1、必修部分第三单元 电解池的工作原理及应用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知道电解原理在工业上的应用。1.电解、电解池电解原理2电解池的工作原理以电解 CuCl2溶液为例：电极名称阴极阳极电极材料电极反应反应类型电子流向电 子 从 电 源 _ 沿 导 线 流 入 电 解 池 的_极，经过阴、阳离子定向移动形成的内电路，再从电解池的_流出，并沿导线流回电源的_电解池的阳极材料不同，对电解产物有何影响？阳极材料分为惰性材料和金属材料两种。以惰性材料做阳极时是还原性强的阴离子在阳极上发生氧化反应；金属做阳极时，一定是阳极金属失电子，生成金属阳离子。1.氯碱工业工业上电解饱和食
2、盐水制烧碱时，以_作阳极，以_作阴极，电极反应为：阳极_，阴极_，总反应为_。工业电解食盐水是 在 _ 中 进 行 的，阳 离 子 交 换 膜 把 电 解 槽 分 为_室和_室，阳极室加入_，阴极室加入_。离子交换膜只允许_通过，不允许_通过。主要目的是为防止_而发生爆炸和_而影响产品质量。电解原理的应用2电镀电镀时，镀件接电源_极，镀层金属接电源_极。溶液中必须含有一定浓度的_，当通电时，阳极_。在阴极_。3电解精炼(以精炼铜为例)粗铜(含杂质的铜)接电源的_极，精铜接电源的_极。溶液中含有一定浓度的_。通电时，阳极上主要有 Cu 失 e生成 Cu2，其次还有比 Cu 活泼的杂质如 Zn 也
3、_，有关的电极反应为_。而 比 Cu 活 动 性 弱 的 金 属 杂 质 如 Ag 则 _ 以_(单质、化合物)的形式沉积在阳极底部。在阴极由于 Cu2与 Zn2相比，_更易得到 e而被还原，阴极的电极反应为_。精炼进行一定时间后，溶液中的 Cu2浓度_(有所改变 不变)。答案：知识点 1：1还原反应 氧化反应 电能 化学能2铜 石墨 Cu22e=Cu 2Cl2e=Cl2 还原反应 氧化反应 负极 阴 阳极 正极知识点 2：1金属钛网 碳钢网 2Cl2e=Cl2 2H2e=H2 2NaCl2H2O=通电 2NaOHH2Cl2 电解槽 阳极 阴极 精制饱和食盐水 纯水 阳离子 Cl、OH和气体
4、H2和 Cl2混合 Cl2和 NaOH 溶液作用生成 NaClO2负 正 镀层金属阳离子 镀层金属溶解 析出镀层金属3正 负 Cu2 失电子 Zn2e=Zn2，Cu2e=Cu2 难失电子 阳极泥 Cu2 Cu22e=Cu 1能用电解原理说明的问题是()电解是把电能转化成化学能 电解是化学能转化成电能 电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化 不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现 任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生A BCD解析从能量角度看，电解是把电能转化成化学能的过程，故对错。电解质溶液的导电过程，必然伴随着两个电极上氧化、还原反应的发生，同时生成新的物质，故、对
5、。某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理供给电能也可以实现，故对。所以 D 选项符合题意。答案D2右图是电解饱和 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()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得电子，放出 H2，电极质量不变，阳极上 Cl失电子，得到 Cl2，氯离子浓度减小。答案A3用石墨作电极电解 CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入
6、适量的()ACuSO4BH2OCCuO DCuSO45H2O解析：本题考查了电解规律以及电解质溶液的复原。用石墨做电极电解硫酸铜溶液，阳极反应式为：4OH4e=O22H2O，阴极反应式为：Cu22e=Cu，即阳极冒出氧气，阴极析出铜，通电一段时间后要想使电解液恢复原状，应加入氧化铜固体。答案C4用惰性电极电解 CuSO4 溶液，下列说法正确的是()A阳极发生的电极反应为：Cu22e=CuB阴极发生的电极反应为：4OH4e=2H2OO2C若有 6.4 g 金属铜析出，则放出的氧气为 0.05 molD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
7、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C5如图为以惰性电极进行电解：(1)写出 A、B、C、D 各电极上的电极反应式：A_，B_，C_，D_。(2)在 A、B、C、D 各电极上析出生成物的物质的量之比为_。解析该题在串联的条件下进行电解。A、B、C、D分 别 发 生 如 下 反 应：Cu2 2e=Cu；2Cl 2e=Cl2；
8、4Ag4e=4Ag；4OH4e=2H2OO2。由电子守恒可知在四个电极依次析出物质的物质的量之比为 n(Cu):n(Cl2):n(Ag):n(O2)2:2:4:1。答 案(1)Cu2 2e=Cu 2Cl 2e=Cl2 4Ag 4e=4Ag 4OH 4e=2H2O O2(2)2:2:4:16采用惰性电极从 NO3、SO24、Cl、Cu2、Ba2、Ag、H等离子中选出适当的离子组成电解质，并对其溶液进行电解。(1)若两极分别放出 H2 和 O2，电解质的化学式是_。(2)若阴极析出金属，阳极放出氧气，电解质化学式为_。(3)若两极分别放出气体，且体积比为 1:1，电解质的化学式为_。解析题中提供的
9、电解质离子有七种，其实还包括 OH，即八种，这些离子放电的顺序是：阳极：ClOH(NO3、SO24)，阴极：AgCu2HBa2。(1)两极分别放出 H2和 O2，即 H和 OH放电，实质是电解 H2O，溶质应是起导电作用，它可以是 HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2中的任意一种，但不是 BaSO4。(2)阴极析出金属，即 Ag或 Cu2放电；阳极放出 O2，即 OH放电，水中的溶质可以是 AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4中的任意一种。(3)两极都生成气体，且气体体积比为 1:1，则放电的离子应是 Cl和 H。水中的溶质可以是 HCl、BaCl2 中的任意一种。答案(1)HNO3、H
10、2SO4、Ba(NO3)2中的任意一种(2)AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4中的任意一种(3)HCl 或 BaCl21.电解时如何判断电极反应的产物？电解原理(阴离子放电顺序：S2IBrClOH含氧酸根离子)阴极溶液中的阳离子得电子，生成相应的单质或低价化合物。(阳离子放电顺序：AgFe3Cu2HFe2Zn2Al3Mg2NaCa2K)2.下面是两个串联装置图，认真比较两图的差异，说明如何判断哪个装置是原电池？哪个装置是电解池？图一中无外接电源，其中必有一个装置是原电池装置(相当于发电装置)，为电解池装置提供电能，其中两个电极活泼性差异大者为原电池装置，如图一中左边的装置为原电池装置，右
11、边的装置为电解池装置。图二中有外接电源，两烧杯均作电解池，且串联电解，通过的电流相等。3.用惰性电极电解时，如何使电解后的溶液恢复原状态？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。例如电解 CuSO4 溶液，发生反应 2CuSO42H2O=通电 2CuO22H2SO4，若使溶液恢复原状态，可向溶液中加入CuO，若加入 Cu(OH)2或 Cu2(OH)2CO3，可使溶液中水量增多，CuSO4溶液被稀释。(2010全国)下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；6.88.0，酸
12、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)；A 管溶液由红变黄；B 管溶液由红变黄；A 管溶液不变色；B 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_；(6)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是_。解析由装置图可知 A 为电解池的阴极，电极反应为：4H4e=2H2；B 为电解池的阳极，电极反应为：4OH4e=2H2OO2。根据放电情况可知 A 极由于H放电附近显碱性，指示剂应显黄色，同时还会
13、发生反应Mg22OH=Mg(OH)2；B 极由于 OH放电附近显酸性，指示剂仍显本身的颜色红色。在检验 H2时利用其可燃性，检验 O2时用能使带火星木条能否复燃性进行检验。由于该电解池实质是电解水，所以将电解液倒入烧杯后，整个溶液呈中性，故指示剂变红，Mg(OH)2沉淀会消失。答案(1)(2)2H2e=H2(写 2H2O2e=2OHH2同样给分)、Mg22OH=Mg(OH)2(3)4OH4e=2H2OO2(写 2H2O4e=4HO2同样给分)(4)用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰(5)用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃(6
14、)溶液呈红色，白色沉淀溶解(或大部分溶解)(2010重庆卷)钒(V)及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图所示。当左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝，其电极反应式为_。充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由_色变为_色。放电过程中氢离子的作用是_和_；充电时若转移的电子数为 3.011023个，左槽溶液中 n(H)的变化量为_。解析左槽溶液由黄色变为蓝色，说明 VO2 生成VO2，V 化合价由5 价降为4 价，被还原。充电过程中，右槽中发生还原反应，V3变为 V2，颜色由绿色变为紫色。放电时，氢离子参与正
15、极的还原反应，生成水；充电时，转移的电子为 0.5 mol 时，生成 H的物质的量为 1 mol，由于 H可以通过交换膜，其中 0.5 molH进入右槽，故左槽中 H的变化量为 0.5 mol。答案VO2 2He=VO2H2O 绿 紫 参与正极反应 通过交换膜定向移动构成回路 0.5 mol1.电解精炼铜时，阳极泥是怎样产生的？为什么溶液中 Cu2浓度会降低？电解原理的应用电解精炼铜，粗铜中含有的 Zn、Fe、Ni 等失去电子，变成金属阳离子进入溶液，Zn2e=Zn2、Fe2e=Fe2、Ni2e=Ni2；在此过程中阴极上仍发生反应：Cu22e=Cu，故溶液中 Cu2浓度会降低。不如 Cu 活泼
16、的 Ag、Au 等杂质沉积在电解槽底，形成阳极泥。2.用惰性电极电解电解质溶液时有什么规律？(2011重庆卷)臭氧是一种强氧化剂，常用于消毒、灭菌等。O3 可由臭氧发生器(原理如下图)电解稀硫酸制得。图中阴极为_(填“A”或“B”)，其电极反应式为_。若 C 处通入 O2，则 A 极的电极反应式为_。若 C 处不通入 O2，D、E 处分别收集到 xL 和 yL 气体(标准状况)，则 E 处收集的气体中 O3所占的体积分数为_。(忽略 O3的分解)。解析观察电化学装置图知，特殊惰性电极 B 上产生了氧气和臭氧，该极失去电子发生氧化反应作阳极，则特殊惰性电极 A 为阴极，得电子发生还原反应，电极反
17、应式为 2H2e=H2；若从 C 处通入氧气，氧气将参与反应，阴极生成的将是水，电极反应式为 O24H4e=2H2O；设 y L 混合气体中臭氧的体积分数为 a，由电子守恒有 2xya6y(1a)4，解得 a(x2y)/y。答案A 2H2e=H2 O24H4e=2H2O(x2y)/y电解原理在化学工业中有广泛的应用。如右图表示一个电解池，装有电解液 c；A、B分别是两块电极板，通过导线与直流电源相连。(1)若 A、B 都是惰性电极，电解质溶液 c 是饱和 NaCl溶液，实验开始时，同时在 U 型管两边各滴入几滴酚酞试液，试判断a 是_极(填“正”或“负”)，B 是_极(填“阴”或“阳”)；A
18、电极上的电极反应式为_，B 电极上的电极反应式为_；检验 A 电极产物的方法是_。(2)如用电解法精炼粗铜，电解液 c 选用 CuSO4溶液，则A 电极的材料是_，电极反应式为_；B 电极的材料是_，电极反应式为_。(3)用惰性电极电解 CuSO4溶液。若阴极上析出 Cu 的质量为 3.2 g，则阳极上产生的气体在标准状况下的体积为_；常温下，若将电解后的溶液稀释至 1 L，则溶液的 pH 约为_。解析(1)电流从正极流出，流入电解池的阳极，所以 a是正极，B 是阴极；A 电极的反应式为：2Cl2e=Cl2，B 电极反应为：2H2e=H2；检验 Cl2的方法一般用湿润的淀粉碘化钾试纸，Cl2能
19、使试纸变蓝。也可以用湿润的有色布条或纸条，Cl2能使布条或纸条褪色。(3)电解的总反应方程式为：2Cu22H2O=通电 2CuO24H。当阴极上析出 3.2 g Cu 时，产生的 O2在标况下的体积为 0.56 L，同时产生的 H为 0.1 mol，故 pH1。答案(1)正 阴 2Cl2e=Cl2 2H2e=H2把湿润的淀粉碘化钾试纸放在 A 电极附近，试纸变蓝(2)粗铜 Cu2e=Cu2 纯铜 Cu22e=Cu 0.56 L 11(2011泰安模拟)欲在金属表面镀银，应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中，选用的阳极金属和电镀液均正确的是()AAg 和 AgCl 溶液BAg 和 AgNO3溶液
20、CPt 和 AgNO3 溶液DCu 和 AgNO3溶液解析电镀时应用镀层金属做阳极，用含镀层金属离子的溶液做电镀液。答案B2 (2012 正 定 模 拟)某 学 生 欲 完 成2HCl 2Ag=2AgClH2反应，设计了下列四个实验，你认为可行的是()解析用 Ag作阳极，电解 HCl溶液时的电极反应式为：阳极：Age=Ag阴极：2H2e=H2总反应式：2Ag2HCl=电解 2AgClH2答案C3用铂作电极电解下列溶液时，在阳极上有气体析出，且溶液的 pH 下降的是()AKNO3BCuSO4CNaOH DHCl解析由阴阳离子的放电顺序可知电解 KNO3、NaOH溶液的实质都是电解水，电解质溶液的
21、浓度均增大，KNO3溶液 pH 不变，NaOH 溶液的 pH 增大；电解 HCl 溶液，阴 极 反 应 2H 2e=H2，阳 极 反 应 2Cl 2e=Cl2，电解的是 HCl，电解质溶液的浓度降低，pH 增大；电解 CuSO4溶液，阴极反应 2Cu24e=2Cu，阳极反应 4OH4e=O22H2O，电池反应是：2CuSO42H2O=电解 2Cu2H2SO4O2，pH 下降。答案B4金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性 Fe2Ni2Cu2)()A阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni22eNiB电解过程中，阳极质量的减少
22、与阴极质量的增加相等C电解后，溶液中存在的金属阳离子只有 Fe2和 Zn2D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有 Cu 和 Pt解析用电解法制备高纯度的镍时，用纯镍作阴极，粗镍作阳极，含 Ni2的溶液作电解质溶液。其中阳极反应式：ZnZn22e，FeFe22e，NiNi22e阴极反应：Ni22eNi因此电解过程中，阳极质量的减少和阴极质量的增加并不相等。电解质溶液中存在的阳离子有 Zn2、Fe2、Ni2。阳极泥中只有铜和铂。答案D5取一张湿润的淀粉KI 试纸，将铜圈置于其上，按下图所示接好电源，然后用铂笔缓慢作画，试纸将会呈现出美丽的图画来。下列有关说法中错误的是()A图画的颜色为蓝色B实验结束后
23、，铜圈的质量不变C铜圈附近溶液的 pH 变小D阳极反应式为 2I=I22e解析通电后，铜圈为阴极，铂笔为阳极，阴极发生反应：2H2O2e=H22OH；阳极发生反应：2I=I22e。碘遇淀粉变蓝，铜圈附近 OH增多，pH 变大，故C 项错误。答案C6下列四种装置中，盛 200 mL 0.005 mol/L 硫酸铜溶液 盛 200 mL 0.01 mol/L 硫酸 盛 200 mL 氯化锌溶液 盛 200 mL 氯化钾溶液(1)上述四种装置中，为电解池的是_(用编号回答)，装 置 中 两 电 极 的 电 极 反 应 式 分 别 是_(注明电极名称)；_。(2)用离子方程式回答：通电时装置中的总反应
24、是_，溶液中可能发生的副反应是_；(3)工作一段时间后，测得导线上均通过 0.002 mol 电子，则上述四种装置中溶液 pH 最小的是_(用编号回答，盐的水解和溶液体积变化忽略不计)；(4)若将装置中的外加电源拆去，用导线将两个电极连接，则 Fe 极上发生的反应是_，C 极上发生的反应是_。解析(1)电解池的标志是有外加电源，是电镀池，为特殊的电解池，是电解池。(2)装置中就是惰性电极电解氯化钾溶液，生成氢气、氯气、KOH，其中 Cl2与 KOH 会发生氧化还原反应。(3)工作一段时间后，溶液呈现酸性，中呈现碱性。通过 0.002 mol 电子时，中生成 H为 0.002 mol，H浓度为 0.01 mol/L；中消耗 H为 0.002 mol，剩余 H为 0.01 mol/L2200103L0.002 mol0.002 mol，同时溶液中的硫酸锌也会水解；中为氯化锌溶液，其酸性是由 Zn2水解所得，酸性较弱。所以中酸性最强，pH最小。(4)若将装置中的外加电源拆去，用导线将两个电极连接，因为氯化钾溶液是中性溶液，所以装置就成了电化学腐蚀中的吸氧腐蚀。答案(1)阴极 2Cu24e=2Cu、阳极 4OH4e=O22H2O(2)Cl2H2O=电解 H2Cl22OHCl22OH=ClClOH2O(3)(4)2Fe4e=2Fe2O22H2O4e=4OH