第2讲电解原理教师版.docx
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第2讲电解原理教师版
第2讲电解原理
★考情直播
考纲解读
考纲内容
能力要求
考向定位
了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式.
理解电解原理，判断某装置是否是电解池，正确书写电解池工作时的电极反应式。
掌握电解前后溶液浓度和PH的变化。
是高考的重要内容，主要考点有：
电解池的构成和电解的基本原理；电极反应式的书写及溶液浓度和PH的变化；
有关电解的计算；
电解原理的应用。
今后的命题方向：
电解的基本原理和在生产、科技等方面的应用考查考生应用知识的能力。
了解铜的电解精炼和电镀装置及原理，了解氯碱工业的反应原理
掌握有关电解的计算。
考点整合
考点1电解池的构成和电解的基本原理
1．
（1）电解的反应原理：
在时在阴、阳两极发生氧化还原反应。
（2）电解池：
一种把的装置
（3）电解的电路工作原理：
导线上（外电路）电子从电源的负极流出经导线流向电解池的阴极，电解池的阳极上产生电子经导线流入电源的正极。
溶液中（内电路）阴离子移向，失去电子，阳离子移向，得到电子。
2．电解池的构成：
①、导线②两个电极（金属或非金属导体）③电解质溶液（或熔融的电解质）
特别提醒：
电解池的阴阳极由电源的正负级决定
3．电解原理：
以惰性电极（C、Pt）电解CuCl2溶液为例：
4.电解池的电极
（1）阴极：
连接电源的极，发生反应的电极。
溶液中的阳离子移向阴极，氧化能力强的离子优先发
生的还原反应。
（2）阳极：
连接电源的极，发生反应的电极。
①用惰性电极（石墨、Pt等）作阳极，溶液中的离子移向阳极，性强的离子优先发生氧化反应。
②用活泼金属（如Fe、Cu等）作阳极，电极本身发生反应变成离子进入溶液：
M一ne—=Mn+
考点1电解池的构成和电解的基本原理
1.电流通过、电能转化成化学能、阳极、阴极
2.外接电源
【例1】（09年安徽理综·12）Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取.Cu2O的电解池示意图如下，点解总反应：
2Cu+H2O==Cu2O+H2O↑。
下列说法正确的是
A．石墨电极上产生氢气
B．铜电极发生还原反应
C．铜电极接直流电源的负极
D．当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成。
答案：
A
解析：
由电解总反应可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，阴极上是溶液中的H＋反应，电极反应为：
2H＋＋2e－=H2↑，A选项正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应为2Cu＋2OH－－2e－=Cu2O＋H2O，当有0.1mol电子转移时，有0.05molCu2O生成，D选项错误。
【答案】Ｄ
[方法技巧]组合式选择题可以通过排除法进行选择。
②和①中只有一个说法是正确的，根据电解原理①是正确的。
导练1、关于下图所示各装置的叙述中，正确的是
A．装置①是原电池，总反应是：
Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+
B．装置①中，铁做负极，电极反应式为：
Fe3++e-=Fe2+
C．装置②通电一段时间后石墨Ⅱ电极附近溶液红褐色加深
D．若用装置③精炼铜，则d极为粗铜，c极为纯铜，电解质溶液为CuSO4溶液
考点2电极反应式的书写及溶液浓度和PH的变化
1．离子放电顺序的判断
阳离子在阴极得电子顺序与相反
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
阴离子在阳极失电子顺序
金属阳极>S2－>SO32－>I－>Br－>Cl－>OH－>高价含氧酸根离子>O2－>F
特别提醒：
要注意在水溶液中有些离子不发生放电
2．电极产物的判断
阳极:
根据电极的类型（活泼金属和惰性电极金属）；
惰性电极金属做阳极，根据阴离子在阳极上的放电顺序.
阴极:
根据顺序
3．用惰性电极电解电解质溶液的规律
电解水型：
电极反应：
阴极4H++4e－=2H2↑；阳极4OH－－4e－=2H2O+O2↑
总反应式：
包括高价含氧酸（H2SO4、HNO3）、强碱[NaOH、Ba（OH）2]、活泼金属的高价含氧酸盐[Na2SO4、K2CO3、Al2（SO4）3]。
考点2电极反应式的书写及溶液浓度和PH的变化
1．金属活泼性2．阴离子放电、阳离子放电3．不活泼金属的高价含氧酸盐
问：
电解水时为了增强水的导电性常常需加入氢氧化钠或稀硫酸，为什么？
可以加食盐吗？
（1）分解电解质型：
电极反应式：
阴极：
amMn++mnae－=amM阳极：
anYm－－mnae－=nYa
包括无氧酸（除HF）、不活泼金属的无氧酸盐溶液（如CuCl2）
（2）放氢生碱型：
活泼金属的无氧酸（除氟化物）盐（如NaCl、MgBr2）溶液的电解
以NaCl溶液为例：
电极反应式：
阴极2H++2e－=H2↑；阳极2Cl－－2e－=Cl2↑
总反应式：
阴极由于H+放电，破坏了水的电离平衡，水的电离程度增大，电极附近溶液中OH－浓度增大，溶液pH值增大，整个电解质溶液碱性增强，pH值增大。
（3）放氧生酸型：
（如CuSO4、AgNO3）溶液的电解
以CuSO4溶液为例：
电极反应式：
阴极2Cu2++4e－=2Cu；阳极4OH－－4e－=O2↑+2H2O
总反应式：
阳极由于OH－放电，破坏了水的电离平衡，水的电离程度增大，电极附近溶液中H+浓度增大，溶液pH值减小，整个电解质溶液酸性增强，pH值减小
4．电极方程式的书写和总的离子反应式的书写
电极方程式是以实际反应的微粒符号来表示的，当水中的氢离子或氢氧根离子参加反应时，在电极反应式中表示时就以H+或OH－表示。
总的离子反应式表示时要注明反应条件－电解，总式的书写要符合离子方程式的书写要求。
5．电解中电极附近溶液pH值的变化。
（1）电极区域A．阴极H+放电产生H2，阴极区域pH变大。
B．阳极OH-放电产生O2，阳极区域pH变小。
（2）电解质溶液中A．电解过程中,既产生H2,又产生O2,则原溶液呈酸性的pH变小,原溶液呈碱性的pH变大,原溶液呈中性的pH不变（浓度变大）。
B．电解过程中,无H2和O2产生,pH几乎不变。
但象CuCl2变大
C．电解过程中,只产生H2,pH变大。
D．电解过程中,只产生O2,pH变小。
【例2】（09年全国理综卷I·28）（15分）下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。
（1）接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4浓度为10.47%，乙中c电极质量增加。
据此回答问题：
①电源的N端为极；
②电极b上发生的电极反应为；
③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积：
；
④电极c的质量变化是g；
⑤电解前后个溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因：
甲溶液；
乙溶液；
丙溶液；
（2）如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？
。
答案：
（1）
正极
4OH－—4e－=2H2O+O2↑。
2.8L
16g
甲增大，因为相当于电解水；乙减小，OH－放电，H＋增多。
丙不变，相当于电解水。
（2）可以因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应也就变为水的电解反应
考点3：
电解原理的有关应用。
1．电解精炼铜
（1）装置组成
①电极材料：
与电源的正极相连作阳极，与电源负极相连作阴极
②电解质溶液：
用作电解液
③反应原理：
阳极铜以及比铜活泼的杂质金属锌、铁、镍等失电子被氧化，转化成离子进入溶液中，不活泼金属如金和银等沉积在阳极下面形成阳极泥，阴极Cu2+得电子被还原在阴极上析出，其它如Zn2+、Fe2+留在溶液中。
④特征：
电解精炼过程中CuSO4溶液的浓度几乎不变，产品纯度高。
2．电镀
（1）装置组成：
①电极材料：
（如精铜）与电源的正极相连作阳极，（如铁制品）与电源负极相连作阴极
②电解质溶液：
用含的电解质配成溶液（如CuSO4溶液加一些氨水）作电镀液
（2）反应原理：
阳极镀层金属（铜）失电子被氧化，转化成离子进入溶液中，阴极镀层金属离子Cu2+得电子被还原在阴极上析出。
（3）特征：
电镀过程中电解质CuSO4溶液的浓度几乎不变。
3．氯碱工业
工业上用电解饱和食盐水的方法来制取烧碱、氯气和氢气，并以它们为原料进一步生产一系列化工产品,称氯碱工业。
（1）离子交换膜法电解池的组成：
以石墨为阳极，以钢棒为阴极,精制的饱和食盐水为电解质溶液，用阳离子交换膜将电解槽隔成阴极室和阳极室。
（2）电解饱和食盐水的反应机理：
电极反应式：
阴极；阳极
总反应式：
阳极阴极产物
在上述反应中，由于H+在阴极上得到电子而生成H2，破坏了附近的水的电离平衡，促进了水的电离，结果阴极区溶液中OH－浓度增大而呈碱性。
（3）电解用饱和食盐水的精制
基本步骤：
（4）
阳离子交换膜的作用
将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子（Na+）通过，而且阻止阴离子（Cl－、OH－）和气体通过。
这样既可以防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量。
考点3电解原理的有关应用
1．粗铜、纯铜、CuSO4溶液2．镀层金属、待镀金属制品、镀层金属离子
3．2H++2e－=H2↑；2Cl－－2e－=Cl2↑
问：
1、电解饱和食盐水的阴极产物、阳极产物分别是什么？
2、转移的电子数和氢氧化钠的物质的量的关系？
3、从Cl-Cl2一定需要加氧化剂吗？
4、阴极产物和阳极产物能接触吗？
5、饱和食盐水为何需要精制？
如何精制？
【例3】（09广州市高三调研测试）下列关于铜电极的叙述正确的是
学科网
A．铜锌原电池中铜电极上发生氧化反应
学科网
B．电解饱和食盐水制烧碱时，用铜作阳极
学科网
C．电解法精炼铜时，粗铜连接电源的正极
学科网
D．电镀铜和精炼铜时，均用纯铜作阴极
学科网
[解析]铜锌原电池中铜电极为正极，发生还原反应；电解饱和食盐水制时，阳极为石墨；电解法精炼铜时，粗铜作阳极被氧化，纯铜作阴极，故C正确；电镀铜时，铜作阳极被氧化而进入溶液中。
【答案】C
[规律总结]电解精炼镍的化学原理类似电解精炼铜，要熟悉电解精炼铜的有关知识。
★高考重点热点题型探究
热点1有关电解的基本原理的考查
[真题1]（广东,20）三氧化二镍（Ni2O3）可用于制造高能电池，其电解法制备过程如下：
用NaOH调NiCl2溶液pH至7.5，加放适量硫酸钠后进行电解。
电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成ClO－，把二价镍氧化为三价镍。
以下说法正确的是
A可用铁作阳极材料
B电解过程中阳极附近溶液的pH升高
C阳极反应方程式为：
2Cl－－2e－＝Cl2
D1mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过了1mol电子
[思路分析]本题考查电解的基本原理，要熟练写出电解的电极反应并据此判断或计算
[解析]根据“用NaOH调NiCl2溶液pH至7.5”，则电解液中含有Ni2+、H+、Na+、Cl－、OH－，电解时阳极产生Cl2，电极反应为2Cl－－2e－＝Cl2，，故C对，阳极不可能是活泼性电极如铁，故A错。
阳极产生Cl2与碱反应，故pH值降低，故B错。
由Ni2+－e－=Ni3+，则1mol二价镍全部转化为三价镍时，失去1mol电子，所以D正确。
【答案】CD
[真题2]（08全国Ⅱ卷）右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附近分别滴加石蕊溶液，下列实验现象正确的是（）
A．逸出气体的体积：
a电极的小于b电极的
B．电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体
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
[思路分析]本题考查电解时离子的放电顺序，据此写出电极反应。
[解析]Na2SO4===2Na＋＋SO42－，H2O
H＋＋OH－，SO42－和OH－移向b电极，Na＋和H＋移向a电极，在b电极上：
4OH－-4e－===2H2O＋O2↑，在a电极上：
2H＋＋2e－===H2↑，所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体；由于a电极上H＋放电，所以a电极附近的c（OH－）＞c（H＋），滴加石蕊试液a电极附近变蓝色，同理，b电极附近变红色。
【答案】D。
[名师指引]有关电解的基本原理的考查，高考中经常考查有关电极反应式、实验现象、反应产物、pH变化、电子得失等。
做好此在考题，关键是掌握电极反应规律。
（1）阴极反应：
得电子被还原
特点：
电极本身不参加反应，一定是电解质溶液中阳离子“争”得电子。
（2）阳极反应：
失电子被氧化
若阳极是由活性材料做成，阳极金属失去电子而被氧化；若阳极是由C、Pt、Au等惰性材料做成，则是电解液中阴离子在阳极失去电子被氧化。
（3）解题时先看电极再分析阴阳离子的放电顺序。
[新题导练]
1．（09届广东五校高三第三次联考）如图a、b、c．d均为石墨电极，通电进行电解。
下列说法正确的是
A．甲中a的电极反应为：
4OH--4e-=O2↑+2H2O
B．电解时向乙中滴入酚酞试剂，c电极附近先变红。
C．当d电极产生2g气体时，b极有32g物质析出。
D．电解后向乙中通入适量HCl气体，
溶液组成可以恢复到原电解前的状态。
2．（汕头市金山中学2009届高三上学期期末测试）如下图（a）为持续电解饱和CaCl2水溶液的装置（以铂为电极，A为电流表），电解1小时后Cl-放电完毕，图（b）从1小时起将CO2连续通入电解液中，请在图（b）中完成实验（a）中电流对时间的变化关系图，并回答有关问题。
（1）完成实验（a）中电流对时间的变化关系图。
（2）电解时F极发生反应，电极反应式为；
通CO2前电解的总化学方程式为_______________________。
（3）通CO2前电解池中产生的现象：
①
②③。
热点2电解的有关计算
[真题3]（08全国Ⅰ卷）电解100mL含c（H+）＝0.30mol/L的下列溶液，当电路中通过0.04mol电子时，理论上析出金属质量最大的是（）
A．0.10mol/LAg+B．0.02mol/LZn2+
C．0.20mol/LCu2+D．0.20mol/LPb2+
[思路分析]本题考查电解时离子的放电顺序，据此写出电极反应进行计算。
[解析]根据离子的放电顺序可知，当电路中通过0.04mol的电子时，能析出金属的只有选项A和C，根据Ag＋＋e-===Ag和Cu2＋＋2e-===Cu可知，析出的金属的物质的量分别为0.04mol的Ag和0.02mol的Cu，其质量分别为4.32g和1.28g。
【答案】A。
[真题4]（08天津卷）下列叙述正确的是（）
A．在原电池的负极和电解池的阴极上都是发生失电子的氧化反应
B．用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴阳两极产物的物质的量之比为1：
2
C．用惰性电极电解饱和NaCl溶液，若有1mol电子转移，则生成1molNaOH
D．镀层破损后，镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀
[思路分析]要根据电极反应进行计算
[解析]选项A中在电解池的阴极是阳离子得到电子，发生的是还原反应；选项B中用惰性电极电解Na2SO4溶液，实际上是电解水，在阴极上：
2H＋＋2e－===H2↑，在阳极上：
4OH－-4e－===2H2O＋O2↑，所以阴阳两极产物的物质的量之比为2∶1；选项C中2NaCl＋2H2O
2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，每生成2mol的NaOH转移的电子数为2mol，所以转移1mol电子，生成的NaOH就是1mol；选项D中镀层破损后，镀锡铁组成的原电池，Fe作负极而被腐蚀，镀锌铁组成的原电池，Zn作负极，所以镀锡铁板比镀锌铁板更容易腐蚀。
【答案】C。
[名师指引]解答电解计算题的方法思路
（1）首先分析出能在阴阳两极放电的物质或离子,排出阴阳离子的放电顺序,再据此确定发生电极反应。
（2）简单装置中各电极产物间的计算
在一个装置中进行电解时,各电极产物不同,但各电极反应中得到或失去的电子数相等.根据此标准可对各电极产物、溶液中的产物,以及反应消耗的物质进行计算。
（3）复杂装置中（指多个装置串联连接）各电极产物的判断。
在串联电解装置中,各电极电子转移数相等.据此可计算各电极产物,溶液中的氢离子和氢氧根离子的浓度变化。
[新题导练]3．（广东省2009届高三第二次六校联考）如下图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。
将电源接通后，向（乙）中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色。
则以下说法正确的是
A．电源B极是正极
B．（甲）、（乙）装置的C、D、E、F电极均有单质生成，其物质的量之比为1:
2:
2:
2
C．欲用（丙）装置给铜镀银，H应该是Ag，电镀液是AgNO3溶液
D．装置（丁）中Y极附近红褐色变深，说明氢氧化铁胶粒带正电荷
热点3电解原理的应用
[真题5]（08上海卷）取一张用饱和的NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色。
则下列
说法错误的是（）
A．b电极是阴极B．a电极与电源的正极相连
C．电解过程中水是氧化剂D．b电极附近溶液的pH变小
[思路分析]本题考查了电解应用之一—电解饱和食盐水.
[解析]a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色，说明a极负极产生了Cl2，所以a极与电源的正极相连，即a为阳极，电极反应式为：
2Cl－-2e－===Cl2↑，b为阴极，2H2O－4e－===H2↑＋2OH－，所以b极附近的pH增大。
【答案】D
[名师指引]电解原理的应用的考查有不少考查方法,但最常见还是教材中的几种应用,因此要认真掌握常见的电解原理的应用,包括电解饱和食盐水、电解精炼、电镀等，在此基础上进一步加深对电解原理的理解掌握，才能以不变应万变。
[新题导练]4．（广东省中山一中2009届高三第二次统测化学试题）海水中蕴藏着丰富的资源。
海水综合利用的流程图如下。
（1）用NaCl做原料可以得到多种产品。
①工业上由NaCl制备金属钠的化学方程式是_______________________________。
②实验室用惰性电极电解100mL0.1mol/LNaCl溶液，若阴阳两极均得到112mL气体（标准状况），则所得溶液的pH为_________（忽略反应前后溶液的体积变化）。
③电解氯化钠稀溶液可制备“84消毒液”，通电时氯气被溶液完全吸收，若所得消毒液仅含一种溶质，写出相应的化学方程式：
____________________________。
（2）分离出粗盐后的卤水中蕴含着丰富的镁资源，经转化后可获得MgCl2粗产品。
物质
开始沉淀
沉淀完全
Fe（OH）3
2.7
3.7
Fe（OH）2
7.6
9.6
Mn（OH）2
8.3
9.8
Mg（OH）2
9.9
11.1
①粗产品的溶液中含有Na+、Fe2+、Fe3+和Mn2+，需将Fe2+、Fe3+、Mn2+转化为沉淀除去。
Fe（OH）2呈絮状，常将其转化为Fe（OH）3而除去（生成氢氧化物沉淀的pH见表）。
若只加一种上述
（1）中得到的产品，该物质的化学式为_______________，控制溶液的pH为____________________。
②在家用电热水器不锈钢内胆表面镶嵌镁棒，利用电化学原理来防止内胆腐蚀，写出正极的电极反应式：
____________________________________________。
★抢分频道
限时基础训练卷
1.（全国卷）关于电解NaCl水溶液,下列叙述正确的是（）
A.电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠
B.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液,溶液呈棕色
C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液,溶液呈无色
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
2．如图所示，Ｘ、Ｙ分别是直流电源的两极，通电后发生a极板质量增加，b极板处有无色无臭气体放出。
符合这一情况的是（）
A极板
B极板
X电极
Z溶液
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
3．某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3:
1。
用石墨做电极电解该混合溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段，下列叙述不正确的是（）
A．阴极自始至终只有H2B．阳极先析出Cl2后析出O2
C．电解最后阶段为电解水D．溶液pH不断增大，最后为7
4．（高考重庆理综）如图所示，下列叙述正确的是
A．Y为阴极，发生还原反应
B．X为正极，发生氧化反应
C．Y与滤纸接触处有氧气生成
D．X与滤纸接触处变红
5．（高考宁夏卷理科综合）
（1）将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。
锌片上发生的电极反应：
；银片上发生的电极反应：
。
（2）若该电池中两电极的总质量为60g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47g，试计算：
①产生氢气的体积（标准状况）；②通过导线的电量。
（已知NA＝6.02×1023/mol，电子电荷为1.60×10－19C）
6．（全国理综）电解原理在化学工业中有广泛应用。
如图表示一个电解池，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。
7．（广东五校联考）
用惰性电极电解NaCl与NaHCO3混合溶液，测得溶液pH变化如下图所示。
①在0→t时间内，两个电极上的电极反应式为:
阳极；阴极。
②用离子方程式表明0→t1时间内，溶液pH升高比较缓慢的原因:
。
8．（珠海07模拟）将质量相等的铜片和铂片插入硫酸铜溶液中，铜片与电源正极相连，铂片与电源负极相连，以电流强度1A通电10min，然后反接电源，以电流强度2A继续通电10min。
下列表示铜电极、铂电极、电解池中产生气体的质量和电解时间的关系图正确的是
ABCD
9．（模拟题）用惰性电极实现电解，下列说法正确的是（）
A．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:
1
B．电解CuSO4溶液一段时间后，再加入一定质量Cu（OH）2，溶液能与原溶液完全一样
C．电解硫酸钠溶液时，Na
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