届一轮复习鲁科版 电解池 学案.docx

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届一轮复习鲁科版电解池学案

第2讲　电解池

【2019·备考】

最新考纲：

1.理解电解池的构成、工作原理及应用。

2.能书写电极反应和总反应方程式。

考点一　电解原理

（频数：

★★★　难度：

★★☆）

1.电解定义

在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。

2.能量转化形式

电能转化为化学能。

3.电解池

（1）构成条件

①有与电源相连的两个电极。

②电解质溶液（或熔融盐）

③形成闭合电路。

（2）电极名称及电极的反应式（如图）

（3）电子和离子的移动方向（惰性电极）

4.电解过程

（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。

说明　不要忘记水溶液中的H＋和OH－，不要把H＋、OH－误加到熔融电解质中。

（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。

说明　①“活泼电极”一般指Pt、Au以外的金属。

②最常用的放电顺序：

阳极：

活泼金属>Cl－>OH－；阴极：

Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋。

（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。

在掌握放电顺序的基础上，总结用惰性电极电解电解质的规律，是灵活运用电解原理的基础。

1.电解水型

规律：

H＋、OH－放电，电解质形成的阳离子要么是H＋，要么是放电顺序排在H＋之后的活泼性较强的金属对应的阳离子；阴离子要么是OH－，要么是放电顺序排在OH－之后的含氧酸根等。

实例

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：

4OH－－4e－===

O2↑＋

2H2O

阴极：

4H＋＋4e－===2H2↑

H2O

2H2O

O2↑

＋2H2↑

增大

减小

加

H2O

强碱（如

NaOH）

增大

加

H2O

活泼金属的

含氧酸盐

（如KNO3、

Na2SO4）

不变

加

H2O

2.电解电解质型

规律：

电解质形成的阴、阳离子放电，电解质电离形成的阴、阳离子要么是H＋、OH－，要么是放电顺序排在H＋、OH－之前的对应离子。

实例：

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：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

酸

2HCl

H2↑＋

Cl2↑

减小

增大

通入

HCl

气体

不活泼金属的无氧酸盐（如CuCl2），除氟化物外

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu

盐

CuCl2

Cu＋Cl2↑

加

CuCl2

固体

3.电解电解质和水型

规律：

放电离子分别是水电离形成的H＋或OH－以及电解质形成的阴离子或阳离子。

实例1　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：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

水和

盐

2Cl－＋2H2O

Cl2↑＋H2↑＋2OH－

生成新

电解质

增大

通入

HCl

气体

实例2　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：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

阴极：

2Cu2＋＋4e－===2Cu

水和

盐

2Cu2＋＋2H2O

2Cu＋O2↑＋4H＋

生成新

电解质

减小

加

CuO

或

CuCO3

1.教材基础知识判断

（1）电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应（　　）

（2）直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极（　　）

（3）电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极（　　）

（4）电解NaNO3溶液时，随着电解进行，溶液的pH减小（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）×

2.教材问题探究

（1）电解时电子通过电解质溶液吗？

（2）电解质溶液导电时，一定会有化学反应发生吗？

答案　

（1）电解质溶液通电电解时，在外电路中有电子通过，而溶液中是依靠离子定向移动，形成了电流。

（2）一定有化学反应发生，因为在电解池的两极发生了氧化还原反应，有电子转移，生成了新物质，所以一定有化学反应发生。

3.（LK选修4·P182改编）1L1mol·L－1的AgNO3溶液在以银为阳极，铁为阴极的电解槽中电解，当阴极增重2.16g时，下列判断不正确的是（　　）

A.此时溶液呈酸性

B.阳极上产生112mLO2

C.转移的电子数是1.204×1022

D.反应中有0.02mol金属被氧化

答案　B

题组一　电解原理的理解及电解规律的应用

1.下列装置的线路接通后，经过一段时间，溶液的pH明显减小的是（　　）

解析　A项，该装置是原电池装置，H＋放电生成氢气，溶液的pH增大，A项错误；B项，阳极：

Cu－2e－＋2OH－===Cu（OH）2↓，阴极：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，总反应为：

Cu＋2H2O

Cu（OH）2＋H2↑，pH增大，B项错误；电解食盐水，总反应为：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，生成氢氧化钠使溶液的pH增大，C项错误；电解硫酸铜溶液的总反应为：

2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4，溶液的pH减小，D项正确。

答案　D

2.（2018·宜昌期末）用图甲装置电解一定量的CuSO4溶液，M、N为惰性电极。

电解过程实验数据如图乙所示。

横轴表示电解过程中转移电子的物质的量，纵轴表示电解过程产生气体的总体积。

下列说法不正确的是（　　）

A.A点所得溶液只需加入一定量的CuO固体就可恢复到起始状态

B.电解过程中N电极表面先有红色物质生成，后有气泡产生

C.Q点时M、N两电极上产生的总气体在相同条件下体积相同

D.若M电极材料换成Cu，则电解过程中CuSO4溶液的浓度不变

解析　惰性材料作电极，在阳极上H2O先放电，即阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，在阴极，Cu2＋先放电，即阴极的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，P点后，气体体积突然增大，说明P点Cu2＋消耗完全，P点后，阴极的电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑，即A点是电解完CuSO4后，又电解了一部分水，应加入CuO和H2O或Cu（OH）2，才能恢复到原来的状态，故A说法错误；N极接电源的负极，N极作阴极，根据选项A的分析，先有红色铜析出，然后出现气体，故B说法正确；Q点的气体来自两个阶段，第一阶段：

阳极电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，第二阶段：

阳极电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，P点产生的气体为氧气，其体积为bL，从P点到Q点，第二阶段，阴极产生的气体体积为2bL，阳极产生的气体体积为bL，阳极气体总体积为（b＋b）L＝2bL，故C说法正确；若M电极换成Cu，阳极上发生反应Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，因此电解过程中CuSO4溶液的浓度不变，故D说法正确。

答案　A

题组二　电解装置分析及电极方程式书写

3.纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。

采用离子交换膜控制电解液中OH－的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示，发生的反应为：

2Cu＋H2O

Cu2O＋H2↑。

下列说法正确的是（　　）

A.钛电极发生氧化反应

B.阳极附近溶液的pH逐渐增大

C.离子交换膜应采用阳离子交换膜

D.阳极反应式是：

2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O

解析　钛电极为阴极，发生还原反应，A项错误；铜作阳极，阳极上铜发生失电子的氧化反应，电极反应式为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，OH－由阴极区迁移到阳极区参与反应，离子交换膜应为阴离子交换膜，C项错误，D项正确；由阴极区迁移过来的OH－在阳极全部参与反应，消耗OH－，pH值减小，B项错误。

答案　D

4.铅蓄电池在日常生活中应用广泛。

回答下列问题：

（1）铅蓄电池放电时的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，现用如图装置进行电解（电解液足量），测得当铅蓄电池中转移0.4mol电子时铁电极的质量减少11.2g。

请回答下列问题：

①A是铅蓄电池的　　　　极。

②Ag电极的电极反应式是__________________________________，

该电极的电极产物共　　　　g。

③Cu电极的电极反应式是________________________________，

CuSO4溶液的浓度　　　　（填“减小”“增大”或“不变”）。

（2）铅蓄电池的PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，反应的离子方程式为________________________________________________________；

PbO2也可以石墨为电极，Pb（NO3）2和Cu（NO3）2的混合溶液为电解液制取。

阳极发生的电极反应式为___________________________________

________________________________________________________，

阴极上观察到的现象是_____________________________________；

若电解液中不加入Cu（NO3）2，阴极发生的电极反应式为

________________________________________________________，

这样做的主要缺点是________________________________。

（3）将Na2S溶液加入如图所示的电解池的阳极区，用铅蓄电池进行电解，电解过程中阳极区发生如下反应：

S2－－2e－===S，（n－1）S＋S2－===S

。

电解时阴极的电极反应式：

____________________________________。

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________________________________________________________。

解析　

（1）①因电解过程中铁电极质量减少，判断A是电源负极，B是电源正极。

②电解时Ag极作阴极，发生2H＋＋2e－===H2↑，转移0.4mol电子时，析出氢气0.4g。

③右侧U形管相当于电镀装置，Zn电极作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，铜电极作阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变。

（2）根据电子得失守恒可得PbO＋ClO－===PbO2＋Cl－。

用电解法制PbO2，Pb价态升高，PbO2应为阳极产物，即Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋；阴极Cu2＋放电，在石墨极上析出铜；若不加Cu（NO3）2，则阴极为Pb2＋放电，损失Pb2＋，不能有效利用Pb2＋。

（3）阴极只有H＋得电子生成H2；反应物为S

、H＋，产物有S，所以S

中S的化合价既升高也降低，有H2S生成，配平即可。

答案　

（1）①负　②2H＋＋2e－===H2↑　0.4

③Cu－2e－===Cu2＋　不变

（2）PbO＋ClO－===PbO2＋Cl－

Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋

石墨上析出铜

Pb2＋＋2e－===Pb↓

不能有效利用Pb2＋

（3）2H＋＋2e－===H2↑

S

＋2H＋===（n－1）S↓＋H2S↑

易错警示

规避“四个”失分点

（1）书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。

（2）要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。

（3）电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。

（4）当电解池的电极材料为活性电极时，则阳极为电极本身失电子，不能再用电解规律。

考点二　电解原理的应用

（频数：

★★★　难度：

★★☆）

1.电解饱和食盐水

（1）电极反应

阳极反应式：

2Cl－－2e－===Cl2↑（氧化反应）

阴极反应式：

2H＋＋2e－===H2↑（还原反应）

（2）总反应方程式

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

离子反应方程式：

2Cl－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑

（3）应用：

氯碱工业制烧碱、氢气和氯气

阳极：

钛网（涂有钛、钌等氧化物涂层）。

阴极：

碳钢网。

阳离子交换膜：

①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。

②将电解槽隔成阳极室和阴极室。

2.电解精炼铜

3.电镀铜

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

总方程式

阳极、阴极反应式

冶炼钠

2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑

2Cl－－2e－===Cl2↑

2Na＋＋2e－===2Na

冶炼镁

MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑

2Cl－－2e－===Cl2↑

Mg2＋＋2e－===Mg

冶炼铝

2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑

6O2－－12e－===3O2↑

4Al3＋＋12e－===4Al

由于AlCl3为共价化合物熔融状态下不导电，所以电解冶炼铝时，电解的为熔点很高的氧化铝，为降低熔点，加入了助熔剂冰晶石（Na3AlF6）；而且电解过程中，阳极生成的氧气与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。

1.源于教材电解原理的基本判断

（1）电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中[Cu2＋]均保持不变（　　）

（2）电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料（　　）

（3）电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3（　　）

（4）电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料（　　）

（5）用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×

2.（溯源题）（2017·课标全国Ⅱ，11）用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4－H2C2O4混合溶液。

判断下列叙述是否正确

（1）待加工铝质工件为阳极（　　）

（2）可选用不锈钢网作为阴极（　　）

（3）阴极的电极反应式为：

Al3＋＋3e－===Al（　　）

（4）硫酸根离子在电解过程中向阳极移动（　　）

答案　

（1）√　

（2）√　（3）×　（4）√

探源：

本题源于LK选修4P13“电解原理的应用”及其知识拓展，对电解原理的应用进行了考查。

题组一　源于教材的电解原理基本应用

1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑可以设计成电解池，但不能设计成原电池（　　）

（2）电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料（　　）

（3）根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等（　　）

（4）任何水溶液电解时，必须导致氧化还原反应（　　）

（5）用铜做阳极、石墨做阴极电解CuCl2溶液时，阳极电极反应式为2Cl－－

2e－===Cl2↑（　　）

（6）用惰性电极电解MgCl2溶液所发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H2O

Cl2↑＋H2↑＋2OH－（　　）

（7）粗铜电解精炼时，若电路中通过2mole－，阳极减少64g（　　）

（8）电镀铜时，Cu2＋浓度不变，电解精炼铜时，CuSO4溶液中Cu2＋浓度降低（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×　（6）×　（7）×　（8）√

2.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

解析　氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。

答案　D

题组二　电解原理在工农业生产中的拓展应用

角度1　电解原理在物质制备中的应用

3.在电解液不参与反应的情况下，采用电化学法还原CO2可制备ZnC2O4，原理如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A.电解结束后电解液Ⅱ中[Zn2＋]增大

B.电解液Ⅰ应为ZnSO4溶液

C.Pt极反应式为2CO2＋2e－===C2O

D.当通入44gCO2时，溶液中转移1mol电子

解析　因为右室Zn失去电子生成Zn2＋，溶液中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入左室，根据电荷守恒，阴离子浓度不变，[Zn2＋]不变，A项错误；右室生成的

Zn2＋通过阳离子交换膜进入左室与生成的C2O

结合为ZnC2O4，因此，电解液Ⅰ为稀的ZnC2O4溶液，不含杂质，电解液Ⅱ只要是含Zn2＋的易溶盐溶液即可，B项错误；Pt极反应式为2CO2＋2e－===C2O

，C项正确；当通入44gCO2时，外电路中转移1mol电子，溶液中不发生电子转移，D项错误。

答案　C

角度2　电解原理在环境治理中的应用

4.用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。

其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法不正确的是（　　）

A.X为直接电源的负极，Y为直流电源的正极

B.阳极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

C.图中的b>a

D.该过程中的产品主要为H2SO4和H2

解析　根据Na＋和SO

、HSO

的移动方向可知Pt（Ⅰ）为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，Pt（Ⅱ）为阳极，电极反应式为SO

－2e－＋H2O===SO

＋2H＋。

答案　B

角度3　电解原理在物质分离、提纯中的应用

5.（2018·广州综合测试）用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。

下列有关说法错误的是（　　）

A.阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

B.通电后阴极区溶液pH会增大

C.K＋通过交换膜从阴极区移向阳极区

D.纯净的KOH溶液从b口导出

解析　阳极区为粗KOH溶液，阳极上OH－失电子发生氧化反应：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，A项正确；阴极上H2O得电子发生还原反应：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区附近溶液中[OH－]增大，pH增大，B项正确；电解时阳离子向阴极移动，故K＋通过阳离子交换膜从阳极区移向阴极区，C项错误；阴极区生成KOH，故纯净的KOH溶液从b口导出，D项正确。

答案　C

[试题分析]

（2016·全国卷Ⅰ，11）三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO

可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。

下列叙述正确的是（　　）

A.通电后中间隔室的SO

离子向正极迁移，正极区溶液pH增大

B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品

C.负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低

D.当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成

解题思路：

我的答案：

考查意图：

该题以三室式电渗析法处理含Na2SO4废水为背景，考查了电解池的工作原理。

题目涉及电极产物、溶液的酸碱性和阴阳离子移动方向的判断、电极反应式的书写、电化学的简单计算等知识点；要求考生准确读取图示信息，运用逻辑思维能力去辩证地分析与解决电化学问题；题目兼有“对立统一”和“模型”思想方法的考查。

题目从多角度考查了电化学的基础知识，有一定的迷惑性。

在今后的教学中要加强电化学基础教学，提高学生获取信息的能力，注意引导学生灵活掌握知识。

该题难度适中，本题抽样统计难度为0.56。

解题思路：

电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，即SO

离子向正极区移动，Na＋向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.25mol的O2生成，D错误。

正确答案：

B

[真题演练]

1.（安徽理综）某兴趣小组设计如图所示的微型实验装置。

实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。

下列有关描述正确的是（　　）

A.断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：

2H＋＋2Cl－

Cl2↑＋H2↑

B.断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红

C.断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为：

Cl2＋2e－===2Cl－

D.断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极

解析　本题综合考查电化学知识，意在考查考生对原电池、电解池原理的理解。

断开K2，闭合K1时，该装置为电解池，由两极均有气泡产生可知铜电极为阴极，总反应的离子方程式为2Cl－＋2H2O

Cl2↑＋H2↑＋2OH－，A项错；由此可知铜电极附近溶液中因有OH－生成，溶液变红色，B项错；断开K1，闭合K2时，装置为原电池，铜极上产生的氢气发生氧化反应，电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，C项错；由此可知铜电极为负极，石墨电极为正极，故D项正确。

答案　D

2.（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

解析　Cl－在阳极发生氧化反应生成ClO－，水电离出的H＋在阴极发生还原反应生成H2，又由于电