届一轮复习鲁科版 电能转化为化学能电解 学案.docx
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届一轮复习鲁科版电能转化为化学能电解学案
第2节电能转化为化学能——电解
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 电解原理及规律
[思维流程]
电解原理
1.电解池
（1）电解池：
把电能转化为化学能的装置。
（2）构成条件
①有与直流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。
（3）工作原理（以惰性电极电解CuCl2溶液为例）
总反应离子方程式：
Cu2＋＋2Cl－
Cu＋Cl2↑
①电极
阴极：
与电源负极相连，得到电子，发生还原反应。
阳极：
与电源正极相连，失去电子，发生氧化反应。
[注意] 电极类型：
金属活动性顺序中银以前的金属（含银）作电极时，由于金属本身可以参与阳极反应，称为金属电极或活性电极（如Zn、Fe、Cu、Ag等）；金属活动性顺序中银以后的金属或非金属作电极时，称为惰性电极，主要有铂（Pt）、石墨等。
②电子和离子的移动方向
电子：
从电源负极流出后，流向电解池的阴极；从电解池的阳极流出，流向电源的正极。
离子：
阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。
[注意] 电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子不通过电解质溶液。
2．电极反应式的书写步骤
[注意]
（1）书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池的总反应时，弱电解质要写成分子式。
如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑（或2H2O－2e－===H2↑＋2OH－）
总反应式为2Cl－＋2H2O
2OH－＋H2↑＋Cl2↑
（2）电解水溶液时，应注意放电顺序，位于H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。
（3）Fe3＋在阴极上放电时生成Fe2＋而不是得到单质Fe。
[对点训练]
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（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CuCl2溶液，阴极逸出的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝（×）
（4）用惰性电极电解饱和食盐水，溶液的pH不变（×）
（5）用铜作电极电解CuSO4溶液的方程式为2Cu＋2H2O
2Cu＋O2↑＋4H＋（×）
（6）电解NaCl溶液得到22.4LH2（标准状况），理论上需要转移NA个电子（×）
2．某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中，下列有关分析完全正确的是（ ）
选项
A
B
C
D
a电极
阳极
阴极
阳极
阴极
d电极
正极
正极
负极
负极
Q离子
阳离子
阳离子
阴离子
阴离子
解析：
选B 电子从电源的负极流出，故a是阴极，d是正极，溶液中阳离子移向阴极。
3.
（2018·株洲二中月考）用如图所示装置除去含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．阳极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O
C．阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．除去CN－的反应：
2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O
解析：
选D 若铁作阳极，则铁失电子生成Fe2＋，则CN－无法除去，故铁只能作阴极，阳极需为惰性电极，可用石墨作阳极，A项正确；阳极Cl－失去电子生成ClO－，发生氧化反应，又已知溶液呈碱性，故B项正确；在碱性条件下，水电离出的氢离子在阴极得电子生成氢气，发生还原反应，故C项正确；溶液pH为9～10，呈碱性，反应物中不可能含有大量的H＋，故D项错误。
电解规律
以惰性电极电解电解质溶液的规律
类型
实例
电极反应特点
电解质溶液浓度
pH
电解质溶液复原
电解水型
NaOH
阴极：
4H＋＋4e－===2H2↑
阳极：
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
增大
增大
加水
H2SO4
增大
减小
加水
Na2SO4
增大
不变
加水
电解电解质型
HCl
电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电
减小
增大
通HCl
CuCl2
减小
加CuCl2
放H2生碱型
NaClKCl
阴极：
H2O放H2生碱
阳极：
电解质阴离子放电
生成新电解质
增大
通HCl
放O2生酸型
CuSO4
Cu（NO3）2
阴极：
电解质阳离子放电
阳极：
H2O放O2生酸
生成新电解质
减小
加CuO
[对点训练]
4．下列关于电解Na2SO4溶液的叙述正确的是（ ）
A．随着电解的进行，溶液的pH升高
B．OH－向阳极移动，阳极附近溶液呈碱性
C．SO
向阳极移动，Na＋向阴极移动，分别在对应的电极上析出
D．阴极上H＋得电子被还原成H2，使阴极附近的溶液呈碱性
解析：
选D 电解Na2SO4溶液，实质上发生的是2H2O
2H2↑＋O2↑，电解的过程中溶液pH不变，A项错；阳极因4OH－－4e－===O2↑＋2H2O而破坏附近水的电离使c（H＋）>c（OH－），溶液呈酸性，B项错；在阴、阳极上分别是H＋、OH－放电，C项错。
5．（2018·桂林中学月考）下列各组中，每种电解质溶液用惰性电极电解时只生成氢气和氧气的一组是（ ）
A．HCl、CuCl2、Ba（OH）2 B．NaOH、CuSO4、H2SO4
C．NaOH、H2SO4、Ba（OH）2D．NaBr、H2SO4、Ba（OH）2
解析：
选C 用惰性电极电解时，常见离子的放电顺序：
阳离子的放电顺序为Ag＋>Cu2＋>H＋>Na＋>K＋，阴离子的放电顺序为I－>Br－>Cl－>OH－>常见含氧酸根离子。
电解HCl溶液生成H2和Cl2，电解CuCl2溶液生成Cu和Cl2，电解Ba（OH）2溶液生成H2和O2，A不符合；电解NaOH和H2SO4溶液均生成H2和O2，电解CuSO4溶液则生成Cu和O2，B不符合；电解NaOH、H2SO4、Ba（OH）2溶液均相当于电解水，均生成H2和O2，C符合；电解NaBr溶液则生成Br2和H2，D不符合。
[真题验收]
1．（2016·北京高考）用石墨电极完成下列电解实验。
实验一
实验二
装置
现象
a、d处试纸变蓝；b处变红，局部退色；c处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生……
下列对实验现象的解释或推测不合理的是（ ）
A．a、d处：
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．b处：
2Cl－－2e－===Cl2↑
C．c处发生了反应：
Fe－2e－===Fe2＋
D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜
解析：
选B 根据a、d处试纸变蓝，可判断a、d两点都为电解池的阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A选项正确；b处变红，局部退色，说明b为电解池的阳极，2Cl－－2e－===Cl2↑，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸：
Cl2＋H2OHCl＋HClO，HCl溶液显酸性，HClO具有漂白性，B选项不正确；c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C选项正确；实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也形成电解池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成铜离子，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来铜离子移到m处，m处铜离子得到电子生成单质铜，故D选项正确。
2．（2014·海南高考）以石墨为电极，电解KI溶液（其中含有少量酚酞和淀粉）。
下列说法错误的是（ ）
A．阴极附近溶液呈红色B．阴极逸出气体
C．阳极附近溶液呈蓝色D．溶液的pH变小
解析：
选D 以石墨为电极，电解KI溶液的方程式是2KI＋2H2O通电,I2＋H2↑＋2KOH。
由于其中含有少量酚酞和淀粉，所以在阳极附近碘单质遇淀粉，溶液变为蓝色；在阴极由于产生氢气，溶液显碱性，遇酚酞溶液变为红色。
因为产生了碱，溶液碱性增强，所以溶液的pH变大。
3．
（1）（2017·江苏高考）电解Na2CO3溶液的原理如下图所示。
阳极的电极反应式为______________________，阴极产生的物质A的化学式为________。
（2）
（2015·山东高考）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。
利用如图所示装置电解制备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”）。
（3）
（2014·江苏高考）将烧碱吸收H2S后的溶液加入到如图所示的电解池的阳极区进行电解。
电解过程中阳极区发生如下反应：
S2－－2e－===S
（n－1）S＋S2－===S
①写出电解时阴极的电极反应式：
_________________________________。
②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）阳极上OH－失去电子生成O2，由H2O电离出的H＋可以与CO
反应生成HCO
。
阴极上H2O放电生成H2。
（2）根据电解装置图，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，B极区产生H2，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，OH－与Li＋结合生成LiOH，所以B极区电解液应为LiOH溶液，B电极为阴极，则A电极应为阳极，阳极区电解液应为LiCl溶液，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。
电解过程中，阳离子向阴极迁移，则Li＋向B电极迁移。
（3）由题图知，阴极区的电解质溶液为NaOH溶液，且阴极生成H2，故阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
加入H2SO4后，S
在酸性条件下发生歧化反应，生成硫单质和硫化氢气体，离子方程式为S
＋2H＋===（n－1）S↓＋H2S↑。
答案：
（1）4CO
＋2H2O－4e－===4HCO
＋O2↑ H2
（2）LiOH 2Cl－－2e－===Cl2↑ B
（3）①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
②S
＋2H＋===（n－1）S↓＋H2S↑
考点二 电解原理的应用
[思维流程]
1．电解饱和食盐水
（1）电极反应
阳极：
2Cl－－2e－===Cl2↑（反应类型：
氧化反应），
阴极：
2H＋＋2e－===H2↑（反应类型：
还原反应）。
（2）总反应式
总反应方程式：
2NaCl＋2H2O
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
总反应离子方程式：
2Cl－＋2H2O
2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
（3）应用：
氯碱工业制烧碱、氢气和氯气
装置
离子交换膜电解槽
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．电镀铜
[注意] 一增（阴极），一减（阳极），一不变（电镀液的浓度），且阴极增加的质量与阳极减少的质量相等。
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）电极反应式
阳极：
Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；
阴极：
Cu2＋＋2e－===Cu。
（4）阳极泥的形成
在电解过程中，金属活动性顺序中位于铜之后的银、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，所以当阳极的铜及比铜活泼的金属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。
（5）电解精炼必备条件
①两极材料：
含杂质的金属作阳极，纯金属作阴极。
②电解质溶液的选取：
含有相应金属离子的盐溶液。
4．电冶金
利用电解熔融盐（或氧化物）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
[典例] （2017·全国卷Ⅱ）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。
下列叙述错误的是（ ）
A．待加工铝质工件为阳极
B．可选用不锈钢网作为阴极
C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
[学审题析题]
第一步：
审题干信息
①由题干中铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，可推
→
2O3，故铝发生失电子的氧化反应，Al作阳极。
则另一极为阴极，其电极材料只要是导电材料（如石墨、不锈钢网等）即可得出A、B两项均正确；
②由题干中电解质溶液为H2SO4 H2C2O4混合溶液可知溶液呈酸性。
第二步：
逐项分析定答案
由题干信息已推断出A、B两项正确；在酸性条件下，阴极中的H＋得到电子生成H2，故阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，C项错误，符合题意；在电解过程中电解质溶液中的阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，故D项正确。
[答案] C
[对点训练]
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
解析：
选D 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。
2．（2018·南昌一模）电化学在日常生活中用途广泛，图甲是镁－次氯酸钠燃料电池，电池总反应为Mg＋ClO－＋H2O===Cl－＋Mg（OH）2↓，图乙是含Cr2O
的工业废水的处理装置。
下列说法正确的是（ ）
A．图甲中发生的氧化反应是Mg2＋＋ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋Mg（OH）2↓
B．图乙中惰性电极上有O2放出
C．图乙中Cr2O
向惰性电极移动，与该极附近溶液中的OH－结合转化成Cr（OH）3除去
D．若图甲中3.6g镁产生的电量用于图乙中废水处理，理论上图乙中有8.4g阳极材料参与反应
解析：
选D 该原电池中，镁作负极，负极上镁失去电子发生氧化反应，负极反应为Mg－2e－===Mg2＋，电池总反应式为Mg＋ClO－＋H2O===Mg（OH）2↓＋Cl－，正极上ClO－得电子发生还原反应，则总反应减去负极反应可得正极反应（还原反应）为Mg2＋＋ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋Mg（OH）2↓，故A错误；图乙中惰性电极为阴极，Fe电极为阳极，惰性电极附近溶液中的H＋得电子发生还原反应生成H2，故B错误；图乙中惰性电极为阴极，Fe电极为阳极，则Cr2O
向金属铁电极移动，与Fe2＋发生氧化还原反应生成Cr3＋，Cr3＋与惰性电极附近的OH－结合生成Cr（OH）3除去，故C错误；由电子守恒可知Mg～2e－～Fe，n（Mg）＝
＝0.15mol，则阳极氧化Fe的质量为0.15mol×56g·mol－1＝8.4g，故D正确。
3．氢氧化锂是制取锂和锂的化合物的原料，用电解法制备氢氧化锂的工作原理如图所示。
下列叙述不正确的是（ ）
A．b极附近溶液的pH增大
B．a极发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
C．该法制备LiOH还可得到硫酸和氢气等产品
D．当电路中通过1mol电子时，可得到2molLiOH
解析：
选D 由图可知，Li＋向b极移动，则b极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，由于b极生成OH－，故b极附近溶液的pH增大，A正确；a极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，B正确；SO
向a极移动，与a极产生的H＋形成H2SO4，在b极上产生H2和LiOH，C正确；根据阴极反应式可知，电路中通过1mol电子时，生成1molOH－，可得到1molLiOH，D错误。
[真题验收]
1．（2016·天津高考节选）化工生产的副产氢也是氢气的来源。
电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：
Fe＋2H2O＋2OH－
FeO
＋3H2↑，工作原理如图1所示。
装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO
，镍电极有气泡产生。
若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。
已知：
Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。
（1）电解一段时间后，c（OH－）降低的区域在________（填“阴极室”或“阳极室”）。
（2）电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是__________________________。
（3）c（Na2FeO4）随初始c（NaOH）的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c（Na2FeO4）低于最高值的原因：
__________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（1）根据电解总反应：
Fe＋2H2O＋2OH－
FeO
＋3H2↑，结合阳极发生氧化反应知，阳极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO
＋4H2O，结合阴极发生还原反应知，阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，则阳极室消耗OH－且无补充，故c（OH－）降低。
（2）结合题给信息“Na2FeO4易被氢气还原”知，阴极产生的氢气不能接触到Na2FeO4，故需及时排出。
（3）图示中随着c（NaOH）增大，c（Na2FeO4）先增大后减小，结合已知信息“Na2FeO4只在强碱性条件下稳定”知，M点c（Na2FeO4）低的原因是c（OH－）低，反应速率小且Na2FeO4稳定性差。
结合已知信息“若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质”知，N点c（Na2FeO4）低的原因是c（OH－）过高，铁电极上产生Fe（OH）3或Fe2O3，使Na2FeO4产率降低。
答案：
（1）阳极室
（2）防止Na2FeO4与H2反应使产率降低 （3）M点：
c（OH－）低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢；
N点：
c（OH－）过高，铁电极上有Fe（OH）3（或Fe2O3）生成，使Na2FeO4产率降低
2.
（2015·上海高考节选）氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。
如图所示是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。
完成下列填空：
（1）写出电解饱和食盐水的离子方程式：
________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）离子交换膜的作用为______________________________________________、
________________________________________________________________________。
（3）精制饱和食盐水从图中________位置补充，NaOH溶液从图中________位置流出。
（填“a”、“b”、“c”或“d”）
解析：
（1）电解饱和食盐水时，溶液中的H＋在阴极得到电子变为H2逸出，使附近的水溶液显碱性，溶液中的Cl－在阳极失去电子，发生氧化反应产生Cl2，电解反应的离子方程式是2Cl－＋2H2O
Cl2↑＋H2↑＋2OH－。
（2）图中的离子交换膜，只允许阳离子通过，不能使阴离子和气体通过，这样就可以阻止阴极溶液中的OH－进入阳极室，与Cl2发生反应，阻止Cl－进入阴极室，使在阴极区产生的NaOH纯度更高。
同时可以阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
（3）随着电解的进行，溶质NaCl不断消耗，所以应该及时补充，精制饱和食盐水从与阳极连接的图中a位置补充，由于阴极H＋不断放电，附近的溶液显碱性，NaOH溶液从图中d位置流出；水不断消耗，所以从b口不断加入蒸馏水，从c位置流出的是稀的NaCl溶液。
答案：
（1）2Cl－＋2H2O
Cl2↑＋H2↑＋2OH－
（2）阻止OH－进入阳极室，与Cl2发生副反应：
2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O 阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸 （3）a d
3．（2014·全国卷Ⅰ节选）次磷酸（H3PO2）是一种精细磷化工产品，具有较强还原性，回答下列问题：
H3PO2也可用电渗析法制备。
“四室电渗析法”工作原理如下图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：
（1）写出阳极的电极反应式：
_________________________________________________。
（2）分析产品室可得到H3PO2的原因：
__________________________________
________________________________________________________________________。
（3）早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：
将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。
并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。
其缺点是产品中混有__________杂质。
该杂质产生的原因是
________________________________________________________________________。
解析：
（1）阳极为水电离出的OH－放电，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
（2）阳极室中的H＋穿过阳膜进入产品室，原料室中的H2PO
穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2。
（3）在阳极区H2PO
或H3PO2可能失电子发生氧化反应，即生成物中会混有PO
。
答案：
（1）2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
（2）阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO
穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2
（3）PO
H2PO
或H3PO2被氧化
考点三 电化学定量计算
电化学的反应是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，无论是单一电池还是串联电解池，均可抓住电子守恒计算。
1．解题关键
（1）电极名称要区分清楚；
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