届一轮复习鲁科版 电能转化为化学能电解 学案.docx

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届一轮复习鲁科版电能转化为化学能电解学案

第二节　电能转化为化学能——电解

[教材基础——自热身]

1．电解

让直流电通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。

在此过程中，

能转化为化学能。

2．电解池

（1）概念：

电解池是把电能转化为化学能的装置。

（2）电解池的构成条件：

①有外接电源；②有与电解质溶液或熔融的电解质相连的两个电极；③形成闭合回路。

（3）电极名称及电极反应式（以电解CuCl2溶液为例）

总反应方程式：

CuCl2

Cu＋Cl2↑。

（4）电解池中电子和离子的移动：

①电子：

从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。

②离子：

阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。

3．在惰性电极上离子的放电顺序

[注意]　活泼电极是指除金、铂等惰性金属外的其他金属电极。

[知能深化——扫盲点]

类型

电解质

类型

电极反应式

及总反应式

电解质溶

液浓度

溶液

pH

电解

水型

含氧酸，如H2SO4

阴极：

4H＋＋4e－===2H2↑

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

总反应式：

2H2O

2H2↑＋O2↑

增大

减小

可溶性强碱，

如NaOH

增大

活泼金属

含氧酸盐，如KNO3

不变

电解

电解

质型

无氧酸，如HCl

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

总反应式：

2HCl

H2↑＋Cl2↑

减小

增大

不活泼金属无氧酸盐，如CuCl2

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

总反应式：

CuCl2

Cu＋Cl2↑

增大

放H2

生碱

型

活泼金属无氧酸盐，如NaCl

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

总反应式：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2＋Cl2↑

—

增大

放O2

生酸

型

不活泼金属含氧酸盐，如

CuSO4

阴极：

2Cu2＋＋4e－===2Cu

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

总反应式：

2CuSO4＋2H2O

2Cu＋2H2SO4＋O2↑

—

减小

[对点练]

1．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　　　CuCl2　　　Cu（NO3）2

B．KClNa2SO4CuSO4

C．CaCl2KOHNaNO3

D．HClHNO3K2SO4

解析：

选B　AgNO3、Cu（NO3）2、CuSO4等随电解的进行，有酸产生，溶液pH降低；KCl、CaCl2等随电解的进行，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，对应的碱液碱性更强，酸液酸性更强。

提能点

（二）　阴、阳极的判断和电解产物的分析方法

1．阴、阳极的判断方法

根据外接电源

正极连阳极，负极连阴极

根据电流方向

从阴极流出，从阳极流入

根据电子流向

从阳极流出，从阴极流入

根据离子流向

阴离子移向阳极，阳离子移向阴极

根据电极产物

①阳极：

电极溶解、逸出O2（或极区变酸性）或Cl2；②阴极：

析出金属、逸出H2（或极区变碱性）

2.电解产物的分析方法

首先明确阳极材料和溶液中存在的所有离子，然后根据如下规律分析判断。

（1）阳极：

①金属活性电极：

电极材料失电子，生成相应的金属阳离子；②惰性电极：

溶液中的阴离子失电子，生成相应的单质或高价化合物（阴离子放电顺序：

S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子）。

（2）阴极：

溶液中的阳离子得电子，生成相应的单质或低价化合物（阳离子放电顺序：

Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Zn2＋）。

[对点练]

2．装置（Ⅰ）为铁镍（FeNi）可充电的碱性电池：

Fe＋NiO2＋2H2O

Fe（OH）2＋Ni（OH）2；装置（Ⅱ）为电解示意图。

当闭合开关K时，电极Y附近溶液先变红。

X、Y电极为惰性电极。

下列说法正确的是（　　）

A．闭合K时，电极X上有无色无味的气体产生

B．闭合K时，电极X的反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑

C．闭合K时，电子从电极A流向电极X

D．闭合K时，电极A的反应式为NiO2＋2e－＋2H＋===Ni（OH）2

解析：

选B　闭合K时，电极Y附近溶液先变红，说明Y极H＋放电产生氢气，是阴极，则X极是阳极，Cl－放电产生氯气，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A项错误，B项正确；电极A是正极，电极B是负极，电子从B极流出，C项错误；装置（Ⅰ）为碱性电池，故A极放电时的电极反应式为NiO2＋2e－＋2H2O===Ni（OH）2＋2OH－，D项错误。

[题点全练——过高考]

题点一　电极反应式、电解方程式的书写

1．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________________________________________________________。

（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Fe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_______________________________________________________。

（5）用Cu作电极电解盐酸溶液

阳极反应式____________________________________________________________；

阴极反应式______________________________________________________；

总反应离子方程式______________________________________________________。

（6）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_____________________________________________________。

（7）以铝材为阳极，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_________________________________________________________。

（8）用Al单质作阳极，石墨作阴极，电解NaHCO3溶液

阳极反应式____________________________________________________________；

阴极反应式____________________________________________________________；

总反应离子方程式____________________________________________________。

（9）用惰性电极电解熔融MgCl2

阳极反应式_________________________________________________________；

阴极反应式_________________________________________________________；

总反应离子方程式_____________________________________________________。

答案：

（1）4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

4Ag＋＋4e－===4Ag

4Ag＋＋2H2O

4Ag＋O2↑＋4H＋

（2）2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑

Mg2＋＋2Cl－＋2H2O

Mg（OH）2↓＋Cl2↑＋H2↑

（3）Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑

Fe＋2H2O

Fe（OH）2↓＋H2↑

（4）Fe－2e－＋2OH－===Fe（OH）2↓

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

Fe＋2H2O

Fe（OH）2↓＋H2↑

（5）Cu－2e－===Cu2＋　2H＋＋2e－===H2↑

Cu＋2H＋

Cu2＋＋H2↑

（6）2Al－6e－＋8OH－===2AlO

＋4H2O

6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－（或6H＋＋6e－===3H2↑）

2Al＋2H2O＋2OH－

2AlO

＋3H2↑

（7）2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋

6H＋＋6e－===3H2↑　2Al＋3H2O

Al2O3＋3H2↑

（8）2Al＋6HCO

－6e－===2Al（OH）3↓＋6CO2↑

6H＋＋6e－===3H2↑

2Al＋6HCO

＋6H＋

2Al（OH）3↓＋6CO2↑＋3H2↑

（9）2Cl－－2e－===Cl2↑　Mg2＋＋2e－===Mg

Mg2＋＋2Cl－

Mg＋Cl2↑

题点二　电解原理和电解规律的考查

2．关于用惰性电极电解CuCl2溶液实验的说法错误的是（　　）

A．溶液中Cl－向阳极移动，Cu2＋向阴极移动

B．阳极上发生还原反应，阴极上发生氧化反应

C．阴极反应：

Cu2＋＋2e－===Cu

D．可以用湿润的KI淀粉试纸检验阳极产生的气体为Cl2

解析：

选B　溶液中Cu2＋向阴极移动，Cl－向阳极移动，A正确；阴极发生还原反应：

Cu2＋＋2e－===Cu，阳极发生氧化反应：

2Cl－－2e－===Cl2↑，可以用湿润的KI淀粉试纸检验阳极产生的气体Cl2，B错误，C、D正确。

3.如图是一个石墨作电极，电解稀的Na2SO4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。

下列有关叙述正确的是（　　）

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．电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶解呈中性

解析：

选D　A、B电极反应式分别为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，相同温度和压强下，A电极生成气体体积大于B电极，A错误；阳极上生成O2，阴极上生成H2，O2和H2都是无色无味气体，B错误；由电极反应式知，A电极附近溶液呈碱性，B电极附近溶液呈酸性，则A电极溶液呈蓝色，B电极溶液呈红色，C错误；惰性电极电解稀的Na2SO4溶液，实际是电解水，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性，D正确。

[教材基础——自热身]

1．电解饱和食盐水

（1）电极反应

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑（反应类型：

氧化反应），

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑（反应类型：

还原反应）。

（2）总反应方程式

①化学方程式：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

②离子方程式：

2Cl－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑。

（3）应用：

氯碱工业制烧碱、氢气和氯气

阳极

钛网（涂有钛、钌等氧化物涂层）

阴极

碳钢网

阳离

子交

换膜

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

③既能阻止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成的NaClO影响烧碱质量

2．电镀和电解精炼铜

电镀（铁制品上镀Cu）

电解精炼铜

阳极

电极材料

镀层金属铜

粗铜（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质）

电极反应

Cu－2e－===Cu2＋

Cu－2e－===Cu2＋、

Zn－2e－===Zn2＋、

Fe－2e－===Fe2＋、

Ni－2e－===Ni2＋

阴极

电极材料

待镀铁制品

精铜

电极反应

Cu2＋＋2e－===Cu

电解质溶液

含Cu2＋的盐溶液

电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥

3．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）

2Na＋Cl2↑

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

2Na＋＋2e－===2Na

冶炼镁

MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

Mg2＋＋2e－===Mg

冶炼铝

2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑

阳极：

6O2－－12e－===3O2↑

阴极：

4Al3＋＋12e－===4Al

[题点全练——过高考]

题点一　电解原理的基本应用

1．（2018·广州模拟）用电化学法制备LiOH的实验装置如图，采用惰性电极，a口导入LiCl溶液，b口导入LiOH溶液，下列叙述正确的是（　　）

A．通电后阳极区溶液pH增大

B．阴极区的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

C．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.25mol的Cl2生成

D．通电后Li＋通过交换膜向阴极区迁移，LiOH浓溶液从d口导出

解析：

选D　A项，左端为阳极，Cl－放电生成Cl2，Cl2溶于水，生成酸，pH减小，错误；B项，右端是阴极区得到电子，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，错误；C项，2Cl－－2e－===Cl2，通过1mol电子，得到0.5molCl2，错误；D项，根据电解原理，阳离子通过阳离子交换膜，从阳极区向阴极区移动，LiOH浓溶液从d口导出，正确。

2．

（1）①电镀时，镀件与电源的________极连接。

②化学镀的原理是利用化学反应生成金属单质沉积在镀件表面形成镀层。

若用铜盐进行化学镀铜，应选用________（填“氧化剂”或“还原剂”）与之反应。

（2）粗铜的电解精炼如图所示。

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）以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质）的电解精炼，下列说法中正确的是________。

a．电能全部转化为化学能

b．粗铜接电源正极，发生氧化反应

c．溶液中Cu2＋向阳极移动

d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属

（4）离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。

由有机阳离子、Al2Cl

和AlCl

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AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为______________________________。

解析：

（1）①电镀池中，镀件就是待镀金属制品，为阴极，与电源的负极相连；镀层金属为阳极，与电源正极相连。

②要把铜从铜盐中置换出来，Cu2＋被还原，所以应加入还原剂。

（2）粗铜电解精炼时，粗铜作阳极与电源正极相连，所以粗铜板是图中电极c，d是阴极，发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu，Au、Ag不如铜活泼，以单质的形式沉积在c（阳极）下方，Fe比铜活泼，以Fe2＋的形式进入电解质溶液中。

（3）粗铜电解精炼时，电能不可能全部转化为化学能，a错误；粗铜作阳极与电源正极相连，发生氧化反应，b正确；溶液中的Cu2＋向阴极移动，c错误；不活泼金属Ag、Pt、Au等金属在阳极沉积，可以回收。

（4）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Al2Cl

和AlCl

形式存在，则电镀过程中负极上得到电子的反应是4Al2Cl

＋3e－===Al＋7AlCl

；在水溶液中，得电子能力：

H＋>Al3＋，故阴极上发生的反应是2H＋＋2e－===H2↑。

答案：

（1）①负　②还原剂　

（2）c　Cu2＋＋2e－===Cu　Au、Ag以单质的形式沉积在c（阳极）下方，Fe以Fe2＋的形式进入电解质溶液中　（3）bd　（4）负　4Al2Cl

＋3e－===Al＋7AlCl

　H2

题点二　电解原理在环境治理中的应用

3．（2018·潮州模拟）电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法，即保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe（OH）3胶体，Fe（OH）3胶体具有吸附作用，可吸附水中的污物而使其沉淀下来，起到净水的作用，其原理如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A．石墨电极上发生氧化反应

B．根据图示，物质A为CO2

C．为增强污水的导电能力，可向污水中加入适量乙醇

D．甲烷燃料电池中CO

向空气一极移动

解析：

选B　A项，甲烷、空气燃料电池中，通甲烷的电极是负极，则石墨电极为阴极，阴极上发生还原反应，错误；B项，通入甲烷的石墨电极作负极，反应式为CH4＋4CO

－8e－===5CO2＋2H2O，物质A为CO2，正确；C项，乙醇是非电解质，不能增强导电性，错误；D项，在原电池中，阴离子向负极移动，则甲烷燃料电池中CO

向甲烷一极移动，错误。

4．工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。

已知：

①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解；

②氧化性：

Ni2＋（高浓度）>H＋>Ni2＋（低浓度）。

下列说法不正确的是（　　）

A．碳棒上发生的电极反应：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

B．电解过程中，乙中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减少

C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH

D．若将图中阳离子膜去掉，将甲、乙两室合并，则电解反应总方程式发生改变

解析：

选B　A项，阳极电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极：

Ni2＋＋2e－===Ni,2H＋＋2e－===H2↑，正确；B项，由于丙中Ni2＋、H＋不断减少，Cl－通过阴离子膜从丙移向乙，甲中OH－不断减少，Na＋通过阳离子膜从甲移向乙，所以乙中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大，错误；C项，由于H＋的氧化性大于Ni2＋（低浓度）的氧化性，所以为了提高Ni的产率，电解过程需要控制废水的pH，正确；D项，若去掉阳离子膜，在阳极Cl－放电生成Cl2，反应总方程式发生改变，正确。

题点三　电解原理在物质制备中的应用

5．（2018·扬州模拟）H3BO3可以通过电解NaB（OH）4溶液的方法制备，其工作原理如图。

下列叙述错误的是（　　）

A．M室发生的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

B．N室中：

a%

C．Ⅱ膜为阴膜，产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸

D．理论上每生成1mol产品，阴极室可生成标准状况下5.6L气体

解析：

选D　A项，M室为阳极室，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，正确；B项，N室为阴极室，溶液中水电离的H＋得电子发生还原反应，生成H2，促进水的电离，溶液中OH－浓度增大，即a%

穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3BO3，则Ⅱ膜为阴膜，正确；D项，每生成1mol产品，转移电子数目为1mol，阴极室生成0.5molH2，其标准状况下为11.2L气体，错误。

6．二氧化氯（ClO2）为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂，目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺。

（1）①如图所示用石墨做电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。

写出阳极产生ClO2的电极反应式为___________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112mL（标准状况）时，停止电解。

通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为________mol；用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）ClO2对污水中Fe2＋、Mn2＋、S2－和CN－等有明显的去除效果。

某工厂污水中含CN－amg·L－1，现用ClO2将CN－氧化，只生成两种气体，其离子反应方程式为______________

________________________________________________________________________；

处理100