高中化學(xué)電解池原理及其應(yīng)用

核心知識(shí)梳理

1.圖解電解池工作原理（陽(yáng)極為惰性電極）

與電源正極相連與電源負(fù)極相連

發(fā)耳還原

氧化陽(yáng)極陰極

反應(yīng)反應(yīng)

陰離子陽(yáng)離子

移向移向

電解質(zhì)溶液—

2.正確判斷電極產(chǎn)物

①陽(yáng)極產(chǎn)物的判斷首先看電極，如果是活性電極作陽(yáng)極，則電極材料失電

子，電極溶解（注意：鐵作陽(yáng)極溶解生成Fe2+,而不是Fe3+）；如果是惰性電

極，則需看溶液中陰離子的失電子能力，陰離子放電順序?yàn)镾2->r>Br->

C->OH（水）。

②陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽(yáng)離子的放電順序進(jìn)行判斷：

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）。

3.對(duì)比掌握電解規(guī)律（陽(yáng)極為惰性電極）

電解類型電解質(zhì)實(shí)例溶液復(fù)原物質(zhì)

電解水NaOH>H2s。4或Na2s。4水

電解電解質(zhì)HCI或CuCl2原電解質(zhì)

放氫生堿型NaCIHCI氣體

放氧生酸型或。

CuSCU或AgNO3CuOAg2

4.正誤判斷，下列說(shuō)法正確的打“J”，錯(cuò)誤的打“X”

（1）電解質(zhì)溶液導(dǎo)電發(fā)生化學(xué)變化（J）

(2)電解精煉銅和電鍍銅，電解液的濃度均會(huì)發(fā)生很大的變化(X)

(3)電解飽和食鹽水，在陽(yáng)極區(qū)得到NaOH溶液(X)

(4)工業(yè)上可用電解MgC12溶液、AICL溶液的方法制備Mg和A1(X)

(5)電解精煉銅時(shí)，陽(yáng)極泥可以作為提煉貴重金屬的原料(J)

(6)用惰性電極電解CuSO4溶液，若加入0.1molCu(OH)2固體可使電解

質(zhì)溶液復(fù)原，則整個(gè)電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.4%(J)

高考題再現(xiàn)

1.(2018課標(biāo)I)最近我國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種CO2+H2s協(xié)同轉(zhuǎn)化裝置，實(shí)

現(xiàn)對(duì)天然氣中和的高效去除。示意圖如圖所示，其中電極分別為

CO2H2S

ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應(yīng)為：

?EDTA-Fe2+-e=EDTA-Fe3+

②2EDTA-Fe3++H2s=2H++S+2EDTA-Fe2+

該裝置工作時(shí)，下列敘述錯(cuò)誤的是

+

A.陰極的電極反應(yīng)：CO2+2H+2e=CO+H2O

B.協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應(yīng)：CO2+H2S=CO+H2O+S

C.石墨烯上的電勢(shì)比ZnO@石墨烯上的低

D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需為酸性

2.（2017課標(biāo)I）支撐海港碼頭基礎(chǔ)的鋼管柱，常用外加電流的陰極保護(hù)法

進(jìn)行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽(yáng)極。下列有關(guān)表述

不正確的是

A.通入保護(hù)電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零

B.通電后外電路電子被強(qiáng)制從高硅鑄鐵流向鋼管樁

C.高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽(yáng)極材料和傳遞電流

D.通入的保護(hù)電流應(yīng)該根據(jù)環(huán)境條件變化進(jìn)行調(diào)整

3.（2017課標(biāo)II）用電解氧化法可以在鋁制品表面形成致密、耐腐蝕的氧化

膜，電解質(zhì)溶液一般為H2s04—H2c混合溶液。下列敘述錯(cuò)誤的是

A.待加工鋁質(zhì)工件為陽(yáng)極

B.可選用不銹鋼網(wǎng)作為陰極

C.陰極的電極反應(yīng)式為：A3++3e-=Al

D.硫酸根離子在電解過(guò)程中向陽(yáng)極移動(dòng)

考題套路歸納

角度一利用電解原理處理污染

1.[2016?天津理綜，10(5)]化工生產(chǎn)的副產(chǎn)氫也是氫氣的來(lái)源。電解法制取有廣

=====2-

泛用途的Na2FeO4,同時(shí)獲得氫氣：Fe+2H2O+2OH-電解FeO4+3H2t,

2-

工作原理如圖1所示。裝置通電后，鐵電極附近生成紫紅色FeO4,保電極有氣泡

產(chǎn)生。若氫氧化鈉溶液濃度過(guò)高，鐵電極區(qū)會(huì)產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)。已知：NazFeCU只在

強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，易被山還原。

HH

離子交換膜

NaOH濃溶液

圖1

圖3

QJ3J寸JQc(%goH)\m°I?

①電解一段時(shí)間后，c(OH-)降低的區(qū)域在________(填“陰極室”或“陽(yáng)極室”)。

②電解過(guò)程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出，其原因：

③c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖2,任選M、N兩點(diǎn)中的一點(diǎn)，分析

々NazFeCU)低于最高值的原因：

答案①陽(yáng)極室②防止NazFeCU與H2反應(yīng)使產(chǎn)率降低③M點(diǎn)：々OK)低,

NazFeCU穩(wěn)定性差，且反應(yīng)慢[或N點(diǎn)：c(OIT)過(guò)高，鐵電極上有Fe(OH)3生成，使

NazFeCU產(chǎn)率降低]

角度二利用電解原理制備物質(zhì)

(一)“單膜”電解池

2.[2018?全國(guó)卷III,27(3)①②]KIO3也可采用“電解法”制備，裝置如圖所示。

5

KOH+IKkJf*

\/,

一^匚__2s_

9軸平--■---..-....-

——--—--1-"---——--..1—---

P..--B---..---

3|^\崔、距甲輕p

犍陸甲較g

①寫出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式：____________________________________________

②電解過(guò)程中通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的離子主要為,其遷移方向是

答案①2H2O+2e-=2OFF+H2t②K+由a到b

(二)“雙膜”電解池

3.[2018?全國(guó)卷I,27(3)]制備Na2s2O5也可采用三室膜電解技術(shù)，裝置如圖所

示，

陽(yáng)離子交換膜

稀H2so4SO2堿汲收液

其中S02堿吸收液中含有NaHS03和Na2so3。陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為

____________________________________________________o電解后，____________室

的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進(jìn)行結(jié)晶脫水，可得到Na2s2。5。

-+

答案2H2O-4e=4H+O2ta

4.用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2,將所得的Na2s。3溶液進(jìn)行電解，可循環(huán)再

生NaOH,同時(shí)得到H2SO4，其原理如下圖所示(電極材料為石墨)。

2-

(2)S03放電的電極反應(yīng)式為

⑶電解過(guò)程中陰極區(qū)堿性明顯增強(qiáng)，用平衡移動(dòng)原理解釋原因：

答案(1)負(fù)硫酸

2-2-

+

(2)S03-2e-+H2O=SO4+2H

（3）H2OH++OH\在陰極H+放電生成出，GH+）減小，水的電離平衡正

向移動(dòng)，堿性增強(qiáng)

（三）“多膜”電解池

5.[2014?新課標(biāo)全國(guó)卷I,27（4）]H3P。2也可用電滲析法制備。”四室電滲析法”

工作原理如圖所示（陽(yáng)膜和陰膜分別只允許陽(yáng)離子、陰離子通過(guò)）：

陽(yáng)極室產(chǎn)品室原料室陰極空

①寫出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式：________________________________________________________

②分析產(chǎn)品室可得到H3P。2的原因：

③早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2：將“四室電滲析法”中陽(yáng)極室的稀硫酸用

H3PO2稀溶液代替，并撤去陽(yáng)極室與產(chǎn)品室之間的陽(yáng)膜，從而合并了陽(yáng)極室與產(chǎn)品

室。其缺點(diǎn)是產(chǎn)品中混有雜質(zhì)。該雜質(zhì)產(chǎn)生的原因是

答案①2H2。一4屋=。2t+4H+

②陽(yáng)極室的H+穿過(guò)陽(yáng)膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室，原料室的H2Po2穿過(guò)陰膜擴(kuò)散至產(chǎn)品

室，二者反應(yīng)生成H3P。2

3--

③P04H2PO2或H3P。2被氧化

角度三電化學(xué)學(xué)科交叉計(jì)算

6.I.[2015?全國(guó)卷n,26(1)(2)]酸性鋅錦干電池是一種一次性電池，外殼為金屬

鋅，中間是碳棒，其周圍是由碳粉、MnO2、ZnCb和NH4cl等組成的糊狀填充物。

該電池放電過(guò)程產(chǎn)生MnOOHo

(1)該電池的正極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________________________________________

電池反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)___________________________________________________

(2)維持電流強(qiáng)度為0.5A,電池工作5分鐘，理論上消耗鋅go(已知尸=96500

C-mol1)

II.新型固體燃料電池的電解質(zhì)是固體氧化錯(cuò)和氧化鈕，高溫下允許氧離子(。2一)在其

間通過(guò)。如圖所示，其中多孔電極不參與電極反應(yīng)。

⑴該電池的負(fù)極反應(yīng)式為

(2)如果用該電池作為電解裝置，當(dāng)有16g甲醇發(fā)生反應(yīng)時(shí)，則理論上提供的電量表

達(dá)式為C(1個(gè)電子的電量為1.6義10—19(：)。

III.以CFU(g)為燃料可以設(shè)計(jì)甲烷燃料電池，該電池以稀H2s。4作電解質(zhì)溶液，其負(fù)

極電極反應(yīng)