第三十九講電解原理及其應(yīng)用

第三十九講電解原理及其應(yīng)用(2008年高考一輪復(fù)習(xí))沅江七中化學(xué)組ybf1．電解池的考查內(nèi)容有電解池、電鍍池的電極名稱及電極反應(yīng)式；根據(jù)電解判斷電極材料和電解質(zhì)溶液；2.根據(jù)電極變化判斷金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱，有關(guān)電解產(chǎn)物的判斷和計(jì)算等。3.電解原理在工業(yè)上的應(yīng)用，金屬的冶煉、氯堿工業(yè)和電鍍等?？季V要求：考點(diǎn)闡釋：電解的知識比較多。在高考試題中，有關(guān)電解的試題出現(xiàn)的機(jī)會較多，主要考查電解原理和綜合應(yīng)用。復(fù)習(xí)時(shí)我們要立足基礎(chǔ)，做好以下幾點(diǎn)：

1.理解電解原理，電解池的組成，電極名稱及電極反應(yīng)式。

2.熟悉電解產(chǎn)物的判斷和進(jìn)行簡單計(jì)算。

3.掌握酸，堿，鹽的電解規(guī)律及PH變化規(guī)律。

4.了解電解原理的簡單應(yīng)用的例子。高考回顧：1．(2007年高考海南化學(xué)卷，電解)目前下列工藝過程沒有直接使用離子交換技術(shù)的是()(A)硬水的軟化(B)電解飽和食鹽水制備NaOH(C)電滲析淡化海水(D)海水中提取金屬M(fèi)g2．(電化學(xué)、計(jì)算)

(2007年高考全國理綜卷I)以惰性電極電解CuSO4溶液。若陽極上產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量為0.0100mol，則陰極上析出Cu的質(zhì)量為()(A)0.64g(B)1.28g(C)2.56g(D)5.12gDB4．(2007年高考江蘇卷，電解)某同學(xué)按圖所示的裝置進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)。下列說法正確的是()稀H2SO4Cu石墨(A)電解過程中，銅電極上有H2產(chǎn)生(B)電解初期，主反應(yīng)方程式為：Cu＋H2SO4=CuSO4＋H2↑(C)電解一定時(shí)間后，石墨電極上有銅析出(D)整個(gè)電解過程中，H＋的濃度不斷增大3．(2007年高考上?；瘜W(xué)卷，電解)某學(xué)生設(shè)計(jì)了一個(gè)“黑筆寫紅字”的趣味實(shí)驗(yàn)。濾紙先用氯化鈉、無色酚酞的混合液浸濕，然后平鋪在一塊鉑片上，接通電源后，用鉛筆在濾紙上寫字，會出現(xiàn)紅色字跡。據(jù)此，下列敘述正確的是()鉑片濾紙鉛筆祝你成功ab直流電源(A)鉛筆端作陽極，發(fā)生還原反應(yīng)(B)鉑片端作陰極，發(fā)生氧化反應(yīng)(C)鉛筆端有少量的氯氣產(chǎn)生(D)a點(diǎn)是負(fù)極，b點(diǎn)是正極BCD6．(2007年高考理綜重慶卷，電解)如圖所示，下列敘述正確的是()ZnSO4溶液隔膜(只允許SO42－通過)CuSO4溶液濾紙(滴加了Na2SO4、酚酞溶液)表面皿YZnCu銅絲X(A)Y為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)(B)X為正極，發(fā)生氧化反應(yīng)(C)Y與濾紙接觸處有氧氣生成(D)X與濾紙接觸處變紅5（06重慶理綜27）.(14分)(請?jiān)诖痤}卡上作答)鉛蓄電池是典型的可充型電池，它的正負(fù)極格板是惰性材料，電池總反應(yīng)式為：Pb+PbO2+4H++2SO2-4=2PbSO4+2H2O請回答下列問題（不考慮氫、氧的氧化還原）:（1)放電時(shí)：正極的電極反應(yīng)式是______________;電解液中H2SO4的濃度將變________;當(dāng)外電路通過1mol電子時(shí)，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加________g。（2）在完全放電耗盡PbO2和Pb時(shí)，若按題27圖連接，電解一段時(shí)間后，則在A電極上生成__________、B電極上生成________,此時(shí)鉛蓄電池的正負(fù)極的極性將________________________。PbO2+2e－

+4H++2SO42－

=PbSO4+2H2O小48PbO2Pb對換A實(shí)驗(yàn)步驟在一個(gè)U形管中注入氯化銅溶液，插入兩根石墨作電極，接通直流電源，觀察U形管中現(xiàn)象。電解氯化銅實(shí)驗(yàn)分析1、通電前CuCl2=Cu2++2Cl-H2O

H++OH-電解質(zhì)發(fā)生電離，陰陽離子自由運(yùn)動(dòng)。2、通電后帶負(fù)電荷的陰離子朝陽極定向運(yùn)動(dòng)。因失電子能力：Cl-＞OH-帶正電荷的陽離子朝陰極定向運(yùn)動(dòng)。Cl-在陽極失去電子：2Cl--2e-=Cl2↑氧化反應(yīng)因得電子能力：Cu2+＞H+Cu2+在陰極得到電子：Cu2+

＋2e-=Cu還原反應(yīng)總方程式：CuCl2==Cl2↑+Cu通電一、電解原理1、電解的概念：使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰陽兩極發(fā)生氧化還原的過程。2、電解池(電解槽）：借助氧化還原反應(yīng)，把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。3、電極反應(yīng)：陽極：與電源正極相連的極陰極：與電源負(fù)極相連的極Cu2++2e-=Cu陰極發(fā)生還原反應(yīng)

2Cl-—2e-=Cl2↑陽極發(fā)生氧化反應(yīng)電解要點(diǎn)知識小結(jié)4、電子的流向

電子從外加電源的負(fù)極流出，流到電解池的陰極，再從陽極流回電源正極。5、離子定向移動(dòng)的方向陽離子運(yùn)動(dòng)到

陰極陰離子運(yùn)動(dòng)到

陽極6、惰性電極與活性電極惰性電極：僅僅導(dǎo)電，不參與反應(yīng)鉑、金、石墨活性電極(作陽極)：既可以導(dǎo)電、又可以參與電極反應(yīng)(作陰極則不反應(yīng))Ag及之前的金屬要判斷電極反應(yīng)的產(chǎn)物，必須掌握離子的放電順序。陰離子失去電子而陽離子得到電子的過程叫放電。(1)在陽極上②用惰性電極(Pt、Au、石墨、鈦等)時(shí)：溶液中陰離子的放電順序：S

2->I

->Br

->Cl

->OH

->NO3->SO42-(等含氧酸根離子）>F-。無論是惰性電極還是活性電極都不參與電極反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的是溶液中的陽離子。陽離子在陰極上放電順序是：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+（與金屬活動(dòng)性順序相反）(2)在陰極上①活性材料作電極時(shí)：金屬在陽極失電子被氧化成陽離子進(jìn)人溶液，陰離子不容易在電極上放電。7、電解電極產(chǎn)物的判斷：

陽極反應(yīng)：(1)金屬電極失電子：M-ne-=Mn+（金屬電極）(2)無氧酸根失電子：2X—-2e-=X2(3)氫氧根失電子：4OH—-4e-=2H2O+O2↑陰極反應(yīng)：(2)氫離子得電子：2H++2e-=H2↑(3)氫前陽離子得電子：Mn+

+ne-=M(1)氫后陽離子得電子：Mn+

+ne-=M惰性電極(3)電極反應(yīng)陽極：活潑電極>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根

ⅠⅢⅡⅣⅠ與Ⅲ區(qū)結(jié)合：電解本身型如CuCl2Ⅰ與Ⅳ區(qū)結(jié)合：放氫生堿型如NaClⅡ與Ⅲ區(qū)結(jié)合：放氧生酸型如CuSO4、AgNO3Ⅱ與Ⅳ區(qū)結(jié)合：電解水型如Na2SO4、H2SO4、

NaOH陰極：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+(大量)(少量,來自于水)(4)電解質(zhì)溶液電解規(guī)律應(yīng)用1:銅的電解精煉粗銅（含Zn、Fe）陽極：Cu—2e-=Cu2+陰極：Cu2++2e-=Cu雜質(zhì)比銅活潑的Zn、Fe等：Zn—2e-=Zn2+Fe—2e-=Fe2+活潑性在銅之后的銀、金等：還原性比銅差的，不能失去電子，它們以單質(zhì)的形式留在溶液中，成為陽極泥。電解質(zhì)溶液硫酸銅的濃度基本不變。應(yīng)用2:電鍍1、定義：利用電解原理在某些金屬的表面鍍上一薄層其它金屬或是合金的過程。2、裝置銅鍍件硫酸銅溶液陽極：Cu—2e-=Cu2+陰極：Cu2++2e-=Cu4、電鍍的結(jié)果，電解質(zhì)溶液的濃度保持不變。3、電鍍材料的選擇：陰極——鍍件電鍍液——含有鍍層金屬離子的溶液陽極——鍍層金屬

陽極：2Cl--2e-=Cl2↑，陰極：2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑應(yīng)用3:氯堿工業(yè)反應(yīng)原理跟蹤練習(xí)：

1［人教大綱版《化學(xué)》（第二冊）P114習(xí)題二第2題變式題］下列描述中，不符合生產(chǎn)實(shí)際的是（）

A.電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵作陽極

B.電解法精煉粗銅，用純銅作陰極

C.電解飽和食鹽水制燒堿，用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極

D.在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽極AC

2［人教大綱版《化學(xué)》(第二冊)P93習(xí)題4第1題變式題］用惰性電極實(shí)現(xiàn)電解，下列說法正確的是(

)

A.電解稀硫酸溶液，實(shí)質(zhì)上是電解水，故溶液pH不變

B.電解稀氫氧化鈉溶液，要消耗OH-，故溶液pH減小

C.電解硫酸鈉溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2

D.電解氯化銅溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶1D

3用鉑電極電解CuSO4溶液，當(dāng)c(Cu2+)降至原來的一半時(shí)停止通電，則加入下面物質(zhì)能使溶液恢復(fù)成原來濃度的是（）

A.無水CuSO4B.CuO

C.Cu(OH)2D.CuSO4·5H2OB

4［人教大綱版《化學(xué)》(第二冊)P85習(xí)題1第4題變式題］在水中加入等物質(zhì)的量的AgNO3、Ba(NO3)2、NaCl、K2SO4混合均勻，取溶液，用惰性電極電解，片刻后在兩個(gè)極區(qū)析出的氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的質(zhì)量之比為（）

A.35.5∶108B.1∶2

C.108∶35.5D.8∶1

D5．（06全國理綜I9）把分別盛有熔融的氯化鉀、氯化鎂、氯化鋁的三個(gè)電解槽串聯(lián)，在一定條件下通電一段時(shí)間后，析出鉀、鎂、鋁的物質(zhì)的量之比為()A．1：2：3B．3：2：1C．6：3：1D．6：3：26、（06四川理綜11）下列描述中，不符合生產(chǎn)實(shí)際的是()A、電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵作陽極B、電解法精煉粗銅，用純銅作陰極C、電解飽和食鹽水制燒堿，用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極D、在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽極DA7．（06廣東16）某可充電的鋰離子電池以LiMn2O4為正極，嵌入鋰的碳材料為負(fù)極，含Li+導(dǎo)電固體為電解質(zhì)。放電時(shí)的電池反應(yīng)為：Li+LiMn2O4==Li2Mn2O4。下列說法正確的是()A．放電時(shí)，LiMn2O4發(fā)生氧化反應(yīng) B．放電時(shí)，正極反應(yīng)為：Li++LiMn2O4+e-==Li2Mn2O4

C．充電時(shí)，LiMn2O4發(fā)生氧化反應(yīng) D．充電時(shí)，陽極反應(yīng)為：Li++e-==Li 8（06江蘇14）鋰離子電池已經(jīng)成為新一代實(shí)用化的蓄電池，該電池具有能量密度大、電壓高的特性。鋰離子電池放電時(shí)的電極反應(yīng)式為負(fù)極反應(yīng)：C6Li－xe－==C6Li1－x＋xLi+（C6Li表示鋰原子嵌入石墨形成復(fù)合材料）正極反應(yīng)：Li1－xMO2＋xLi+＋xe－==LiMO2（LiMO2表示含鋰的過渡金屬氧化物）下列有關(guān)說法正確的是()A．鋰離子電池充電時(shí)電池反應(yīng)為C6Li＋Li1－xMO2==LiMO2＋C6Li1－xB．電池反應(yīng)中，鋰、鋅、銀、鉛各失去1mol電子，金屬鋰所消耗的質(zhì)量最小C．鋰離子電池放電時(shí)電池內(nèi)部Li+向負(fù)極移動(dòng)D．鋰離子電池充電時(shí)陰極反應(yīng)為C6Li1－x＋xLi+＋xe－==C6LiBBD9（06江蘇25）

(10分)利用太陽光分解水制氫是未來解決能源危機(jī)的理想方法之一。某研究小組設(shè)計(jì)了如右圖所示的循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)光分解水制氫。反應(yīng)過程中所需的電能由太陽能光電池提供，反應(yīng)體系中I2和Fe3+等可循環(huán)使用。⑴寫出電解池A、電解池B和光催化反應(yīng)池中反應(yīng)的離子方程式。⑵若電解池A中生成3.36LH2（標(biāo)準(zhǔn)狀況），試計(jì)算電解池B中生成Fe2+的物質(zhì)的量。⑶若循環(huán)系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，電解池A中流入和流出的HI濃度分別為amol·L－1和bmol·L－1，光催化反應(yīng)生成Fe3+的速率為cmol·min－1，循環(huán)系統(tǒng)中溶液的流量為Q（流量為單位時(shí)間內(nèi)流過的溶液體積）。試用含所給字母的代數(shù)式表示溶液的流量Q。電解池A電解池B光催化反應(yīng)池H++I-Fe3+H++I2+Fe2+↑↑—+↑H2O↑H2I2H++Fe2+↑O2光電池↑↑電解池A：2H++2I-==H2↑+I2光催化反應(yīng)池：2Fe2++I2==2Fe3++2I-

電解池B：4Fe3++2H2O=O2↑+4H++4Fe2+轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為n(e-)=2n(H2)=0.15mol×2=0.300moL因?yàn)殡娊獬谹、B是串聯(lián)電解池，電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目相等。所以M(Fe2+)=n(e-)=0.300mol根據(jù)化學(xué)反應(yīng)光催化反應(yīng)生成I-的速率υ(I-)=υ(Fe3+)=cmol·min-1電解池A中消耗I-的速率應(yīng)等于光催化反應(yīng)池中生成I-的速率amol·L-1×Q-bmol·L-1×Q=cmol·min-1

10.目前人們正在研究開發(fā)一種高能電池—鈉硫電池，是以熔融的鈉、硫?yàn)閮蓸O，以含Na+的β—Al2O3陶瓷（能導(dǎo)電，Na+能自由移動(dòng)）作固體電解質(zhì)，反應(yīng)式如下：

A.放電時(shí)鈉作正極，硫作負(fù)極

B.放電時(shí)鈉極發(fā)生還原反應(yīng)

C.充電時(shí)鈉極與外電源的正極相連，硫與外電源的負(fù)極相連

D.充電時(shí)，陽極發(fā)生的反應(yīng)為：S2-x-2e-=xSD

11.某課外化學(xué)興趣小組設(shè)計(jì)了如下圖所示裝置(虛框內(nèi)部分未畫出)，在裝置內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)為：Cu+H2SO4=H2↑+CuSO4

(1)該裝置的名稱是。

(2)A、B中至少有一種是金屬

，接

。

(3)C溶液中含有

。(1)電解池(2)銅電源的正極

(3)H2SO4

12用陽極X和陰極Y電解Z的水溶液，電解一段時(shí)間后，再加入W，能使溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，符合題意的一組是（）C

13.pH=a的某電解質(zhì)溶液中，插入兩支惰性電極通直流電一段時(shí)間后，溶液的pH＞a，則該電解質(zhì)可能（）

A.NaOHB.H22SO44

C.AgNO33D.Na2SO4

A

14.［2004年·全國理綜Ⅰ卷］電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。下圖表示一個(gè)電解池，裝有電解液a；X、Y是兩塊電極板，通過導(dǎo)線與直流電源相連。

請回答以下問題：

(1)若X、Y都是惰性電極，a是飽和NaCl溶液，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，同時(shí)在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則：

①電解池中X極上的電極反應(yīng)式為

。在X極附近觀察到的現(xiàn)象是

。

②Ｙ電極上的電極反應(yīng)式為

，檢驗(yàn)該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是

。

(2)如要用電解方法精煉粗銅，電解液a選用CuSO4溶液，則：

①X電極的材料

，是電極反應(yīng)式為

。②Y電極的材料是

，電極反應(yīng)式為

。（說明：雜質(zhì)發(fā)生的電極反應(yīng)不必寫出)思維拓展訓(xùn)練一、原電池、電解池工作原理比較二、四池比較三、有關(guān)電解的計(jì)算的方法規(guī)律一、原電池、電解池工作原理1.原電池原理：通過自發(fā)氧化還原反應(yīng)把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。2.電解原理：連接電源，使電流通過電解質(zhì)溶液在陰陽兩極上被迫發(fā)生非自發(fā)氧化還原反應(yīng)，從而把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。

陽極（內(nèi)電路）

陰極（內(nèi)電路）CCH2SO4溶液陽極陰極+－ee電源正極負(fù)極CuZnH2SO4溶液eeH+SO42–H+SO42–氧化反應(yīng):

Zn-2e-=Zn2+還原反應(yīng):2H++2e-=H2↑還原反應(yīng):2H++2e-=H2↑氧化反應(yīng):

4OH–+4e-

=O2↑+2H2O(左池)(右池)原電池電解池OH–OH–原電池電解池定義（能量轉(zhuǎn)化）化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置。形成條件①活動(dòng)性不同兩電極（燃料電池電極除外）②電解質(zhì)溶液（有選擇性）③兩電極必須插入電解質(zhì)溶液中（或兩電極相靠）形成閉合回路①兩電極接直流電源（兩電極活動(dòng)性可相同，也可不同）②電解質(zhì)溶液（任意）③兩電極必須插入電解質(zhì)溶液中形成閉合回路電極名稱電極判斷負(fù)極：較活潑金屬正極：較不活潑金屬(或能導(dǎo)電的非金屬等)陽極：電源正極相連陰極：電源負(fù)極相連電極反應(yīng)得失電子

負(fù)極（內(nèi)電路為陽極）：發(fā)生氧化反應(yīng)（失電子）正極（內(nèi)電路為陰極）：發(fā)生還原反應(yīng)（溶液中的陽離子移向正極得電子）陽極：發(fā)生氧化反應(yīng)（電極或溶液中的陰離子移向陽極失電子）陰極：發(fā)生還原反應(yīng)（溶液中的

陽離子移向陰極失電子）

電子流向負(fù)極

正極負(fù)極陰極；

陽極正極二、四池比較池型（原理）

電解池電鍍池（應(yīng)用電解原理）銅的精煉池（應(yīng)用電解原理）裝置特征陽極:惰性電極Pt、Au、C、Ti(或活性電極)陰極:惰性、活性電極均可電解液：任意陽極:鍍層金屬(M)陰極：鍍件電鍍液：含鍍層金屬離子(Mn+)陽極:粗銅(含Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au等)陰極:精銅電解液:CuSO4溶液

電極反應(yīng)陽極:易放電的陰離子首先放電（或電極參與反應(yīng)）陰極:易放電的陽離子首先放電陽極：M－ne-=Mn+陰極：Mn++ne-=M陽極:Cu－2e-=Cu2+（Zn-2e