电解的原理

考纲要求 1.理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。

2.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。

考点一电解的原理1．电解定义在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。

2．能量转化形式电能转化为化学能。

3．电解池(1)构成条件①有与电源相连的两个电极。

②电解质溶液(或熔融盐)。

③形成闭合回路。

(2)电极名称及电极反应式(如图)(3)电子和离子的移动方向4．阴阳两极上放电顺序阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。

离子的放电顺序取决于离子本身的性质即离子得失电子的能力，另外也与离子的浓度及电极材料有关。

(1)阴极：阴极上放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。

氧化性强的先放电，放电顺序：(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。

若是惰性电极作阳极，则仅是溶液中的阴离子放电，常见离子的放电顺序是特别提醒一般情况下，离子按上述顺序放电，但如果离子浓度相差十分悬殊，离子浓度大的也可以先放电。

如理论上H＋的放电能力大于Fe2＋、Zn2＋，但在电解浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶液中，由于溶液中c(Fe2＋)或c(Zn2＋)≥c(H＋)，则先在阴极上放电的是Fe2＋或Zn2＋，因此阴极上的主要产物为Fe或Zn；但在水溶液中，Al3＋、Mg2＋、Na＋等是不会在阴极上放电的。

深度思考1．分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)。

(1)电解水型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原含氧酸(如H2SO4) 阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O阴极：4H＋＋4e－===2H2↑H2O2H2O=====电解O2↑＋2H2↑增大减小加H2O强碱(如NaOH) 增大加H2O活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)不变加H2O电解水型电解一段时间后，其电解质的浓度一定增大吗？举例说明。

答案不一定，如用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液，一段时间后会析出Na2SO4·10H2O晶体，剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液，此时浓度保持不变。

(2)电解电解质型(3)放H2生碱型要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？为什么？答案不可以，因为电解NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2，所以应通入氯化氢气体，加入盐酸会引入过多的水。

(4)放O2生酸型(如CuSO 4)阴极：2Cu 2＋＋4e －===2Cu盐 O 2↑＋4H ＋①要使电解后的CuSO 4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？为什么？加入CuCO 3为什么也可复原？答案 不可以 因为电解CuSO 4溶液时，尽管Cu 2＋和OH －分别放电，按照电极反应式Cu 2＋＋2e －===Cu 、4OH －－4e －===2H 2O ＋O 2↑，氢元素变成H 2O 仍然留在溶液中，只有Cu 析出和O 2逸出，且物质的量之比为2∶1，所以要让溶液复原，需要加CuO ，而不能加Cu(OH)2。

加入CuCO 3时，CO 2变为气体逸出，相当于加的是CuO 。

②若用惰性电极电解CuSO 4溶液一段时间后，需加入98 g Cu(OH)2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为多少？ 答案 4N A解析 方法一：98 g Cu(OH)2的物质的量为1 mol ，相当于电解了1 mol 的CuSO 4后，又电解了1 mol 的水，所以转移的电子数为2N A ＋2N A ＝4N A 。

方法二：可以认为整个电路中转移的电子数与Cu(OH)2的O 2－失电子数相等，共4N A 。

(5)通过以上分析，电解质溶液复原应遵循什么原则？答案 电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪些原子。

2．根据金属活动顺序表，Cu 和稀H 2SO 4不反应，怎样根据电化学的原理实现Cu 和稀H 2SO 4反应产生H 2?答案 Cu 作阳极，C 作阴极，稀H 2SO 4作电解质溶液，通入直流电就可以实现该反应。

电解反应式为阳极：Cu －2e －===Cu 2＋，阴极：2H ＋＋2e －===H 2↑。

总反应式：Cu ＋2H ＋=====电解Cu 2＋＋H 2↑。

题组一 电解规律的应用1．以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水，关于两个电解池反应的说法正确的是( ) A ．阳极反应式相同B ．电解结束后所得液体的pH 相同C ．阴极反应式相同D ．通过相同电量时生成的气体总体积相等(同温同压)答案 C解析 A 项，以石墨为电极电解水，阳极：4OH －－4e －===2H 2O ＋O 2↑，以石墨为电极电解饱和食盐水，阳极：2Cl －－2e －===Cl 2↑，二者阳极电极反应式不同，故A 错误；B 项，电解水溶液的pH 不变，电解饱和氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气，pH 变大，所以电解结束后所得液体的pH 不相同，故B 错误；C 项，以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水阴极上都是2H ＋＋2e －===H 2↑，所以阴极电极反应式相同，故C 正确；D 项，设转移电子数为4 mol ，则依据电解方程式：2H 2O=====电解2H 2↑＋O 2↑～4e －，电解水生成3 mol 气体，依据电解方程式2NaCl ＋2H 2O=====电解2NaOH ＋Cl 2↑＋H 2↑～2e －，电解饱和食盐水生成4 mol 气体，故D 错误。

2．用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH 依次为升高、不变、降低的是( ) A ．AgNO 3 CuCl 2 Cu(NO 3)2 B ．KCl Na 2SO 4 CuSO 4 C ．CaCl 2 KOH NaNO 3 D ．HCl HNO 3 K 2SO 4 答案 B解析 由电解电解质溶液的四种类型可知：题组二 电极方程式及电极产物的判断3．(2016·北京理综，12)用石墨电极完成下列电解实验。

实验一实验二装置现象a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生……A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜答案 B解析A项，a、d处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子剩余造成的，正确；B项，b处变红，局部褪色，说明是溶液中的氯离子放电生成氯气同时与H2O反应生成HClO和H＋，Cl－－2e－＋H2O===HClO＋H＋，错误；C项，c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，正确；D项，实验一中ac形成电解池，bd形成电解池，所以实验二中形成3个电解池，n(右面)有气泡生成，为阴极产生氢气，n的另一面(左面)为阳极产生Cu2＋，Cu2＋在m的右面得电子析出铜，正确。

4．按要求书写电极反应式和总反应方程式：(1)用惰性电极电解MgCl2溶液阳极反应式：；阴极反应式：；总反应离子方程式：。

(2)用Al作电极电解NaOH溶液阳极反应式：；阴极反应式：；总反应离子方程式：。

(3)用Al作阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜阳极反应式：；阴极反应式：；总反应离子方程式：。

答案(1)2Cl－－2e－===Cl2↑2H ＋＋2e －===H 2↑(或2H 2O ＋2e －===H 2↑＋2OH －) Mg 2＋＋2Cl －＋2H 2O=====电解Mg(OH)2↓＋Cl 2↑＋H 2↑(2)2Al －6e －＋8OH －===2AlO －2＋4H 2O 6H 2O ＋6e －===3H 2↑＋6OH －(或6H ＋＋6e －===3H 2↑) 2Al ＋2H 2O ＋2OH －=====电解2AlO －2＋3H 2↑ (3)2Al －6e －＋3H 2O===Al 2O 3＋6H ＋6H ＋＋6e －===3H 2↑ 2Al ＋3H 2O=====电解Al 2O 3＋3H 2↑5．(1)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，钴氧化物可通过处理钴渣获得。

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 (填化学式)溶液，阳极电极反应式为 ， 电解过程中Li ＋向 (填“A ”或“B ”)电极迁移。

(2)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。

由有机阳离子、Al 2Cl －7和AlCl －4组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。

钢制品应接电源的 极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为 。

若改用AlCl 3水溶液作电解液，则阴极产物为 。

答案 (1)LiOH 2Cl －－2e －===Cl 2↑ B (2)负 4Al 2Cl －7＋3e －===Al ＋7AlCl －4 H 2解析 (1)B 极区生成H 2 ，同时会生成LiOH ，则B 极区电解液为LiOH 溶液；电极A 为阳极，在阳极区LiCl 溶液中Cl － 放电，电极反应式为2Cl －－2e －===Cl 2↑；在电解过程中Li＋(阳离子)向B 电极(阴极区)迁移。

(2)在钢制品上电镀铝，故钢制品应作阴极，与电源的负极相连；因为电镀过程中“不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”，Al 元素在熔融盐中以Al 2Cl －7和AlCl －4形式存在，则电镀过程中负极上得到电子的反应是4Al 2Cl －7＋3e －===Al ＋7AlCl －4；在水溶液中，得电子能力：H ＋>Al 3＋，故阴极上发生的反应是2H ＋＋2e －===H 2↑。

做到“三看”，正确书写电极反应式(1)一看电极材料，若是金属(Au 、Pt 除外)作阳极，金属一定被电解(注：Fe 生成Fe 2＋)。

(2)二看介质，介质是否参与电极反应。

(3)三看是否有特殊信息，如4(3)目的是制取氧化铝，因而阳极产物不能是Al 3＋，再如5(2)是非水体系，且不产生其他离子，因而离子只能在Al 2Cl －7和AlCl －4之间转化。

题组三 有关电化学的计算6．将两个铂电极插入500 mL CuSO 4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为( )A ．4×10－3 mol·L －1 B ．2×10－3 mol·L －1 C ．1×10－3 mol·L －1 D ．1×10－7 mol·L －1答案 A解析 根据2CuSO 4＋2H 2O=====电解2Cu ＋2H 2SO 4＋O 2↑，得：n (H ＋)＝2n (H 2SO 4)＝2n (Cu)＝2×0.064 g 64 g·mol－1＝0.002 mol ，c (H ＋)＝0.002 mol 0.5 L ＝4×10－3 mol·L －1。