高考专题电解池知识点和典型题.docx

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高考专题电解池知识点和典型题

第19讲　电解池

基础考点梳理

最新考纲

1.了解电解池的工作原理，能写出电极反应式和总反应方程式。

2．了解电解原理的应用。

自主复习

一、电解原理

1．电解原理

（1）电解：

使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。

（2）电极名称与电极反应：

与电源正极相连的为阳极，发生氧化反应；

与电源负极相连的为阴极，发生还原反应。

2．电解CuCl2溶液

（1）阳极反应：

2Cl－－2e－===Cl2↑

（2）阴极反应：

Cu2＋＋2e－===Cu

（3）总方程式：

CuCl2

Cu＋Cl2↑

二、电解原理的应用

1．电解饱和食盐水

（1）电极反应：

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

（2）总反应方程式：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

（3）应用：

氯碱工业制H2、Cl2和NaOH。

2．电镀铜或电解精炼铜

（1）两极材料：

待镀金属或精铜做阴极，镀层金属或粗铜做阳极。

（2）电极反应：

阳极：

Cu－2e－===Cu2＋

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu

3．电解冶炼Na

（1）电极反应：

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

2Na＋＋2e－===2Na

（2）总反应方程式：

2NaCl

2Na＋Cl2↑

（3）应用：

冶炼Na、Mg、Al等活泼金属。

网络构建

热点典例突破

热点考向

1.理解电解原理及利用电解原理进行创新实验设计。

2．应用电解原理解决工业、生产、生活中的实际问题。

热点探究

热点1电解原理

1.电解原理：

（1）电子流向：

负极→阴极；阳极→正极。

（2）

（3）电解结果：

在两极上有新物质生成。

2．电极反应式的书写：

（1）阳极产物的判断

阴离子放电顺序：

S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根。

（2）阴极产物的判断

直接根据阳离子得电子顺序进行判断，阳离子放电顺序：

Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞

＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞

＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋

3．电解时溶液pH值的变化

（1）由电解总反应方程式判断总的变化。

（2）阳极区：

失电子，产生H＋或消耗OH－，pH减小。

（3）阴极区：

得电子，消耗H＋或产生OH－，pH增大。

【例1】　某同学按如图所示的装置进行电解实验。

下列说法正确的是（　　）

A．电解过程中，铜电极上有H2产生

B．电解初期，主反应方程式为：

Cu＋H2SO4

CuSO4＋H2↑

C．电解一定时间后，石墨电极上有铜析出

D．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大

[解析]　从装置图可以看出铜接电源正极作阳极，石墨作阴极，应在阴极区产生H2，且H＋浓度应逐渐减小，故A、D错。

电解初期主要是电解H2SO4，而随电解进行，溶液中CuSO4浓度逐渐增大，Cu2＋参与电极反应而在石墨电极上析出Cu，故B、C正确。

[答案]　BC

变式1　右图是电解饱和NaCl溶液的实验装置，其中c、d为石墨电极。

则下列有关判断中正确的是（　　）

A．a为正极、b为负极

B．c为阴极、d为阳极

C．电解过程中，d电极质量增加

D．电解过程中，氯离子浓度不变

解析：

从电流方向可以判断电源中a为正极，b为负极；因此电解池中c为阳极，d为阴极。

电解过程中，阴极上H＋得电子，放出H2，电极质量不变，阳极上Cl－失电子，得到Cl2，氯离子浓度减小。

答案：

A

热点2以惰性电极电解电解质溶液的规律

1.电解水型：

含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐（如NaOH、H2SO4、K2SO4等）的电解。

阴极：

4H＋＋4e－===2H2↑

阳极：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

总反应：

2H2O

↑＋

↑

2．电解电解质型：

无氧酸（除HF外）、不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）（如CuCl2等）溶液的电解。

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

总反应：

CuCl2

＋

↑

3．放氢生碱型：

活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）（如NaCl、MgBr2）溶液的电解。

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

4．放氧生酸型：

不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4、AgNO3等）溶液的电解。

阴极：

2Cu2＋＋4e－===2Cu

阳极：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

【例2】　右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置，通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。

下列实验现象中正确的是（　　）

A．逸出气体的体积：

a电极的小于b电极的

B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体

C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色

D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色

[解析]　Na2SO4溶液中存在Na＋、H＋、SO

、OH－，通电后SO

和OH－移向b电极，Na＋和H＋移向a电极，在b电极上：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，在a电极上：

2H＋＋2e－===H2↑，所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体；由于a电极上H＋放电，所以a电极附近的c（OH－）>c（H＋），滴加石蕊试液a电极附近变蓝色，b电极附近变红色。

[答案]　D

变式2　某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为31。

用石墨作电极电解该混合溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。

下列叙述不正确的是（　　）

A．阴极自始至终只产生H2

B．阳极先产生Cl2，后产生O2

C．电解最后阶段为电解水

D．溶液pH不断增大，最后为7

解析：

电解质溶液中，n（Na＋）：

n（Cl－）：

n（H＋）：

n（SO

）＝3：

3：

2：

1，开始电解产生H2和Cl2，相当于电解HCl，当H2SO4产生的H＋耗完后，Cl－有剩余，此时阳极仍是Cl－放电，阴极则为H2O电离产生的H＋放电，此阶段相当于电解NaCl溶液。

当Cl－耗完后阳极OH－放电，阴极H＋放电，相当于电解H2O。

答案：

D

热点3电解原理的应用

1.氯碱工业

原料的应用

（1）粗盐的成分：

粗盐中含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO

杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。

（2）杂质的危害：

Ca2＋、Mg2＋等金属离子在碱性环境中会生成沉淀，损坏离子交换膜；此外，杂质的存在会使得到的产品不纯。

①除杂质时所加试剂的顺序要求是：

Na2CO3必须在BaCl2之后；加入盐酸在过滤之后。

②试剂加入顺序有多种选择：

BaCl2，NaOH，Na2CO3，过滤，HCl

BaCl2，Na2CO3，NaOH，过滤，HCl

NaOH，BaCl2，Na2CO3，过滤，HCl

阳极（放电顺序：

Cl－>OH－）：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极（放电顺序：

H＋>Na＋）：

2H＋＋2e－===H2↑

在上述反应中，由于H＋在阴极上得到电子而生成H2，破坏了附近的水的电离平衡，促进了水继续电离，结果阴极区溶液里OH－的浓度增大而呈碱性。

2．铜的电解精炼

以粗铜作阳极、精铜作阴极，含有Cu2＋的溶液作电解质溶液。

发生的反应：

阳极：

Cu－2e－===Cu2＋

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu

3．电镀

待镀金属制品作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液。

阳极反应：

M－ne－===Mn＋（进入溶液）

阴极反应：

Mn＋＋ne－===M（在镀件上沉积）

其特点是阳极本身参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。

4．用电解法制备Na、K、Mg、F2等活泼金属和非金属

2NaCl

2Na＋Cl2↑

MgCl2

Mg＋Cl2↑

【例3】　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，电解总反应为：

2Cu＋H2O

Cu2O＋H2↑。

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

[解析]　此题考查电解原理。

由反应前后化合价的变化，可知Cu的化合价升高，失电子，发生氧化反应，所以Cu电极应为电解池的阳极（接直流电源的正极），发生的反应为：

2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，当反应中有0.1mol电子转移时，生成的Cu2O应为0.05mol，所以B、C、D均错误。

而在电池的阴极（石墨电极）则发生反应：

2H＋＋2e－===H2↑，故A选项正确。

[答案]　A

变式3　下列描述中，不符合生产实际的是（　　）

A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极

B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极

C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极

D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极

解析：

铁作为阳极会失电子，导致熔融的氧化铝中阳离子除铝离子外，还多了亚铁离子，所以选项A不符合实际；电解精炼铜时，粗铜为阳极，铜失电子进入溶液，然后在阴极析出铜，故选项B正确；电解饱和食盐水的目的是制备氢气、氯气和氢氧化钠，所以不需要电极发生反应，故用涂镍碳钢网作为阴极；电镀锌是让溶液中的锌在镀件上析出，为了保证电镀液中锌离子的相对稳定，所以用锌作为阳极。

答案：

A

方法规律技巧

有关电解的计算

原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量等的计算。

不论哪类计算，均可概括为下列三种方法：

1．根据电子守恒计算

用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电荷量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。

2．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比例式计算。

3．根据关系式计算

由得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。

4e－～4Ag～2Cu～2Cl2～2H2～O2～4H＋～4OH－

涉及电化学计算方面的要求不高，主要是能根据总反应式或电极反应式进行计算，有时运用物理中的电量知识解题。

【考例】　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/LAg＋　　　　　B．0.20mol/LZn2＋

C．0.20mol/LCu2＋D．0.20mol/LPb2＋

[解析]　100mL溶液中各离子的物质的量分别为n（H＋）＝0.03mol，n（Ag＋）＝0.01mol，n（Zn2＋）＝0.02mol，n（Cu2＋）＝0.02mol，n（Pb2＋）＝0.02mol，当分别电解它们的溶液通过0.04mol电子时，A中0.01molAg全部析出，其质量为1.08g，B中H＋首先放电，因此析出Zn为0.005mol，质量为0.325g，C中0.02molCu全部析出，质量为1.28g，D中H＋首先得电子，析出Pb为0.005mol，质量为1.035g，因此C中析出金属质量最大。

[答案]　C

变式　如图，X和Y均为石墨电极：

（Ⅰ）若电解液为滴有酚酞的饱和食盐水，电解反应的离子方程式为：

____________________________；电解过程中________极（填阴或阳）附近会出现红色。

（Ⅱ）若电解液为500mL含A溶质的某蓝色溶液，电解一段时间，观察到X电极表面有红色的固态物质生成，Y电极有无色气体生成；溶液中原有溶质完全电解后，停止电解，取出X电极，洗涤、干燥、称量，电极增重1.6g。

（1）电解后溶液的pH为________；要使电解后溶液恢复到电解前的状态，需加入一定量的________________（填加入物质的化学式）。

（假设电解前后溶液的体积不变）

（2）请你推测原溶液中所含的酸根离子可能是________；并设计实验验证你的推测，写出实验的操作步骤、现象和结论：

__________________________。

解析：

（Ⅰ）电解饱和食盐水时，阴极2H＋＋2e－===H2↑，而使H2O的电离平衡被破坏，最终导致阴极附近c（OH－）>c（H＋），溶液显碱性，酚酞变红色。

（Ⅱ）由于X电极表面有红色的固态物质生成，Y电极有无色气体生成，故而可知A不是CuCl2，而可能为CuSO4或Cu（NO3）2。

由2Cu2＋＋2H2O

2Cu＋4H＋＋O2↑

2×64g4mol

1.6g0.05mol

可得：

c（H＋）＝

＝0.1mol/L，

故电解后溶液的pH＝1。

答案：

（Ⅰ）2Cl－＋2H2O

2OH－＋Cl2↑＋H2↑　阴

（Ⅱ）

（1）1　CuO或CuCO3

（2）硫酸根离子　取少量待测液于试管中，滴加盐酸无明显现象，继续加入氯化钡溶液若有白色沉淀产生，则证明是硫酸根离子

（或：

硝酸根离子　取少量待测液于试管中，加热浓缩后滴加浓硫酸和铜粉若有红棕色气体产生，则证明是硝酸根离子）

备选习题

1.下列说法中正确的是（　　）

①电解是将电能转化为化学能；②电解是将化学能转变成电能；③电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化；④不能自发进行的氧化还原反应可通过电解的原理实现；⑤任何物质被电解时，必导致氧化还原反应发生。

A．①③④⑤　　　　　　　

B．②③⑤

C．③④

D．①②③④

解析：

电解是将电能转化为化学能，发生氧化还原反应，电解液导电发生化学变化，故A正确。

答案：

A

2．按如下图装置进行电解实验，下列说法正确的是（　　）

A．电解过程中铜电极上有O2产生

B．整个电解过程中，溶液pH不断减小

C．整个电解过程中，石墨电极上一直产生H2

D．电解初期，主反应方程式为：

Cu＋H2SO4

CuSO4＋H2↑

解析：

考查电解知识的理解，较易。

电极反应：

阳极（Cu）Cu－2e－===Cu2＋，阴极2H＋＋2e－===H2↑，A错；电解初期，阳极溶液pH几乎不变，阴极溶液pH不断增大，B错；由于电解发生以后，溶液中存在Cu2＋，而Cu2＋放电能力比H＋强，故C错；D正确。

答案：

D

3．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1：

2

C．用惰性电极电解饱和NaCl溶液，若有1mol电子转移，则生成1molNaOH

D．镀层破损后，镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀

解析：

A项中电解池的阴极发生的是还原反应；B项中用惰性电极电解Na2SO4溶液，实质是电解水，在阴阳两极上析出的是H2和O2，其物质的量之比为21；D项中锡的活动性比铁弱，构成原电池时铁作负极，故镀锡铁板比镀锌铁板易腐蚀。

答案：

C

4．下列叙述中不正确的是（　　）

A．电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应

B．电解饱和食盐水时，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气

C．原电池的正极发生氧化反应，负极发生还原反应

D．精炼铜时，粗铜作电解池的阳极

解析：

由原电池的工作原理可知，负极失去电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，故C项错误。

答案：

C

5．（2010·福建理综）铅蓄电池的工作原理为：

Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，研读下图，下列判断不正确的是（　　）

A．K闭合时，d电极反应式：

PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO

B．当电路中转移0.2mol电子时，I中消耗的H2SO4为0.2mol

C．K闭合时，Ⅱ中SO

向c电极迁移

D．K闭合一段时间后，Ⅱ可单独作为原电池，d电极为正极

解析：

本题考查铅蓄电池，意在考查考生对电池的充电和放电过程所涉及的化学原理进行分析的能力。

根据图示，Ⅰ为原电池，a为正极，b为负极，Ⅱ为电解池，c为阴极，d为阳极。

K闭合时，d为阳极，发生氧化反应：

PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋4H＋＋SO

，A项正确；根据铅蓄电池的总反应知该反应中转移电子数为2e－，则电路中转移0.2mol电子时，I中消耗0.2molH2SO4，B项正确；K闭合时，Ⅱ中SO

向阳极（d极）迁移，C项错误；K闭合一段时间后，c电极析出Pb，d电极析出PbO2，电解质溶液为H2SO4，此时可以形成铅蓄电池，d电极作正极，D项正确。

答案：

C

6．将两支惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解，当电解液的pH由6.0变为3.0时（设电解时阴极没有氢析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略）。

（1）写出电极反应式，阳极：

________________________________________________________________________，

阴极：

________________________________________________________________________。

（2）电极上应析出银的质量是________________________________________________________________________。

（3）欲使该溶液复原应加入________________________________________________________________________。

解析：

由题意可知阳极4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，OH－来自水的电离，OH－浓度减小，水的电离平衡右移，溶液酸性增强，设阴极上析出银的质量为x，依据电解规律，列出物质间对应关系式为：

4Ag　～　O2　～　4e－　～　4H＋

4×108×103mg4mol

x0.5L×10－3mol·L－1

－0.5L×10－6mol·L－1

电解前后溶液中H＋的物质的量变化超出100倍，可以忽略电解前溶液中H＋的物质的量，所以：

x＝

＝54mg

由于在两极上，一极析出Ag，另一极放出O2，故欲使其复原，应加入Ag2O。

答案：

（1）4OH－－4e－===4H2O＋O2↑

4Ag＋＋4e－===4Ag

（2）54mg　（3）Ag2O