电解池.docx

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电解池

电解池

知识梳理

一、电解原理

1.电解池：

把电能转化为化学能的装置也叫电解池;

2.电解：

电流（外加直流电）通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应（被动的不是自发的）的过程;

3.放电：

当电解质溶液中的阴或阳离子到达阳或阴极时，阴离子失去电子发生氧化反应或阳离子获得电子发生还原反应的过程;

4.电子流向：

（电源）负极（电解池）阴极（阳离子定向运动）电解质溶液;

（电源）正极（电解池）阳极（阴离子定向运动）电解质溶液

5.电极名称及反应：

阳极：

与直流电源的正极相连的电极，发生氧化反应

阴极：

与直流电源的负极相连的电极，发生还原反应

6.电解CuCl2溶液的电极反应：

阳极：

2Cl--2e-=Cl2（氧化）

阴极：

Cu2++2e-=Cu（还原）

总反应式：

CuCl2

Cu+Cl2↑

7.电解本质：

电解质溶液中的阴.阳离子定向运动的导电过程，就是电解质溶液的电解过程

8.电极反应离子方程式书写的规律总结：

（1）放电顺序：

阳离子得电子顺序

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>（指酸电离的H+）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

阴离子失电子顺序

是惰性电极时：

S2->I->Br->Cl->OH->SO42-（等含氧酸根离子）

是金属活性电极时：

电极本身溶解放电

（1）注意：

电解先要看电极材料，是惰性电极还是金属活性电极，

若阳极材料为活性电极（Fe、Cu）等金属，则阳极反应为电极材料失去电子，变成离子进入溶液；

若为惰性材料，则根据阴阳离子的放电顺序，

依据阳氧阴还的规律来书写电极反应式。

9.四种类型电解质水溶液电解产物分类：

（1）电解水型：

含氧酸，强碱，活泼金属含氧酸盐

（2）电解电解质型：

无氧酸，不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）

（3）放氢生碱型：

活泼金属的无氧酸盐

（4）放氧生酸型：

不活泼金属的含氧酸盐

电解质水溶液电解产物的规律分类

类型

电极反应特点

实例

电解对象

电解质浓度

pH

电解质溶液复原

分解电解质型

电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电

HCl

电解质

减小

增大

HCl

CuCl2

CuCl2

放氢生碱型

阴极：

水放H2生碱

阳极：

电解质阴离子放电

NaCl

电解质和水

生成新电解质

增大

HCl

放氧生酸型

阴极：

电解质阳离子放电

阳极：

水放O2生酸

CuSO4

电解质和水

生成新电解质

减小

氧化铜

电解水型

阴极：

4H++4e-=2H2↑

阳极：

4OH-4e-=O2↑+2H2O

NaOH

水

增大

增大

水

H2SO4

减小

Na2SO4

不变

二、电解原理的应用

1.氯碱工业：

电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气

2.电镀：

（1）电镀：

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方法

（2）电镀时电极、电解质溶液的选择：

阳极：

镀层金属，失去电子，成为离子进入溶液M—ne—==Mn+

阴极：

待镀金属（待镀件）：

溶液中的金属离子得到电子，成为金属原子，

附着在金属表面Mn++ne—==M

电解质溶液：

含有镀层金属离子的溶液做电镀液

例：

镀铜反应原理

阳极（纯铜）：

Cu-2e-=Cu2+

阴极（待镀件）：

Cu2++2e-=Cu

电镀液：

可溶性铜盐溶液，如CuSO4溶液

（3）电镀应用之一：

铜的精炼

阳极：

粗铜；

阴极：

纯铜

电解质溶液：

硫酸铜

3.电冶金

（1）电冶金：

使矿石中的金属阳离子获得电子，从它们的化合物中还原出来用于冶炼活泼金属，如钠、镁、钙、铝

（2）电解氯化钠：

通电前，氯化钠高温下熔融：

NaCl==Na++Cl—

通直流电后：

阳极：

2Na++2e—==2Na

阴极：

2Cl——2e—==Cl2↑

教学重难点

1.重点掌握电解池原理

2.重点掌握电极方程式的书写

经典例题

例1．（2014·浙江理综化学卷，T11）镍氢电池（NiMH）目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。

NiMH中的M表示储氢金属或合金。

该电池在充电过程中的总反应方程式是：

Ni（OH）2+M=NiOOH+MH。

已知：

6NiOOH+NH3+H2O+OH－=6Ni（OH）2+NO2－

下列说法正确的是（　　）

A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为：

NiOOH+H2O+e－=Ni（OH）2+OH－B．充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移

C．充电过程中阴极的电极反应式：

H2O+M+e－=MH+OH－，H2O中的H被M还原

D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液

例2．（2014·天津理综化学卷，T6）已知：

锂离子电池的总反应为

LixC＋Li1－xCoO2

C＋LiCoO2

锂硫电池的总反应2Li＋SLi2S

有关上述两种电池说法正确的是（　　）

A．锂离子电池放电时，Li＋向负极迁移

B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应

C．理论上两种电池的比能量相同

D．下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电

例3．（2014·上海单科化学卷，T12）如右图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U型管中，下列分析正确的是（　　）

A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋+2e→H2↑

B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高

C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法

D．K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001mol气体

例4.（2014·海南单科化学卷，T3）以石墨为电极，电解KI溶液（含有少量的酚酞和淀粉），下列说法错误的是（　　）

A.阴极附近溶液呈红色B.阴极逸出气体

C.阳极附近溶液呈蓝色D.溶液的PH变小

例5．（2014·广东理综化学卷，T11）某同学组装了图4所示的电化学装置，电极ⅠAl，其它均为Cu，则正确的是（）

A．电流方向：

电极Ⅳ→A→电极Ⅰ

B．电极Ⅰ发生还原反应

C．电极Ⅱ逐渐溶解

D．电极Ⅲ的电极反应：

Cu2++2e- = Cu 

例6．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是

A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重

B．图b中，开关由M改置于N时，Cu-Zn合金的腐蚀速率减小

C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大

D．图d中，Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的

当堂练习

A

1．（2015年海淀高三期末）关于下列装置的说法正确的是（　　）

①②

A．装置①中盐桥内的K+移向CuSO4溶液

B．装置①将电能转变为化学能

C．若装置②用于铁棒镀铜，则N极为铁棒

D．若装置②用于电解精炼铜，溶液中的Cu2+浓度保持不变

2.（2015年朝阳高三期末）碘盐中添加的碘酸钾在工业上可用电解KI溶液制取，电极材料是石墨和不锈钢，化学方程式是：

KI＋3H2OKIO3＋3H2↑

有关说法不正确的是（）

A．石墨作阳极，不锈钢作阴极

B．I-在阳极放电，H+在阴极放电

C．电解过程中电解质溶液的pH变小

D．电解转移3mole-时，理论上可制得KIO3107g

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

4．某可充电的锂离子电池以LiMn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li+导电固体为电解质。

放电时的电池反应为：

Li+LiMn2O4==Li2Mn2O4。

下列说法正确的是（）

A．放电时，LiMn2O4发生还原反应

B．放电时，正极反应为：

Li++LiMn2O4+e-==Li2Mn2O4

C．充电时，LiMn2O4发生氧化反应

D．充电时，阳极反应为：

Li++e-==Li

5．有一合金由X、Y、Z、W四种金属组成，若将合金放入盐酸中只有Z、Y能溶解；若将合金置于潮湿空气中，表面只出现Z的化合物；若将该合金做阳极，用X盐溶液作电解液，通电时四种金属都以离子形式进入溶液中，但在阴极上只析出X。

这四种金属的活动性顺序是（）

A．Y＞Z＞W＞XB．Z＞Y＞W＞X

C．W＞Z＞Y＞XD．X＞Y＞Z＞W

B

6．化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是（）

A．电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为：

2Cl－－2e－=　Cl2↑

B．氢氧燃料电池的负极反应式：

O2+2H2O+4e-==4OH－

C．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应式为：

Cu－2e－==Cu2+

D．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式：

Fe－2e－==Fe2+

7．关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是（　　）

A．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色

B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色

C．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠

D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性

8．将洁净的金属片Fe、Zn、A、B分别与Cu用导线连结浸在合适的电解质溶液里。

实验并记录电压指针的移动方向和电压表的读数如下表所示：

金属

电子流动方向

电压/V

Fe

Fe→Cu

+0.78

Zn

Zn→Cu

+1.10

A

Cu→A

－0.15

B

B→Cu

+0.3

根据以上实验记录，完成以下填空：

（1）构成两电极的金属活动性相差越大，电压表的读数越（填“大”、“小”）。

Zn、A、B三种金属活动性由强到弱的顺序是。

（2）Cu与A组成的原电池，为负极，此电极反应式为

。

（3）A、B形成合金，露置在潮湿空气中，先被腐蚀。

9．电解原理在化学工业中有广泛应用。

右图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。

请回答以下问题：

（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则

①电解池中X极上的电极反应式为。

在X极附近观察到的现象是。

②Y电极上的电极反应式为，检验该电极反应产物的方法是。

（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则

①X电极的材料是，电极反应式是。

②Y电极的材料是，电极反应式是。

（说明：

杂质发生的电极反应不必写出）

10．当电解质溶液为氢氧化钾水溶液的氢氧燃料电池电解饱和碳酸钠溶液一段时间，假设电解时温度不变且用惰性电极，下列说法正确的是（　　　）

A．当电池负极消耗mg气体时，电解池阳极同时有mg气体生成

B．电池的正极反应式为：

O2+2H2O+4e—＝4OH—

C．电解后c（Na2CO3）不变，且溶液中有晶体析出

D．电池中c（KOH）不变；电解池中溶液pH变大

C

11．下图

为直流电源，

为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，

为电镀槽．接通电路后发现

上的c点显红色．为实现铁上镀锌，接通

后，使c、d两点短路．下列叙述正确的是（　　　）

A．a为直流电源的负极

B．c极发生的反应为2H＋＋2e－＝H2↑

C．f电极为锌板

D．e极发生氧化反应

12．某混合溶液中只含有两种溶质NaCl和H2SO4，且n（NaCl）︰n（H2SO4）=3︰1。

若以石墨电极电解该溶液，下列推断中不正确的是（　　　）

A．阴极产物为H2

B．阳极先析出Cl2，后析出O2

C．电解液的pH不断增大，最终大于7

D．整个电解的过程实质是电解水

13．通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为＋1）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n硝酸银︰n硝酸亚汞＝2︰1，则下列表述正确的是（　　）

A．在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n银︰n汞＝2︰1

B．在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等

C．硝酸亚汞的化学式为HgNO3

D．硝酸亚汞的化学式为Hg2（NO3）2

14．TiO2在光照射下可使水分解2H2O2H2↑＋O2↑，该过程类似植物的光合作用。

右图是光照射下TiO2分解水的装置示意图。

下列叙述正确的是（　　　）

A．该装置可以将光能转化为电能，同时也能转化为化能

B．铂电极上发生的反应为：

2H＋＋2e－＝H2↑

C．该装置工作时，电流由TiO2电极经R流向铂电极

D．该装置工作时，TiO2电极附近溶液的pH变大

15.（2015年朝阳高三期末）高铁酸钠（Na2FeO4）是一种多功能、高效无毒的新型绿色水处理剂。

（1）Na2FeO4中铁元素的化合价是价，Na2FeO4具有较强的（填“氧化性”或“还原性”）。

（2）用Na2FeO4给水消毒、杀菌时得到的Fe3+可以净水，Fe3+净水原因是（用离子方程式表示）。

（3）工业上可用FeCl3、NaOH、NaClO三种物质在一定条件下反应制得Na2FeO4，完成下列化学方程式：

2FeCl3+10NaOH+3NaClO=2+5+9。

（4）工业上还可用电解浓NaOH溶液的方法制Na2FeO4。

①若电解所需的浓NaOH溶液为16mol/L，则在实验室配制500mL该浓度的溶

液需NaOHg，配制过程所需玻璃仪器是。

②电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如下图所示：

阳极的电极反应式是；可循环使用的物质是，

　理由是。

当堂检测

1．已知电极上每通过96500C的电量就会有1mol电子发生转移。

精确测量金属离子在惰性电极上以镀层形式沉积的金属质量，可以确定电解过程中通过电解池的电量。

实际测量中，常用银电量计，如图所示。

下列说法不正确的是（　　）

A．电量计中的银棒应与电源的正极相连，

铂坩埚上发生的电极反应是：

Ag++e-=Ag

B．称量电解前后铂坩埚的质量变化，得金属银的沉积量

为108.0mg，则电解过程中通过电解池的电量为96.5C

C．实验中，为了避免银溶解过程中可能产生的金属颗粒

掉进铂坩埚而导致测量误差，常在银电极附近增加一个收集网袋。

若没有收集网袋，测量结果会偏高。

D．若要测定电解饱和食盐水时通过的电量，可将该银电量计中的银棒与待测电解池的阳极相连，铂坩埚与电源的负极相连。

2．下列有关物质的性质与应用不相对应的是（　　）

A.明矾能水解生成Al（OH）3胶体,可用作净水剂

B.FeCl3溶液能与Cu反应，可用于蚀刻印刷电路

C.SO2具有氧化性，可用于漂白纸浆

D.Zn具有还原性和导电性，可用作锌锰干电池的负极材料

3．下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是（　　　）

A.HCl、CuCl2、Ba（OH）2B.NaOH、CuSO4、H2SO4

C.NaOH、H2SO4、Ba（OH）2D.NaBr、H2SO4、Ba（OH）2

4．（2015年西城一模）次磷酸（H3PO2）是一元弱酸，工业可用下图所示装置电解NaH2PO2制H3PO2。

（阳离子交换膜和阴离子交换膜分别只允许阳离子、阴离子通过）下列说法正确的是（）

A．阳极室有H2生成B．阴极室溶液pH减小

C．原料室溶液pH保持不变D．阳极室可能有H3PO4生成

5．（2015年西城一模）为探究Ag+与Fe3+氧化性的相关问题，某小组同学进行如下实验：

已知：

相关物质的溶解度（20oC）AgCl：

1.5×10-4gAg2SO4：

0.796g

（1）甲同学的实验如下：

序号

操作

现象

实验Ⅰ

将2mL1mol/LAgNO3溶液加入到

1mL1mol/LFeSO4溶液中

产生白色沉淀，随后有黑色固体产生

取上层清液，滴加KSCN溶液

溶液变红

注：

经检验黑色固体为Ag

①白色沉淀的化学式是。

②甲同学得出Ag+氧化了Fe2+的依据是。

（2）乙同学为探究Ag+和Fe2+反应的程度，进行实验Ⅱ。

a．按右图连接装置并加入药品（盐桥中的物质不参与反应），发现电压表指针偏移。

偏移的方向表明：

电子由石墨经导线流向银。

放置一段时间后，指针偏移减小。

ｂ．随后向甲烧杯中逐渐加入浓Fe2（SO4）3溶液，发现电压表指针的变化依次为：

偏移减小→回到零点→逆向偏移。

①a中甲烧杯里的电极反应式是。

②ｂ中电压表指针逆向偏移后，银为极（填“正”或“负”）。

③由实验得出Ag+和Fe2+反应的离子方程式是。

（3）为进一步验证乙同学的结论，丙同学又进行了如下实验：

序号

操作

现象

实验Ⅲ

将2mL2mol/LFe（NO3）3溶液加入有银镜的试管中

银镜消失

实验Ⅳ

将2mL1mol/LFe2（SO4）3溶液加入有银镜的试管中

银镜减少，未消失

实验Ⅴ

将2mL2mol/LFeCl3溶液加入有银镜的试管中

银镜消失

①实验Ⅲ（填“能”或“不能”）证明Fe3+氧化了Ag，理由是。

②用化学反应原理解释实验Ⅳ与Ⅴ的现象有所不同的原因：

。

6．（2015年海淀一模）煤粉中的氮元素在使用过程中的转化关系如下图所示：

（1）②中NH3参与反应的化学方程式为。

（2）③中加入的物质可以是（填字母序号）。

a.空气b.COc.KNO3d.NH3

（3）焦炭氮中有一种常见的含氮有机物吡啶（

），其分子中相邻的C和N原子相比，N原子吸引电子能力更（填“强”或“弱”），从原子结构角度解释原因：

。

（4）已知：

N2（g）＋O2（g）===2NO（g）ΔH=akJ·mol-1

N2（g）＋3H2（g）===2NH3（g）ΔH=bkJ·mol-1

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）ΔH=ckJ·mol-1

反应后恢复至常温常压，①中NH3参与反应的热化学方程式为。

（5）用间接电化学法除去NO的过程，如下图所示：

已知电解池的阴极室中溶液的pH在4~7之间，写出阴极的电极反应式：

。

用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理：

。

当堂总结

知识：

做题技巧：

家庭作业

1.（2015年海淀二模）下列装置中能将电能转化为化学能的是（）

A

B

C

D

2．（2015年西城一模）电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如下。

下列说法不正确的是（）

A．O2在电极b上发生还原反应

B．溶液中OH—向电极a移动

C．反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4:

5

D．负极的电极反应式为：

2NH3－6e—＋6OH—=N2＋6H2O

3．新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。

某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示：

回答下列问题：

（1）甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为、；

（2）闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是，电解氯化钠溶液的总反应方程式为；

（3）若每个电池甲烷通入量为1L（标准状况），且反应完全，则理论上通过电解池的电最为

（法拉第常数F=9.65×104C∙mol－1，列式计算），最多能产生的氯气体积为L（标准状况）。

4．铁是应用最广泛的金属，铁的卤化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。

（1）要确定铁的某氯化物FeClx的化学式，可利用离子交换和滴定地方法。

实验中称取0.54g的FeClx样品，溶解后先进行阳离子交换预处理，再通过含有饱和OH-的阴离子交换柱，使Cl-和OH-发生交换。

交换完成后，流出溶液的OH-用0.40mol·L-1的盐酸滴定，滴至终点时消耗盐酸25.0mL。

计算该样品中氯的物质的量，并求出FeClx中x的值：

（列出计算过程）

（2）现有一含有FeCl2和FeCl3的混合物样品，采用上述方法测得n（Fe）∶n（Cl）=1∶2.1，则该样品中FeCl3的物质的量分数为。

在实验室中，FeCl2可用铁粉和反应制备，FeCl3可用铁粉和反应制备；

（3）FeCl3与氢碘酸反应时可生成棕色物质，该反应的离子方程式为。

（4）高铁酸钾（K2FeO4）是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。

FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4，其反应的离子方程式为；与MnO2—Zn电池类似，K2FeO4—Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为，该电池总反应的离子方程式为。

5．（2013·重庆理综·29）（14分）化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。

⑴催化反硝化法中，H2能将NO3－还原为N2。

25℃时，反应进行10min，溶液的pH由7变为12。

①N2的结构式为

②上述反应的离子方程式为，其平均反应速率υ（NO3－）为mol·L－1/min

③还原过程中可生成中间产物NO2－，写出3种促进NO2－水解的方法

⑵电化学降解NO3－的原理如题29图所示。

NO3－

H2O

①电源正极为（填A或B），阴极反应式为

②若电解过程中转移了2mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差（Δm左－Δm右）克

6.（2014·江苏单科化学卷，T20）硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。

由硫化氢获

得硫单质有多种方法。

（1）将烧碱吸收H2S后的溶液加入到如题20图—1所示的电解池的阳极区进行电解。

电解过程中阳极区发生如下反应：

S2－—2e－

S（n—1）S+S2－

Sn2－

①写出电解时阴极的电极反应式：

。

②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成。

（2）将H2S和空气的混合气体通入FeCl3、FeCl2、CuCl2的混合溶液中反应回收S，其物质转化如题20图—2所示。

①在图示的转化中，化合价不变的元素是。

②反应中当有1molH2S转化为硫单质时，保持溶液中Fe3＋的物质的量不变，需要消耗O2的物质的量为。

③在温度一定和不补加溶液的条件下，缓慢通入混合气体，并充分搅拌。

欲使生成的硫单质中不含CuS，可采取的措施有。

（3）H2S在高温下分解生成硫蒸汽和H2。

若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如题20图—3所示，H2S在高温下分解反应的化学方程式为。

7．（2015年海淀高三期末）电化学原理在防止金属腐蚀、能量转换、物质合成等方面应用广泛。

图1

图2

（1）图1中，为了减缓海水对钢闸门A的腐蚀，材料B可以选择（填字母序号）。

a．碳棒b．锌板c．铜板

用电化学原理解释材料B需定期拆换的原因：

。

（2）图2中，