江苏高考化学一轮复习：电解池及其应用（导学案）教师版

第19讲电解池及其应用

备考导航

1.理解电解池工作原理，能写出常见的电解总反应式和电极反应式。

复习目标

2.了解电解池在工业上的几种常见应用，能利用电解池知识防止金属腐蚀。

L（氯碱工业］

装置特点）~

电镀

形成条件）—

熟记网络T工作原理1~~（电解池）-［应用（一T粗铜梢炼

电冶金

［电极反应）~

L［金属防腐

1.判断正误（正确的打7：错误的打“x”）。

(1)(20204匚苏卷）氧化铝熔点高，故可用作电解冶炼铝的原料（X）

(2)(20194匚苏卷）AI2O3具有两性，故可用于电解冶炼铝（X）

(3)电解精炼桐时，电解质溶液的浓度不变（x）

(4)电解精炼铜时，阳极泥中含有Zn、Fe、Ag、Au等金属（x）

(5)电镀时，应把待镀金属置于电解槽的阴极N）

(6)(2017-ii［苏卷）电解饱和食盐水获取烧碱和氯气：

课前自测理=%t+Cht+2OH-（A/）

2CF+2H2O

(7)(2022书斤江卷）工业上通过电解六水合氯化镁制取金属镁（x）

2.完成下列填空。

(8)(20244旨京外国语学校）电解含Na3sbs3、Na2S.NaOH的溶液制备Sb的过程中,

阳极上发生1的两个电极反应，分另IJ为40{—4片=02t十2H26S2--2e-=So

(9)(2022•七1：苏卷）某电解池的阳极区为酸性CuCR溶液，阴极区为盐酸，电解过程中

CuClE转化:为CuClFo电解时阳极发生的主要电极反应式为C3+2C1-e

CuCI5-0

券后研析

考点1电解池工作原理

知识梳理

知识II电解池的定义及工作原理

1.定义：将曳能转化为化学能的装置叫电解池。

r®_t仔

阴极町f阳ii极

生成1壬生成

CuC1,

2.工作原理(以用惰性电极电解CuCL溶液为例)

(1)电极反应式。

阴极：C/++2e=Cu

阳极：2Q-2e=CLt

(2)总反应：CuC，=^=Ckf+Cu.

(3)电子流向：阳极一正极，负极一阴极。

(4)离子迁移方向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。

知识旧阴、阳极的判断

I.阴、阳极的判断依据

(1)依据外接电源判断：与外接电源正极相连的一极是阳极，与外接电源负极相连的一极是阳极。

(2)依据电子流向判断：电子流出的一极是胆极，电子流入的一极是阴极。

(3)依据电极反应判断：得到电子发生还原反应的一极是阴极，失去电子发生氧化反应的一极是阳极。

(4)依据离子迁移方向判断：阴离子移向的一极是阳极，阳离子移向的一极是阴极。

(5)依据电极现象判断：一般质量减小或产生氧气、氯气的一极是阳极，质量增大或产生氢气或电极

附近溶液能使无色酚酿变红的一极是阴极。

2.阴、阳极放电分析

(1)阴极(发生还原反应)放目顺序：

①阴极材料不参与放电，一股是电解液(或熔融电解质)中的阳离子在阴极上得电子。

②常见阳离子得电子顺序：CU2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H2O。溶液中K、Ca2\Na\Mg2\Ap+等不

参与放电。

(2)阳极(发生氧化反应)放目顺序：

①若阳极为金属电极(除Pt、Au外的其他金属)，如Fe和Cu,则阳极材料直接失去电子(阳极材料被

消耗)。

②若阳极为情性电极(如C、Pt、Au),则阳极材料不参与放电，一般是电解液(或熔融电解质)中的阴离

子在阳极上失电子。常见阴离子失电子顺序：S2->F>Br>Cr>OHoNO］、S0「等不参与放电，由溶液

中的H?O去放电。

知识回用惰性电极电解水

电解后溶液

电解液电解对象总反应溶质特点及作用电极反应式

pH变化

阳极：40H一一4片

NaOH=2比0+。2f

蛆

溶液

阴极：2H2O+2e-

=H「t+20H

阳极：2H2。-4-

2H20M不改变总反应，作

=4H++O2t

稀硫酸H1Q2H2t+用是增强溶液的减小

阴极：2H++2°一

0t导电性

2—H2t

阳极：2H2。-4小

Na2SO4=4H++O2t

不变

溶液

阴极：2H2O+2e-

=H2t+2OH

常考归纳,

223+

①溶液中活泼金属的阳离子不参与放电(如K：Ca\Na\Mg\Al)0

②溶液中复杂的阴离子不参与放电(如SOr、NO7)o

知识匕］用情性电极电解有关盐(如CuSO4.NaCl)溶液

电解后溶液pH变

盐溶液电极反应式及总反应

化

阳极：2C「-2e=Cbt

NaCl溶液阴极：2H2O+2e==H21+20FT蛆

总反应：2NaCI+2H2O^^=Ck）十H?t+2NaOH

阳极：2H2。一4底=02t+4H'

CuS04溶液阴极：CU2++2C=CU减小

总反应：2CuSCh+2H2O=^=2Cu+O2t+2H2s04

解疑释惑26

利用电解原理实现“碳中和”

1.电解法转化CO?可实现CO?资源化利用。电解COz制HCOOH的原理如图所示。其中阴极CO?还

原为HCOO,

CO：进入,可知Sn片为

阴极.COz得到电子生

成HC(X).电极反应

式为CO,+HCO；+2e-

=HCOO+CO?

2.利用电解的方法来制备物质或处理废水（一般考查电极反应式的书写——利用溶液中的电解质.主要

离子要参与配平，如HCOJ等）。

例I（2024.姜堰中学）电催化CO?和含氮物质可合成尿素，同时可解决含氮废水污染问题。常温常压

下，向一定浓度的KNOa溶液通入CO?至饱和，经电解获得尿素，其原理如图1所示。电解过程中生成尿

素的电极反应式为2NOf+16e—+CO?+18H+=CO（NH2）2+7H2O。

【解析】由图可知，装置为电解池，尿素在左侧电极生成，NO；转化为尿素，N元素从+5价降低为

一3价，得电子，左侧为阴极，结合装置中的质子交换膜，电极反应式为2NOj+16e-4-CO2+18H"

=CO（NH2）2+7H2OO

例2（2024•苏州期末）用加Ni3（BCh）2晶体作催化剂，以82、用为原料，电解KHCCh溶液可获得尿

素，生成尿成的电极反应式为N2+6e+6HCO丁+CO2=CO（NH2）2+6COj-+H2O,

例3（2024•南京盐城一模）催化电解吸收CO2的KOH溶液可将CO2转化为有机物。HCO：：在阴极放电

生成CH3coO的电极反应式为11HCOf+8L=CHaCOO-+9cop+4FW。

例4（2024.南通一模）以过渡金属作催化剂，利用如图2所示装置可实现CO2转化：

写出阴极表面的电极反应式：2cCh+川e+12HCO：r=C2H4+12COj-+4H20。

例5（2024.镇江市名校期初）CO?通过电解法转化为HCOCT的反应机理如图3所示，Pt电极上覆盖的

Nafion膜是一种阳离子交换膜，对浓度不高的HCOCT有较好的阻拦作用，可让H20自由通过。Sn电极上

生成HCOCT的电极反应式为H++CO2+2e—=HCOCT或此5+82+2©一=1480一+8「。

典题悟法

类型II如何判断装置是电解池

解11下列装置不属于电解池的是（D）

【解析】D项装置中没有外接电源，没有标“十、”极或注阴、阳极等，不属于电解池装置，D

符合题意。

类型旧电解原理

典例匕（2023•南京模拟）一种电解法制备NazFeCh的装置如图所示。

阴离子交换股|

■铁

NaOH溶液NaOH溶液

下列说法正确的是（D）

A.电解时化学能转化为电能

B.电解时应将粕电极与直流电源正极相连

C.电解过程中转移2moie，理论上可获得标准状况下的H?11.2L

D.电解时铁电极反应式：

-

Fe-6e-+8OH=FeOr+4H2O

【解析】电解时电能转化成化学能，A错误；笛电极为阴极，将粕电极与直流电源负极相连，B错误;

阴极反应式为2H2O+2e「==H2t+20H，转移2moi电子时，生成1mol氧气，标准状况下氢气的体积

为22.4L,C错误。

类型回电解池电极反应式的书写

典例匕（1）（2024.江苏部分学校联考）一种高温固体氧化物电解水制氢原理如图1所示。通过施加高

温下的电压，使电解质中的02从阴极一侧迁移到阳极一侧，同时氧化为02。电解时阴极发生的电极反应

式为比0+21=比t+02,

（2）（2024・常州一中）工业上也可以用电解磷铁渣FcP的方法制备FCPO4OFCP在阳极放电的电极反应

式为FeP+4H，O-8e-FePO4+8H\

【解析】⑴电解水制氢，电解时阴极上FhCKg）得电子生成H2、0;电极反应式为H2O+2b=H2t

+02,(2)由图可知，与直流电源正极相连的磷铁渣为电解池的阳极，水分子作用下FeP在阳极失去电子

发生氧化反应生成磷酸铁和氢离子，电极反应式为FeP+4H2O-8e=FePO44-8H\

考点2电解的应用

知识梳理

知识U电冶

利用电解熔融盐或熔融氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。

1.冶炼钠图例说明

阴极环绕在阳极外面，两极之间用隔膜隔开；在阴极区得到液态钠，在阳极区得到氯气。

2.冶炼钠、镁、铝的电极反应式

冶炼金属总反应及电解反应式

2NaCl（熔融）=^=2Na+CLt

钠阳极：2。-2e=Ckf

阴极：Na++e—^=Na

MgCb（熔融）上iMg+CLt

镁阳极：2cl—2e—Cbt

阴极：Mg"+2e—=Mg

2Al2。3（熔融），^4A1+3O2t

孙mi仃

铝阳极：21）2—4e=5f

阴极：A1'+3e-^=Al

历常考归纳,

(1)AlCb是共价化合物，熔融时不导电，所以不能用电解熔融AlCb的方法来制备A1单质。

(2)Ab。，的熔点很高，在电解熔融AI2O3制备AI单质时，常加入冰晶石，降低ALQ，的熔融温度。

知识旧电解精炼铜

1.铜的电解精炼示意图

Z1

含杂质的铜二_纯铜片

块（阳极）变原

纯铜薄片从阳极沉积

碱酸钢溶液

（阴极）卜.来的阳极泥

2.粗铜（含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）精炼

（1）电极材料及电极反应式:

阳极材料：粗铜,

阳极反应式（至少写4个）：

Cu-2e^=Cu2'、Zn-2e=Zn」、

Fe-2e=Fe、、Ni—2广^=用"。

阴极材料•：ffiffl*

阴极反应式：Cu2'+2e-=Cu“

（2）电解质溶液：CuSO4溶液。

（3）电解液中的c（Cu2+）：减小（填“增大”或“减小”）。

（4）由于杂质的存在，一般情况下，阳极金属减轻的质最不等于（填“等于”或“不等于）阴极金属

增加的质量。

知识E1电镀（以电镀银为例）

1.电镀银原理示意图

（I）电极材料

①阳极：镀层金属（银）。

②阴极：待镀金属制品。

（2）电镀液：含A"的电解质溶液。

2.电极反应式

阳极：Ag-e-^=Ag+；阴极：Ag++e―^=Ag。

3.电镀液中《Ag+）：不变（填“增大”“减小”或“不变”）。

4.阳极金属减轻的质量笠上（填“等于”或“不等于”）阴极金属增加的质量。

知识E氯碱工业

1.离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图

2.电极反应式

阳极：2c广-2e-=Chi°

阴极：2H20+2e=H2t+20H，

总反应：2NaQ+2H20T=2NaOH+H2f+ci2fo

Qi是阳极产物，丛、NaOH是阴极产物。

注意：电解所用的食盐水要精制。

3.阳离子交换膜的作用

(1)避免H?和。2混合引起爆炸;

(2)避免Cb和NaOH反应，提高碱的纯度。

4.阴极室加入NaOH稀溶液的作用是增强导电性,且不引入杂质。

知识回金属的防护

改变金属的如把Ni、Cr等加到普通钢中制

内部结构成不锈钢

)［密m尸］如电镀.涂油脂、喷油漆、覆

金属的盖搪瓷,包嶷塑料等

L［牺杵阳极法］—利：用原电

池原理

L_(电化学保护)—

―［外加电流法］_；利用电解

‘池原理

典题悟法

类型n电镀与精炼

画4下列说法正确的是(D)

A.用如图1所示装置在铁制品表面镀铜，不能达到实验FI的

B.图2所示装置可用于粗铜的提纯

C.电解精炼粗铜时，阴极减少的质量等于阳极增加的质量

D.(2024・江苏卷)实验室利用空3所示装置进行铁钉镀锌实验

【解析】铜为镀层金属，与电源正极相连，能达到实验目的，A错误；粗铜提纯时，粗铜作阳极,

精铜作阴极，B错误：•般情况下，电解精炼铜时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，C错误；

该装置为电解池，铁钉与电源负极相连作阴极，锌片与电源的正极相连作阳极，电解质溶液为ZnCL溶液,

可以实现铁钉上镀锌，D正确。

类型旧电解溶液与电解熔融电解质(电冶)

画5下列指定反应的离子方程式书写正确的是(D)

A.用惰性电极电解MgCL溶液

2+

Mg+2Cl-=^^Mg+Cl2t

B.用铜作电极电解NaCl溶液：

2Cr+2H2O=^£=H2t+Cl2t+20FT

C.用惰性电极电解NaCl溶液：

2CF4-2H*=^=C12t+H2t

D.电解熔融氧化铝：

3+2-

4A1+6O=^=4A1+3O21

2+

【解析】用惰性电极电解VlgCh溶液的离子方程式为Mg+2CF+2H2O=Mg(OH)2I+H2t+

Ckt,A错误；铜作阳极时，铜失电子变成C/+,。一不参与反应，B错误；用惰性电极电解NaCl溶液

的离子方程式：2Cr+2H2O=^=Cl2t+H2f+20HC错误；氧化铝在熔融状态下能电离成自由移动

的离子，D正确。

类型后电解原理在生活、生产中的应用

画6(2024.南师苏州附中)用间接电化学法可对大气污染物NO进行无害化处理,其工作原理如图所

示，下列说法正确的是(C)

A.电极I为阴极，电极反应式为2Hq+2e-=2OK+HV

B.电解时H+由电极I向电极H迁移

C.吸收塔中的反应为2NO+2s+2H2O=N2+4HSO?

D.每处理1molNO,可同时得到32go2

【解析】在电解池中，HSO；变成了SzOK,S元素化合价降低，电极I为阴极，电极反应式为2HS0J

，

+2e+2H=S2Or+2H2O,A错误；电解时，阳离子向阴极移动，电极I为阴极，H+由电极H向电极

I移动，B错误；吸收塔中NO变Nz，S2O1变成HSO。C正确；整个装置中转移的电子数相同，处理1

molNO,N元素的化合价从+2降低到0,转移了2moi电子，阳极(电极II)发生反应：2H20—40一二4酎

+021，故若生成32虱即1mol)O2需要4mol电子，D错误。

类型E光解装置

画7氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体。利用太阳能电池电解NH3得到高纯H?的装

置如图所示。下列说法正确的是(B)

阴b

离

N_:广

交

换

膜

KOH溶液KOH溶液

A.该装置工作时只发生两种形式能量的转化

B.电解过程中0H由b极区向a极区迁移

C.电解时b极区溶液中〃(KOH)减少

D.电解过程中1molNH3参与反应，得至IJ3X6.02XI()23个电子

【解析】该装置工作时，太阳能转化为电能、光能和热能，电能转化为化学能和热能，故能最转化

形式不止两种，A错误；电解时，a电极反应式为2NH3-6e-+5OH-=N2+6H2O,b电极反应式为2H2O

+2e-=H2t+2OH-,b电极为阴极，a电极为阳极，故电解过中OH一由b极区向a极区迁移，B正确：

由于K+不能进行迁移，故b极区〃(KOH)不变，C错误；NHs参与反应时失电子，

D错误。

画8(I)(2023•南京、盐城一模)我国科学家以Si/Bi材料作光电阴极、CO?饱和的0.5moI/LKHCOs

溶液作电解液(pH=7.4),将CO2转化为HCOOH,原理如图所示。

嗫子交换膜

根据图示写出光电阴极反应式：CCh+HCOf+Ze-HCOCr+C*。

(2)(2023•泰州中学)碱性环境下直接电解Na[Ga(OHR溶液得到金属铁，阴极的电极反应式为

|Ga(OH)4「+3e==Ga+4OH，

(3)将Ga(OH)3溶解到NaOH溶液中会生成GaO2,再电解得到金属铁。电解时，GaO?在阴极放电的

电极反应式为GaO^+3e+2H2O=Ga+4OH。

质量评价

I.(2023・南师附中)电催化氮气制备钱盐和硝酸盐的原理如图所示。下列说法正确的是(C)

A.a极反应式为N2+12OH-lOe=2NO3+6H2O

B.电解一段时间，a、b两电极区的pH均减小

C.电解过程中PT从a极通过质子交换膜转移至b极

D.相同时间内，a、b两极消耗N2的物质的量之比为5：3

【解析】a极上，N2-NO3,发生氧化反应，a极为阳极，酸性水溶液中，反应物和产物中不出现OH

电极反应式为N2+6H2O—10e-=2N（方'+12H+,A错误；b极为阴极，阴极反应式为N：+6e-+8H+

=2NH；,电解一段时间，阴极区消耗Hl溶液pH增大，B错误；a极为阳极，b极为阴极，电解过程

中H*从a极通过质子交换膜转移至b极，C正确；根据化合价升降守恒，10%龙例2）=6%检例》电解一段

时间，a、b两极消耗N2的物质的量之比为3：5,D错误。

2.（2024.江苏各地模拟题重组）下列说法正确的是（D）

A.电解精炼铜时阴极反应：

Cu-2e-^=Cu2+

B.电解MnSO4溶液制备的MnO?在阴极生成，过程中同时生成可循环利用的物质HzSO」

C.电解KHF2与HF的混合物时，HF?转化为F2，则电解KHF2与HF混合物时的阴极反应为

+

HF£4-HF-2e-=F2t+H2F

D.电解饱和NaCl溶液的阴极反应：2Hq+2e-=H2f+2OFT

【解析】电解精炼铜时阴极上CM+得到电子被还原为Cu单质，电极反应式：Cu2+