高三化学电解原理及应用苏教版知识精讲

1、高三化学电解原理及应用苏教版【本讲教育信息】一.教学内容：电解原理及应用二.教学目标理解电解原理，掌握电极反应式的书写及电解原理的应用三.教学重点、难点电解原理教学过程一、电解原理：电解是电流通过电解质溶液而在阴、阳两极发生氧化还原反应的过程；电解池是将电能转化为化学能的装置；构成条件为：必须连接有直流电源，要有电极（阴、阳极），以及电解质溶液或熔融电解质。在电解过程中与电源正极相连的极称为阳极， 在阳极上发生氧化反应； 与电源负极相连 的极称为阴极，在阴极上发生还原反应； 电解质溶液中的阴离子移向阳极， 阳离子移向阴极。 说明：1、电解质溶液的导电过程实质上就是其电解过程。在电解池中电子流向

2、：电子由电源的 负极一电解池的阴极，再由电解质溶液一电解池的阳极一电源正极。溶液中离子的移动方向：溶液中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。2、电解与电离的比较:电离电解条件电解质溶于水或熔化状态卜电解质电置后，再通直流电过程电解质离解成为自由移动的离子,如_ _ 2+ CuCl2=Cu +2C1阴、阳离子定向移动，在两极上失、得 电子成为原子或分子，如CuC12=Cu （阴极）+ C12 （阳极）特点只产生自由移动的离子发生氧化还原反应，生成新物质联系电解必须建立仕电窗的基础上3、电解池与原电池的判断:有外加电源的装置一定是电解池，无外加电源的装置一定是原电池 ，多池组合时，一般是含有活泼金

3、属的池为原电池，其余都是在原电池带动下工作的电解池；若最活泼的电极相同时，则两极间活泼性差别较大的是原电池，其余为电解池。4、电解池的反应原理：放电：阳离子得到电子或阴离子失去电子。离子放电的顺序取决于离子的本性，也与离子浓度和电极材料有关。（1）阳极产物的判断先看电极，若是活泼电极（金属活动顺序表Ag以前，包含 Ag）,电极放电，溶液中的阴离子不放电；若是惰性电极（如钳、石墨等） ，则看溶液中阴离子的失电子能力。在惰性电极上，阴离子放电顺序为：F，5。4厂和 NO/、OH，1，Br公、宁- 放电I帧序由难到易（2）阴极产物的判断：直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序为：K+ CM

4、M” AFt 次产、FW七Cu/ Hg2+电，序由难到一k注意：高价含氧酸根离子一般不放电5、分析电解问题的基本思路：通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子（包括水电离出的hT和OHT）。通电时：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁优先放电。写电极反应式，并结合题目要求分析电解结果，如两极现象、水的电离平衡移动、离子 浓度的变化、pH变化等。分析讨论按要求填写下表（用惰性电极电解下列物质的溶液）电解质 （溶液）阳极反应阴极反应总反应方程式溶液pH变化CuCl22cI 2e = Cl2TCu2+ 2e =CuCuCl2= Cu+ Cl 2 T稍变大HCl2cI 2e = Cl2T2

5、H +2e =Hd2HCl = H4 + Cl2T变大Na2SO4OH 4e =2HzO+ QT2H+ + 2e =H42H2。= 2H4 + QT/、变H2SO4OH 4e =2H2O + QT2H+ + 2e =H42H2。= 2H4 + QT减小NaOH4OH 4e =2HzO+ QT2H+ + 2e =H42HzO= 2H4 + QT增大NaCI2cl 2e = Cl2T2H+ + 2e =H42NaCl +2H2O=2NaOH + H4 + Cl 2 T增大CuSO4OH 4e =2HzO + QTCu2+ 2e =Cu2 CuSO4+ 2Ho= 2 Cu + 2H2SO+ QT减小

6、规律总结：用惰性电极电解不同的电解质溶液时:电解质 的组成无氧酸（除HF）、不活泼金 属的无氧酸盐（L除外）不活泼金属的含氧酸盐、 活泼金属的无氧酸盐含氧酸、可溶性碱、活 泼金属的含氧酸盐被电解 的物质电解质本身电解质和水都发生变化电解水实例CuCl2、HBr、HClNaCl、CuSO、AgNOH2SO、NaOH KNO、电解原理的应用：1、电解精炼铜原理：粗铜的溶解与纯铜的生成：阳极（粗铜）：Cu- 2e = Cu2+阴极（纯铜）：Cu2+ 2e =Cu比铜活泼的金属：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；比铜不活泼的金属： Au Pt不溶解，而以单质沉积形成阳极泥;电解质溶液中CuSO的浓度基本

7、不变；2、电镀：镀件作阴极，镀层金属作阳极，含镀层金属离子的电解质配成电镀液；电镀铜的原理：阳极（镀层金属）：Cu-2e = Cu2+阴极（镀件）：Cu2+ + 2e =Cu电镀液浓度不变；3、氯碱工业：电解饱和食盐水制氢氧化钠和氯气：电极反应及总反应：阳极反应：2C12e = Cl 2T （氧化反应）阴极反应：2H+2e=HJ （还原反应）总反应离子方程式：2Cl + 2H2。= 2O口+ H2T + C12T总反应：2NaCl+2H1O=2NaOH+H11 +CI2 tV阴极区 阳极区4、电冶金：通过电解熔融的氯化钠制取金属钠，电解熔融的氧化铝冰晶石的混合物制取金属铝:制取金属钠：阳极反应

8、：2C 2e-=C12T阴极反应：2Na+ + 2e-=2Na制取金属铝：阳极反应：6 O2 12e =3QT阴极反应：4A13+12e = 4A1说明：1、原电池、电解池和电镀池的比较:原电池电解池电镀池定义（装置 特点）将化学能转变成电能的装置将电能转变成化学能的 装置应用电解原理在 某些金属表面镀 上一层其他金属的装 置反应特征自发反应非自发反应非自发反应装置特征无电源，两极/、同后电源，两极叫句可不 同后电源形成条件.活泼性/、同的两极（连接）.电解质溶液（电极插入其中并与电极自发反应）.形成闭合回路.两电极连接直流电源.两电极插入电解质溶 液.形成闭合回路.镀层金属接电 源正极，待镀

9、金 属接电源负极.电镀液必须含 有镀层金属的离子电极名称 （电极构 成）负极：较活泼金属（电子流出的极）正极：较小活泼的金属（或 能导电的非金属）（电子流入的极）阳极：与电源正极相连的极阴极：与电源负极相连的 极名称同电解，但有 限制条件阳极：必须是镀层 金属；阴极：镀件电极反应负极：氧化反应，一般是金 属失电子正极：还原反应，溶液中的阳 离子得电子或者氧气得电子 （吸氧腐蚀）阳极：氧化反应，溶液中 的阴离子失电子，或电极 金属关电子阴极：还原反应，溶液中 的阳离了得电子阳极：金属电极 失电子 阴极：电镀液中 阳离了得电子电子流向正极阴极同电解池溶液中带 电粒子移 动阳离子向正极移动 阴离子向

10、负极移动阳离子向阴极移动 阴离子向阳极移动同电解池联系在两极上都发生氧化和还原反应2、氯碱工业：离子交换膜法制烧碱（1）:阳离子交换膜的作用：将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子（ Na ） 通过，而阻止阴离子（Cl，OHI）和气体通过。可防止 H、Cl 2混合爆炸，也可防止 C12与 NaO欣应。（2）:食盐的精制：粗盐的成份：泥沙、Ca2+、Mc2+ Fe3+、SO*杂质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜；杂质的除去过程：过 量 坳Of I 过过量防一过滤 _ 非粗水屋除（除徐汇（除c产,节（除泥沙及沉淀;适量就酸. （除 8士 r阳离子交换塔r-（除匚工建埼醐盐水（3）、在

11、精制食盐时，所加除杂试剂均为过量，因此，所加试剂的顺序必须是碳酸钠在氯化钢后面加入，以除去过量的Ba2+O3、电冶金主要用于冶炼活泼性很强的金属。在电解熔融的氧化铝时，加入冰晶石的目的 是为了降低氧化铝的熔点， 使氧化铝能够在较低的温度下熔化，而不能用电解无水氯化铝的方法冶炼金属铝。因为氯化铝为共价化合物，熔融状态时不导电。【典型例题】例1. 1L0.1mo1/LAgNO3溶液在以Ag作阳极，Fe作阴极的电解槽中电解，当阴极增重2.16g 时。下列判断（设电解按理论进行，溶液不蒸发）正确的是：A.溶液的浓度变为 0.08mo1/LB.阳极上产生112mLO （标准状况）C.转移的电子数是1.2

12、04 X 1022个D.反应中有0.01mo1的Ag被氧化解析：本题所给的信息是：Ag作阳极，AgNO溶液作电解液符合电镀的条件，是一种电 镀装置。则电极反应式为：阳极：Ag-e =Ag+,阴极：Ag+ + e =Ag,阳极减少的银的质量等于阴极析出的银的质量，电解质溶液的浓度保持不变。由于在阴极析出2.16gAg即为0.02mo1 ,则阳极减少0.02mo1的Ag,转移的电子数为 0.02Na,即为1.204 X 1022个。综上所述，本题的答案为 C答案：C例2.在500gCuSO溶液中，一极为铁，一极为含杂质锌均匀的粗铜；通电一段时间后切断电源，取出电极，此时铁极析出7.04g铜，电解质

13、溶液增重 0.02g ,求粗铜中含锌的质量分数。解析：电解精炼时电极反应为：阳极(粗铜)：Cu 2e = Cu2+, Zn-2e = Zn 2+阴极(铁)：Cu2+ 2e =CuCif Zn2 m1mol 1mol 1g x x 0.02g 1 一0.02mol x 65g - mol = 1.3g，Zn溶解为溶液中 Cuf 析出 0.02mol x 64g - mol 1 = 1.28g锌的质量分数为:1.3g7 04g-l 28g + l 3gxl00% = 18.4%答案：粗铜中锌的质量分数为 18.4%例3. 500 mL KNO 3和Cu ( NO) 2的混合溶液中 c ( NOT)

14、 = 6mol - L 1,用石墨作电极电解 此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4 L气体(标准状况)，下列说法正确的是 (假 设电解前后溶液的体积不变)A.原混合溶液中 c ()为2 mol - L 1B.上述电解过程中共转移 4 mol电子C.电解得到的cu勺物质白量为0.5molD.电解后溶液中c (4)为2 mol - L 1解析：本题的信息是用惰性电极电解KNOm Cu (NO) 2混合溶液，电解后阴、阳两极分别产生22.4L气体，即1mol气体。溶液中的阳离子有：Cu=、4;阴离子有OH、NO,根据阴、阳离子的放电顺序可得：阳极：4OH-4e =2hbO+ QT ;阴极：

15、CU2 + 2e = Cu 2HI+ 2e = H2 T4mol 1mol 2mol 1mol 2mol 1mol则原溶液中含有 Cu2+mol,转移的电子数为 4mol,电解后溶液中增加的 hT的物质的量 为 2mol,即 c( h+)= 2mol/0.5L =4mol/L。再根据溶液中阳离子所带正电荷总数等于阴离子所带负电荷总数，可得K+的物质的量为1mol,其浓度为2mol/L。综上所述，本题的答案为 AB答案：AB例4.以铁为阳极、铜为阴极，对足量的NaOH液进行电解，一段时间后得到 2molFe (OH 3沉淀，此时消耗水的物质的量共为A. 2molB. 3molC. 4molD.

16、5mol解析：本题的信息为：铁为阳极、铜为阴极，电解NaOH液，得到2molFe (OH 3。则根据信息，写出电极反应：阳极：Fe-2e = Fe,阴极：2H+ + 2e=H4总的电极反应为：Fe+2HO= Fe (OH 2J + H4 ,而Fe (OH 2在空气中易被氧化，反 应方程式为：4 Fe (OH 2+ 2H2O-I- Q=4Fe (OH 3,则根据相互之间量的关系可得，每生成 2molFe (OH 3沉淀，所消耗水的物质的量为5mol。答案：D例5.某硝酸盐晶体的化学式是 M (NG) x-nHO,相对分子质量为 242,将1.21g该晶体 溶于水配制成100mL溶液，用惰性电极进

17、行电解， 当有0.01mol电子转移时，溶液中金属离 子全部析出，此时阴极增重 0.32g。求：(1)金属M的相对原子质量及 x、n的值。(2)电解后溶液的pH (假设电解前后溶液的体积不变)。解析：本题的信息为：用惰性电极电解1.21gM (NO) x nHO的溶液，当有0.01mol电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重0.32g。则电极反应式为：阳极： 40H4e = 2H2O+ QT ;阴极：MX + xe = M4 4 x 10.01mol 0.01mol 0.01mol 1.21/242= 0.32/M解得 x=2, M=64g/mol ,溶液中 c( h+)= 0.01

18、mol/0.1L = 0.1mol/L , pH= 1再根据相对分子质量之间的关系可得：n = 3答案：M的相对原子质量及 x、n的值分别为：64、2、3,电解后溶液的 PH为1例6.工业上用MnO为原料制取KMnQ主要生产过程分为两步进行：第一步将MnO和KOH 粉碎，混匀，在空气中加热至熔化，并连续搅拌，制取&MnO;第二步将&MnO的浓溶液用惰性电极进行电解，在阳极上得到KMnO在阴极上得到 KOH(1)制取 KMnO的反应方程式是 ,连续搅拌的目的是(2)电解K2MnO的浓溶液时，两极发生的电极反应式：阴极是 , 阳极是 ;电解的总反应方程式是 。解析：本题的信息为：工业上以MnO为原

19、料制取KMnOMnO和KOH碎，混匀，在空气中加热至熔化，制取&MnO,说明是与空气中的氧气发生氧化还原反应，其中 O原子得到电子，而 MnO转变为KMnO, 反应方程式为：2MnO+ 4KOHF Q= 2 K2MnO+ 2HA 而连续搅拌的目的则是为了让反应物充 分接触，使反应顺利进行。用惰性电极电解 &MnO的浓溶液，在阳极上得到KMnQ说明阳极是 MnOT放电发生氧化反应；阴极是 H+放电，产生 H,从而使溶液的pH升高，生成KOH具体的电极反应式为：阴极：2H+2e-= H4；阳极：Mn(4 -e =Mn(4总反应式：2K2MnO+ 2H2。= 2KMn& 2KO* H2 T答案：(1

20、) 2MnO+ 4KOHF O=2 KzMnO+ 2H2Q让反应物充分接触，使反应顺利进行(2)阴极：2H+ + 2e-=Hd ;阳极：Mn(4 - e = Mn(4T总反应式：2K2MnO+ 2HzO= 2KMn& 2KO* H2 T【模拟试题】.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. CuCl 2B. AgNO3C. BaCl 2D. H 2SO. 1LNa2SO和CuSO的混合?中，c (SO2-) =2mol - L-1,用石墨做电极电解此溶液，当通 电一段时间后，两极均收集到22.4L (标准状况)气体，则原溶液中c (Na+)为A. 0.5m

21、ol - L-1 B. 1 mol - L-1C. 1.5 mol - L-1D. 2 mol L-1.用惰性电极电解 M (NO) x的水溶液，当阴极上增重 ag时，在阳极上同时产生 bL氧气 (标况)，从而可知M的相对原子质量为A 22.4axb 11.2axc 5.6ax口 2.5axbbbb.下图中能验证氯化钠溶液（含酚血0电解产物的装置是泡和食技水赤汁列ILt-r-1.:;.,L5.用惰电极电解AgNQ溶?衩500mL当电解液的pH值从6.0变为3.0 （设电解时无氢气逸出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略），电极上析出银的质量为A. 27mgB. 54mgC. 108mgD. 2

22、16mg.根据下列事实：（1） X+ Y2+ = X2+Y; （2） Z+2H2Q= Z （QH 2+H4 （3） Z2+氧化性 比1+弱；（4）由Y、W电极组成的原电池，电极反应为： 收+2-=W Y- 2e = Y2+,可知 X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是A. X ZY WB. Z WXYC. Z XYWD. Z YXW.将500mLpH=5的CuSQ溶液用惰性电极电解一段时间，溶液的 pH变为2,若使溶液的 浓度、pH与电解前相同，可采取的方法是A.向溶液中加入 0.245g Cu （QH 2B.向溶液中加入 0.31g CUCQ3C.向溶液中加入 0.0025mol H 2SQ

23、D.向溶液中加入 0.2g CuQ.用Pt作电极，电解串联电路中分装在甲、乙两个烧杯中的200mL0.3mol L-的NaCl溶液和300mL 0.2mol L7的AgNQ溶液，当产生 0.56L （标况）Cl2时，停止电解，取出电 极，将两杯溶液混合，混合液的pH为（混合后溶液体积为 500mL）。A. 1.4B. 5.6C. 7D. 12.6.通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为-1 ）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n （硝酸银）:n （硝酸亚汞）=2:1 ,则下列表述正确的是A.在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n （银）:n （汞）=2:

24、1B.在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等C.硝酸亚汞的分子式为 HgNQD.硝酸亚汞的分子式为 Hg2 （ NQ） 2.甲、乙两个电解池均以Pt为电极且互相串联。甲池盛有AgNQ溶液，乙池盛有一定量的某盐溶液，通电一段时间后，测得甲池阴极质量增加 2.16g ,乙池电极析出0.64g金属, 则乙池中溶质可能是（相对原子质量：Cu-64 Mg -24 Al -27 Na 23）A. CuSQ4B. MgSC4C. Al （ NQ） 3D. Na 2SQ.在水中加入等物质的量的Ag+、Na+、Pb2+、NQ-、Cl SQ2 ,该溶液用惰性电极电解片刻，氧化产物与还原产物的质量比为A. 8 ：

25、1B. 2 ： 27C. 35.5 ： 108D.108 : 35.5.在常温下，用惰性电极电解饱和NaCQ溶液，下列说法中不正确的是A.溶液的pH不变B.溶液中N*CQ的物质的量不变C. NazCQ溶液的浓度不变D. Na 2CQ的水解程度不变.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比， 该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：菠电3Zn + 瑞F0 + 8Ha0 = 3法。取 + 2Fe(OH)3 + 4K0H光电下列叙述不正确的是A.放电时负极反应为：Zn 2e + 2OH = Zn (OH 2、 上一，一一， _ _ 2_B.充电时阳极反应为：Fe (OH 3 3e + 5OH = FeO 4 + 4H 2OC.放电时每转移 3moL电子，正极有1 mol K 2FeQ被氧化D.放电时正极附近溶液的碱性增强.按图示装置进行实验：A极是铜锌合金，B极为纯铜，电解质中含有足量的铜离子。通电一段时间后，若 A极恰好全部溶解，此时B极质量增加7.68g ,溶液质量增加 0.03g,则A合金中Cuk Zn原子个数比为D.A. 4 ：