【创新设计】高考化学一轮复习 第5节 电解原理及其应用 大纲人教

第五节电解原理及其应用

1.了解电解原理，学会判断电解时电极产物，了解用惰性电极电解电解质溶液的规律及应用。2.掌握电解原理及其应用，电极产物的判断，用惰性电极电解电解质溶液的规律及应用。此类试题内容主要包括：

(1)电解的原理和应用；

(2)电极反应式的书写；

(3)电极产物的判断。此考点属于高考热点，试题主要以选择题形式出现，主要考查电解的有关概念以及电极反应式的书写和电极产物的判断。复习目标展示知识点1电解原理及电解池问题1：电解原理的理解？电解池的形成条件？电极反应式的书写？【思维延伸】电解时电极反应式的书写规律

(1)电极反应：阴极发生还原反应，电极与电源负极相连，且为惰性电极，本身不参与反应，溶液中的阳离子得电子；阳极与电源正极相连，发生氧化反应，若为活性电极，则本身参与反应，若为惰性电极，则是溶液中的阴离子失电子。(2)书写电极反应式时应注意①首看电极：主要是看阳极是何种类型的电极，若为活性电极，电极本身被氧化，发生氧化反应。②再看离子：搞清电解质溶液中存在哪些离子，根据放电顺序，书写电极反应式。③水溶液中始终有H＋和OH－,放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与电极反应。知识点2电解原理的应用问题2：电解原理的应用实例有哪些？2．铜的精炼阳极(用粗铜)：Zn－2e－Zn2＋、Fe－2e－

Fe2＋、Ni－2e－Ni2＋，Cu－2e－Cu2＋另外，粗铜中的金、银等金属杂质，因为失去电子能力比Cu弱，难以在阳极失去电子变成阳离子溶解下来，而以阳极泥的形式沉积下来。阴极(用纯铜)：Cu2＋＋2e－Cu电解质溶液用

或

溶液。长时间电解后，电解质溶液必须补充。CuSO4CuCl23．电镀电镀是一种特殊的电解,要求镀件必须作阴极,镀层金属作阳极,含镀层金属离子的可溶性盐溶液作电解质溶液(作为电镀液)。电镀时，理论上电解质溶液的浓度保持不变。4．电解法冶炼活泼金属

Na、Mg、Al等活泼金属都可用电解它们的熔融盐或氧化物制得5．氯碱工业——电解饱和食盐水制取烧碱和氯气(1)原理：阳极(用石墨)：2Cl－－2e－Cl2↑阴极(用Fe)：2H＋＋2e－H2↑(2)饱和食盐水的精制：电解前应除去食盐溶液中的Ca2＋、Mg2＋、等杂质离子，加入试剂依次为过量NaOH溶液、过量BaCl2溶液、过量Na2CO3溶液、稀盐酸(或将过量BaCl2溶液和过量NaOH溶液的顺序互换)。(3)离子交换膜法制烧碱离子交换膜电解槽主要由阳极(用金属钛网制成，涂有钛、钌等氧化物涂层)、阴极(由碳钢网制成，上面涂有镍涂层)、离子交换膜、电解槽框、导电铜棒等组成。1．阳极产物的判断首先看电极，若是活性电极(除金、铂外的金属)，则电极材料本身失电子，电极被溶解形成阳离子进入溶液；若是惰性电极(如石墨、铂、金等)，则根据溶液中阴离子放电顺序加以判断，放电顺序：阳极：金属(除Au、Pt外)>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子>F－。2．阴极产物的判断直接根据溶液中阳离子放电顺序加以判断、阳离子放电顺序：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。考点1电解过程中电极产物的判断(1)处理有关电解池两极产物的问题，一定要先看电极，看电极是活性电极还是惰性电极。活性电极在阳极放电，电极溶解生成相应的金属离子，此时阴离子在阳极不放电。对于惰性电极，则只需比较溶液中定向移动到两极的阴、阳离子的放电顺序即可。(2)根据阳离子放电顺序判断阴极产物时，要注意下列两点：①Fe3＋得电子能力大于Cu2＋，但第一阶段只能被还原为Fe2＋；②Pb2＋、Sn2＋、Fe2＋、Zn2＋控制一定条件(即电镀)时也能在水溶液中放电；Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融状态下放电。要点深化【例1】(上海市高考题)如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关的判断正确的是()

A．a为负极，b为正极B．a为阳极，b为阴极C．电解过程中，d电极质量增加D．电解过程中，氯离子浓度不变

解析：在电解池中阳极失去电子，经导线流向电源的正极，再从负极流出最后到达阴极，而电流方向刚好与电子的流向相反。因此，可判断a是电源的正极，b是电源的负极，则c是电解池的阳极，Cl－

在阳极失去电子转化为Cl2；d是电解池的阴极，产生Cu，电解过程中，d电极质量增加。C

1．某电解池内盛有CuSO4溶液，插入两根电极，接通直流电源后，欲达到如下要求：①阳极质量不变，②阴极质量增加，③电解液pH减小，则应选用的电极是题()A．阴阳两极都有石墨B．铜作阳极，铁作阴极C．铁作阳极，铜作阴极D．铂作阳极，铜作阴极

解析：由题给条件可知，阳极质量不变，阳极材料必须用惰性电极而不能用非惰性金属电极，阴极材料不限。

答案：AD变式练习考点2电解规律以惰性电极电解酸、碱、盐的水溶液时变化规律分析如下表：类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度pH使电解质溶液复原电解水型阴：2H＋＋2e－H2↑阳：4OH－－4e－2H2O＋O2↑NaOH水增大增大水H2SO4水增大减小水Na2SO4水增大不变水电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大氯化氢CuCl2电解质减小氯化铜放H2生碱型阴极：H2O放H2生成碱阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大氯化氢放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生成酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小氧化铜1．电解时电极附近溶液pH的变化(惰性电极)

(1)电极区域A．阴极H＋放电产生H2，阴极区域pH变大。B．阳极OH－放电产生O2，阳极区域pH变小。(2)电解质溶液中①电解过程中，既产生H2，又产生O2,则原溶液呈酸性的pH变小，原溶液呈碱性的pH变大，原溶液呈中性的pH不变(浓度变大)。②电解过程中，无H2和O2产生，pH几乎不变。③电解过程中，只产生H2，pH变大。④电解过程中，只产生O2，pH变小。要点深化2．电解后电解质溶液的复原

用惰性电极电解时,若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“缺什么加什么,缺多少加多少”的原则，一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。【例2】如图所示，下列关于实验现象的描述正确的是()a电极b电极X溶液实验现象A石墨石墨CuCl2a电极质量增加，b电极放出无色气体BFe石墨KNO3a电极质量增加，b电极放出无色气体CFeCuCuSO4a电极质量增加，b电极质量减少D石墨石墨HCla电极放出无色气体，b电极放出无色气体解析：这是一个电解装置，其中A、D选项中是惰性电极，且电解液都含有氯离子，所以b电极应该放出黄绿色的气体(氯气)；B选项中的a电极质量不变；C选项中所组成的电解池相当于电镀池，其中b电极的铜溶解，质量减少，而a电极上析出铜，质量增加。答案：C2．用惰性电极实现电解，下列说法正确的是()A．电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1变式练习解析：电解稀H2SO4，实质上是电解水，硫酸的物质的量不变，但溶液体积减少，浓度增大，故溶液pH减小，A不正确；电解稀NaOH溶液，阳极消耗OH－，阴极消耗H＋，实质也是电解水，NaOH溶液浓度增大,故溶液的pH增大，B不正确；电解Na2SO4溶液时，在阳极发生反应：4OH－－4e－2H2O＋O2↑，在阴极发生反应：4H＋＋4e－2H2↑，由于两电极通过电量相等,故析出H2与O2的物质的量之比为2∶1，C不正确；电解CuCl2溶液时，阴极反应为Cu2＋＋2e－Cu，阳极反应为2Cl－－2e－Cl2↑，两极通过电量相等时，Cu和Cl2的物质的量之比为1∶1，D正确。答案：D客观题电解过程两极产物的定量计算是高考的基本能力要求，正确理解电解原理，运用得失电子守恒的方法，求解两极产物的量是考查学生基本计算能力的题型。【考题一】将0.2molAgNO3、0.4molCu(NO3)2、0.6molKCl溶于水，配成100mL溶液，用惰性电极电解一段时间后，若在一极析出0.3molCu，此时在另一极上产生的气体体积(标准状况)为()A.4.48LB．5.6LC．6.72LD．7.84LB思路点拨：把三种物质溶于水后,AgNO3和KCl之间发生反应,KCl剩余0.4mol。与放电有关的离子有：Cu2＋0.4molCl－0.4mol及H＋、OH－，阴极发生：Cu2＋＋2e－Cu，生成0.3molCu时,通过电子0.6mol；阳极首先发生：2Cl－－2e－Cl2↑,当0.4molCl－放电时，通过电子0.4mol，生成Cl20.2mol，阳极再发生：4OH－－4e－2H2O＋O2↑,根据阴阳两极通过电子数相等得,再通过0.2mol电子时，生成O20.05mol，所以阳极共生成气体0.25mol，即5.6L(标准状况)。高分解密把不同的溶液混合后，首先要考虑它们之间能否反应，其次要注意溶液体积的变化。解答本题很容易出现的错误是根据溶液中存在的离子及放电顺序直接计算。主观题电解原理在工业生产中有着广泛的应用，灵活运用电解的知识分析判断工业生产的原理和设计，是重要的考查方式，应高度重视。【题型二】(12分)铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答：

(1)工业冶炼铝的化学方程式是。

2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑

通电(2)铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是

，

2Al＋2OH－＋6H2O2[Al(OH)4]－＋3H2↑(3)工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)，其工作原理如下图所示。①该电解槽的阳极反应式是

。②通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因

。③除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口

(填写“A”或“B”)导出。作答与批改实录4OH－－4e－

2H2O＋O2↑H＋放电，促进水的电离，c(OH－)增大B点评1．利用铝和碱液反应作为切入点。2．电解过程中溶液中各离子浓度的变化。3．注意利用电解原理分析。点拨离子交换膜法电解提纯KOH时,阳极反应为：4OH－－4e－2H2O＋O2↑,阴极反应为:4H2O＋4e－4OH－＋2H2↑。电解过程中阳极附近的K＋通过阳离子交换膜向阴极移动,含氧酸根离子不能通过离子交换膜。一段时间后,阴极附近K＋、OH－浓度变大,从B处(阴极区)得到溶液，蒸发结晶后可得较纯净的KOH。1．(5分)能用电解原理说明的问题是()①电解是把电能转变成化学能②电解是化学能转化成电能③电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现⑤任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生

A.①②③④B．②③⑤C．③④D．①③④⑤

解析：从能量角度看，电解是把电能转化成化学能的过程，故①对②错。电解质溶液的导电过程，必然伴随着两个电极上氧化—还原反应的发生，同时生成新的物质，故③、⑤对。某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理供给电能也可以实现，故④对。所以D选项符合题意。

答案：D2．(5分)(2008·上海卷)取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸,两根铅笔芯作电极,接通直流电源,一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外圈呈浅红色。则下列说法错误的是()A．b电极是阴极B．a电极与电源的正极相连接C．电解过程中，水是氧化剂D．b电极附近溶液的pH变小解析：由题意知，外圈呈浅红色，说明该处呈酸性：Cl2＋H2OHCl＋HClO，则a极上产生Cl2，a极为阳极，b极为阴极，故A、B项均正确；在2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑中，H2O作氧化剂，故C项正确；b极上由于H＋放电，使水的电离平衡正移,导致b极附近溶液中的OH－浓度增大，溶液的pH变大，故D项错误。答案：D方法技巧：解答本题应先根据实验现象判断出a、b两极的名称，再根据电解NaCl溶液的有关知识对各项作出判断。通电3．(5分)某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3∶1。用石墨作电极电解该混合溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是()A．阴极自始至终只析出H2B．阳极先析出Cl2，后析出O2C．电解最后阶段为电解水D．溶液pH不断增大，最后为7解析：解质溶液中,n(Na+)∶n(Cl-)∶n(H+)∶n=3∶3∶2∶1，开始电解产生H2和Cl2，随着产生H2和Cl2的同时，生成OH中和H2SO4，且OH过量，最后是电解水，因而最后溶液的pH>7，阴极只放出H2。三个阶段分别相当于电解HCl→NaCl→H2O。答案：D4．(5分)(2010·成都期末)以惰性电极电解CuSO4溶液。若阳极上产生气体的物质的量为0.0100mol，则阴极上析出Cu的质