合价升高被氧化，发生氧化反应，因此是在电池的阳极。

　　师：非常好，电极反应式为铁失去电子生成高铁酸根。由于电解质溶液是浓氢氧化钠溶液，因此这个电极反应式的配平还需增加氢氧根和水，根据原子守恒和电荷守恒，最后得到阳极的电极反应式。可见，当活性材料做阳极时，并不是离子在阳极放电，而是金属在阳极失电子被氧化进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。

　　请设计一个装置，能够实现铁和稀硫酸反应，生成硫酸亚铁和氢气。同学们可以设计电解池，其中和直流电源的正极相连的是什么材质？

　　生：铁做阳极，失去电子。

　　师：电解质溶液是什么呢？

　　生：硫酸溶液。

　　师：同学们还可以设计什么样的装置呢？

　　生：还可以设计原电池，铁做负极，比铁不活泼的金属或者石墨棒做正极，电解质溶液是硫酸溶液。

　　师：如果用石墨棒做电极电解氢氧化钠溶液，电极上又会发生怎样的反应呢？

　　生：阳极发生氧化反应，溶液中的阴离子氢氧根失去电子生成水和氧气。

　　师：阴极发生还原反应，溶液中有什么样的阳离子趋向于阴极呢？

　　生：钠离子和氢离子。

　　师：实验检测，在阴极上产生了氢气，氢离子放电，这氢离子是来自于哪里呢？

　　生：来自于水。

　　师：所以阴极的电极反应应书写为水得电子生成氢气和氢氧根。可见在阴极上阳离子的放电顺序为，氢离子优先于钠离子。那么，如果用石墨棒做电极电解氯化钠溶液，电极上又会发生怎样的反应呢？

　　生：溶液中的阳离子有钠离子和氢离子，放电顺序氢离子优先，因此阴极的电极反应式为水得电子生成氢气和氢氧根。溶液中的阴离子有氯离子和氢氧根，放电顺序氯离子优先，因此阳极上氯离子失电子生成氯气。

　　师：总的化学反应方程式为，氯化钠和水通电生成氢氧化钠、氢气和氯气。可见溶液中离子的放电顺序。用惰性电极铂或者石墨做电极时，阴极上阳离子放电顺序为，其中氢离子有酸电离的氢离子和水电离出的氢离子。可见离子浓度不同时，离子的放电顺序也会有变化。阳极上阴离子放电顺序。

　　根据阳极和阴极的放电顺序，我们可以得出电解的规律。当一与三区结合的电解质，电解时是电解质本身，比如氯化铜、氯化氢；当一与四区结合的电解质，电解时为放氢生碱型，如氯化钠；当二与三区结合的电解质为放氧生酸型，如硫酸铜、硝酸银；当二与四区结合的电解质是电解水型，如硫酸钠、硫酸、氢氧化钠。

　　因此，分析电解反应的一般思路为：一、判断阴阳极，如果阳极材料为活性电极，则阳极材料优先放电；二、明确溶液中存在的离子，并分成阴阳两组；三、确定阴阳离子放电顺序；四、分析判断电极产物，写出电极反应式；五、写出电解的化学或离子方程式。请看，如果用石墨棒做电极电解氯化铜溶液，如何书写电极反应式呢？

　　生：首先分析溶液的阴阳离子，阴离子有氯离子和氢氧根，阳离子有铜离子和氢离子。依据放电顺序，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上铜离子放电生成铜，总反应为氯化铜通电生成铜和氯气，这属于电解质本身。

　　师：非常好。如果用石墨做电极电解硫酸铜溶液，溶液中的阴离子有硫酸根和氢氧根，阳离子有铜离子和氢离子。依据放电顺序，阳极水失电子生成氢离子和氧气，阴极铜得电子生成铜。总反应为硫酸铜和水通电生成铜、氧气和硫酸，这属于放氧生酸型。溶液的pH值会怎样？

　　生：变小。

　　师：那如果想要恢复到原来的溶液浓度，应该加什么试剂吗？

　　生：可以加氧化铜。

　　师：还有吗？

　　生：可以加碳酸铜。

　　1984年，科学家Danilov等对实验进行改进，在阴阳电极间设置阳离子交换膜，有效提高了产率。请思考，用铁电极电解氢氧化钠浓溶液为什么要设置阳离子交换膜呢？请同学们看图。铁做阳极，铁连电源的正极，阳极生成高铁酸根主要在阳极区。由于有阳离子交换膜，只允许阳离子穿过，因此高铁酸根只能存在于阳极区，不能穿过阳离子交换膜进入阴极区。如果高铁酸根进入到阴极区会怎样呢？