高考化学一轮复习专题63电解池知识讲解.docx

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高考化学一轮复习专题63电解池知识讲解

第三讲电解池

【真题速递】

1.（2019.天津）我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。

图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。

（）

A.放电时，a电极反应为

B.放电时，溶液中离子的数目增大

C.充电时，b电极每增重，溶液中有被氧化

D.充电时，a电极接外电源负极

【答案】D

【解析】

放电时，Zn是负极，负极反应式为Zn-2e－═Zn2＋，正极反应式为I2Br－+2e－=2I－+Br－，充电时，阳极反应式为Br－+2I－-2e－=I2Br－、阴极反应式为Zn2＋+2e－=Zn，放电时，只有阳离子能穿过交换膜，阴离子不能穿过交换膜，据此分析解答。

A、放电时，a电极为正极，碘得电子变成碘离子，正极反应式为I2Br－+2e－=2I－+Br－，故A正确；

B、放电时，正极反应式为I2Br－+2e－=2I－+Br－，溶液中离子数目增大，故B正确；

C、充电时，b电极反应式为Zn2＋+2e－=Zn，每增加0.65g，转移0.02mol电子，阳极反应式为Br－+2I－-2e－=I2Br－，有0.02molI－失电子被氧化，故C正确；

D、充电时，a是阳极，应与外电源的正极相连，故D错误；

2.（2017·全国卷Ⅰ，11）支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。

下列有关表述不正确的是（　　）

A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零

B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩

C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流

D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整

【答案】　C

【解析】　钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁（阳极）流向正极，从负极流向钢管桩（阴极），A、B正确；C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，错误。

3.（2018·全国卷Ⅰ，13）最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。

示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：

①EDTA-Fe2＋－e－===EDTA-Fe3＋

②2EDTA-Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA-Fe2＋

该装置工作时，下列叙述错误的是（　　）

A.阴极的电极反应：

CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O

B.协同转化总反应：

CO2＋H2S===CO＋H2O＋S

C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低

D.若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需为酸性

【答案】　C

【解析】　由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。

阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C项错误；由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A项正确；将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B项正确；Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D项正确。

4（2016·全国卷Ⅰ，11）三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO

可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。

下列叙述正确的是（　　）

A.通电后中间隔室的SO

离子向正极迁移，正极区溶液pH增大

B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品

C.负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低

D.当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成

【答案】　B

【解析】　电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，即SO

离子向正极区移动，Na＋向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.25mol的O2生成，D错误。

5.[2018·全国卷Ⅲ，27（3）]KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。

①写出电解时阴极的电极反应式______________________________________________。

②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_______，其迁移方向是_____________。

③与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有_____________（写出一点）。

【答案】　①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑　②K＋　由a到b　③产生Cl2易污染环境等

【解析】　①电解液是KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。

②电解过程中阳极反应为I－＋6OH－－6e－===IO

＋3H2O。

阳极的K＋通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b。

③“KClO3氧化法”的主要不足之处是产生Cl2，易污染环境。

【考纲解读】

考点

内容

说明

电解池

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。

高考必考点之一，常以选择题、非选择题的形式出现

【知识梳理】

一、电解原理

1．电解

2．电解池

（1）定义：

电解池是把转变为的装置。

（2）电解池的构成条件

①有外接直流电源。

②有与相连的两个电极。

③形成闭合回路。

④电解质溶液或电解质。

（3）电解池工作原理（以电解CuCl2溶液为例）

（4）电解原理示意图

二、电解原理的应用

1．氯碱工业

（1）电极反应

阳极：

阴极：

（2）总反应方程式：

（3）总反应离子方程式：

。

2．电解精炼铜

3．电镀铜

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。

【答案】

一、1．还原氧化2．

（1）电能化学能

（2）②电源④熔融

（3）

（4）

二、

1、

（1）2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑

（2）2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

2Cl－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑。

2．

3．

4．

【考点精讲】

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形成闭合电路。

（2）电极名称及电极的反应式（如图）

（3）电子和离子的移动方向（惰性电极）

4．电解过程

（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。

（2）再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组。

说明　不要忘记水溶液中的H＋和OH－，不要把H＋、OH－误加到熔融电解质中。

（3）然后排出阴、阳两极的放电顺序

阴极：

阳离子放电顺序Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋（酸）>Fe2＋>Zn2＋>H＋（水）>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。

阳极：

活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。

说明　①“活泼电极”一般指Pt、Au以外的金属。

②最常用的放电顺序：

阳极：

活泼金属>Cl－>OH－；阴极：

Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋。

（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）最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。

名师助学：

在掌握放电顺序的基础上，总结用惰性电极电解电解质的规律，是灵活运用电解原理的基础。

1．电解水型

规律：

H＋、OH－放电，电解质形成的阳离子要么是H＋，要么是放电顺序排在H＋之后的活泼性较强的金属对应的阳离子；阴离子要么是OH－，要么是放电顺序排在OH－之后的含氧酸根等。

实例

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↑

H2O

2H2O

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

2.电解电解质型

规律：

电解质形成的阴、阳离子放电，电解质电离形成的阴、阳离子要么是H＋、OH－，要么是放电顺序排在H＋、OH－之前的对应离子。

实例：

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

无氧酸（如HCl），除HF外

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

酸

2HCl

H2↑＋Cl2↑

减小

增大

通入

HC气体

不活泼金属的无氧酸盐（如CuCl2），除氟化物外

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu

盐

CuCl2

Cu＋Cl2↑

加CuCl2

固体

3.电解电解质和水型

规律：

放电离子分别是水电离形成的H＋或OH－以及电解质形成的阴离子或阳离子。

实例1　放H2生碱型

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

活泼金属的无氧酸盐（如NaCl）

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

水和

盐

2Cl－＋2H2O

Cl2↑＋H2↑＋2OH－

生成新

电解质

增大

通入

HCl

气体

实例2　放O2生酸型

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

不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4）

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

阴极：

2Cu2＋＋4e－===2Cu

水和

盐

2Cu2＋＋2H2O

2Cu＋O2↑＋4H＋

生成新

电解质

减小

加CuO或

CuCO3

【典例1】

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）2B.KCl　Na2SO4　CuSO4

C.CaCl2　KOH　NaNO3D.HCl　HNO3　K2SO4

【答案】　B

【解析】　由电解电解质溶液的四种类型可知：

类型

化学物质

pH变化

放O2生酸型

CuSO4、AgNO3、Cu（NO3）2

降低

放H2生碱型

KCl、CaCl2

升高

电解电解质型

CuCl2

HCl

升高

电解H2O型

NaNO3、Na2SO4、K2SO4

不变

KOH

升高

HNO3

降低

【典例2】

2．铅蓄电池在日常生活中应用广泛。

回答下列问题：

（1）铅蓄电池放电时的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，现用如图装置进行电解（电解液足量），测得当铅蓄电池中转移0.4mol电子时铁电极的质量减少11.2g。

请回答下列问题：

①A是铅蓄电池的________极。

②Ag电极的电极反应式是_____________________________________，

该电极的电极产物共________g。

③Cu电极的电极反应式是_______________________________________，

CuSO4溶液的浓度________（填“减小”“增大”或“不变”）。

（2）铅蓄电池的PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，反应的离子方程式为______________________；

PbO2也可以石墨为电极，Pb（NO3）2和Cu（NO3）2的混合溶液为电解液制取。

阳极发生的电极反应式为________________________________________________________；

阴极上观察到的现象是___________________________________________；

若电解液中不加入Cu（NO3）2，阴极发生的电极反应式为___________________，

这样做的主要缺点是____________________________________________。

（3）将Na2S溶液加入如图所示的电解池的阳极区，用铅蓄电池进行电解，电解过程中阳极区发生如下反应：

S2－－2e－===S，（n－1）S＋S2－===S

。

电解时阴极的电极反应式：

_______________________________________。

电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成________________。

【答案】　

（1）①负　②2H＋＋2e－===H2↑　0.4

③Cu－2e－===Cu2＋　不变

（2）PbO＋ClO－===PbO2＋Cl－

Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋

石墨上析出铜

Pb2＋＋2e－===Pb↓

不能有效利用Pb2＋

（3）2H＋＋2e－===H2↑

S

＋2H＋===（n－1）S↓＋H2S↑

【解析】　

（1）①因电解过程中铁电极质量减少，判断A是电源负极，B是电源正极。

②电解时Ag极作阴极，发生2H＋＋2e－===H2↑，转移0.4mol电子时，析出氢气0.4g。

③右侧U形管相当于电镀装置，Zn电极作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，铜电极作阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变。

（2）根据电子得失守恒可得PbO＋ClO－===PbO2＋Cl－。

用电解法制PbO2，Pb价态升高，PbO2应为阳极产物，即Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋；阴极Cu2＋放电，在石墨极上析出铜；若不加Cu（NO3）2，则阴极为Pb2＋放电，损失Pb2＋，不能有效利用Pb2＋。

（3）阴极只有H＋得电子生成H2；反应物为S

、H＋，产物有S，所以S

中S的化合价既升高也降低，有H2S生成，配平即可。

【归纳总结】

1．电极反应式的书写步骤与方法

2．规避电解池中化学方程式书写的易失分点

（1）书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成化学式。

（2）电极反应的书写首先根据题干要求及信息写出反应物和生成物，然后根据“阴得阳失”加上得失电子数目，最后根据电解质溶液酸碱性补上H＋、OH－或H2O，依据电荷守恒配平。

（3）确保两极得失电子数目相等，且注明条件“电解”。

【考点一精练】

1.下列有关电化学原理的说法正确的是（　　）

A．电解法冶炼铝时，阳极反应为：

2O2﹣﹣4e﹣=O2↑　

B．用电解法精练铜，阳极反应为：

Cu2++2e﹣=Cu　

C．钢铁在中性条件下被腐蚀，正极反应为：

2H2O+2e﹣=H2↑+2OH﹣　

D．铝﹣空气燃料电池以KOH为电解液时，负极反应为：

Al﹣3e﹣=Al3+

【答案】A

【解析】

A．电解法冶炼铝时，阳极为氧离子失电子生成氧气，则阳极反应为：

2O2﹣﹣4e﹣=O2↑，正确；

B．电解精炼粗铜时，粗铜作阳极、纯铜作阴极，阳极为Cu失电子生成铜离子，阳极反应为：

Cu﹣2e﹣=Cu2+，错误；

C．钢铁在中性条件下被腐蚀，正极上氧气得电子，则正极反应为：

O2+2H2O+4e﹣=4OH﹣，错误；

D．铝﹣空气燃料电池以KOH为电解液时，负极上铝失电子生成偏铝酸根离子，则负极反应为：

Al+4OH﹣﹣﹣3e﹣═AlO2﹣+2H2O，错误．

2.电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：

保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe（OH）3沉淀．Fe（OH）3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用．阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去（或撇掉）浮渣层，即起到了浮选净化的作用．某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置示意图，如图所示．下列说法正确的是（　　）

A．Fe为阳极，其电极反应为：

Fe﹣3e﹣+3OH﹣=Fe（OH）3↓　

B．通入甲烷的电极为负极，其电极反应为：

CH4﹣8e﹣+10OH﹣=CO32﹣+7H2O　

C．为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池工作时必须有部分A物质参加循环,A物质是CO2　

D．实验过程中，若在阴极产生了4.48L气体，则电路中通过的电子个数为0.4NA

【答案】C

【解析】A、电解时铁作阳极，因此主要发生Fe﹣2e﹣=Fe2+，错误；

B、甲烷燃料电池中，负极发生的反应是甲烷失电子被氧化的过程，电极反应式为CH4+4CO32﹣﹣8e﹣=5CO2+2H2O，错误；

C、电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳，使该燃料电池长时间稳定运行，电池工作时必须有部分A物质参加循环．A物质是CO2，正确；

D、电解时阴极反应式为2H++2e﹣=H2↑，产生4.48L气体为标准状况下时，转移电子数为0.2NA，错误．

3.人工肾脏可用电化学方法除去代谢产物中的尿素[CO（NH2）2]，原理如图，下列有关说法不正确的是（　　）

A．B为电源的正极　

B．电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将升高　

C．电子移动的方向是B→右侧惰性电极，左侧惰性电极→A　

D．阳极室中发生的反应依次为2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑、CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl

【答案】A

【解析】该装置是电解池，生成氢气的电极得电子发生还原反应为阴极，连接阴极的电极B为负极，则A为正极，生成氮气的电极为阳极，阳极室反应为6Cl﹣﹣6e﹣═3Cl2↑、CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl，阴极反应式为2H2O+2e﹣=H2↑+2OH﹣，电子从负极流向阴极、阳极流向正极，

A．通过以上分析知，B为电极负极，错误；

B．电解过程中，阴极反应式为2H2O+2e﹣=H2↑+2OH﹣，溶液中氢氧根离子浓度增大，溶液的pH增大，所以电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将升高，正确；

C．电子从负极流向阴极、阳极流向正极，所以电子移动的方向是B→右侧惰性电极，左侧惰性电极→A，正确；

D．通过以上分析知，阳极室中发生的反应依次为2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑、CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl，正确．

4.用石墨电极完成下列电解实验。

下列对实验现象的解释或推测不合理的是（　　）

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。

5.用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法．其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，则下列有关说法中不正确的是（　　）

A．X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极　

B．阳极区pH增大　

C．图中的b＞a　

D．该过程中的产品还有H2SO4

【答案】B

【解析】A．根据阴阳离子的移动方向知，阳离子向Pt（Ⅰ）电极移动，阴离子向Pt（Ⅱ）移动，因此Pt（Ⅰ）为阴极，Pt（Ⅱ）为阳极，所以X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极，正确；

B．阳极上，亚硫酸根离子被氧化生成硫酸根离子，亚硫酸是弱电解质，硫酸是强电解质，所以阳极附近氢离子浓度增大，溶液的pH减小，错误；

C．阳极室中，出来的硫酸中不仅有加入的稀硫酸还有亚硫酸根离子被氧化生成的硫酸，所以b＞a，正确；

D．该电解池中阳极上生成硫酸，阴极上生成氢气，所以该过程中的产品主要为H2SO4和H2，正确。

考点二、电解原理的应用

1．电解饱和食盐水

（1）电极反应

阳极反应式：

2Cl－－2e－===Cl2↑（氧化反应）

阴极反应式：

2H＋＋2e－===H2↑（还原反应）

（2）总反应方程式

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

离子反应方程式：

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。

2．电解精炼铜

3．电镀铜

4．电冶金

利用电解熔融盐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↑

2Cl－－2e－===Cl2↑

2Na＋＋2e－===2Na

冶炼镁

MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑

2Cl－－2e－===Cl2↑

Mg2＋＋2e－===Mg

冶炼铝

2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑

6O2－－12e－===3O2↑

4Al3＋＋12e－===4Al

【典例1】

1.以铅蓄电池为电源，石墨为电极电解CuSO4溶液，装置如下图。

若一段时间后Y电极上有6.4g红色物质析出，停止电解。

下列说法正确的是（　　）

A.a为铅蓄电池的负极

B.电解过程中SO

向右侧移动

C.电解结束时，左侧溶液质量增重8g

D.铅蓄电池工作时，正极电极反应式为：

PbSO4＋2e－===Pb＋SO

【答案】　C

【解析】　Y极有Cu析出，发生还原反应，Y极为阴极，故b为负极，a为正极，A错误；电解过程中阴离子向阳极移动，B错误；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，当有6.4gCu析出时，转移0.2mole－，左侧生成1.6gO2，同时有0.1mol（9.6g）SO

进入左侧，则左侧质量净增加9.6g－1.6g＝8g，C正确；铅蓄电池的负极是Pb，正极是PbO2，正极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO

===PbSO4＋2H2O，D错误。

【典例2】

2.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