1、 第三讲 电能转化为化学能电解 一、电解原理 1电解原理(1)电解：使通过电解质溶液(或熔融的电解质)，而在引起的过程。(2)电极名称与电极反应：与电源正极相连的为，发生反应；与电源负极相连的为，发生反应。阴、阳两极氧化还原反应阳极氧化阴极还原电流 2电解CuCl2溶液(1)阳极反应：；(2)阴极反应：；(3)总方程式：;2Cl2e=Cl2 Cu22e=Cu 3电解池的形成条件是：；。与直流电源相连的两个电极电解质溶液(或熔融的电解质)形成闭合回路直流电源 二、电解原理的应用 1电解饱和食盐水(1)电极反应：阳极：；阴极：。(2)总反应方程式：(3)应用：氯碱工业制、和。2Cl2e=Cl2 2
2、H2e=H2 烧碱氯气氢气 2电镀铜或电解精炼铜(1)两极材料：待镀金属或精铜作阴极，镀层金属或粗铜作阳极(2)电极反应：阳极：；阴极：。3电解冶炼Na(1)电极反应：阳极；阴极：。(2)总反应方程式：。(3)应用：冶炼等活泼金属。Cu2e=Cu2Cu22e=Cu2Cl2e=Cl22Na2e=2Na钠、钙、镁、铝 考点一 电解原理的考查 例1(2008全国)如下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附近分别滴加一滴石蕊溶液，下列实验现象中正确的是()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味气体 Ca电极附近呈红色，b电极附
3、近呈蓝色 Da电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色 解析a与电源负极相连，是阴极，发生还原反应，Na2SO4溶液中的H放电：4H4e=2H2，b为阳极，发生氧化反应：4OH4e=O22H2O，所以A、B不正确；a极周围由于H放电呈碱性，石蕊显蓝色，b极周围由于OH放电呈酸性，石蕊显红色。答案D 一、电解池的电极及电极产物的判断 1电解池电极的判断 2电解时电极产物的判断(1)阳极产物的判断 首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序表Ag以前)，则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子；如是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要看溶液中离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断，阴
4、离子放电顺序 S2IBrClOH含氧酸根F。(2)阴极产物的判断 直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序与金属活动性顺序相反，其中AgFe3Cu2HFe2Zn2Al3Mg2Na。(1)阳极放电顺序一定要先看电极。(2)阴极发生得电子的还原反应，与电极材料无关，是溶液中的阳离子得电子，其顺序基本上与金属活动性顺序一致，即越活泼的金属，其阳离子越不易得电子；若溶液中H浓度比较小时，则H放电顺序处于Zn2和Al3之间。二、用惰性电极电解电解质溶液的规律类型电极反应特点物质类型及实例电解的对象电解质浓度的变化溶液pH变化恢复原浓度的方法电解水型水电离出的H、OH放电强碱(NaOH)水增大升高加
5、水阴极：2H2e=H2含氧酸(H2SO4)降低阳极：4OH4e=2H2OO2活泼金属含氧酸盐(Na2SO4)不变类型电极反应特点物质类型及实例电解的对象电解质浓度的变化溶液pH变化恢复原浓度的方法电解电解质型电解质电离出的阴离子在阳极上失电子，阳离子在阴极上得电子无氧酸(HCl)电解质减小升高加电解质本身不活泼金属无氧酸盐(CuCl2)放H2生碱型阴极：水电离出的H放电2H2e=H2阳极：电解质电离出的阴离子在阳极上失电子活泼金属的无氧酸盐(NaCl、MgCl2)电解质和水生成新电解质，原电解质浓度减小升高加对应的无氧酸类型电极反应特点物质类型及实例电解的对象电解质浓度的变化溶液pH变化恢复原
6、浓度的方法放O2生酸型阴极：电解质电离出的阳离子在阴极上得电子阳极：水电离出的OH放电4OH4e=2H2OO2不活泼金属含氧酸盐(CuSO4、AgNO3)电解质和水生成新电解质，原电解质浓度减小降低加对应的氧化物 规律方法 若阴极为H放电，则阳极区c(OH)增大；若阳极为OH放电，则阴极区c(H)增大；若阴极、阳极同时有H、OH放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大。当电解过程中电解的是水和电解质时，电极反应式中出现的是H或OH放电，但在书写总反应式时要将反应物中的H或OH均换成水，在生成物中出现的是碱或酸，同时使阴极、阳极反应式得失电子数目相同，将两个电极反应式相加，即得到总反应的化学方程式
7、。用惰性电极电解时，若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则，一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。1如图所示，在一U形管中装入含有紫色石蕊的Na2SO4试液，通直流电，一段时间后U形管内会形成一个倒立的三色“彩虹”，从左到右颜色的次序是()A蓝、紫、红 B红、蓝、紫 C红、紫、蓝D紫、红、蓝 解析本题实质为用惰性电极电解硫酸钠溶液，电极反应式为：阳极：4OH4e=2H2OO2，阳极区溶液呈酸性，溶液呈红色，阴极：4H4e=2H2，阴极区溶液呈碱性，溶液呈蓝色，最下面仍为石蕊的颜色紫色。答案C 2用惰性电极电解CuSO4溶液，下列说法正确的是()A阳极发生的电极
8、反应为：Cu22e=Cu B阴极发生的电极反应为：4OH4e=2H2OO2 C若有6.4 g金属铜析出，则放出的氧气为0.05 mol D电解过程中，阳极附近溶液的pH增大 解析用惰性电极电解CuSO4溶液时，阳极发生的反应是4OH4e=2H2OO2，随着反应的进行，OH的浓度逐渐降低，所以阳极附近溶液的pH应该减小，故选项A、D错误；阴极反应为Cu22e=Cu，故选项B错误；1 mol 铜离子变成铜单质，需要得到2 mol电子，而反应生成1 mol氧气，则OH需要失去4 mol电子，故选项C正确。答案C 3下图是电解饱和NaCl溶液的实验装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关判断中正确的是(
9、)Aa为正极、b为负极 Bc为阴极、d为阳极 C电解过程中，d电极质量增加 D电解过程中，氯离子浓度不变 解析从电流方向可以判断电源中a为正极，b为负极；因此电解池中c为阳极，d为阴极。电解过程中，阴极上H放电，电极质量不变，阳极上Cl放电，氯离子浓度减小。答案A 考点二 电解原理的应用 例2(2009安徽，12)Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计制取Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应：。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0.1mol Cu2O生成。解析由总反应知Cu作电解池的阳极发生了氧化
10、反应，石墨作阴极，产生H2；铜作阳极应与电源正极相连，而阳极反应为：2Cu2OH2e=Cu2OH2O。当有0.1mol电子转移时有0.05mol Cu2O生成，所以A正确，B、C、D均错误。答案A 氯碱工业装置：离子交换膜电解槽 单元槽：由阳极(钛网)、阴极(碳钢网)、离子交换膜、电解槽框、导电铜棒等组成单元槽串联或并联组成电解槽。1某学生想制作一种家用环保消毒液发生器，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，设计了如右图所示的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是()Aa为正极，b为负极；NaClO和NaCl Ba为负极，b为正
11、极；NaClO和NaCl Ca为阳极，b为阴极；HClO和NaCl Da为阴极，b为阳极；HClO和NaCl 解析电解饱和氯化钠溶液的化学方程式：，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，与电源b极相连的电极应为阳极，产生Cl2与溶液充分反应，反应式为：Cl22NaOH=NaClNaClOH2O。答案B 2三氧化二镍(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，加入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可用铁作为阳极材料 B电解过程中阳极附近溶液的pH升高
12、C阳极反应方程式为：2Cl 2e=Cl2 D1 mol 二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过了1 mol电子 解析本题考查电解的知识。由题意知阳极：2Cl2e=Cl2，阴极：2H2e=H2，阴极溶液呈碱性，pH升高，故A、B错误；由Ni2Ni3，失去1 mol e故外电路中转移1 mol e，即Cl失去1 mol e，H得到1 mol e。答案CD 3(2008山东省实验中学)氯碱工业的基本原理就是电解饱和食盐水。下列关于实验室电解饱和食盐水的说法中正确的是()A可以选用石墨棒作为阴、阳极材料，但阳极材料也可以用铁棒 B用湿润的淀粉KI试纸靠近阴极区域，试纸变蓝 C电解过程中，在阳极区域溶液
13、中滴加品红，品红褪色 D实验结束后，将溶液搅拌，然后用pH试纸检验，溶液呈中性 解析电解时阳极不能选用活泼的金属材料，故A错；电解时阴极产物为还原产物，故B错；电解时阳极产物为氧化产物，电解饱和食盐水的阳极产物为氯气，故C正确；电解饱和食盐水除生有氢气和氯气外，在阴极还有NaOH产生，所以电解实验结束后，搅拌溶液，溶液中有NaOH，显碱性，故D错。答案C 据新华网报道，国外研究人员经试验表明，电解水能够破坏流行性感冒病毒。他们同时希望电解水也能够对H1N1病毒有同样的效果。电解水的方法是先将普通的自来水净化，然后通过直流电，在电场的作用下将水分子团打散、变小重新排列，最后通过膜分离的技术得到电
14、解水。阅读上述新闻信息，解答下列问题：(1)从上面新闻信息可知，在电场作用下，利用膜分离的技术得到“电解水”的过程主要是_。A电解 B电池 C氧化还原反应 D物理变化(2)自来水通过上述电解水设备后，从与电源正、负极相连的电极流出的水的成分不同。用pH试纸检验，使试纸变红的水是_(填电极)流出的水，这种使pH试纸变红的电解水具有氧化性，称为“电解氧化水”。电解氧化水在消毒、杀菌、保鲜等方面具有一定的功效，其原理可能是_(填下列选项代表的序号)。水中含有臭氧 水呈酸性 水中含有氯气 水中含有次氯酸 请你猜测这种电解氧化水用于消毒、杀菌的一个优点(与传统消毒剂相比)：_。(3)从与电源正极相连的电
15、极流出的水具有还原性，人们称之为“电解还原水”。这种电解还原水不能久置，在常温下与空气接触容易失效，但失效的主要原因不是发生氧化还原反应，请解释电解还原水在空气中久置失效的原因：_(写出离子反应式)。电解还原水有消除体内自由基的功效，其原理是_(填下列选项代表的序号。提示：自由基是缺电子基团)。氧化还原反应，自由基给出电子 氧化还原反应，自由基得到氢氧根离子的多余电子 非氧化还原反应，酸碱中和反应 解析(2)使pH试纸变红的水显酸性，即富含氢离子，而阳离子向负极移动；酸性溶液能够破坏细菌、病毒的结构，所以这种电解氧化水能够杀菌、消毒；电解氧化水作为消毒剂的有效成分是氢离子，所以消毒后不会产生二
16、次污染，这是最大的优点。(3)电解还原水富含氢氧根离子而显碱性，在空气中久置，吸收酸性气体而失效；自由基缺少电子，所以自由基很容易接纳电子，而氢氧根离子又有多余电子，所以氢氧根离子与自由基的反应存在电子的转移，属于氧化还原反应。答案(1)D (2)与电源负极相连的电极 不产生二次污染(或无不良残留物、使用方便等)1如下图所示，下列关于实验现象的描述正确的是()a电极b电极X溶液实 验 现 象A石墨石墨CuCl2a电极质量增加，b电极放出无色气体BFe石墨KNO3a电极质量增加，b电极放出无色气体CFeCuCuSO4a电极质量增加，b电极质量减少D石墨石墨HCla电极放出无色气体，b电极放出无色
17、气体 解析这是一个电解装置，其中A、D选项中是惰性电极，且电解液都含有氯离子，所以b电极应该放出淡黄绿色的气体(氯气)；B选项中的a电极质量不变；C选项中所组成的电解池相当于电镀池，其中b电极的铜溶解，质量减少，而a电极上析出铜，质量增加。答案C 2(2010淄博质检)将含有0.400 mol Cu(NO3)2和0.400 mol KCl的水溶液1 L，用惰性电极电解一段时间后，在一个电极上析出0.300 mol Cu，此时在另一电极上放出的气体在标准状况下的体积为()A3.36 L B6.72 L C小于5.60 L D大于5.60 L 解析根据电子守恒规律，当在阴极析出0.3 mol Cu
18、时，电子转移为0.6 mol。此时在阴极上0.4 mol Cl已全部反应，除生成 0.2 mol Cl2外，还有0.2 mol OH失电子生成O2：4OH4e=2H2OO2。0.2 mol OH失e生成0.05 mol O2，放出气体最多为：0.25 mol 22.4 L/mol5.6 L，考虑Cl2的溶解应小于5.60 L。答案C 3以惰性电极电解CuSO4溶液。若阳极上产生的气体的物质的量为0.0100 mol，则阴极上析出Cu的质量为()A0.64 g B1.28 g C2.56 g D5.12g解析用惰性电极电解 CuSO4溶液时，阳极上生成的气体是 O2，可根据两极电极产物间的量的关
19、系直接求算 2Cu O2 264 1 mol m 0.01 mol 解得 m264 g/mol0.01 mol1.28 g 答案B 4(2010江苏常州)用石墨作为电极电解下列溶液，电解完成之后，向剩余的溶液中加入适量蒸馏水，能使溶液和电解前相同的是()ANaCl BH2SO4 CHCl(盐酸)DAgNO3 解析电解硫酸溶液相当于电解水。答案B 5下列描述中，不符合生产实际的是()A电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作为阳极 B电解法精炼粗铜，用纯铜作为阴极 C电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作为阴极 D在镀件上电镀锌，用锌作为阳极 解析铁作为阳极会失电子，导致熔融的氧化铝中阳离子除铝离子外，
20、还多了亚铁离子，所以选项A不符合实际；电解精炼铜时，粗铜为阳极，铜失电子进入溶液，然后在阴极析出铜，故选项B正确；电解饱和食盐水的目的是制备氢气、氯气和氢氧化钠，所以不需要电极发生反应，故用涂镍碳钢网作为阴极；电镀锌是让溶液中的锌在镀件上析出，为了保证电镀液中锌离子的相对稳定，所以用锌作为阳极。答案A 6电解84.7 mL质量分数为16%的氢氧化钠溶液(密度为1.18 gcm3)，过一段时间后，电解所得溶液中溶质的质量分数为19.5%(用石墨为电极)，这是因为()A溶质增加了3.5 g B有1.5 mol水被电解 C在阳极生成2 g H2 D在阳极生成16 g O2 解析电解NaOH溶液实际上
21、是电解水，通过计算可知电解了1 mol 水，因而在阳极生成16 g氧气。答案D 7在50 mL、0.2 molL1 CuSO4溶液中插入两个电极，通电电解(不考虑水分蒸发)则：(1)若两极均为铜片，电解过程中CuSO4溶液的浓度_(填“增大”“减小”或“不变”)；(2)若阳极为纯锌，阴极为铜片，阳极反应式是；(3)若阳极为纯锌，阴极为铜片，如不考虑H在阴极上放电，当电路中有0.04 mol 电子通过时，阴极增重_g，阴极上的电极反应式是_。解析(1)两极均为铜片，电解液为CuSO4溶液，这是一个电镀装置，电解过程中电解质溶液的浓度不变。(2)阳极为纯锌，为活泼金属，通电电解时，锌发生氧化反应：
22、ZnZn22e。(3)若阳极为纯锌，阴极为铜片，不考虑H在阴极上放电，则阴极反应为Cu2得电子的还原反应：Cu22eCu。当电路中有0.04 mol电子通过时，有0.04 mol/264 gmol11.28 g铜析出。答案(1)不变(2)ZnZn22e(3)1.28 Cu22eCu 8为了从含有FeCl3、FeCl2、CuCl2的废液中回收Cu，某研究性学习小组的同学们设计了两种方案：方案1：向废液中加入过量的铁粉，充分反应后，过滤。在所得滤渣中加入足量的盐酸，充分反应后，再过滤即得到铜。方案1中涉及的四种阳离子的氧化性由强到弱的顺序为_；过滤操作时，需要用到的玻璃仪器是_。方案2：在废液中加入适量盐酸调节溶液的pH1，用铜和石墨作电极进行电解。当观察到阴极上有少量气泡产生时即停止电解，这时要回收的Cu已全部析出。方案2中铜作_极，所发生的电极反应为(若有多个电极反应，请按照反应发生的先后顺序全部写出)；另一电极所发生的电极反应为_。方案2在电极上直接回收到铜，操作上比方案1简便，但方案2也有不足之处，主要表现为。答案方案1：Fe3Cu2HFe2 漏斗、烧杯、玻璃棒 方案2：阴 2Fe32e=2Fe2 Cu22e=Cu 2H2e=H2 2Cl2e=Cl2 有污染性气体Cl2产生 使用了电解装置，成本较高