電解原理及經(jīng)典應(yīng)用

1、電解原理及應(yīng)用一、電解原理 1、基本概念(1) 使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極上引起氧化還原反應(yīng)的過程叫做電解。(2) 把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置叫做電解池或電解槽。(3) 當(dāng)離子到達(dá)電極時(shí)，失去或獲得電子，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程 CuCl2CuCl2、電解池的兩極陰極：與電源負(fù)極相連的電極。（發(fā)生還原反應(yīng)） 陽極：與電源正極相連的電極。（發(fā)生氧化反應(yīng)）、電解池中的電子的移動方向電源負(fù)極電解池陰極電解液中的陽離子（被還原）電解池中陰離子（被氧化電解池陽極電源正極4、電解的本質(zhì)：電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程就是電解質(zhì)溶液的電解過程5、離子的放電順序陽離子：Ag+Hg2+Cu2+Fe2+Zn2+H+Al

2、3+Na+K+陰離子：S2-I-Br-Cl-OH含氧酸根6、電極產(chǎn)物的判斷(1) 陽極放電順序：活潑陽極(金屬)>無氧酸根離子>OH>含氧酸根離子>F (2) 陰極放電：溶液中的陽離子放電7、電極反應(yīng)式的書寫：列物質(zhì)，標(biāo)得失；選離子，配電荷；配個(gè)數(shù)，巧用水；兩式加，驗(yàn)總式。 典型例題【例1】下列有關(guān)電解原理的說法不正確的是（ ）A電解飽和食鹽水時(shí),一般用鐵作陽極,碳作陰極B電鍍時(shí),通常把待鍍的金屬制品作陰極,把鍍層金屬作陽極C對于冶煉像鈉、鈣、鎂、鋁等這樣活潑的金屬,電解法幾乎是唯一可行的工業(yè)方法D電解精煉銅時(shí)，用純銅板作陰極，粗銅板作陽極【例2】將兩個(gè)鉑電極插入500

3、mL CuSO4溶液中進(jìn)行電解，通電一定時(shí)間后，某一電極增重0.064g(設(shè)電解時(shí)該電極無氫氣析出，且不考慮水解和溶液體積變化)，此時(shí)溶液中氫離子濃度約為 .【例3】某堿性蓄電池在充電和放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為:Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2,下列說法中正確的是:（）A、放電時(shí)，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是Fe. B、放電時(shí)，正極反應(yīng)是：NiO2+2e-+2H+=Ni(OH)2C、充電時(shí)，陰極反應(yīng)是：Ni(OH)2-2e-+2OH-=NiO2+2H2O D、充電時(shí)，陽極附近pH值減小.3知識概括、方法總結(jié)與易錯點(diǎn)分析【例1】甲、乙兩個(gè)容器中，分別加入0.1mol/LNaCl溶液與

4、0.1mol/LAgNO3溶液后，以Pt為電極進(jìn)行電解時(shí)，在A、B、C、D各電極上生成物的物質(zhì)的量之比為:_ 二. 電解池中電極反應(yīng)式的書寫1知識梳理     1、首先看陽極材料，如果陽極是活潑電極（金屬活動順序表Ag以前），則應(yīng)是陽極失電子，陽極不斷溶解，溶液中的陰離子不能失電子。    2、如果陽極是惰性電極（Pt、Au、石墨），則應(yīng)是電解質(zhì)溶液中的離子放電，應(yīng)根據(jù)離子的放電順序進(jìn)行書寫電極反應(yīng)式          陽極（惰性電極）

5、發(fā)生氧化反應(yīng)，陰離子失去電子被氧化的順序?yàn)椋篠2-SO32-I-Br -Cl-OH-水電離的OH-含氧酸根離子F-。          陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陽離子得到電子被還原的順序?yàn)椋篈g+Hg2+Fe3+Cu2+（酸電離出的H+）Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+（水電離出的H+）Al3+Mg2+Na+Ca2+K+。           （注：在水溶液中Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+這

6、些活潑金屬陽離子不被還原，這些活潑金屬的冶煉往往采用電解無水熔融態(tài)鹽或氧化物而制得）。 例3、寫出用石墨作電極，電解飽和食鹽水的電極反應(yīng)式。     若將上述石墨電極改成銅作電極，試寫出電解飽和食鹽水的電極反應(yīng)式。      電解池電極反應(yīng)式的書寫（一）原則：陽極：失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)（一般是溶液中陰離子在陽極上失電子，也可能是陽極材料本身失去電子）陰極：得電子，發(fā)生還原反應(yīng)（一般是溶液中陽離子在陰極上得電子）（二）具體分類判斷1.陽極為惰性電極（CPt）這類電解池的電極反應(yīng)式的書寫只需考慮電解

7、質(zhì)溶液中的所有陰陽離子的放電，電極本身不參與放電。中學(xué)階段陰離子主要掌握I、Br、Cl、OH的放電，陽離子主要掌握Ag+,Cu2+,H+的放電。2.陽極為活性電極（如Fe、Cu、Ag等）這類電解池的陽極反應(yīng)為活性電極本身失去電子生成相應(yīng)的陽離子，陰極反應(yīng)為電解質(zhì)溶液中的陽離子得到電子生成相應(yīng)的單質(zhì)。例1如圖：通電5min后，電池5質(zhì)量增加2.16g，試回答： （1）電源：a 極 C池 池A池電極反應(yīng)： C池電極反應(yīng)： （2）若B槽中共收集到224mL氣體（標(biāo)況），且溶液體積為200mL（設(shè)電解過程中溶液體積不變），則通電前溶液中的Cu2+物 A B C質(zhì)的量濃度為 。 （3）若A池溶液體積為2

8、00mL，且電解過程中溶液體積不變，則電解后，溶液pH為 。三、電解原理的應(yīng)用1、電解飽和食鹽水制燒堿、氫氣和氯氣(1) 實(shí)驗(yàn)原理：陽極(放電順序：Cl->OH-)：2Cl+2e-= Cl2 (氧化反應(yīng))陰極(放電順序：H>Na)：2H+2e=H2 (還原反應(yīng))總反應(yīng)：2NaCl+2H2O2=NaOH +H2+ Cl2 陰極 陽極(2)工業(yè)制備方法-離子交換膜法2、電解精煉銅粗銅作陽極，純銅作陰極，用CuSO4溶液作電解液。陽極(粗銅)：Cu2eCu2+ 陰極(精銅)：Cu2+2eCu比銅活潑的金屬雜質(zhì)以陽離子形式留于溶液中比銅不活潑的金屬雜質(zhì)形成陽極泥電解精煉銅過程中CuSO4溶

9、液的濃度基本不變。3、電鍍銅(1) 電鍍是應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。(2) 電鍍的主要目的是使金屬增強(qiáng)抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬度。(3) 鍍層金屬：通常是在空氣或溶液中不易起變化的金屬，如Cr、Zn、Ag、Cu等(4) 在鐵制品上鍍銅：陽極銅 ,陰極鐵制品 ,電鍍液CuSO4溶液 原理：陽極(Zn) Zn-2e=Zn2+ 陰極(Fe) Zn2+2e = Zn 4、電冶金(1) 本質(zhì)：利用電解使礦石中的金屬離子獲得電子，從它們的化合物中還原出來(2) 適用范圍：制取活潑金屬單質(zhì)，如電解NaCl、MgCl2、Al2O3制取Na、Mg、Al 知識概括、方法總結(jié)與易

10、錯點(diǎn)分析14已知電極材料：鐵、銅、銀、石墨、鋅、鋁；電解質(zhì)溶液：CuCl2溶液、Fe2（SO4）3溶液、鹽酸。接要求回答下列問題：電工操作上規(guī)定：不能把銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線連接在一起使用。請說明原因 。若電極材料選銅和石墨，電解質(zhì)溶液選硫酸鐵溶液，用導(dǎo)線連接，能否構(gòu)成原電池？ ，若能，請寫出電極反應(yīng)式，負(fù)極 ，正極 。若電極反應(yīng)為：Cu+2H+= Cu2+H2，請?jiān)谟疫吙驁D內(nèi)畫出實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的裝置圖（運(yùn)用題目所給材料和藥品）。四 用惰性電極電解燒杯里的溶液PH變化1知識梳理1、電解含氧酸陽極：4OH 4e = 2H2O+O2 陰極：4H+ 4e = 2H2通電總的方程式：2H2O = 2H2+O2結(jié)論

11、：用惰性電極電解含氧酸實(shí)質(zhì)是電解水。電解后，酸的濃度增大，即H+增大，故溶液的PH減小。2、電解無氧酸陽極：2Cl 2e = Cl2 陰極：2H+ 2e = 2H2 通電總的方程式：2HCl = H2+Cl2結(jié)論：用惰性電極電解無氧酸(除HF)，溶質(zhì)消耗。電解的結(jié)果消耗了HCl，即H+減小，溶液的PH增大。3、電解可溶性堿陽極：4OH 4e = 2H2O+O2 陰極：4H+ 4e = 2H2通電總的方程式：2H2O = 2H2+O2結(jié)論：用惰性電極電解強(qiáng)堿實(shí)質(zhì)是電解水。電解后，堿的濃度增大，即OH-增大，故溶液的PH增大。4、電解活潑金屬的含氧酸鹽陽極：4OH 4e = 2H2O+O2 陰極：

12、4H+ 4e = 2H2通電總的方程式：2H2O = 2H2+O2結(jié)論：用惰性電極電解活潑金屬的含氧酸鹽實(shí)質(zhì)是電解水。電解后溶液的PH不變，等于7。5、電解不活潑金屬的無氧酸鹽陽極：2Cl 2e = Cl2 陰極：Cu2+ + 2e = Cu通電總的方程式：CuCl2 = 2Cu + Cl2結(jié)論：用惰性電極電解不活潑金屬的無氧酸鹽(除氟化物)，溶質(zhì)消耗。電解的結(jié)果使Cu2+減小，溶液的H+減小，溶液的PH略有增大。Cu2+ +2H2OCu(OH)2 + 2H+6、電解活潑金屬的無氧酸鹽陽極：2Cl 2e = Cl2 陰極：4H+ 4e = 2H2通電總的方程式：2NaCl + 2H2O = 2

13、NaOH + H2+ Cl2結(jié)論：用惰性電極電解活潑金屬的無氧酸鹽，溶質(zhì)、水同時(shí)消耗。電解的結(jié)果生成堿，電解后溶液PH增大。7、電解不活潑金屬的含氧酸鹽陽極：4OH 4e = 2H2O+O2 陰極：Cu2+ + 2e = Cu通電總的方程式：2CuSO4 +2H2O = 2H2SO4+2Cu+O22典型例題例1：工業(yè)品氫氧化鉀的溶液中含有某些含氧酸根雜質(zhì)，可用離子交換膜法電解提純。電解槽內(nèi)裝有陽離子交換膜（只允許陽離子通過），其工作原理如圖所示。該電解槽的陽極反應(yīng)式為 ；通電開始后，陰極附近溶液pH會增大；其原因是 ；除去雜質(zhì)后的氫氧化鉀溶液從液體出品 （填寫“A”或“B”）導(dǎo)出。課后練習(xí)1.

14、（安徽卷12）Cu2O是一種半導(dǎo)體材料，基于綠色化學(xué)理念設(shè)計(jì)的制取.Cu2O的電解池示意圖如下，電解總反應(yīng)：2Cu+H2O=Cu2O+H2O。下列說法正確的是（）A.石墨電極上產(chǎn)生氫氣 B.銅電極發(fā)生還原反應(yīng)C.銅電極接直流電源的負(fù)極 D.當(dāng)有0.1mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，有0.1molCu2O生成。2. 鎳氫電池是近年來開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生鎘污染的鎳鎘電池。鎳氫電池的總反應(yīng)式H2+NiO(OH)Ni(OH)2。根據(jù)此反應(yīng)式判斷，下列敘述中正確的是（） A電池放電時(shí)，電池負(fù)極周圍溶液的pH不斷增 B電池放電時(shí)，鎳元素被氧化 C電池充電時(shí)，氫元素被還原 D電池放電時(shí)，氫氣是負(fù)極3（2

15、012福建省泉州市俊來中學(xué)高三年級月考化學(xué)）下列敘述正確的是 （）A在原電池的負(fù)極和電解池的陰極上都發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)B用惰性電極電解Na2SO4溶液，陰陽兩極產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1：2C用惰性電極電解飽和NaCl溶液，若有1 mol電子轉(zhuǎn)移，則生成1 molNaOHD鍍層破損后，鍍錫鐵板比鍍鋅鐵板更耐腐蝕4.下列敘述中正確的是（） A構(gòu)成原電池正極和負(fù)極的材料必須是兩種金屬。 B由銅、鋅作電極與硫酸銅溶液組成的原電池中銅是負(fù)極。 C馬口鐵（鍍錫鐵）破損時(shí)與電解質(zhì)溶液接觸錫先被腐蝕。 D銅鋅原電池工作時(shí)，若有13克鋅被溶解，電路中就有0.4mol電子通過。 5 電子計(jì)算機(jī)所用鈕扣電池的兩極材

16、料為鋅和氧化銀，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其電極反應(yīng)是： Zn + 2 OH- -2eZnO + H2O Ag2O +H2O + 2e2Ag +2 OH- 下列判斷正確的是（） A鋅為正極，Ag2O為負(fù)極。 B鋅為負(fù)極，Ag2O為正極。 C原電池工作時(shí)，負(fù)極區(qū)溶液PH減小。 D原電池工作時(shí)，負(fù)極區(qū)溶液PH增大。6 如圖所示，a、b、c、d均為石墨電極，通電進(jìn)行電解。20080801下列說法正確的是 （ ）A乙燒杯中d的電極反應(yīng)為 2Cl2e Cl2 Ba、c兩極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量相等C甲、乙兩燒杯中溶液的pH均保持不變 電解D乙燒杯中發(fā)生的反應(yīng)為 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2+

17、 Cl27 .出土的錫青銅（銅錫合金）文物常有Cu2(OH)3Cl覆蓋在其表面。下列說法正確的是（）A. 錫青銅的熔點(diǎn)比純銅高 B在自然環(huán)境中，錫青銅中的錫對銅起保護(hù)作用 C錫青銅文物在潮濕環(huán)境中的腐蝕比干燥環(huán)境中快D生成Cu2(OH)3Cl覆蓋物是電化學(xué)腐蝕過程，但不是化學(xué)反應(yīng)過程8鋼鐵生銹過程發(fā)生如下反應(yīng)： 2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2；4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3；2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O。 下列說法正確的是（） A反應(yīng)、中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等 B反應(yīng)中氧化劑是氧氣和水 C與銅質(zhì)水龍頭連接處的鋼質(zhì)水管不易發(fā)生腐蝕D鋼鐵在潮濕的空氣中不能發(fā)生電化

18、學(xué)腐蝕9電解100mL含c（H+）=0.30mol/L的下列溶液。當(dāng)電路中通過0.04mol電子時(shí)，理論上析出金屬質(zhì)量最大的是 （）A0.10mol/L Ag+B0.20mol/L Zn2+ C0.20mol/L Cu2+D0.20mol/L Pb2+ 10可用于電動汽車的鋁-空氣燃料電池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液，鋁合金為負(fù)極，空氣電極為正極。下列說法正確的是（）A以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液時(shí)，正極反應(yīng)都為：O22H2O4e4B以NaOH溶液為電解液時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為：Al33e-Al(OH)3C以NaOH溶液為電解液時(shí)，電池在工作過程中電解液的pH保持不變D電池工作時(shí)

19、，電子通過外電路從正極流向負(fù)極11. 下圖是某空間站能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的局部示意圖，其中燃料電池采用KOH為電解液，下列有關(guān)說法中不正確的是（ ）A 該能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中的水也是可以循環(huán)的B燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的能量實(shí)際上來自于水 C水電解系統(tǒng)中的陽極反應(yīng)：4OH-4e-=2H2O+O2 D燃料電池放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)：H22e-2OH-=2H2O12. 用惰性電極電解硫酸銅溶液，當(dāng)加入0.1mol Cu(OH)2使溶液恢復(fù)原來的濃度和pH時(shí)，電極上轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是 ( ) A0.1mol B0.2mol C0.3mol D0.4mol13.以Pt為電極，電解含有0.10mol M+和0.10mol N3+

20、 (M+、N3+均為金屬陽離子)的溶液，陰極析出金屬單質(zhì)或氣體的總物質(zhì)的量(y)與導(dǎo)線中通過電子的物質(zhì)的量(x)的關(guān)系如右圖。對離子氧化能力的強(qiáng)弱判斷正確的是(選項(xiàng)中H+為氫離子) （）AM+ > H+ > N3+ BM+ >N3+ > H+ CN3+ >H+ > M+ D條件不足，無法確定1214在25ºC時(shí)，將兩根鉑電極插入一定量的硫酸鈉飽和溶液中進(jìn)行電解，當(dāng)電路中有a mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，溶液中析出mg Na2SO4 ·10 H2 O晶體。若溫度不變，在剩余溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（ ）A×100% B×100%C&

21、#215;100% D×100%15用酸性氫氧燃料電池電解苦鹵水 (含、Na、Mg2)的裝置如圖所示 (a、b為石墨電極)。下列說法中，正確的是（）A電池工作時(shí)，正極反應(yīng)式為：O2 +2 H2O + 4e=4 OH B電解時(shí)，a 電極周圍首先放電的是Br而不是Cl，說明當(dāng)其它條件相同時(shí)前者的還原性強(qiáng)于后者C電解時(shí)，電子流動路徑是：負(fù)極外電路陰極溶液陽極正極D忽略能量損耗，當(dāng)電池中消耗0.02g H2 時(shí)，b 極周圍會產(chǎn)生0.02g H216用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線和鹽橋(裝有瓊脂一KNO3的U型管)構(gòu)成個(gè)原電池(如圖)。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是（

22、）在外電路中，電流由銅電極流向銀電極 正極反應(yīng)為：Ag+ + e- Ag實(shí)驗(yàn)過程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同A D C D17. 進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過分析推理得出正確的結(jié)論是化學(xué)學(xué)習(xí)方法之一。下列對有關(guān)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的解釋正確的是（）A溴水中通入SO2后，顏色褪去，說明SO2表現(xiàn)了漂白性B用惰性電極電解相同濃度的Cu(NO3)2和AgNO3混合溶液，陰極首先析出的是Ag，說明Ag+的還原性比Cu2+ 強(qiáng)C常溫下，將鋁片放入濃硫酸中無明顯現(xiàn)象，說明鋁不和冷的濃硫酸反應(yīng)D濃硝酸在光照條件下變黃，說明濃硝酸易分解生成有色產(chǎn)物且溶于濃硝酸18電池是人類生產(chǎn)和生活中的重要能量來源，各式各樣電池的發(fā)展是化學(xué)對人類的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)。下列有關(guān)電池的敘述正確的是（）A鋅錳干電池工作一段時(shí)間后碳棒變細(xì) B氫氧燃料電池可將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹸氫氧燃料電池工作時(shí)氫氣在負(fù)極被氧化D太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅19用惰性電極電解一段時(shí)間后（溶質(zhì)都有剩余），甲、乙兩池串聯(lián)且甲乙兩池中溶液的pH變化趨勢相同，且兩陽極、兩陰極的反應(yīng)產(chǎn)物的物質(zhì)的量