电解的原理.pdf

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1、考纲要求1.理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。2.了 解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。 考点一电解的原理 1电解定义 在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 2能量转化形式 电能转化为化学能。 3电解池 (1)构成条件 有与电源相连的两个电极。 电解质溶液(或熔融盐 )。 形成闭合回路。 (2)电极名称及电极反应式(如图 ) (3)电子和离子的移动方向 4阴阳两极上放电顺序 阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。离子的放电顺序取决于离子本身的性质即 离子得失电子的能力，另外也与离子的浓度及电极材料有

2、关。 (1)阴极：阴极上放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。氧化性强的先放电，放电顺 序： (2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。 若是惰性电极作阳极，则仅是溶液中的阴离子放电，常见离子的放电顺序是 特别提醒一般情况下，离子按上述顺序放电，但如果离子浓度相差十分悬殊，离子浓度大 的也可以先放电。如理论上H 的放电能力大于 Fe 2、 Zn2 ，但在电解浓度大的硫酸亚铁或 硫酸锌溶液中，由于溶液中c(Fe2 )或 c(Zn2 ) c(H )，则先在阴极上放电的是Fe 2或 Zn2， 因此阴极上的主要产物为Fe 或 Zn；但在水溶液中，Al 3、Mg2、Na 等

3、是不会在阴极上放 电的。 深度思考 1分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)。 (1)电解水型 电解质 (水溶液 ) 电极 方程式 电解 物质 总化学 方程式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 含氧酸 (如 H2SO4) 阳极： 4OH 4e =O22H2O 阴极： 4H 4e =2H2 H2O 2H2O= 电解 O22H2 增大 减小加 H2O 强碱 (如 NaOH) 增大加 H2O 活泼金属的含 氧酸盐 (如 KNO3、 Na2SO4) 不变加 H2O 电解水型电解一段时间后，其电解质的浓度一定增大吗？举例说明。 答案不一定，如用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液，一段

4、时间后会析出Na2SO4 10H2O 晶体， 剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液，此时浓度保持不变。 (2)电解电解质型 电解质 (水溶液 ) 电极 方程式 电解 物质 总化学 方程式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 无氧酸 (如 HCl) ，除 HF 外 阳极： 2Cl 2e=Cl 2 阴极： 2H 2e=H 2 酸 2HCl= 电解 H2Cl2 减小 增大 通入 HCl 气体 不活泼金 属的无氧 酸盐 (如 CuCl2)， 除 氟化物外 阳极： 2Cl 2e=Cl 2 阴极： Cu2 2e=Cu 盐 CuCl2= 电解 CuCl2 加 CuCl2 固体 (3)放 H2生碱型 电解质 (水

5、溶液 ) 电极 方程式 电解 物质 总化学方程式电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 活泼金属 的无氧酸 盐(如 NaCl) 阳极： 2Cl 2e =Cl2 阴极： 2H 2e=H 2 水 和 盐 2Cl 2H2O= 电解 Cl2 H22OH 生成新 电解质 增大通入 HCl 气体 要使电解后的NaCl 溶液复原，滴加盐酸可以吗？为什么？ 答案不可以，因为电解NaCl 溶液时析出的是等物质的量的Cl2和 H2，所以应通入氯化氢 气体，加入盐酸会引入过多的水。 (4)放 O2生酸型 电解质 (水溶液 ) 电极方程式 电解 物质 总化学方程式电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 不活泼金属 的含氧

6、酸盐 (如 CuSO4) 阳极： 4OH 4e =2H2OO2 阴极： 2Cu2 4e =2Cu 水 和 盐 2Cu 2 2H2O= 电解 2Cu O2 4H 生成新 电解质 减小加 CuO 或 CuCO3 要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH) 2固体可以吗？为什么？加入 CuCO3为什么 也可复原？ 答案不可以因为电解CuSO4溶液时，尽管Cu2 和 OH分别放电，按照电极反应式 Cu2 2e =Cu、4OH4e=2H 2OO2，氢元素变成 H2O 仍然留在溶液中，只有 Cu 析出 和 O2逸出，且物质的量之比为21，所以要让溶液复原，需要加CuO，而不能加Cu(OH) 2。 加

7、入 CuCO3时， CO2变为气体逸出，相当于加的是CuO。 若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98gCu(OH) 2固体，才能使电解质溶液 复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为多少？ 答案4NA 解析方法一： 98gCu(OH)2的物质的量为1mol，相当于电解了1mol 的 CuSO4后，又电解了 1mol 的水，所以转移的电子数为2NA2NA4NA。 方法二：可以认为整个电路中转移的电子数与Cu(OH)2的 O 2失电子数相等，共 4NA。 (5)通过以上分析，电解质溶液复原应遵循什么原则？ 答案电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪

8、种 元素的原子，则应按比例补入哪些原子。 2根据金属活动顺序表，Cu 和稀 H2SO4不反应， 怎样根据电化学的原理实现 Cu 和稀 H2SO4 反应产生H2? 答案Cu 作阳极， C 作阴极，稀 H2SO4作电解质溶液，通入直流电就可以实现该反应。电解 反应式为阳极：Cu 2e =Cu2，阴极： 2H2e=H 2。总反应式： Cu2H =电解 Cu 2 H 2。 题组一电解规律的应用 1以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水，关于两个电解池反应的说法正确的是() A阳极反应式相同 B电解结束后所得液体的pH 相同 C阴极反应式相同 D通过相同电量时生成的气体总体积相等(同温同压 ) 答案C 解析

9、A 项，以石墨为电极电解水，阳极：4OH 4e=2H 2OO2，以石墨为电极电解 饱和食盐水，阳极：2Cl 2e=Cl 2，二者阳极电极反应式不同，故 A 错误； B 项，电解 水溶液的pH 不变，电解饱和氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气，pH 变大，所以电解结 束后所得液体的pH 不相同，故B 错误； C 项，以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水阴极 上都是 2H 2e =H2， 所以阴极电极反应式相同， 故 C 正确；D 项， 设转移电子数为4mol， 则依据电解方程式：2H2O= 电解 2H2O24e ，电解水生成 3mol 气体， 依据电解方程式 2NaCl2H2O= 电解 2NaOH

10、Cl2H2 2e ， 电解饱和食盐水生成 4mol 气体，故 D 错误。 2 用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中， 溶液的 pH 依次为升高、 不变、降低的是() AAgNO3 CuCl2Cu(NO 3)2 BKClNa2SO4 CuSO4 CCaCl2 KOHNaNO3 DHClHNO3 K2SO4 答案B 解析由电解电解质溶液的四种类型可知： 类型化学物质pH 变化 放 O2生酸型CuSO4、AgNO 3、Cu(NO3)2降低 放 H2生碱型KCl 、CaCl2 升高 电解电解质型 CuCl2 HCl 升高 电解 H2O 型 NaNO3、 Na2SO4、K2SO4 不

11、变 KOH 升高 HNO3降低 题组二电极方程式及电极产物的判断 3(2016 北京理综， 12)用石墨电极完成下列电解实验。 实验一实验二 装置 现象 a、d 处试纸变蓝； b 处变红，局部褪色； c 处无明显变化 两个石墨电极附近有气泡产生；n 处有气 泡产生 , 下列对实验现象的解释或推测不合理的是() Aa、d 处： 2H2O 2e =H 2 2OH Bb 处： 2Cl 2e=Cl2 Cc 处发生了反应：Fe2e =Fe2 D根据实验一的原理，实验二中m 处能析出铜 答案B 解析A 项， a、d 处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，氢 氧根离子剩余造成的，正确

12、；B 项， b 处变红，局部褪色，说明是溶液中的氯离子放电生成 氯气同时与H2O 反应生成 HClO 和 H ，Cl2eH 2O=HClO H ，错误； C 项， c 处为 阳极，铁失去电子生成亚铁离子，正确；D 项，实验一中ac 形成电解池，bd 形成电解池， 所以实验二中形成3 个电解池， n(右面 )有气泡生成，为阴极产生氢气，n 的另一面 (左面 )为 阳极产生Cu2 ，Cu2在 m 的右面得电子析出铜，正确。 4按要求书写电极反应式和总反应方程式： (1)用惰性电极电解MgCl2溶液 阳极反应式： ； 阴极反应式： ； 总反应离子方程式： 。 (2)用 Al 作电极电解NaOH 溶液

13、 阳极反应式：； 阴极反应式： ； 总反应离子方程式： 。 (3)用 Al 作阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜 阳极反应式： ； 阴极反应式： ； 总反应离子方程式： 。 答案(1)2Cl 2e =Cl 2 2H 2e=H 2(或 2H2O 2e =H 2 2OH ) Mg 22Cl2H 2O= 电解 Mg(OH)2 Cl2 H2 (2)2Al 6e 8OH=2AlO 24H2O6H2O6e =3H 2 6OH (或 6H6e =3H2) 2Al 2H2O 2OH = 电解 2AlO 23H2 (3)2Al 6e 3H 2O=Al2O36H 6H 6e=3H 2 2Al 3H2O=

14、 电解 Al2O33H2 5(1)利用 LiOH 和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH 可由电解法制备，钴氧化物 可通过处理钴渣获得。 利用如图装置电解制备LiOH ， 两电极区电解液分别为LiOH 和 LiCl 溶液。 B 极区电解液为 (填 化学式 )溶液，阳极电极反应式为， 电解过程中Li 向(填“ A”或“ B”)电极迁移。 (2)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl 7和 AlCl 4组成的离子液 体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。 钢制品应接电源的极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极 电极反应式为。 若改用 AlCl 3

15、水溶液作电解液，则阴极产物为。 答案(1)LiOH2Cl 2e=Cl 2 B (2)负4Al2Cl 7 3e =Al 7AlCl 4 H2 解析(1)B 极区生成H2，同时会生成LiOH ， 则 B 极区电解液为LiOH 溶液；电极 A 为阳极， 在阳极区LiCl 溶液中 Cl 放电，电极反应式为 2Cl 2e =Cl2；在电解过程中 Li (阳离 子)向 B 电极 (阴极区 )迁移。 (2)在钢制品上电镀铝，故钢制品应作阴极，与电源的负极相连； 因为电镀过程中“不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”，Al元素在熔融盐中以 Al2Cl 7和 AlCl 4形式存在，则电镀过程中负极上得到电子

16、的反应是 4Al 2Cl 73e =Al 7AlCl 4；在水溶液中，得电子能力： H Al3，故阴极上发生的反应是 2H 2e=H 2。 做到 “三看 ”，正确书写电极反应式 (1)一看电极材料，若是金属(Au、Pt 除外 )作阳极，金属一定被电解(注： Fe 生成 Fe 2)。 (2)二看介质，介质是否参与电极反应。 (3)三看是否有特殊信息，如4(3)目的是制取氧化铝，因而阳极产物不能是Al 3，再如 5(2)是 非水体系，且不产生其他离子，因而离子只能在Al 2Cl 7和 AlCl 4之间转化。 题组三有关电化学的计算 6将两个铂电极插入500mLCuSO4 溶液中进行电解，通电一定时

17、间后，某一电极增重 0.064g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度 约为 () A410 3mol L1 B 210 3mol L1 C110 3mol L1 D110 7mol L1 答案A 解析根据2CuSO4 2H2O= 电解 2Cu 2H2SO4O2 ，得： n(H ) 2n(H2SO4)2n(Cu) 2 0.064g 64gmol 10.002mol，c(H )0.002mol 0.5L 410 3 mol L 1。 7500mLKNO3和 Cu(NO3)2的混合溶液中 c(NO 3)0.6mol L 1，用石墨作电极电解此溶液， 当通电一

18、段时间后， 两极均收集到2.24L 气体 (标准状况下 )， 假定电解后溶液体积仍为500mL， 下列说法正确的是() A原混合溶液中c(K )为 0.2mol L 1 B上述电解过程中共转移0.2mol 电子 C电解得到的Cu 的物质的量为0.05mol D电解后溶液中c(H )为 0.2mol L 1 答案A 解析石墨作电极电解KNO 3和 Cu(NO3)2的混合溶液， 阳极反应式为 4OH 4e=2H 2O O2，阴极先后发生两个反应： Cu 2 2e=Cu,2H2e=H 2。从收集到 O2为 2.24L 可推知上述电解过程中共转移0.4mol 电子，而在生成2.24LH2的过程中转移0

19、.2mol 电子，所 以 Cu2 共得到 0.4mol0.2mol0.2mol 电子， 电解前 Cu2 的物质的量和电解得到的 Cu 的物 质的量都为0.1mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K )2c(Cu2)c(NO 3)，c(K )c(H )c(NO 3)，不难算出：电解前c(K )0.2mol L 1，电解后 c(H )0.4mol L 1。 8(2017 牡丹江一中月考)用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时，通电一段时间后，向 所得的溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和 pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为() A0

20、.4mol B 0.5mol C0.6mol D0.8mol 答案C 解析电解硫酸铜时，开始硫酸铜和水反应生成铜、氧气和硫酸，后来电解水生成氢气与氧 气。如果只按照第一阶段的电解，反应后只需要加入氧化铜或碳酸铜即可恢复原电解质溶液。 而题目中加入的是碱式碳酸铜，相当于加入了0.2mol 氧化铜和0.1mol 水，而 0.1mol 水是第 二阶段的反应所消耗的，该阶段转移了0.2mol 电子，第一阶段转移了0.4mol 电子，即一共 转移了 0.6mol 电子， C 项正确。 电化学综合计算的三种常用方法 (1)根据总反应式计算 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。

21、 (2)根据电子守恒计算 用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中 转移的电子数相等。 用于混合溶液中电解的分阶段计算。 (3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。 如以通过4mole 为桥梁可构建如下关系式： (式中 M 为金属， n 为其离子的化合价数值) 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解 答常见的电化学计算问题。 提示在电化学计算中， 还常利用QI t 和 Qn(e ) N A1.6010 19C 来计算电路中通过 的电量。 考点二电解原理在工业生产

22、中的应用 1氯碱工业 (1)电极反应 阳极反应式：2Cl 2e=Cl 2(氧化反应 ) 阴极反应式：2H 2e=H 2(还原反应 ) (2)总反应方程式 2NaCl2H2O= 电解 2NaOHH2 Cl2 (3)氯碱工业生产流程图 2电镀 下图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题： (1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。 (2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。 (3)电极反应： 阳极： Ag e =Ag； 阴极： Ag e =Ag。 (4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。 3电解精炼铜 (1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。 (2)电解质溶液：含Cu

23、2的盐溶液。 (3)电极反应： 阳极： Zn2e =Zn2、Fe2e=Fe2 、Ni2e =Ni2、Cu2e=Cu2； 阴极： Cu 22e=Cu。 4电冶金 利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al 等。 (1)冶炼钠 2NaCl(熔融 )= 电解 2NaCl2 电极反应： 阳极： 2Cl 2e=Cl 2；阴极： 2Na 2e=2Na。 (2)冶炼铝 2Al2O3(熔融 )= 电解 4Al 3O2 电极反应： 阳极： 6O 212e=3O 2； 阴极： 4Al 312e=4Al 。 深度思考 正误判断，正确的打“” ，错误的打 “” (1)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c

24、(Cu 2)均保持不变 ( ) (2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料() (3)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和 Al2O3，也可以电解 MgO 和 AlCl 3() (4)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料() (5)用 Zn 作阳极， Fe 作阴极， ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序 H Zn2，不可能在铁上 镀锌 () 答案(1)(2)(3)(4)(5) 题组一应用电解原理制备新物质 1 下图为 EFC 剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴 极电位下， TiO2(阴极 )中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中

25、正确的是 () A阳极的电极反应式为2Cl 2e=Cl 2 B阴极的电极反应式为TiO24e =Ti2O2 C通电后， O 2、 Cl均向阴极移动 D石墨电极的质量不发生变化 答案B 解析电解质中的阴离子O 2、Cl向阳极移动，由图示可知阴极生成 O2、CO、 CO2，所以 电极反应为2O 24e=O 2 ，O2与石墨反应生成 CO、CO2，A、C、 D 项错误，只有B 项正确。 2氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、 烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工 产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。 完成下列填空： (1)写出电解饱和食盐水的离子方程式

26、： 。 (2)离子交换膜的作用为、 。 (3)精制饱和食盐水从图中(选填“ a”、“ b”、“ c”或“ d” )位置补充，氢氧化钠溶液从图 中位置流出。 答案(1)2Cl 2H2O= 电解 Cl2 H2 2OH (2)能得到纯度更高的氢氧化钠溶液阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的 H2混合发生反应 (3)ad 3(2016 北京市西城区高三上学期一模)利用下图所示装置电解制备NCl3(氯的化合价为1 价)，其原理是 NH4Cl2HCl= 电解 NCl33H2 (1)b 接电源的 (填“正”或“负”)极。 (2)阳极反应式是。 答案(1)负(2)3Cl 6eNH 4=NCl34H 解析(1)b 电极， H 得电子生成 H2，发生还原反应，所以b 电极为阴极，连接电源的负极。