电解池专题讲义及经典例题.docx

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电解池专题讲义及经典例题

电解池专题讲义及经典例题

1、定义：

电解池：

借助电流引起氧化还原反应的装置，即把电能转化为化学能的装置叫电解池或电解槽。

阴极：

与电源负极相连的一极

阳极：

与电源正极相连的一极

装置：

电极反应式：

阳极：

2Cl--2e-=Cl2（氧化）

阴极：

Cu2++2e-=Cu（还原）

总电极方程式：

___________________

放电：

阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。

3、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）的过程叫电解。

所以电解质导电的实质便是——电解

电解CuCl2水溶液为何阳极是Cl-放电而不是OH-放电，阴极放电的是Cu2+而不是H+？

4．离子的放电顺序

阴极：

（阳离子在阴极上的放电顺序（得e-））

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

阳极

（1）是活性电极时：

电极本身溶解放电

（2）是惰性电极时：

阴离子在阳极上的放电顺序（失e-）

S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-（等含氧酸根离子）>F-

练习：

电解氯化铜、硫酸铜、盐酸、硫酸、氢氧化钠、氯化钠溶液的电极方程式。

5、电解质溶液的电解规律（惰性电极）

被电解的物质

电解质实例

阴　　极

阳　　极

总方程式

溶液的pH

备注

H2O

强碱的含氧酸盐Na2SO4

4H++4e—=2H2↑

4OH——4e—=O2↑+2H2O

2H2O

2H2↑＋O2↑

不　　变

电解质起导电作用，其量不变，水减少，电解质浓度增大

含氧酸H2SO4

降　　低

强碱KOH

升　　高

电解质自身

弱碱的非含氧酸盐（氟化物除外）CuCl2

Cu2++2e—=Cu↓

2Cl——2e—=Cl2↑

CuCl2

Cu+Cl2↑

具体看金属阳离子水解能力与生成的气体溶于水后的反应。

此处Cl2溶于水的酸性强于Cu2+水解的酸性，所以pH下降

相当于电解质分解，水不参加反应

非含氧酸（HF除外）HBr

2H++2e—=H2↑

2Br——2e—=Br2

2HBr

Br2+H2↑

升　　高

电解质自身和水

强碱的非含氧酸盐NaCl

2H++2e—=H2↑

2Cl——2e—=Cl2↑

2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑

升　　高

产生碱或酸

弱碱的含氧酸盐CuSO4

2Cu2++4e—=2Cu↓

4OH——4e—=O2↑+2H2O

2CuSO4+2H2O

2H2SO4+2Cu+O2↑

降　　低

6、电解原理的应用

⑴氯碱工业

如电解饱和食盐水可制得NaOH、Cl2、H2，而电解稀NaCl溶液可制备NaClO。

2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑

⑵电镀　

电镀时，一般都是用含镀层金属离子的电解质溶液为电镀液；把待镀金属制成品浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极，而用镀层金属为阳极，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，并在阴极上被还原成金属析出。

电镀铜规律可概括为“阳极溶解，阴极沉积，电解液不变”

镀　　件

电镀与一般的电解本质相同，但在电极材料、电极反应（是同种金属的得失电子，宏观上无新物质生成）、溶液浓度（电解过程浓度一般会发生变化，但电镀则不变）的变化等均有差别。

⑶铜的电解精炼

原理：

电解时，用粗铜板作阳极，与直流电源的正极相连；用纯铜板作阴极，与电源的负极相连，用CuSO4溶液（加入一定量的硫酸）作电解液。

CuSO4溶液中主要有Cu2+、SO

、H+、OH-，通电后H+和Cu2+移向阴极，并在阴极发生Cu2++2e-=Cu；OH-和SO

移向阳极，但阳极因为是活性电极故而阴离子并不放电，主要为阳极（活泼及较活泼金属）发生氧化反应而溶解，阳极反应：

Cu-2e-=Cu2+。

电解过程中，比铜活泼的Zn、Fe、Ni等金属杂质，在铜溶解的同时也会失电子形成金属阳离子而溶解，此时阴极仍发生Cu2++2e-=Cu，这会导致电解液中硫酸铜的浓度不发生变化；Ag、Au不如Cu易失电子，Cu溶解时它们以阳极泥形式沉积下来，可供提炼Au、Ag等贵金属。

结论：

该过程实现了提纯铜的目的。

⑷电解法冶炼金属

一些较活泼的金属常用电解的方法冶炼，如Na、Mg、Al等金属（这是因为这些金属的阳离子的氧化性很弱，难以找到经济实用的还原剂，从这个意义上看，电源的负极是最强的还原剂）。

例如：

用石墨作电极电解熔融的氧化铝

①原料　由铝土矿提纯得到纯Al2O3

②设备　

③原理　在熔化条件下　Al2O3=2Al3++3O2—

阴极　4Al3++12e—=4Al

阳极　6O2——12e—=3O2↑

总反应式

注意：

①冰晶石作熔剂，降低Al2O3的熔点；②电解过程中，定期补充阳极碳块；③由铝矾土制备纯Al2O3。

7、电解时电极反应式的书写

（1）看电极。

主要是看阳极是何类型的电极，若为活性电极，电极本身被氧化发生氧化反应。

阴极一般不参与电极反应。

（2）看离子。

搞清电解质溶液中存在哪些阴离子、阳离子，根据放电顺序书写电极反应式。

（3）水溶液中始终有H+和OH-，放电顺序中H+和OH-之后的离子一般不参与电极反应。

例如：

电解CuCl2溶液的电极反应分析：

如图所示：

①看电极。

石墨做电极，两极都不反应。

②看离子。

溶液中存在的离子为Cu2＋Cl－OH－H＋；

阳离子放电顺序Cu2＋＞H＋故Cu2＋＋2e－===Cu；

阴离子放电顺序Cl－＞OH－故2Cl－－2e－===Cl2↑

总方程式为：

CuCl2

Cu＋Cl2

典型例题

例1．用两支惰性电极插入500mL的AgNO3溶液中，通电电解。

当电解质溶液的pH由变为时（设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略），则电极上析出银的质量是（　）

A．27mg　　

B．54mg　　

C．108mg　　

D．216mg

[分析]根据离子放电顺序，先写出两极的电极反应式：

阳极：

4OH--4e-=O2↑+2H2O　①

阴极：

4Ag++4e-=4Ag　　　②

其中OH-来自水，所以总的电解反应式：

4Ag++2H2O

4Ag+O2↑+4H+

或4AgNO3+2H2O

4Ag+O2↑+4HNO3

因为有HNO3生成，所以pH要变小。

生成HNO3的物质的量为（10-3-10-6）×≈×10-3mol，所以析出银的质量为×10-3mol×108g/mol=54mg

答案：

B

例2．如图所示A为一张浸透淀粉碘化钾溶液并滴有酚酞试剂的滤纸，a、b为两张紧贴在滤纸上的铂片，并用导线和直流电源M、N两极相连接，通电后，在a周围观察到无色溶液变为蓝色。

（1）电源哪一个极是正极？

哪极是负极？

（2）b周围可观察到什么现象？

为什么？

[分析]本题装置实际上是电解KI溶液，由于a、b为铂电极是惰性电极，则在阳极上放电的应是I-，其电极反应为：

2I--2e-=I2；阴极是水电离出来的H+放电，其电极反应为：

2H++2e-=H2↑，由于H+在阴极上不断放电，破坏了水的电离平衡，使阴极附近OH-浓度增大。

从题给条件分析可知，a周围观察到蓝色，说明有I2生成，所以a为阳极、b为阴极，而与之相连的电源M极为正极，N极为负极，b周围酚酞试液变红色。

答案：

（1）M是电源的正极，N为负极，

（2）b极周围可看到溶液红色，因为b极为阴极，其电极反应为2H++2e-=H2↑，由于H+不断放电破坏了水的电离平衡，c（OH-）增大，使得b极附近碱性增大，酚酞变红。

例3．若在铁片上镀锌，以下叙述中错误的是（　）

A．可把铁片与电源的正极相连

B．电解质必须用含有锌离子的可溶性盐

C．锌极发生氧化反应

D．铁极的电极反应式为Zn2++2e-=Zn

[分析]电镀的实质就是以非惰性电极为阳极的一种特殊的电解。

电镀时一般以镀层金属为电解池的阳极，待镀件为阴极，含镀层金属离子的电解溶液为电镀液。

电镀过程中镀层金属发生氧化反应而成为离子溶入电解液，其离子则在待镀件上发生还原反应而析出，且电解质溶液浓度一般不变。

故而本题只有A项不正确。

答案：

A

例4．串联电路中的四个电解池分别装有·L-1的下列溶液，用铂电极电解，连接直流电源一段时间后，溶液的pH最小的是（　）

A．CuCl2　　

B．NaCl　　

C．AgNO3　

D．KNO3

[分析]本题主要考查电解原理、离子放电顺序及电解后溶液pH变化等问题。

理解电解原理并熟悉掌握阴、阳离子的放电顺序是解本题的关键，在电解时，如果H+或OH-在电极上放电往往会导致电极附近溶液H+或OH-浓度发生改变，从而引起电极附近pH变化。

对于电解CuCl2溶液，尽管H+或OH-都没有在阴极或阳极上放电，但由于CuCl2是强酸弱碱盐，水解后溶液呈酸性，因此若CuCl2完全电解后，如果不考虑Cl2溶于水生成HCl和HClO，溶液呈中性，pH增大（实际上由于生成HCl、HClO，溶液呈微酸性）。

电解NaCl溶液H+在阴极上放电，阴极附近OH-浓度增大；阳极上Cl-放电，阳极区域H+、OH-浓度基本不变，因而电解后整个溶液pH会变大，电解AgNO3溶液，阴极Ag+放电；阳极是OH-放电，阳极区域H+浓度变大，溶液pH会显着变小（相当于生成稀HNO3）。

电解KNO3实质是电解水，pH不变。

答案：

C

例5．将两个铂电极插入500mLCuSO4（aq）中进行电解，通电一段时间后，某一电极上增重（设电解时无H2放出，且不考虑水解和溶液体积的变化），此时溶液中氢离子的物质的量浓度约为（　）

A．1×10-3mol·L-1　　　

B．4×10-3mol·L-1

C．2×10-3mol·L-1　　　

D．1×10-7mol·L-1

[分析]由于最后溶液中的H+主要由电解CuSO4溶液产生，所以要计算c（H+），可依据电解的离子方程式2Cu2++2H2O

2Cu+O2↑+4H+进行解题。

题中电极增重必为阴极反应生成Cu所致，即n（Cu）=÷64g·mol-1=，然后依据离子方程式中各物质之间的化学计量数之比，求出生成的c（H+）。

2Cu2++2H2O

2Cu+O2↑+4H+

　　　　　　　　　　　2mol　4mol

　　　　　　　　　　c（H+）×

　　c（H+）=

=×10-3mol·L-1

答案：

B