电解的原理.docx
《电解的原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电解的原理.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电解的原理
考点一 电解的原理
1．电解定义
在作用下，电解质在两个电极上分别发生和的过程。
2．能量转化形式
电能转化为。
3．电解池
（1）构成条件
①有与相连的两个电极。
②溶液（或熔融盐）。
③形成。
（2）电极名称及电极反应式（如图）
（3）电子和离子的移动方向
4．分析电解过程的思维程序
（1）首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
（2）再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组（不要忘记水溶液中的H＋和OH－）。
（3）然后排出阴、阳两极的放电顺序
阴极：
阳离子放电顺序：
Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋（酸）>Fe2＋>Zn2＋>H＋（水）>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。
阳极：
活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。
（4）分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
（5）最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
深度思考
1．用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程，并总结电解规律（用惰性电极电解）。
（1）电解水型
电解质（水溶液）
电极方程式
电解物质
总化学方程式
电解质浓度
溶液pH
溶液复原
含氧酸（如H2SO4）
阳极：
阴极：
H2O
增大
加H2O
强碱（如NaOH）
加H2O
活泼金属的
含氧酸盐
（如KNO3、
Na2SO4）
加H2O
①电解水型电解一段时间后，其电解质的浓度一定增大吗？
举例说明。
②用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液，一段时间后，析出wgNa2SO4·10H2O晶体，阴极上放出ag气体，则饱和Na2SO4溶液的质量分数为__________。
（2）电解电解质型
电解质（水溶液）
电极方程式
电解物质
总化学方程式
电解质浓度
溶液pH
溶液复原
无氧酸（如HCl），除HF外
阳极：
阴极：
酸
减小
通入HCl气体
不活泼金属的无氧酸盐（如CuCl2），除氟化物外
阳极：
阴极：
盐
加CuCl2固体
（3）放H2生碱型
电解质（水溶液）
电极方程式
电解物质
总化学方程式
电解质浓度
溶液pH
溶液复原
活泼金属的无氧酸盐（如NaCl）
阳极：
阴极：
水和盐
生成新电解质
通入HCl气体
要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？
（4）放O2生酸型
电解质
（水溶液）
电极方程式
电解物质
总化学方程式
电解质浓度
溶液pH
溶液复原
不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4）
阳极：
阴极：
水和盐
生成新电解质
加CuO或CuCO3
①电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？
在放H2生碱型的电解中，若滴入酚酞试液，哪一极附近溶液变红？
②要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu（OH）2固体可以吗？
③若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98gCu（OH）2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为多少？
（5）通过以上分析，电解质溶液复原应遵循什么原则？
2．根据金属活动顺序表，Cu和稀H2SO4不反应，怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2?
题组一 突破电极反应式、电解方程式的书写
1．按要求书写电极反应式和总方程式：
（1）用惰性电极电解AgNO3溶液
阳极反应式__________________________________________________________；
阴极反应式_______________________________________________________；
总反应离子方程式______________________________________________________________。
（2）用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式_____________________________________________________________；
阴极反应式_____________________________________________________________；
总反应离子方程式____________________________________________________。
（3）用铁作电极电解NaCl溶液
阳极反应式______________________________________________________________；
阴极反应式_____________________________________________________________；
总反应化学方程式____________________________________________________________。
（4）用铁作电极电解NaOH溶液
阳极反应式_______________________________________________________________；
阴极反应式____________________________________________________________；
总反应离子方程式_______________________________________________________________。
（5）用Al作电极电解NaOH溶液
阳极反应式________________________________________________________；
阴极反应式____________________________________________________________；
总反应离子方程式_______________________________________________________________。
（6）用Al作阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜
阳极反应式_____________________________________________________________；
阴极反应式_________________________________________________________；
总反应离子方程式________________________________________________________。
（7）用Al作阳极，石墨作阴极，电解NaHCO3溶液
阳极反应式___________________________________________________________；
阴极反应式______________________________________________________________。
（8）用惰性电极电解熔融MgCl2
阳极反应式_____________________________________________________________；
阴极反应式____________________________________________________________；
总反应离子方程式______________________________________________________________。
题组二 电解原理和电解规律的考查
2．下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附近分别滴加几滴石蕊溶液。
下列实验现象描述正确的是（ ）
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
3．以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水，关于两个电解池反应的说法正确的是（ ）
A．阳极反应式相同
B．电解结束后所得液体的pH相同
C．阴极反应式相同
D．通过相同电量时生成的气体总体积相等（同温同压）
考点二 电解原理的应用
1．电解饱和食盐水
（1）电极反应
阳极反应式：
（反应）
阴极反应式：
（反应）
（2）总反应方程式
离子反应方程式：
（3）应用：
氯碱工业制、和。
2．电镀
右图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：
（1）镀件作极，镀层金属银作极。
（2）电解质溶液是。
（3）电极反应：
阳极：
；
阴极：
。
（4）特点：
极溶解，极沉积，电镀液的浓度。
3．电解精炼铜（粗铜中含锌、铁、镍、银、金等杂质）
（1）电极材料：
阳极为；阴极为。
（2）电解质溶液：
含离子的盐溶液。
（3）电极反应：
阳极：
、、、；
阴极：
。
4．电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
（1）冶炼钠
总反应：
电极反应：
阳极：
；阴极：
。
（2）冶炼铝
总反应：
电极反应：
阳极：
；阴极：
。
深度思考
1．试根据氯碱工业的生产过程回答下列问题。
（1）电解氯化钠溶液时，如何用简便的方法检验产物？
（2）在氯碱工业中，用的是阳离子交换膜，其作用是什么？
若没有膜会如何？
2．电解精炼铜时，阳极泥是怎样形成的？
题组一 电解原理的“常规”应用
1．利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。
下列说法正确的是（ ）
A．氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变
C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜
D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁
2．使用氯化钠作原料可以得到多种产品。
（1）实验室用惰性电极电解100mL0.1mol·L－1NaCl溶液，若阴、阳两极均得到112mL气体（标准状况），则所得溶液的物质的量浓度是______________（忽略反应前后溶液体积的变化）。
（2）某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置。
对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是________（填字母）。
A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl
D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
（3）实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe（OH）2沉淀。
某同学利用上图装置，只更换一个电极，通过电解法制取较纯净的Fe（OH）2沉淀，且较长时间不变色。
该同学换上的电解材料是__________（用元素符号表示），总的反应式是___________________。
题组二 电解原理的“不寻常”应用
（一）电解原理在“环境治理”中的不寻常应用
3．（2015·宜昌市高三教学测试）工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。
下列说法不正确的是（ ）
已知：
①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解
②氧化性：
Ni2＋（高浓度）＞H＋＞Ni2＋（低浓度）
A．碳棒上发生的电极反应：
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B．电解过程中，B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小
C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH
D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变
4．用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示（电极材料为石墨）。
（1）图中a极要连接电源的________（填“正”或“负”）极，C口流出的物质是________。
（2）SO
放电的电极反应式为______________________________________________。
（3）电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因：
______________________。
（二）电解原理在“物质制备”中的不寻常应用
5．一定条件下，下图装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其他有机物）。
生成目标产物的电极反应式为_________________________________________________。
6．电解尿素[CO（NH2）2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如下：
电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳两极均为惰性电极。
（1）A极为________，电极反应式为________________________________________________。
（2）B极为________，电极反应式为______________________________________________。
考点三 应对电化学定量计算的三种方法
1．计算类型
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的计算、产物的量与电量关系的计算等。
2．三种方法
（1）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出比例式计算。
（2）根据电子守恒计算
①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。
②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
（3）根据关系式计算
根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。
如以通过4mole－为桥梁可构建如下关系式：
4e－～2Cl2（Br2、I2）～O2～2H2～2Cu～4Ag～
M
阳极产物 阴极产物
（式中M为金属，n为其离子的化合价数值）
该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
提示 在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n（e－）×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。
题组一 根据总反应式，建立等量关系进行计算
1．两个惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解。
当电解液的pH从6.0变为3.0时（设电解过程中阴极没有H2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计），电极上析出银的质量最大为（ ）
A．27mgB．54mgC．106mgD．216mg
2．将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064g（设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化），此时溶液中氢离子浓度约为（ ）
A．4×10－3mol·L－1B．2×10－3mol·L－1
C．1×10－3mol·L－1D．1×10－7mol·L－1
题组二 根据电子守恒，突破电解分阶段计算
3．500mLKNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中c（NO
）＝0.6mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24L气体（标准状况下），假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是（ ）
A．原混合溶液中c（K＋）为0.2mol·L－1
B．上述电解过程中共转移0.2mol电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.05mol
D．电解后溶液中c（H＋）为0.2mol·L－1
4．用石墨作电极电解1000mL0.1mol·L－1AgNO3溶液，通电一段时间后关闭电源，测得溶液的质量减少了13.4g。
下列有关叙述正确的是（NA代表阿伏加德罗常数的值）（ ）
A．电解过程中流经外电路的电子数目为0.1NA
B．在标准状况下，两极共产生3.92L气体
C．电解后溶液的pH为2（假设溶液体积不变）
D．加入13.8gAg2CO3可将溶液彻底复原
题组三 根据电子守恒，突破电解池的“串联”计算
5．甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料。
下图是甲醇燃料电池工作的示意图，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。
工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同。
（1）甲中负极的电极反应式为________________。
（2）乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为______。
（3）丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如右图，则图中②线表示的是________的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要________mL5.0mol·L－1NaOH溶液。
考点四 金属的腐蚀和防护
1．金属腐蚀的本质
金属原子变为，金属发生。
2．金属腐蚀的类型
（1）化学腐蚀与电化学腐蚀
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟非金属单质直接接触
不纯金属或合金跟电解质溶液接触
现象
电流产生
电流产生
本质
金属被
较活泼金属被
联系
两者往往同时发生，腐蚀更普遍
（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁的腐蚀为例进行分析：
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强（pH≤4.3）
水膜酸性很弱或呈中性
电极反应
负极
正极
总反应式
联系
更普遍
3.金属的防护
（1）电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理但按电解池的得失电子命名电极
a．负极：
比被保护金属活泼的金属（即该法中的阳极）；
b．正极：
被保护的金属设备（即该法中的阴极）。
②外加电流的阴极保护法—电解原理
a．极：
被保护的金属设备；
b．阳极：
惰性金属或石墨。
（2）改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。
（3）加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
深度思考
1．正误判断，正确的划“√”，错误的划“×”
（1）所有金属纯度越大，越不易被腐蚀（ ）
（2）纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样（ ）
（3）干燥环境下金属不被腐蚀（ ）
（4）Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物（ ）
（5）钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋（ ）
（6）在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用（ ）
（7）外加电流的阴极保护法，构成了电解池；牺牲阳极的阴极保护法构成了原电池。
二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀（ ）
2．写出钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀生成铁锈的原理。
题组一 腐蚀快慢与防护方法的比较
1．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为（ ）
A．②①③④⑤⑥B．⑤④③①②⑥
C．⑤④②①③⑥D．⑤③②④①⑥
2．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是（ ）
A．图1中，铁钉易被腐蚀
B．图2中，滴加少量K3[Fe（CN）6]溶液，没有蓝色沉淀出现
C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀
D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极
题组二 正确判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀
3．一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下表。
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2＋
Fe3O4
Fe2O3
FeO
下列说法错误的是（ ）
A．当pH＜4时，碳钢主要发生析氢腐蚀
B．当pH＞6时，碳钢主要发生吸氧腐蚀
C．当pH＞14时，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
D．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓
4．利用右图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。
下列说法不正确的是（ ）
A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀
B．一段时间后，a管液面高于b管液面
C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小
D．a、b两处具有相同的电极反应式：
Fe－2e－===Fe2＋
1．正误判断，正确的划“√”，错误的划“×”
（1）验证铁的吸氧腐蚀，可以将铁钉放入试管中，用盐酸浸没（）
（2015·福建理综，8D）
（2）钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀（）
（2015·江苏，11C）
（3）
（）
（2015·四川理综，3C）
2．（2015·上海，14）研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。
下列有关说法错误的是（ ）
A．d为石墨，铁片腐蚀加快
B．d为石墨，石墨上电极反应为O2＋2H2O＋4e－―→4OH－
C．d为锌块，铁片不易被腐蚀
D．d为锌块，铁片上电极反应为2H＋＋2e－―→H2↑
3．（2015·福建理综，11）某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料（C3H8O）。
下列说法正确的是（ ）
A．该装置将化学能转化为光能和电能
B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移
C．每生成1molO2，有44gCO2被还原
D．a电极的反应为3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O
4．（2015·四川理综，4）用下图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体。
下列说法不正确的是（ ）
A．用石墨作阳极，铁作阴极
B．阳极的电极反应式：
Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O
C．阴极的电极反应式：
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．除去CN－的反应：
2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O
5．[2015·山东理综，29
（1）]利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。
LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。
利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。
B极区电解液为________溶液（填化学式），阳极电极反应式为_______________________________________，
电解过程中Li＋向________电极迁移（填“A”或“B”）。
6．[2015·重庆理综，11（5）]如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。
（1）腐蚀过程中，负极是________（填图中字母“a”或“b”或“c”）；
（2）环境中的Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2（OH）3Cl，其离子方程式为_______________________________________________；
（3）若生成4.29gCu2（OH）3Cl，则理论上耗氧体积为________L（标准状况）。
7．[2015·广东理综，32（4）（5）]（4）电解制备Al（OH）3时，电极分别为Al片和石墨，电解总反应方程式为_
升级会员 