2021届高三化学一轮复习 电解原理及应用

[名师点拨] 由于 AlCl3 为共价化合物，熔融状态下不导电， 所以电解冶炼铝时，电解的为熔点很高的氧化铝，为降低熔化 温度，加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6)；而且电解过程中，阳极 生成的氧气与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。
夯基础•小题
1．金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量 Fe、Zn、Cu、Pt 等
课时3
电解原理及应用
知识点一 电解原理
考必备•清单
1．电解池 (1)电解池：把电能转化为化学能的装置。 (2)构成条件
①有与直流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。
(3)工作原理(以惰性电极电解 CuCl2 溶液为例) 总反应离子方程式：Cu2＋＋2Cl－=电==解==Cu＋Cl2↑
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＋<Ni2＋<Cu2＋)
()
A．阳极发生还原反应，其电极反应式为 Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量一定
相等
C．电解后，电解槽底部的阳极泥中含有 Cu 和 Pt
D．电解后，溶液中存在的金属阳离子有 Fe2＋、Zn2＋和 Ni2＋
___增__大_ ___通___H_C__l
__减__小__
加 CuO、 CuCO3
夯基础•小题ຫໍສະໝຸດ 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1) 用 铜 作 电 极 电 解 CuSO4 溶 液 的 方 程 式 为 2Cu2 ＋ ＋
2H2O=电==解==2Cu＋O2↑＋4H＋
(× )
(2)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现
2．电极反应式的书写步骤
[名师点拨] ①书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电 的离子表示，但书写电解池的总反应时，H2O 要写成分子式。 如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为 2H＋＋2e－===H2 ↑ ( 或 2H2O ＋ 2e － ===H2 ↑ ＋ 2OH － ) ， 总 反 应 式 为 2Cl － ＋ 2H2O=电==解==2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 ②阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或 熔融电解质)中的阳离子放电。 ③电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电 解水溶液的方法得到 K、Ca、Na、Mg、Al 等金属。
3．惰性电极电解电解质溶液的类型
类型 实例
电极反应
电解液 pH
浓度
电解 水型
阴： 4H2O＋4e－ NaOH
===2H2↑＋4OH－
阳： H2SO4 __2_H__2_O_－__4_e_－___
_=_=_=_O__2↑__＋__4_H__＋
增大 增大
_增__大_ _减__小_
Na2SO4
增大 不__变__
知识点二 电解原理的应用
考必备•清单
1．电解饱和食盐水 (1)电极反应
阳极：2_C__l－_－__2_e_－_=_=_=__C_l_2↑__ (反应类型：氧化反应)， 阴极：_2_H_2_O_＋__2_e_－_=_=_=__H_2_↑__＋__2_O_H__－(反应类型：还原反应)。 (2)总反应式 总反应化学方程式： _2_N_a_C__l＋__2_H__2O__=_电=_=_解=_=_2_N__a_O_H__＋__H_2_↑__＋__C__l2_↑_____。 总反应离子方程式： 2_C__l－_＋__2_H__2_O_=_电=_=_解=_=__2_O_H__－_＋__H_2_↑__＋__C__l2_↑___。
(3)Fe－2e－===Fe2＋ 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ Fe＋2H2O=电==解==Fe(OH)2＋H2↑ (4)2Al－6e－＋8OH－===2AlO2－＋4H2O 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－ 2Al＋2H2O＋2OH－=电==解==2AlO2－＋3H2↑ (5)Cu－2e－===Cu2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ Cu＋2H＋=电==解==Cu2＋＋H2↑ (6)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋ 6H＋＋6e－===3H2↑ 2Al＋3H2O=电==解==Al2O3＋3H2↑
(√ ) (3) 电 解 时 ， 电 解 液 中 阳 离 子 移 向 阳 极 ， 阴 离 子 移 向 阴 极
(× ) (4)电解时，电子的移动方向为电源负极→阴极→阳极→电
源正极
( ×)
(5)电解 NaCl 溶液得到 22.4 L H2(标准状况)，理论上需要转
移 NA 个电子
(× )
(6)用铁作电极电解饱和食盐水时，阳极上 Cl－失电子变为
Cl2
( ×)
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．AgNO3 B．KCl C．CaCl2 D．HCl
CuCl2 Na2SO4 KOH HNO3
Cu(NO3)2 CuSO4 NaNO3 K2SO4
解析： AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4 溶液随电解的进行，有酸
4．电冶金
利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属 Na、Ca、
Mg、Al 等。
总方程式
阳极、阴极反应式
冶炼钠 2NaCl(熔融)=电==解==2Na＋ Cl2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑、 2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁 _M__g_C_l2_(_熔_融__)_=_电=_=解_=_=__M__g_＋__ C__l2_↑_
(3)氯碱工业制烧碱、氢气和氯气
装置 阳极 阴极
阳离子交换膜
离子交换膜电解槽 钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)
碳钢网 ①只允许_阳__离子通过，能阻止_阴__离 子和气体通过 ②将电解槽隔成阳极室和阴极室
2．电镀 应用电解原理，在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合 金的过程。
实例——电镀铜 阳极(铜片)：__C_u_－__2_e_－_=_=__=_C_u_2_＋ 阴极(待镀铁件)：_C__u_2＋_＋__2_e_－_=_=__=_C_u___
2_C_l_－_－__2_e－_=_=_=_C__l2_↑_、 M__g_2＋_＋__2_e_－_=_=_=_M__g_
冶炼铝 _2_A_l_2O__3(_熔__融_)__=_电=_=解 _=_=___ 4_A__l＋__3_O_2_↑_
_6_O_2_－_－__1_2_e－_=_=_=_3_O__2↑__、 4_A__l3_＋_＋__1_2_e－_=_=_=_4_A__l
产生，溶液 pH 降低；KCl、CaCl2 溶液随电解的进行，有碱产
生，溶液 pH 升高；CuCl2、HCl 电解的电解质本身，溶液中
CuCl2、HCl 减少，对应的 H＋减少，溶液的 pH 升高；KOH、
HNO3 相当于电解 H2O，电解质浓度增大，对应的碱溶液碱性
更强，酸溶液酸性更强。
答案：B
3．按要求书写电极反应式和总反应式。 (1)用惰性电极电解 AgNO3 溶液 阳极反应式：_________________________________； 阴极反应式：_________________________________； 总反应离子方程式：___________________________； (2)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：___________________________。
答案：(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 4Ag＋＋4e－===4Ag 4Ag＋＋2H2O=电==解==4Ag＋O2↑＋4H＋ (2)2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H2O＋2e－＋Mg2＋===H2↑＋Mg(OH)2↓ Mg2＋＋2Cl－＋2H2O=电==解==Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(3)用 Fe 作电极电解 NaCl 溶液 阳极反应式：__________________________________； 阴极反应式：_________________________________； 总反应化学方程式：____________________________。 (4)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：____________________________。
CuCl2 阳： _2__C_l_－_－__2_e_－_=_=_=_C__l2_↑_
减小
__增__大__ __通___H__C_l__ _加___C_u__C_l_2
类型 实例
电极反应
电解液 浓度
放 H2 生碱
型
NaCl
阴：_4_H__2O__＋__4_e_－_=_=_=_
2_H__2_↑__＋__4_O__H_－
解析：电解法制备高纯度的镍，粗镍作为阳极，金属按还原性 顺序 Zn>Fe>Ni>Cu>Pt 发生氧化反应，电极反应依次为 Zn－ 2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋，A 项错误； 电解过程中，阳极 Zn、Fe、Ni 溶解，Cu、Pt 沉积到电解槽底 部，阴极只析出 Ni，结合两极转移的电子数相等，阳极质量的 减少量与阴极质量的增加量不相等，B 项错误；Cu 和 Pt 还原 性比 Ni 弱，不能失去电子，以沉淀的形式沉积在电解槽底部， 形成阳极泥，C 项正确；电解后，溶液中存在的金属阳离子除 了 Fe2＋、Zn2＋外，还有 Ni2＋，D 项正确。 答案：CD