届高考化学专题复习电解池.docx
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届高考化学专题复习电解池
第3讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护
[考纲要求] 1.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。
2.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。
考点一 电解的原理
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形成闭合回路。
（2）电极名称及电极反应式（如图）
（3）电子和离子移动方向
①电子：
从电源负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。
②离子：
阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。
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。
注意 ①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液（或熔融电解质）中的阳离子放电。
②最常用、最重要的放电顺序是：
阳极，Cl－>OH－；阴极：
Ag＋>
Cu2＋>H＋。
③电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。
（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）
电解质（水溶液）
电极方程式
被电解的物质
总化学方程式或离子方程式
电解质浓度
溶液pH
电解质溶液复原
含氧酸（如H2SO4）
阳极：
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极：
4H＋＋4e－===2H2↑
水
2H2O
O2↑＋2H2↑
增大
减小
加H2O
强碱（如NaOH）
阳极：
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极：
4H＋＋4e－===2H2↑
水
2H2O
O2↑＋2H2↑
增大
增大
加H2O
活泼金属的含氧酸盐（如KNO3、Na2SO4）
阳极：
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极：
4H＋＋4e－===2H2↑
水
2H2O
O2↑＋2H2↑
增大
不变
加H2O
无氧酸（如HCl），除HF外
阳极：
2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：
2H＋＋2e－===H2↑
酸
2HCl
Cl2↑＋H2↑
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↑
减小
加CuCl2
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
不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4）
阳极：
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
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
2.电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？
答案 放H2生碱型的实质是水电离出的H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，放O2生酸型的实质是水电离出的OH－放电，破坏了水的电离平衡，使H＋浓度增大。
3．
（1）上表中要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？
（2）上表中要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu（OH）2固体可以吗？
答案 电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪些原子。
（1）电解NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2，所以应通入氯化氢气体，加入盐酸会引入过多的水。
（2）同理，使CuSO4溶液复原应加入CuO，而加入Cu（OH）2也会使溶液的浓度降低。
4．在框图推断中若出现“A＋H2O
B＋C＋D”的模式，则A一般可能为什么物质？
答案 CuSO4、NaCl（KCl）或AgNO3，要视其他条件而定。
题组一 电解原理和电解规律的考查
1．用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解液的pH下降的是（ ）
A．CuSO4B．NaOHC．BaCl2D．H2SO4
答案 A
解析 符合该题条件的电解质应为不活泼金属的含氧酸盐。
2．用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，在电解后的电解液中加适量水，能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是（ ）
A．NaClB．Na2CO3C．CuSO4D．K2S
答案 B
解析 加适量水能使溶液恢复到电解前的浓度，则实际是电解水，故只有B项符合
条件。
3．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
答案 D
解析 SO
、OH－移向b极，在b极OH－放电，产生O2，b极附近c（H＋）>c（OH－），石蕊试液变红。
Na＋、H＋移向a极，在a极H＋放电产生H2，a极附近c（OH－）>c（H＋），石蕊试液变蓝。
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。
A、B均错。
题组二 电极反应式、电解总方程式的书写
4．按要求书写有关的电极反应式及总方程式。
（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______________________________________________________；
总化学方程式____________________________________________________。
（4）用铜作电极电解盐酸溶液
阳极反应式_____________________________________________________；
阴极反应式_____________________________________________________；
总反应离子方程式________________________________________________。
答案
（1）4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
4Ag＋＋4e－===4Ag
4Ag＋＋2H2O
4Ag＋O2↑＋4H＋
（2）2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑
Mg2＋＋2Cl－＋2H2O
Mg（OH）2↓＋Cl2↑＋H2↑
（3）Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑
Fe＋2H2O
Fe（OH）2↓＋H2↑
（4）Cu－2e－===Cu2＋
2H＋＋2e－===H2↑
Cu＋2H＋
Cu2＋＋H2↑
5．Ⅰ.以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为________________________________________________________________________。
Ⅱ.用Al单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q。
写出阳极生成R的电极反应式：
__________________。
答案 Ⅰ.2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
Ⅱ.Al＋3HCO
－3e－===Al（OH）3＋3CO2↑
解析 Ⅰ.依据信息阳极形成的氧化膜一定为Al2O3，Al失电子生成Al2O3，Al2O3中的氧是由水提供的，溶液显酸性，所以有H＋生成；Ⅱ.Al作阳极，失电子，生成Al3＋，Al3＋水解显酸性，溶液中的HCO
水解显碱性，两者水解互相促进，生成Al（OH）3和CO2。
6．CuI是一种不溶于水的白色固体，可以由反应：
2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2得到。
现以石墨为阴极，以Cu为阳极电解KI溶液，通电前向电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液。
回答下列问题：
（1）阳极区的现象____________________________________________________。
（2）阳极电极反应式__________________________________________________。
答案
（1）铜电极逐渐溶解，有白色沉淀产生，溶液变为蓝色
（2）2Cu＋4I－－4e－===2CuI↓＋I2
1.电解方程式的书写步骤
以写出用石墨作电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式为例。
第一步：
明确溶液中存在哪些离子。
阳离子：
Cu2＋、H＋；阴离子：
OH－、SO
。
第二步：
判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。
阴极：
Cu2＋>H＋；阳极：
OH－>SO
。
第三步：
写电极反应式和总的电解方程式。
阴极：
2Cu2＋＋4e－===2Cu；阳极：
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
根据得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：
2CuSO4＋2H2O
2Cu＋O2↑＋2H2SO4。
2．规避电解池中方程式书写的3个易失分点
（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。
题组三 与酸、碱、盐的电解有关的实验设计
7．[2010·大纲全国卷Ⅱ，29
（1）
（2）（3）（4）（5）]如图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性
红指示剂，此时溶液呈红色。
（指示剂的pH变色范围：
6.8～8.0，酸色—红色，碱色—黄色）
回答下列问题：
（1）下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是________（填编号）；
①A管溶液由红变黄；②B管溶液由红变黄；③A管溶液不变色；④B管溶液不变色
（2）写出A管中发生反应的反应式：
_____________________________________；
（3）写出B管中发生反应的反应式：
_____________________________________；
（4）检验a管中气体的方法是___________________________________________
_____________________________________________________________________；
（5）检验b管中气体的方法是___________________________________________
____________________________________________________________________。
答案
（1）①④
（2）2H＋＋2e－===H2↑（或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑） Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓
（3）4OH－－4e－===2H2O＋O2↑（或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑）
（4）用拇指按住管口，取出试管，管口靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有淡蓝色火焰
（5）用拇指按住管口，取出试管正立，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃
解析
（1）由于MgSO4是强酸弱碱盐，在水溶液中存在Mg2＋＋2H2OMg（OH）2＋2H＋水解平衡，因此水溶液呈酸性，电解前A、B管均显红色。
铂丝是惰性电极，电解池中阴离子在阳极发生氧化反应，阳离子在阴极发生还原反应，在A管溶液中，铂丝作阴极，由于H＋的氧化性大于Mg2＋的氧化性，H＋先得电子被还原为H2，
Mg2＋与OH－生成Mg（OH）2沉淀，酸性减弱，随着水的电解，OH－浓度增大，颜色由红变黄。
而在B管溶液中铂丝作阳极，OH－的还原性大于SO
，OH－失电子，随着电解的进行，酸性增大，溶液不变色（始终为红色）。
（2）（3）由
（1）可知，在A管中发生：
2H＋＋2e－===H2↑（或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑）
Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓
在B管中：
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑（或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑）
（4）（5）H2的常用检验方法是“爆鸣”法，即用拇指按住管口，取出试管a，管口靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有淡蓝色火焰；O2的常用检验方法是木条复燃法，用拇指按住管口，取出试管b正立，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内，木条复燃。
8．如图所示，用石墨电极电解氯化铜溶液。
查阅资料可
知，CuCl
显黄色，氯化铜溶液显蓝绿色或黄绿色；
向体积相同浓度分别为0.01mol·L－1,0.05mol·L－1,0.1
mol·L－1,0.5mol·L－1的氯化铜溶液中加入NaCl至饱和，
对比发现。
溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变。
请回答下列问题：
（1）阳极上的气体呈________色，检验该气体可用___________________________。
（2）写出电解的离子方程式：
____________________________________________。
（3）实验时，装置中阴极溶液颜色由蓝绿色变为黄绿色，原因是__________________
______________________________________________________。
（4）取出阴极的石墨棒，发现表面有浅蓝色固体，试设计实验探究此浅蓝色固体的成分：
_________________________________________________________________。
（5）为什么要设计连接后面的装置？
______________________________________。
答案
（1）黄绿 湿润的淀粉 KI试纸
（2）Cu2＋＋2Cl－
Cu＋Cl2↑
（3）阴极Cu2＋放电后，Cu2＋与Cl－浓度比值减小
（4）取此浅蓝色固体于试管中，加入硫酸，若溶解且溶液变蓝色，则为Cu（OH）2
（5）因为阳极产生的氯气为有毒气体，故后面连接装置可以用于检验与吸收
解析
（1）阳极是阴离子放电，即Cl－放电产生Cl2，故颜色为黄绿色；检验Cl2可用湿润的淀粉 KI试纸，若试纸变蓝，则确定为氯气。
（2）电解氯化铜的离子方程式为Cu2＋＋2Cl－
Cu＋Cl2↑。
（3）由题目所给信息，Cu2＋与Cl－浓度比值逐渐增大，溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变，故阴极Cu2＋放电后，Cu2＋与Cl－浓度比值减小而呈现黄绿色。
（4）随着反应的进行，Cu2＋浓度降低，此时有一部分H＋放电而使此区域OH－浓度增大，故此浅蓝色固体为Cu（OH）2。
（5）电解氯化铜时产生的氯气有毒，故后面连接装置既可用作检验电解产生的气体，又可用于吸收该有毒气体。
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：
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、氯气和氢气。
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）镀件作阴极，镀层金属银作阳极。
（2）电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。
（3）电极反应：
阳极：
Ag－e－===Ag＋；
阴极：
Ag＋＋e－===Ag。
（4）特点：
阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。
3．电解精炼铜
（1）电极材料：
阳极为粗铜；阴极为纯铜。
（2）电解质溶液：
含Cu2＋的盐溶液。
（3）电极反应：
阳极：
Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；
阴极：
Cu2＋＋2e－===Cu。
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
2NaCl（熔融）
2Na＋Cl2↑
电极反应：
阳极：
2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极：
2Na＋＋2e－===2Na。
（2）冶炼铝
2Al2O3（熔融）
4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：
6O2－－12e－===3O2↑；阴极：
4Al3＋＋12e－===4Al。
深度思考
1．
（1）电解氯化钠溶液时，如何用简便的方法检验产物？
答案 阳极产物Cl2可以用淀粉 KI试纸检验，阴极产物H2可以通过点燃检验，NaOH可以用酚酞试剂检验。
（2）氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换膜隔开，原因是什么？
答案 防止H2和Cl2混合爆炸，防止Cl2与溶液中的NaOH反应。
2．电解精炼铜时，阳极泥是怎样形成的？
答案 粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种金属杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，金属活动性位于铜之前的金属杂质，如Zn、Fe、Ni等也会同时失去电子，但是它们的阳离子比铜离子难以还原，所以它们并不能在阴极析出，而只能以离子的形式留在电解液里。
金属活动性位于铜之后的银、金等杂质，因为失去电子的能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解，所以当阳极的铜等失去电子变成阳离子溶解之后，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。
题组训练 电解原理的应用
1．工业废水中常含有一定量的Cr2O
，会对人类及生态系统产生很大损害，电解法是一种行之有效的除去铬的方法之一。
该法用Fe作电极电解含Cr2O
的酸性废水，最终将铬转化为Cr（OH）3沉淀，达到净化目的。
下列有关说法不正确的是（ ）
A．电解时选用Fe作阳极，石墨棒作阴极
B．阴极附近的沉淀只有Cr（OH）3
C．阳极附近溶液中，发生反应的离子方程式是Cr2O
＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋
6Fe3＋＋7H2O
D．消耗1molCr2O
，将有336gFe消耗，因此要定期更换铁电极
答案 B
解析 Fe作阳极，反应产生Fe2＋，Fe2＋与Cr2O
发生氧化还原反应，Fe2＋被氧化为
Fe3＋，Cr2O
被还原为Cr3＋；阴极是H＋得到电子，导致阴极附近溶液的碱性增强，
Fe3＋、Cr3＋都会变为Fe（OH）3、Cr（OH）3沉淀，B错误；消耗1molCr2O
，必消耗6
molFe2＋，根据Fe守恒，将有6molFe消耗，质量336g。
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________。
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______________________________________________________________________。
答案
（1）0.1mol·L－1
（2）B
（3）Fe Fe＋2H2O
Fe（OH）2↓＋H2↑
解析
（1）n（H2）＝n（Cl2）＝0.005mol，参加反应的n（NaCl）＝0.01mol，说明NaCl恰好电解完毕，溶液变为NaOH溶液，n（NaOH）＝n（NaCl）＝0.01mol，c（NaOH）＝0.1mol·L－1。
（2）电解饱和氯化钠溶液的总反应：
2NaCl＋2H2O
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，题目要求使Cl2被完全吸收，则氯气必须在下部的电极上产生，下部的电极是阳极，推出b为电源的正极，另一极为负极a。
生成的Cl2与阴极区产生的NaOH反应：
Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，则消毒液的主要成分是NaClO、NaCl。
（3）题目要求通过电解法制取Fe（OH）2，电解质溶液是NaCl溶液，必须通过电极反应产生Fe2＋和OH－。
根据电极发生反应的特点，选择铁作阳极，铁发生氧化反应产生Fe2＋；溶液中的阳离子Na＋、H＋向阴极移动，根据放电顺序，阴极H＋放电产生氢气，H＋来源水的电离，反应式2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
在电场作用下，阳极产生的Fe2＋与阴极产生的OH－在定向移动的过程中相遇，发生复分解反应生成Fe（OH）2沉淀。
将阳极反应式、阴极反应式叠加得到总的反应式：
Fe＋2H2O
Fe（OH）2↓＋H2↑。
3．某小组同学认为，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。
（1）该电解槽的阳极反应式为___________________________________________。
此时通过阴离子交
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