电解原理及经典应用

电解原理及应用

一、电解原理 1、基本概念

(1) 使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。 (2) 把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。

(3) 当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化还原反应的过程

CuCl2Cu＋Cl2↑ ２、电解池的两极

阴极：与电源负极相连的电极。（发生还原反应） 阳极：与电源正极相连的电极。（发生氧化反应） ３、电解池中的电子的移动方向

电源负极→电解池阴极→电解液中的阳离子（被还原）电解池中阴离子（被氧化→电解池阳极→电源正极 4、电解的本质：电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程 5、离子的放电顺序

+2+2+2+2++3+++

阳离子：Ag＞Hg＞Cu＞Fe＞Zn＞H＞Al＞Na＞K

2----－

阴离子：S＞I＞Br＞Cl＞OH＞含氧酸根 6、电极产物的判断

――

(1) 阳极放电顺序：活泼阳极(金属)>无氧酸根离子>OH>含氧酸根离子>F (2) 阴极放电：溶液中的阳离子放电

7、电极反应式的书写：列物质，标得失；选离子，配电荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。 典型例题

【例1】下列有关电解原理的说法不正确的是（） A．电解饱和食盐水时,一般用铁作阳极,碳作阴极

B．电镀时,通常把待镀的金属制品作阴极,把镀层金属作阳极

C．对于冶炼像钠、钙、镁、铝等这样活泼的金属,电解法几乎是唯一可行的工业方法 D．电解精炼铜时，用纯铜板作阴极，粗铜板作阳极

【例2】将两个铂电极插入500mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，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 . 【例3】某碱性蓄电池在充电和放电时发生的反应为:Fe+NiO2+2H2O正确的是:（ ）

A、放电时，负极上发生反应的物质是Fe.B、放电时，正极反应是：NiO2+2e-+2H+=Ni(OH)2 C、充电时，阴极反应是：Ni(OH)2-2e-+2OH-=NiO2+2H2OD、充电时，阳极附近pH值减小. 3知识概括、方法总结与易错点分析

【例1】甲、乙两个容器中，分别加入0.1mol/LNaCl溶液与0.1mol/LAgNO3溶液后，以Pt为电极进行电解时，在A、B、C、D各电极上生成物的物质的量之比为:_________

Fe(OH)2+Ni(OH)2,下列说法中

二. 电解池中电极反应式的书写

1知识梳理

1、首先看阳极材料，如果阳极是活泼电极（金属活动顺序表Ag以前），则应是阳极失电子，阳极不断溶解，溶液中的阴离子不能失电子。 2、如果阳极是惰性电极（Pt、Au、石墨），

则应是电解质溶液中的离子放电，

应根据离子的放电顺序进行书写电极反应式

阳极（惰性电极）发生氧化反应，阴离子失去电子被氧化的顺序为：S2-＞SO32-＞I-＞Br -＞Cl-＞OH-＞水电离的OH-＞含氧酸根离子＞F-。 阴极发生还原反应，阳离子得到电子被还原的顺序为：Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞（酸电离出的H+）＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞（水电离出的H+）＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+。

（注：在水溶液中Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+这些活泼金属阳离子不被还原，这些活泼金属的冶炼往往采用电解无水熔融态盐或氧化物而制得）。

例3、写出用石墨作电极，电解饱和食盐水的电极反应式。

若将上述石墨电极改成铜作电极，试写出电解饱和食盐水的电极反应式。

电解池电极反应式的书写 （一）原则：

阳极：失电子，发生氧化反应（一般是溶液中阴离子在阳极上失电子，也可能是阳极材料本身失去电子） 阴极：得电子，发生还原反应（一般是溶液中阳离子在阴极上得电子） （二）具体分类判断

1.阳极为惰性电极（CPt）这类电解池的电极反应式的书写只需考虑电解质溶液中的所有阴阳离子的放电，电极本身不参与放电。中学阶段阴离子主要掌握I－、Br－、Cl－、OH－的放电，阳离子主要掌握Ag+,Cu2+,H+的放电。

2.阳极为活性电极（如Fe、Cu、Ag等）这类电解池的阳极反应为活性电极本身失去电子生成相应的阳离子，阴极反应为电解质溶液中的阳离子得到电子生成相应的单质。 例1如图：通电5min后，电池5质量

增加2.16g，试回答： （1）电源：a极 C池池

A池电极反应： C池电极反应：

（2）若B槽中共收集到224mL气体（标况），且溶液体积为200mL （设电解过程中溶液体积不变），则通电前溶液中的Cu2+物 A B C 质的量浓度为。

（3）若A池溶液体积为200mL，且电解过程中溶液体积不变，则电解后，溶液pH为。 三、电解原理的应用

1、电解饱和食盐水制烧碱、氢气和氯气

―

(1) 实验原理：阳极(放电顺序：Cl->OH-)：2Cl+2e-== Cl2 ↑ (氧化反应)

＋＋＋

阴极(放电顺序：H>Na)：2H+2e==H2 ↑(还原反应) 总反应：2NaCl+2H2O2==NaOH +H2↑+ Cl2↑ 阴极 阳极 (2)工业制备方法---离子交换膜法 2、电解精炼铜

粗铜作阳极，纯铜作阴极，用CuSO4溶液作电解液。

阳极(粗铜)：Cu－2e－＝Cu2+ 阴极(精铜)：Cu2+＋2e－＝Cu 比铜活泼的金属杂质——以阳离子形式留于溶液中 比铜不活泼的金属杂质——形成阳极泥

电解精炼铜过程中CuSO4溶液的浓度基本不变。 3、电镀铜

(1) 电镀是应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过程。 (2) 电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。

(3) 镀层金属：通常是在空气或溶液中不易起变化的金属，如Cr、Zn、Ag、Cu等 (4) 在铁制品上镀铜：阳极——铜 ,阴极——铁制品 , 电镀液——CuSO4溶液 原理：阳极(Zn) Zn-2e==Zn2+ 阴极(Fe) Zn2++2e == Zn 4、电冶金

(1) 本质：利用电解使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来 (2) 适用范围：制取活泼金属单质，如电解NaCl、MgCl2、Al2O3制取Na、Mg、Al 知识概括、方法总结与易错点分析

14．已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；

电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2（SO4）3溶液、盐酸。接要求回答下列问题： ①电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因 。

若能，请写出电极反应式， 负极， 正极。

③若电极反应为：Cu+2H+= Cu2++H2↑，请在右边框图内画出实 现该反应的装置图（运用题目所给材料和药品）。

四． 用惰性电极电解烧杯里的溶液PH变化

1知识梳理

1、电解含氧酸

H2SO4

— — +—

阳极：4OH—4e= 2H2O+O2↑

阴极：4H+ 4e= 2H2↑

通电

总的方程式：2H2O ===== 2H2↑+O2↑

+

结论：用惰性电极电解含氧酸实质是电解水。电解后，酸的浓度增大，即[H]增大，故溶液的PH减小。 2、电解无氧酸

— — +—

阳极：2Cl—2e= Cl2↑ 阴极：2H+ 2e= 2H2↑

通电

HCl

总的方程式：2HCl ===== H2↑+Cl2↑

结论：用惰性电极电解无氧酸(除HF)，溶质消耗。电解的结果消耗了HCl，

+

即[H]减小，溶液的PH增大。 3、电解可溶性碱

— — +— NaOH 阳极：4OH—4e= 2H2O+O2↑ 阴极：4H+ 4e= 2H2↑

通电

总的方程式：2H2O ===== 2H2↑+O2↑

结论：用惰性电极电解强碱实质是电解水。电解后，

-碱的浓度增大，即[OH]增大，故溶液的PH增大。 4、电解活泼金属的含氧酸盐

— — +—

阳极：4OH—4e= 2H2O+O2↑ 阴极：4H+ 4e= 2H2↑

通电

总的方程式：2H2O ===== 2H2↑+O2↑

结论：用惰性电极电解活泼金属的含氧酸盐实质是电解水。电解后溶液的PH不变，等于7。

5、电解不活泼金属的无氧酸盐

— — 2+ —

阳极：2Cl—2e= Cl2↑ 阴极：Cu+ 2e= Cu

通电

总的方程式：CuCl2 ===== 2Cu + Cl2↑

2++

结论：用惰性电极电解不活泼金属的无氧酸盐(除氟化物)，溶质消耗。电解的结果使[Cu]减小，溶液的[H]减小，溶液的PH略有增大。 Cu +2H2O

2+

Na2SO4

CuCl2

Cu(OH)2 + 2H

+

NaCl

6、电解活泼金属的无氧酸盐

— — +—

阳极：2Cl—2e= Cl2↑ 阴极：4H+ 4e= 2H2↑

通电

总的方程式：2NaCl + 2H2O ==== 2NaOH + H2↑+ Cl2↑ 结论：用惰性电极电解活泼金属的无氧酸盐，溶质、水同时消耗。电解的结果生成碱，电解后溶液PH增大。 7、电解不活泼金属的含氧酸盐

— — 2+ —

阳极：4OH—4e= 2H2O+O2↑阴极：Cu+ 2e= Cu

通电

CuSO4

总的方程式：2CuSO4 +2H2O ==== 2H2SO4+2Cu+O2↑ 2典型例题

例1：工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜（只允许阳离子通过），其工作原理如图所示。 ①该电解槽的阳极反应式为；

②通电开始后，阴极附近溶液pH会增大；其原因是；

③除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出品（填写“A”或“B”）导出。

课后练习

1.（安徽卷12）Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取.Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应：2Cu+H2O==Cu2O+H2O 。下列说法正确的是（ ） A.石墨电极上产生氢气B.铜电极发生还原反应

C.铜电极接直流电源的负极D.当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成。 2.

镍氢电池是近年来开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镍镉电池。

镍氢电池的总反应式1H2+NiO(OH)

Ni(OH)2。根据此反应式判断，下列叙述中正确的是（ ）

2

A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增B．电池放电时，镍元素被氧化 C．电池充电时，氢元素被还原D．电池放电时，氢气是负极

3．（2012福建省泉州市俊来中学高三年级月考化学）下列叙述正确的是（ ）

A．在原电池的负极和电解池的阴极上都发生失电子的氧化反应 B．用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴阳两极产物的物质的量之比为1：2 C．用惰性电极电解饱和NaCl溶液，若有1 mol电子转移，则生成1 molNaOH D．镀层破损后，镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀 4.下列叙述中正确的是（ ）

A．构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属。 B．由铜、锌作电极与硫酸铜溶液组成的原电池中铜是负极。 C．马口铁（镀锡铁）破损时与电解质溶液接触锡先被腐蚀。

D．铜锌原电池工作时，若有13克锌被溶解，电路中就有0.4mol电子通过。

5 电子计算机所用钮扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应是： Zn + 2 OH- -2e＝ZnO + H2O

Ag2O +H2O + 2e＝2Ag +2 OH- 下列判断正确的是（ ）

A．锌为正极，Ag2O为负极。 B．锌为负极，Ag2O为正极。

C．原电池工作时，负极区溶液PH减小。 D．原电池工作时，负极区溶液PH增大。 6． 如图所示，a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解。下列说法正确的是（） A．乙烧杯中d的电极反应为 2Cl––2e–B．a、c两极产生气体的物质的量相等 C．甲、乙两烧杯中溶液的pH均保持不变 D．乙烧杯中发生的反应为 2NaCl + 2H2O

电解

2NaOH + H2↑+ Cl2↑

CuSO4溶液 饱和NaCl溶

甲 液 乙

Cl2↑

a

A

b c d

7 .出土的锡青铜（铜锡合金）文物常有Cu2(OH)3Cl覆盖在其表面。下列说法正确的是（ ）

A. 锡青铜的熔点比纯铜高 B．在自然环境中，锡青铜中的锡对铜起保护作用 C．锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快

D．生成Cu2(OH)3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程

8．钢铁生锈过程发生如下反应：①2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2；②4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3；③2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O。下列说法正确的是（ ）

A．反应①、②中电子转移数目相等B．反应①中氧化剂是氧气和水

C．与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀D．钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀 9．电解100mL含c（H+）=0.30mol/L的下列溶液。当电路中通过0.04mol电子时，理论上析出金属质量最

大的是（ ）

A．0.10mol/L Ag+

B．0.20mol/L Zn2+ C．0.20mol/L Cu2+

D．0.20mol/L Pb2+

10．可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是（ ）

A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O2＋2H2O＋4e＝4OH

－

-

B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al＋3OH－3e-＝Al(OH)3↓ C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变 D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极

11. 下图是某空间站能量转化系统的局部示意图，其中燃料电池采用KOH为电解液，下列有关说法中不正．．确的是（） ．

A．该能量转化系统中的水也是可以循环的B．燃料电池系统产生的能量实际上来自于水

C．水电解系统中的阳极反应：4OH--4e-=2H2O+O2↑D．燃料电池放电时的负极反应：H2－2e-＋2OH-=2H2O 12.用惰性电极电解硫酸铜溶液，当加入0.1mol Cu(OH)2使溶液恢复原来的浓度和pH时，电极上转移电子的物质的量是 ( ) A．0.1mol B．0.2mol C．0.3mol D．0.4mol

13.以Pt为电极，电解含有0.10mol M+和0.10mol N3+ (M+、N3+均为金属阳离子)的溶液，阴极析出金属单质或气体的总物质的量(y)与导线中通过电子的物质的量(x)的关系如右图。对离子氧化能力的强弱判断正确的是(选项中H+为氢离子) （ ） A．M+ > H+ > N3+ B．M+ >N3+ > H+C．N3+ >H+ > M+D．条件不足，无法确定

14．在25ºC时，将两根铂电极插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解，当电路中有a mol电子转移时，溶液中析出mg Na2SO4 ·10 H2 O晶体。若温度不变，在剩余溶液中溶质的质量分数为（）

-

mm71m71mA．×100% B．×100%C．×100% D．×100%

m+18a161(m+18a)161(m+9a)m+9a

15．用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水 (含Cl、Br

、Na、Mg2)的装置如图所示 (a、b为石墨电极)。下

＋

＋

--

列说法中，正确的是（ ）

A．电池工作时，正极反应式为：O2 +2 H2O + 4e—=4 OH―

B．电解时，a 电极周围首先放电的是Br―而不是Cl―，说明当其它条件相同时前者的还原性强于后者 C．电解时，电子流动路径是：负极→外电路→阴极→溶液→阳极→正极 D．忽略能量损耗，当电池中消耗0.02g H2 时，b 极周围会产生0.02g H2

16．用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂一KNO3的U型管)构成—个原电池(如图)。以下有关该原电池的叙述正确的是（ ）

①在外电路中，电流由铜电极流向银电极②正极反应为：Ag+ + e-＝ Ag ③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作

④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 A．①②D．②③ C②④D．③④

17. 进行化学实验，观察实验现象，通过分析推理得出正确的结论是化学学习方法之一。下列对有关实验事实的解释正确的是（ ）

A．溴水中通入SO2后，颜色褪去，说明SO2表现了漂白性

B．用惰性电极电解相同浓度的Cu(NO3)2和AgNO3混合溶液，阴极首先析出的是Ag，说明Ag+的还原性

比Cu2+强

C．常温下，将铝片放入浓硫酸中无明显现象，说明铝不和冷的浓硫酸反应 D．浓硝酸在光照条件下变黄，说明浓硝酸易分解生成有色产物且溶于浓硝酸

18．电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发展是化学对人类的一项重大贡献。下列

有关电池的叙述正确的是（ ）

A．锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细B．氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能 C．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化D．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅

19．用惰性电极电解一段时间后（溶质都有剩余），甲、乙两池串联且甲乙两池中溶液的pH变化趋势相同，且两阳极、两阴极的反应产物的物质的量分别相等的是（）

20．下图为阳离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图。下列说法不正确的是（）

A．从E口逸出的气体是H2

B．从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性 C．标准状况下每生成22.4L Cl2，便产生2mol NaOH

D．粗盐水中含Ca2、Mg2、Fe3、SO42等离子，精制时先加Na2CO3溶液

＋

＋

＋

－

21. 可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是（ ）

A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O2＋2H2O＋4e＝4OH

－

-

B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al＋3OH－3e-＝Al(OH)3↓ C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变 D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极 22、下图是一个化学过程的示意图。已知甲池的总反应

放电式为：2CH3OH+3O2+4KOH 充电 2K2CO3+6H2O

（1）请回答图中甲电池是装置。

（2）请回答下列电极的名称：A（石墨）电极的名称是。 （3）写出通入CH3OH的电极的电极反应式是。 （4）乙池中反应的化学方程式为。

（5）当乙池中B（Ag）极的质量增加5.40g时，甲池中理论上消耗O2mL（标准状况下）；此时丙池某电池析出0.60g某金属，则丙中的某盐溶液可能是（填序号） A. MgSO4 B. CuSO4 C. NaCl D. AgNO3

24. 在1升溶液中含有1摩尔CuSO4 和1摩尔NaCl，在直流电的作用下电解，当阴阳两极产生的气体体积相等时停止通电，求阳极气体的物质的量

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