高三化学电解和电解池基础知识精讲

1、高三化学电解和电解池基础知识精讲【基础知识精讲】一、电解和电解池(1)电解和电解池的构成电极 在图41所示的装置中，与电源负极相连的石墨棒称做阴极，与电源正极相连的石墨棒称为阳极阴极和阳极都叫做电极一些金属(如铂、银、铜、铁、锌等)也可以用来作电极，但发生的反应可能不相同由于石墨棒和金属铂既不能得到电子又不能失去电子，这些物质作电极称为惰性电极电解池的构成 图41所示装置是电解池由此可知，电解池必须由四部分构成：阴极、电源、电解质溶液、阳极电极上的反应和总反应 按图41所示的装置接通电源后，阴极(左边的石墨棒)上有铜生成，阳极(右边的石墨棒)上有生成这是为什么呢？在溶液中，电离出，电离出通电后

2、，在电场的作用下，这些自由移动的离子改作定向移动，即向阴极移动，向阳极移动在阳极，由于容易失去电子，所以在电源的强迫下，把电子交给阳极而成为Cl原子，2个Cl原子再构成一个分子，分子再构成氯气所以，在阳极发生氧化反应而生成在阴极，由于电源把电子推到了阴极，又由于的氧化性强(容易获得电子)，所以，在阴极上获得了电子成为Cu原子而沉积在阴极上即在阴极发生还原反应而生成Cu阳极：(氧化反应)阴极：(还原反应)总反应：或电解 分解生成铜和氯气在通常条件是不会发生的，在电解池中之所以能发生，是因为受到电源的强迫我们把这种由电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解电解要消耗电能，这些

3、电能被转变为化学能因此，电解池就是将电能转变为化学能的装置电解池是一种用电器(2)电解池的工作原理 电解池中是自由电子和自由移动的离子共同传导电流电子从阳极流向电源正极(电源正极发生还原反应)，电子从电源负极流向阴极(电源负极发生氧化反应)；电解质溶液中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动；阳离子在阴极得到电子发生还原反应，阴离子(或作阳极的金属)在阳极失去电子发生氧化反应由此可知，电解质溶液导电的过程就是电解的过程，属于化学变化而金属导电过程属于物理变化另外，电路中电子流动的方向与电流的方向相反，即电流的方向是：从电源正极流向阳极，从阴极流向电源负极我们再来理解电解池中电源的作用大家都知道，

4、水自发地从高处流向低处，要使水从低处流向高处，必须使用抽水机和消耗能量，这些能量转变为水的重力势能电解池中电源就相当“抽水机”，例如，在图41所示的电解池中，电源把的电子“抽”出来，交给，即电子从转移到，这显然不是电子的自发流动过程，故要消耗电能，电能被转化为化学能(3)电解池和原电池的比较电解池原电池将电能转化为化学能的装置将化学能转化为电能的装置由阴极、电解质溶液、电源、阳极构成由负极、电解质溶液、正极构成在阳极上发生氧化反应在负极上发生氧化反应在阴极上发生还原反应在正极上发生还原反应受迫氧化还原反应自发氧化还原反应例 根据图42，用电解池、原电池填空(1)闭合，装置属于_(2)闭合，装置

5、属于_(3)闭合，装置属于_分析与解答闭合时，Zn片上和Cu片上的反应分别为：Zn片：(负极)Cu片：(正极)总反应：所以，装置属于原电池闭合时，Zn片上和Cu片上的反应分别为：Zn片：Cu片：总反应：此反应在通常条件下不能自发进行，所以装置属于电解池答案 (1)原电池 (2)原电池 (3)电解池二、电极反应和溶液中离子的得失电子顺序在书写电极反应式时，首先要考虑的问题是：当溶液中有几种阳离子时，是哪种阳离子在阴极得到电子？得电子的先后顺序如何？当溶液中有几种阴离子时，是哪种阴离子在阳极失去电子？是阴离子失去电子还是电极材料失去电子？失去电子的先后顺序如何？因此，在阴极要比较各种阳离子的氧化能

6、力，氧化性强的阳离子先得电子其顺序是：氧化性：在阳极要比较阴离子和电极材料的还原能力，还原性强的先失电子其顺序是：还原性：注意：(1)活泼金属离子在溶液中不会得到电子(2)等不会失去电子(3)当或时，先得电子而后得电子(4)石墨和金属铂是惰性电极，不会得失电子例 用惰性电极电解稀硫酸、NaOH溶液、NaCl溶液、溶液，试写出各电极反应式和总反应化学方程式分析与解答在稀硫酸中存在，通电后，向阴极移动并在阴极得到电子被还原成氢原子，两个氢原子构成一个氢分子，氢分子再构成氢气向阳极移动，不失去电子，在阳极失去电子被氧化后生成由于稀硫酸中很少，发生氧化反应后，的电离平衡向电离方向移动，又电离出在NaO

7、H溶液中存在，通电后，向阳极移动并在阳极失去电子被氧化生成向阴极移动，不得电子，得到电子被还原生成由于NaOH溶液中很少，发生还原反应后，的电离平衡向电离方向移动，又电离出答案电解稀硫酸，图43所示阴极：阳极：总反应：电解NaOH溶液，图44所示阳极：阴极：总反应：由此可知，电解稀硫酸和电解NaOH溶液实际是电解水强电解质和NaOH起导电作用，减小电阻，减小热效应，使更多的电能转化为化学能E(电能)E(化学能)+电解NaCI溶液，图45所示阳极：阴极：总反应：或 在阳极生成，被称做阳极产物；和NaOH则为阴极产物电解溶液，图46所示阴极：阳极：总反应：或 三、酸碱盐水溶液的电解规律根据上述范例

8、和类题，若采用惰性电极电解酸碱盐的水溶液，则有下述四点规律(1)电解无氧酸或不活泼金属无氧酸盐的水溶液时，其实就是电解质发生分解反应例如：(2)电解某些强含氧酸、强碱、某些活泼金属含氧酸盐的水溶液时，实际上是电解水例如，电解等物质的水溶液，就属于此种情况(3)电解活泼金属无氧酸盐的水溶液时，例如，电解NaCl、KBr、等物质的水溶液，电解质和水都参加反应，阳极产物是非金属单质，阴极产物是同时生成碱()(4)电解某些不活泼金属含氧酸盐的水溶液时，例如，电解等物质的水溶液，电解质和水都参加反应，阴极产物是不活泼金属单质，阳极产物是同时生成酸()注意：上述规律的本质是离子在电极上的得失电子规律例 采

9、用惰性电极，电解符合下列各问题的电解质的水溶液，请从等离子中，选出适当的离子组合成符合要求的电解质(1)两极分别放出，电解质的化学式是_，阴极反应式是_，阳极反应式是_(2)阴极析出金属，阳极析出，电解质的化学式是_；电解的化学方程式是_(3)两极分别放出气体，且体积为11，电解质的化学式是_，电解的化学方程式是_分析与解答(1)要求是酸碱盐水溶液的电解规律中第二点中的电解质；(2)是第四点中的电解质；(3)是第三点中的电解质或第一点中的电解质答案(1) (2)；(3)四、根据电解原理的计算在电解过程中，同一时间内两极上得失电子的数目相等这一规律被称为电荷守恒规律在有关电解原理的计算中，常用的

10、简便方法就是电荷守恒法例1 用碳棒作阳极，Cu片作阴极，电解1L 0.1mol/L的溶液，当阴极质量增加2.16g时，计算阳极析出的气体在标准状况下的体积分析与解答阴极析出2.16g是Ag，其物质的量为0.02mol由于每生成1 mol Ag需得到1mol电子，所以，生成0.02molAg要得到0.02mol电子设阳极析出的的体积在标准状况下为V，则的物质的量为由于每生成1mol失去4mol电子，所以，生成要失去电子根据电荷守恒法，则有：V0.112L答案 生成的在标准状况下为0.112L例2 将含有0.4mol和0.4molKCl的水溶液用惰性电极电解一段时间后，在一个电极上析出0.3mol

11、Cu，此时在另一个电极上放出气体的体积约为(标准状况)( )A5.6 LB6.72 LC2.8 LD13.44 L分析与解答在和KCl的混合溶液中，存在电解时，阴极上先析出Cu后析出，阳极上先析出后析出当有0.3molCu析出时，得到或失去的电子为0.6mol，则0.4mol已全部氧化而失去0.4mol电子，还有0.2mol电子由失去，故有生成的体积分别为：所以，阳极共析出气体5.6L答案 A五、电解原理的应用利用电解原理，能精炼铜和电镀铜利用电解原理，能冶炼活泼金属在金属活动性顺序中，钾、钙、钠、镁、铝等金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，它们的阳离子的氧化性很弱，很难被还原剂还原因

12、此，只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来制取它们利用电解原理，能制取充电电池和防止金属腐蚀例 氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池氢镍电池的总反应式是根据此反应式判断，下列叙述中正确的是( )A电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大B电池放电时，镍元素被氧化C电池充电时，氢元素被还原D电池放电时，是负极分析与解答放电时，负极：，pH下降；正极：，镍元素被还原，pH上升充电时，阴极：，阳极：答案 CD【重点难点提示】1电解原理：电极反应、放电顺序等2电镀铜和电解精炼铜【典型例题分析】例1 银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充放电过程可以表示为：，在此电

13、池放电时，负极上发生反应的物质是( )AAgBCDZn分析与解答 D解析 本题以新型电池，并且是可逆电池为背景材料，考查原电池的基本概念和原理题中设问为“放电时”，故只能从和Zn中选择，在放电时，该装置为原电池，负极上的反应是：还原剂失电子，分析、Zn反应前后元素化合价的变化情况，可知Zn是还原剂，在负极上反应，故选D原电池反应、电解反应集中在一个反应上，那就是此类的可逆电池，充电时，相当于电解池，发生电解反应；放电时，相当于原电池，发生原电池反应并且这也是原电池、电解池原理的重要的实际应用，所以应该认真研究此类问题：(1)根据所给总反应，判断电极上反应的物质以及电极反应式放电时：原电池负极(

14、Zn)：或正极()：充电时：电解池阳极(Ag)：阴极()：(2)根据所给总反应，判断电解质溶液的酸性、碱性情况由于该反应中，均为碱性物质，故该电池为碱性电池例2 (1996年高考试题)实验室用铅蓄电池电解饱和食盐水制取氯气，已知铅蓄电池放电时发生反应：负极：正极：当制得0.050mol时，电池内消耗的物质的量至少是( )A0.025molB0.050molC0.100molD0.200mol分析与解答 C解析 本题考查电解时“电子守恒”关系的应用由于所提供的背景材料对考生来说属新且难所以对于正确的解答此题设置了心理障碍在电解池中产生0.050mol，转移电子为0.100mol，此电子应由原电池

15、(铅蓄电池)提供，将两个电极反应式相加，得到电池的总反应式，再根据电子转移数与的关系即可求解关系式：0.100mol 0.100mol注意 两电极反应式相加时，必须失得电子数相等例3 (1993年上海高考试题)下列叙述正确的是( )锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少量硫酸铜能加快反应速率镀层破坏后，白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易腐蚀电镀时，应把镀件置于电解槽的阴极冶炼铝时，把氧化铝加入液态冰晶石中成熔融体后电解钢铁表面常易锈蚀生成ABCD分析与解答 B解析 本题涉及的均是电化学的基本知识正确，构成无数微小原电池，加快了反应速率其依据是通过原电池来完成氧化还原反应时，反应速率比原来快错误白

16、铁破损后，Zn作负极被氧化，Fe作正极被保护而马口铁破损后，还原性FeSn，Sn作正极，Fe作负极被腐蚀所以马口铁比白铁更易被腐蚀正确电镀是电解原理的应用金属离子(镀层金属)必须在镀件上得电子而析出，所以镀件作阴极，镀层金属作阳极注意：当金属作阳极时(除Pt、Au外)，均本身失去电子而溶解所以在选择电极时，一定要根据电解目的选择合适的电极材料，特别是阳极的材料正确由于的熔点很高，为了降低其熔点，采用了冰晶石正确铁发生吸氧腐蚀，最终被氧化成例4 (1991年高考试题)用两支惰性电极插入500mL溶液中，通电电解，当电解液的pH从6.0变为3.0时(设阴极没有放出，且电解液的体积不变)，电极上应析

17、出银的质量是( )A27mgB54mgC108mgD216mg分析与解答 B解析 本题是高考热点题，要求考生不仅要熟练掌握，NaCl溶液电解反应的方程式，而且要掌握其中量关系的规律综合利用电荷守恒、电子守恒迅速找出需要的关系式(1)电极产物的关系式根据电子守恒确定如：，(2)电极产物与与的关系根据电荷守恒确定电解时若只消耗溶质中的一种离子，同时必产生一种与其电荷相同的离子，并且与这种离子电荷量相等如：电解NaCl溶液，放电，必补充另一种阴离子且与等电荷量，所以有电解溶液，放电，补以，关系式为电解溶液，放电，补以，关系式为只有这样才能快速、准确地解答此类计算问题产生：由 0.5mmol 0.5m

18、mol则产生Ag的质量为0.5×10854(mg)【同步达纲练习】1下列叙述中，可以说明金属甲的活动性比金属乙的活动性强的是 ( )A在氧化还原反应中，甲原子失去的电子比乙原子失去的电子多B同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强C甲跟稀盐酸反应放出氢气而乙不能D将甲、乙作电极组成原电池时，甲是负极2把a，b，c，d四块金属片浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池若a，b相连时，a为负极；c，d相连时，c为负极；a，c相连时，c为正极；b，d相连时，b为正极则这四种金属的活动性顺序(由大到小)为 ( )AabcdBacdbCcabdDbdca3用铂作电极电解一定浓度的下列物质的水溶

19、液，电解结束后，向剩余电解液中加适量水，能使溶液和电解前相同的是 ( )ABCNaOHDNaCl4下图41各容器中盛有海水，铁在其中腐蚀时由快到慢的顺序是 ( )A(4)(2)(1)(3)B(2)(1)(3)(4)C(4)(2)(3)(1)D(3)(2)(4)(1)5用石墨作电极，电解下列物质的溶液，溶液的pH保持不变的是 ( )AHClBNaOHCDNaCl6将分别盛有熔融的KCl，三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出K，Mg，Al的物质的量之比为 ( )A1：2：3B3：2：1C6：3：1D6：3：27有a，b，c，d四种金属，将a与b用导线连结起来，浸入电解质溶液中，b不易腐

20、蚀将a，d分别投入等浓度盐酸中，d比a反应剧烈将铜没入b的盐溶液中，无明显变化如果把铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是( )Aa，c，d，bBd，a，b，cCd，b，a，cDb，a，d，c8将两个铂电极插入500mL溶液中进行电解，通电一段时间后，某一电极增重0.064g(设电解时该电极无放出，且不考虑水解和溶液体积变化)此时溶液中约为 ( )ABCD9电解和NaCl的混合溶液，阴极和阳极上分别析出的物质是 ( )A和BCu和C和DCu和10微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用有一种银锌电池，其电极分别为和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为：总反应为：根据

21、上述反应式，判断下列叙述中正确的是( )A使用过程中，电池负极区溶液pH减小B使用过程中，电子由电极经外电路流向Zn电极CZn是负极，是正极DZn电极发生还原反应，电极发生氧化反应11镍镉可充电电池可以发生反应：该电池的负极材料是 ( )ACdBNiO(OH)CD12燃料电池是燃料(例如CO，等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置电解质溶液是强碱(如KOH)溶液下列关于甲烷燃料电池的说法不正确的是 ( )A负极反应式为：B正极反应式为：C随着不断放电，电解质溶液的碱性不变D甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧高13某蓄电池充放电时反应如下：下列推断中正确的是 ( )放电时Fe为正极，

22、为负极充电时阴极上的电极反应为：充电时为阳极蓄电池的电极必浸在某碱性电解质溶液中ABCD14以惰性电极在相同条件下同时电解500mL的下列各溶液，电解反应首先停止的是 ( )ABCDNaOH15电解食盐水时，会产生一种具有消毒作用的副产物(1)该物质是(填名称)_(2)简述产生该物质的原理：_16银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成了硫化银有人设计用原电池原理加以除去其处理方法为：将一定浓度的食盐水放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失试回答：(1)原电池中正极反应为_，负极反应为_；(2)在反应过程中有臭鸡蛋气味的气体产生，写出电池的总反应方程式：_17工业上处理含酸性工业废水用以下方法：往工业废水中加入适量的NaCl，搅拌均匀；用铁作电极进行电解，经过一段时间后有和沉淀产生；过滤回收沉淀，废水达到排放标准试回答下列各问题：(1)写出电解时的电极反应式阳极：_；阴极：_(2)写出转变为的离子方程式(3)电解过程中，和是怎样产生的？(4)能否将Fe改成石墨电极？为什么？18市场上出售的“热敷袋”其主要成分为铁屑、碳粉、木屑和少量氯化钠、水等热敷袋启用之前用塑料袋使其