3电解池

专题：电能转化为化学能——电解

（原选修4第1章第2节）

一、电解池与电解原理

1．电解的概念：在作用下，在两个电极上分别发生和的过程叫电解。

注意：①电解时所用电流必须是电而不是电。

②熔融态电解质可被电解，溶液也可被电解。

③电解过程中，电能转化为而“储存”在反应产物中。

2．电解池的概念：把转化为的装置叫做电解池．

3．电解池的构成条件：(1)直流电源。(2)两个固体电极，与电源正极相连的叫，与电源负极相连的叫。(3)熔融态电解质或电解质溶液。(4)闭合回路

4．电极反应：(1)电极上进行的叫做电极反应。(2)阳极发生反应，阴极发生反应。

【规律和方法点拨】电极材料必须能导电且为固体，可以是金属(如Cu、Fe等)，也可以是非金属(如石墨等)。化学性质稳定并能导电的电极称为惰性电极，常用的有石墨电极，铂电极等。化学性质较活泼在电解过程中可发生反应的电极称为活性电极，一般为金属活动顺序表中排在Ag前面的金属（包括Ag）。

(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。关注电解池的阳极是否为活性电极。

(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。

(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序

阳极上的放电顺序：

a．如果是活泼电极(金属活动性顺序表Ag及其以前)，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；

b．如果是惰性电极(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，

2－等。

常见阴离子放电顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>一般的含氧酸根，如SO

4

阴极上的放电顺序：

直接根据阳离子的氧化顺序进行判断，阳离子氧化性顺序与金属活动性顺序相反。

Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。

(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。

(5)最后合并两个电极反应式得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。若是水电离出的H＋或OH－得或失电子，在总反应式中应是H2O参与反应。

例题1、下列关于电解槽的叙述不正确的是（）

A．与电源正极相连的是电解槽的阴极B．与电源负极相连的是电解槽的阴极

C．在电解槽的阳极上发生氧化反应D．电子从电源的负极沿导线流入电解槽的阴极

例题2、下列关于电解池中形成的闭合回路的叙述中正确的是()

A．电解池中的闭合回路仅是由电子的定向运动形成的

B．导线中，电子从电源的负极流向电解池的阳极，从电解池的阴极流向电源的正极

C．在电解质溶液中，阴离子向阴极运动，阳离子向阳极运动

D．相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数目相同

例题3、能用电解的原理说明问题的是（）

①电解是把电能转化成化学能；②电解是把化学能转化成电能；③电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化；④某些不能自发的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现；⑤任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生。

A．①②③④B．②③⑤C．③④D．①③④⑤

练习题：

1．下列有关电解池的说法正确的是()

A．在电解池中与外接电源负极相连的电极是阳极

B．无论电解何种物质，阳极上失电子数都与阴极上得电子数相等

C．电解氯化铜溶液时，在阴极上有气体生成

D．电解NaCl、CuCl2两种溶液，参加反应的物质是相同的

2．关于熔融氯化钠(铁作阴极、石墨作阳极)，下列叙述正确的是()

A．电解过程中，Na＋移向石墨

B．铁应接电源的正极

C．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠

D．电解过程中，因铁为活性电极，也会参与反应

3．下列说法正确的是()

A．熔融的NaCl中，Na＋、Cl－处于静止状态

B．电解熔融NaCl的装置中，Na＋向阳极移动、Cl－向阴极移动

C．用石墨作电极电解熔融的MgCl2，会在阴极上析出单质镁，阳极上会有气体产生

D．在电解装置中，电子从阴极通过电解液流向阳极

4．在水中加等物质的量的Ag＋、Pb2＋、Na＋、SO2－4、NO－3、Cl－，该溶液放在用惰性电极作电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物质量比为()

A．35.5∶108B．16∶207C．8∶1D．108∶35.5

5．(2010年山东济宁模拟)在同温同压下，用惰性电极在U形管中电解下列物质的水溶液，消耗相同的电量，生成气体体积最大的是()

A．饱和食盐水B．CuCl2溶液

C．CuSO4溶液D．NaOH溶液

6．下图是电解CuCl2溶液的装置，两个电极是石墨电极，则下列有关判断正确的是() A．a为负极、b为正极B．a为阳极、b为阴极

C．电解过程中，Cl－浓度不变D．电解过程中，d电极质量增加

7．如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

C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色

D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色

8．用惰性电极电解总量的下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物(方括号内的物质)，能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是()

A．AgNO3[AgNO3]B．NaOH[H2O]C．KCl[KCl]D．CuSO4[Cu(OH)2]

9．在100mL H2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作电极电解，两极上均收集到2.24L气体(标准状况下)，则原混合液中，Cu2＋的物质的量浓度为()

A．1mol·L－1B．2mol·L－1C．3mol·L－1D．4mol·L－1

二、电解的应用

1.电解制备化工产品——氯碱工业

(1)实验现象

①阳极上有，能使湿润的KI淀粉试纸；②阴极上有；

③阴极区滴入酚酞后，。

(2)实验结论：用石墨电极作阳极，电解饱和食盐水生成、和。

(3)放电顺序H+>Na+，C1－>OH－

电极反应：阴极反应为阳极反应为

电解总反应式：离子方程式：

例题1：电解原理常应用于工业生产：

(1)工业上用电解饱和食盐水的方法可制得烧碱、氯气、氢气。电解时，总反应化学方程式为___________________________________________；

(2)为了避免产物相混合发生副反应，工业上采用离子交换膜法电解食盐水。如图为离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图。

阳极的电极反应为________________________；阴极的电极反应为_________________________。

(3)下列说法中正确的是________。

A．从E口逸出的气体是H2

B．从B中加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性

C．标准状况下每生成22.4L Cl2，便产生2mol NaOH

D．向电解后的阳极室溶液中加适量盐酸，可以恢复到电解前的物质的浓度

例题2：利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备利用

如图装置电解制备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”）。

2.金属冶炼例如：电解氧化铝制铝工业制取活泼金属，如：钠、镁、铝等

阳极：6O2－==3O2↑+12e－（氧化反应）阴极：4Al3++12e－==4Al（还原反应）

该反应的化学方程式是：2Al2O3（熔融）4Al+3O2

3.电解精炼金属

粗铜中往往含有Fe、Zn、Ag、Au等金属杂质，为了提纯精炼粗铜，得到精铜，工业上常常采用电解的方法，对粗铜进行精炼。电解精炼粗铜时，粗铜板为阳极，将其浮于硫酸铜的水溶液中，并以纯铜为阴极，进行电解。在电解过程中，阳极中的Zn、Fe等杂质比较活泼，先后放电生成Zn2+和Fe2+进入溶液中,阴极上溶液中的Cu2+被还原成铜沉积在阴极上，然后阳极上铜再被氧化成铜离子进入溶液，溶液中的Cu2+移动被还原成铜，沉积在阴极上。

(1)电解精炼铜时，作阴极，作阳极，硫酸酸化的作电解液。当通以直流电时，逐渐溶解，在阴极上析出，沉积在电解槽底部，叫做。

(2)精炼铜时的电极反应式阳极：阴极：

最后，Ag、Au等不活泼金属杂质形成了阳极泥，沉积在电解槽的底部。阳极泥中的金和银，可以加以回收。

(3)随着电解的进行，溶液中Cu2＋的浓度。

4.电镀

电镀的原理：电镀时，通常把作阴极，把作阳极，利用溶解提供镀层金属，也可用电极作阳极，镀层金属则由提供；用作电镀液。

随着电镀的进行，溶液中Cu2＋的浓度。

在直流电作用下，若要在Fe上镀Cu，画出所用的电镀装置图

写出相应的电极反应式：阳极：

阴极：(在镀件上析出)。

5用电解法清理

通过电解，可以将物体上的离子化合物组成的废弃物清理掉。利用这项技术，工作人员已修复了多件发现于“泰坦尼克号”上的珍贵遗物。

6.电泳

电泳是实验室里很重要的实验技术，常用于分离和识别较大的带电粒子，如DNA和蛋白质等。电泳过程中，带负电的粒子向阳极移动，带正电的粒子向阴移动。

7.电解有毒废弃物

电解时，电解液中可能会残留一些有毒的物质或生成有毒的副产物。出于保护环境的考虑，这些物质必须被转化成与环境友好的化合物。当然，电解反应也是清理这些有毒物质最安全最彻底的手段之一。当用电解方法处

理电解液时，阴极上的有毒金属离子就被还原为金属原子，之后，就可以对有毒金属元素进行回收以及安全处理了。

例题1、关于电解食盐水，下列说法正确的是（）

A．电解时阳极得到氯气，阴极得到金属钠

B．若在阳极附近滴入KI溶液，溶液呈棕色

C．若在阴极附近滴入酚酞溶液，溶液呈无色

D．电解一段时间后，将全部电解质转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性

例题2、在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下设计方案正确的是（）

A．锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含有锌离子

B．锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含有锌离子

C．锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含有亚铁离子

D．锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含有亚铁离子

例题3、电解CuSO4溶液时，若要求达到如下三点要求：①阳极质量减少；②阴极质量增加；③电解液中c(Cu2+)不变，则可选用的电极是()

A．粗铜作阳极，含Zn、Ag的铜合金作阴极

B．含Zn、Ag的铜合金作阳极，纯铜作阴极

C．用纯铜作阳极，用纯铁作阴极

D．用石墨作阳极，用惰性电极（Pt）作阴极

例题4、如图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现，a极板质量增加，b极板处有无色无味气体放出，符合这一情况的是()

a极板b极板x电极z溶液

A锌石墨负极CuSO4

B石墨石墨负极NaOH

C银铁正极AgNO3

D铜石墨负极CuCl2

练习题：

1．下列关于电解和电镀的叙述中不．正确的是()

A．电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应

B．电池跟电解池连接后电子从电池的负极直接流向电解池的阳极

C．电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应

D．电解饱和食盐水时，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气

2．在冶金工业中，常用电解法得到钠、镁、铝等金属，其原因是()

A．都是轻金属B．都是活泼金属

C．成本低廉D．这些金属的化合物熔点较低

3．如图，X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无味气体放出，符合这一情况的是()

A．Y为直流电源负极，a为电解池阳极

B．X为直流电源负极，b为电解池阳极

C．溶液若为蓝色，溶液有可能是CuCl2溶液

D．b可能为铁棒

4．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

5．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图所示，电解总反应为

2Cu＋H2

O

Cu2O＋H2↑。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

6．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt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：Fe2＋

A．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2＋＋2e－=Ni

B．电解过程中，阳极质量的减少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Zn2＋

D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt

7．用惰性电极电解饱和食盐水，当电源提供给0.2mol电子时。则电解液中c(OH－)为（溶液体积为2L）() A．0.3mol·L－1B．0.2mol·L－1C．0.1mol·L－1D．0.05mol·L－1

8．在500mL0.2mol·L－1CuSO4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，则电解过程中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0.04mol e－通过时，阴极增重________g，阴极上的电极反应式是_______________________________。

9．用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则电解过程中转移的电子的物质的量为()

A．0.1mol B．0.2mol C．0.3mol D．0.4mol

10、用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重a g时，在阳极上同时产生b L氧气（标准状况）：从而可知M的原子量为()

A．22.4ax/b B．11.2ax/b C．5.6ax/b D．2.5ax/b

11、某同学组装了图4所示的电化学装置，电极ⅠAl，其它均为Cu，则()

A．电流方向：电极Ⅳ→A→电极Ⅰ

B．电极Ⅰ发生还原反应

C．电极Ⅱ逐渐溶解

D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2++2e－=Cu

12、如下图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同（假设通电前后溶液体积不变），A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。

请回答：

(1)B极是电源的，一段时间后，甲中溶液颜色，丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明，在电场作用下向Y极移动。

(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为。

通电

(3)现用丙装置给铜件镀银，则H应该是（填“镀层金属”或“镀件”），电镀液是溶液。当乙中溶液的氢氧根离子浓度为0.1mol·L－1时（此时乙溶液体积为500mL），丙中镀件上析出银的质量为，甲中溶液的pH（填“变大”、“变小”或“不变”）。

(4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生总反应为：

13、某同学运用所学知识，自选材料设计实验，实现了在通常条件下不能发生的反应：Cu+H2SO4(稀)＝CuSO4+H2↑。

请你在右边方框内画出能够实现这一反应的装置图。

14、下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00％的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g 10.00％的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。

(1)接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4浓度为10.47%，乙中c电极质量增加。据此回答问题:

①电源的N端为___________极;

②电极b上发生的电极反应为______________________________;

③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积:______________________________;

④电极c的质量变化是__________g;

⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因:

甲溶液_____________________;乙溶液______________________;丙溶液________________________;

(2)如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？

____________________________________________________________。

15．将右图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是()

A．Cu电极上发生还原反应

B．电子沿Zn→a→b→Cu路径流动

C．片刻后甲池中c（SO42—）增大

D．片刻后可观察到滤纸b点变红色

16．如图所示的两个实验装置中，溶液的体积均为200mL，开始时电解质溶液的浓度均为0.1mol·L－1，工作一段时间后，测得两端导线中均通过0.02mol电子，若不考虑溶液体积的变化，则下列叙述中正确的是() A．产生气体的体积：①＞②

B．两极上析出物质的质量：②＞①

C．溶液的pH变化：①增大，②减小

D．电极反应式：①中阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，

②中阴极：2H＋＋2e－===H2↑

17．为增强铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源，以Al作阳极、Pb作阴极，电解稀硫酸，使铝表面的氧化膜增厚。其反应原理如下：

电池：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)电解池：2Al+3O2Al2O3+3H2

电解过程中，以下判断正确的是

电池电解池

A H+移向Pb电极H+移向Pb电极

B每消耗3mol Pb生成2molAl2O3

C正极：PbO2+4H++2e－=Pb2++2H2O阳极：2Al+3H2O－6e－=Al2O3+6H+

D

18．按图甲装置进行实验，若图乙中横坐标x表示通过电极的电子的物质的量。下列叙述正确的是() A．F表示反应生成Cu的物质的量

B．E表示反应实际消耗H2O的物质的量

C．E表示反应生成O2的物质的量

D．F表示反应生成H2SO4的物质的量

19、请回答下列问题：

（1）甲池为______池，甲池中铁极的电极反应式是___________________，碳极

的电极反应式是________________________。

甲池中总反应的化学方程式：_____________________________。

（2）乙池为__________池乙池中碳极的电极反应式是__________，

铁极的电极反应式是________________________________。

乙池中总反应的离子方程式：_______________________________________。

20、(1)以Al和NiO(OH)为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时

NiO(OH)转化为Ni(OH)2该电池反应的化学方程式是_______________________________________________。

(2)粗铜的电解精炼如右图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极________(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应式为____________________________；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为____________________。

(3)右图为电解精炼银的示意图，________(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体产生，则生成该气体的电极反应式为_______________________________。

(4)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为____________________________________。