高中化学人教版选修4学案43第1课时电解原理

第三节电解池

第1课时电解原理

学习目标核心素养

1.宏观辨识与微观探析；从宏观和

微观的角度理解电解池中电子的

1.了解电解、电解池的概念，会描

移动、阴阳离子的移动、氧化反应

述电解池的工作原理。

及还原反应的发生、电流的形成过

2.能够正确书写电解池的电极反

程和原理。

应式和总反应式。

2.证据推理与模型认知：建立对

3.理解并掌握电解规律和电解产

电解池过程的系统分析思路的认

物的判断方法。

识模型，提高对电解池本质的认

识。

电解原理

1.电解

⑴概念：使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。

(2)特点。

①电解是最强有力的氧化还原手段,是不可逆(填“可逆”或“不

可逆”)的。

②从本质上看，电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过

程。

2.电解池

⑴概念：将电能转变为化学能的装置。

(2)构成条件：①两个电极,②电解质溶液或熔融电解质,③直流

电源,④构成闭合回路。

(3)工作原理(以惰性电极电解氯化铜为例)。

①实验装置：

②原理分析：

探究点一电解池电极名称和电解产物的判断

1.电极名称的判断

(1)根据电源正、负极，离子移动方向、发生反应类型判断，具体

如下：

(2)依据电极产物——如果电极上析出C12或02,它一定是阳极；

如果电极上产生H2或析出金属，它一定是阴极。

(3)根据实验现象判断阴、阳极

实际题目中往往不给出电解池的电源，而是给出一些实验现象，

据此先判断出是何种离子放电，从而确定出电源的正负极和电解池的

阴阳极，并进行有关问题的分析。

①滴入酚配试剂显红色的一极(说明H+放电显碱性)是阴极，接电

源的负极，电极反应是2H++2b===H2t。

②滴入石蕊试剂显红色的一极(说明OIT放电显酸性)是阳极，接

电源的正极，电极反应是401r—4e-===2H2O+O2t。

③电极增重的一极(说明不活泼金属离子放电析出金属)是阴极,接

电源的负极，如Cu2+放电时Cu2++2e===Cuo

2.电解时电极产物的判断

(1)阳极产物的判断

首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序表Ag以前)，则电

极材料失电子，电极溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性

电极（Pt、Au、石墨），则看溶液中的离子的失电子能力。此时根据阴

离子放电顺序加以判断（放电顺序即为得、失电子能力顺序）。

2

阳极上的放电顺序：S>r>Br>C1>OH>NO?>SOi>Fo

即：活性阳极（金属）〉无氧酸根离子>OH->含氧酸根离子>F-。

注意：在溶液中含氧酸根离子不放电，常指最高价（中心原子）含氧

酸根离子不放电，但非最高价（中心原子）含氧酸根离子的放电能力比

OIF的强，如SOr、MnO的等。

（2）阴极阳离子的放电顺序

阳离子的放电顺序基本上符合金属活动性顺序表，在阳离子放电

能力由强到弱排列时，一般将H+的位置放在Ci?+之后。但在电镀条

件下，H+的位置放在ZM+之后，Fe2\Zi?+与日顺序颠倒，即在水

溶液中Fe2+、Z/+的得电子能力比H+强，可认为水电离产生的c（H+）

很小之故。

1.用惰性电极电解氯化镁溶液，在阴极观察到现象是怎样的？

提示：用惰性电极电解氯化镁溶液，Mg2+和H+向阴极移动，因H

+的氧化性强，故H+放电产生氢气，同时生成的OH-与Mg2+结合产

生氢氧化镁沉淀。

2.用铁电极电解氯化钠溶液，在阳极产生的是黄绿色气体吗？

提示：不是。此时铁电极是活性电极，在阳极是铁失去电子溶解，

氯离子不放电。

【例1】现用钳电极电解1L浓度均为0.1mol-Lr的HC1、CUSO4

的混合溶液，装置如图，下列说法正确的是（）

A.电解开始时阴极有H2放出

B.电解开始时阳极上发生：Cu2++2e===Cu

C.当电路中通过的电子物质的量超过0.1mol时，此时阴极放电

的离子发生变化

D.整个电解过程中，SOT不参与电极反应

【解析】依据放电顺序阴极先放电的是G12+,故阴极开始析出

的是Cu,A错误；阳极先放电的是C「，故阳极开始产生的是02,B

错误；由阴极反应Cu2++2e「==Cu,n(Cu2+)=0.1mol,当电路中通

过电子的量达到0.2mol时，Ci?+放电完毕，阴极放电离子变为H+,

C错误；阴离子先放电，后是OH,在水溶液中SO/不参与电极

反应，D正确。

【答案】D

如图是一个石墨作电极，电解稀的Na2s04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

(D)

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:A、B电极反应式分别为4H2O+4e-===2H2t+4OH，2H2O

-4e一==。2t+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02,阴极上生成H2,02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Na2s04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。

探究点二惰性电极电解电解质溶液的规律

1.以惰性电极电解电解质溶液，分析电解反应的一般方法和步骤

①分析电解质溶液的组成，找出有关离子，并分为阴离子、阳离

子两组；

②分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出电极反应式；

③合并两个电极反应式，得出电解反应的总化学方程式或离子方

程式。

2.电解反应类型

①电解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐（如H2s04、

HNO3、NaOH、K2c03等）溶液的电解。

+

阴极：4H+4e==2H2t（还原反应）

阳极：4OH-4e==2H2O+O2t（氧化反应）

电解

总反应化学方程式：2H2O=====2H2t+O2t

②自身分解型：无氧酸（氢氟酸除外）、不活泼金属的无氧酸盐（氟

化物除外）（如：CuCb等）溶液的电解。以电解CuCL溶液为例：

阳极：2Cr-2e==Cl2t（氧化反应）

阴极：Cu2++2el===Cu（还原反应）

电解

总反应化学方程式：CuCl2=====Cu+C12t

③放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）（如NaCl、KI、

MgCh等）溶液的电解。以电解NaCl溶液为例：

阳极：2c「一2e-==Cbt（氧化反应）

阴极：2H++2e-==H2t（还原反应）

电解

总反应化学方程式：。

2NaCl+2H22NaOH+H2t+C12f

④放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4>AgNCh等)溶

液的电解。以电解CuSO4溶液为例：

阳极：4OH-4e==2H2O+O2t(氧化反应)

阴极：Cu2++2e-===Cu(还原反应)

电解

总反应化学方程式：2CUSO4+2H2O=====2CU+O2t+2H2sO4

3.电解后溶液的变化及恢复原组成的措施

4.规律总结

(1)在水溶液中，K+、Na\Mg2+、AF+等离子不可能在阴极放电,

即用电解水溶液的方法不可能得到K、Na、Mg、Al等活泼金属。

⑵由NaCl迁移到KBr,其电解反应相似，离子方程式为2B/+

通电

2H2O=====Br2t+2OH+H2t,由NaCl迁移到MgCk,电极反应

通电

2+

相同，但电解的离子方程式不同，为2C1~+2H2O+Mg=====

Mg(OH)2I+H2t+C12to

(3)使电解质复原的原则是“出去什么便加什么"，对于CuSO4

溶液，不能加CU(OH)2,只能加CuO(或C11CO3)。

(4)电解后溶液pH的变化规律

①电极区域：a.阴极H+放电产生H2,阴极区pH变大；b.阳极

OIT放电产生。2,阳极区pH变小。

②电解质溶液：a.电解过程中，既产生H2,又产生Ch,实质是电

解水，溶液浓度增大，因而原溶液呈酸性的pH变小，原溶液呈碱性

的pH变大，原溶液呈中性的pH不变。b.电解过程中，无Hz和02产

生，pH几乎不变。③电解过程中，只产生H2,溶液中OH一浓度增大,

pH变大。④电解过程中，只产生02,溶液中H+浓度增大，pH变小。

1.惰性电极电解氢氧化钾溶液时，氢氧化钾的物质的量如何变

化？溶液的pH如何变化？

提示：惰性电极电解氢氧化钾溶液时，实质是电解水，氢氧化钾

的物质的量不变，但溶剂水的量减小，其物质的量浓度增大，故溶液

的pH增大。

2.惰性电极电解硝酸银溶液一段时间，若恢复原溶液的状态，应

加入何种物质？

通电

提示：惰性电极电解硝酸银溶液的反应是4AgNO3+2H2O=====

4Ag+O2t+4HNO3,因此要恢复原溶液的状态，可加入氧化银或碳

酸银。

【例2】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12

D.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11

【解析】电解稀H2so4,实质是电解水，因溶剂减少，H2s04

浓度将增大，故溶液的pH变小；电解稀NaOH溶液，虽然OH-在阳

极放电，但H+同时也在阴极放电，其实质同样是电解水，溶液的浓度

也将变大，故溶液的pH变大；电解Na2s04溶液，其实质也是电解水,

在阴极和阳极分别析出H2和02,二者的物质的量之比为21,而非

12;电解CuCL溶液，在阴、阳两极上分别析出Cu和Cb,二者

的物质的量之比为1lo

【答案】D

用指定材料作阳极和阴极来电解一定浓度的溶液甲，然后加入物

质乙能使溶液恢复到原来的浓度，则适当的组合是(D)

阳极阴极溶液甲物质乙

APtPtNaOHNaOH固体

)固体

BPtPtCuSO4Cu(OH2

CCFeNaCl盐酸

DPtPtH2SO4H2O

解析：A中可加入水，B中可加入CuO或CuCO3固体，C中可

通入HC1气体。

1.用惰性电极电解下列各组物质的水溶液时，发生的电极反应完

全相同的是(A)

A.NaOH、H2SO4B.CuCl2>Cu(NO3)2

C.Na2so4、NaClD.KNO3、AgNO3

解析：用惰性电极电解NaOH、H2sO4的水溶液时实质均为电解

水，电极反应均相同，A正确；电解B、C两组溶液时，阳极反应不

同，阴极反应相同，B、C错误；电解KNO3、AgNO3两组溶液，阳极

反应相同，阴极反应不同，D错误。

2.如图所示，X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板

质量增加，b极板有无色无味的气体放出，符合这一情况的是(A)

解析：由题意可知，a极板质量增加，说明电解时有金属析出，发

生还原反应，a应为阴极，因此X极应是负极，排除B、C;b极板有

无色无味气体放出，此气体为02,排除D。

3.能够使反应Cu+2H2O===Cu(OH)2+H2t发生的是(C)

A.铜片作原电池的负极，石墨作原电池的正极，氯化钠溶液作电

解质溶液

B.铜锌合金在潮湿空气中发生电化学腐蚀

C.用铜片作阴、阳电极，电解硫酸钠溶液

D.用铜片作阴、阳电极，电解硫酸铜溶液

解析：金属铜和水之间发生的反应是非自发的氧化还原反应，应

设计成电解池，在反应Cu+2H2O==Cu(OH)2+H2t中，失电子的是

金属铜，所以必须选择金属铜作阳极材料，其他导电的物质作阴极材

料即可，在阴极上应该是水中的氢离子得电子的反应，电解质溶液中

其他离子的得电子能力要比氢离子弱，可以选择硫酸钠来作电解质。

4.用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为13的CuSO4

和NaCl的混合溶液，可能发生的反应有(D)

电解

2++

02Cu+2H2O=====2CU+4H+O2t

电解

(2)Cu2++2Cl===Cu+Cht

电解

③2c「+2H+===H2t+C12t

电解

④2H20===2氏t+O2t

A.①②③B.①②④C.②③④D.②④

解析：由〃(CuSO4)n(NaCl)=l3得〃(Ci?+)n(CF)=l

3,根据放电顺序，阴离子：Cr>OH>SOF,阳离子Cu2+>H+>Na+,

知该电解过程分为3个阶段，第一阶段：电解CuCL溶液：Cu2++2C1

电解电解

===Cu+Cl21;第二阶段：电解NaCl溶液：2c厂+2H2O=====2OH

电解

+H2f+C12t,第三阶段，电解H2O:2H2O=====2H2t+O2to

5.按下图甲装置进行实验，若图乙中横坐标x表示通过电极的电

子的物质的量，下列叙述正确的是（B）

A.F表示反应生成Cu的物质的量

B.E表示反应实际消耗H2O的物质的量

C.E表示反应生成02的物质的量

D.F表示反应生成H2s04的物质的量

解析：惰性电极电解硫酸铜溶液，生成物是铜、氧气和硫酸，反

电解

应的化学方程式是2H2O+2CuSO4=====2H2so4+2Cu+O2t。反应

中生成1mol氧气转移4mol电子，而转移4mol电子生成2mol铜，

所以F表示反应生成氧气的物质的量，E表示反应生成Cu的物质的

量或生成硫酸的物质的量或消耗水的物质的量或消耗硫酸铜的物质的

量。

6.下图中，两电极上发生的电极反应为：a极：Cu2++2e==Cu；

2+

b极：Fe-2e==Feo下列说法不正确的是（B）

A.装置中电解质溶液一定含有CM+

B.该装置一定是化学能转化为电能

C.a、b可能是同种电极材料

D.a极上一定发生还原反应

解析：该装置既可构成原电池，也可构成电解池。当构成原电池

时，a极材料是活动性比铁差的金属或石墨，b极为铁，电解质溶液含

Cu2+;当构成电解池时，a极作阴极，b极作阳极且必须是铁电极，电

解液中含Cl?十。

7.如图所示，A、B、C三个装置中的烧杯分别盛有足量的CuCb

溶液。

（1）A、B、C三个装置中属于原电池的是A（填标号，下同），属于

电解池的是现。

(2)A池中Zn是负极，发生氧化反应(填“氧化”或“还原”，下

同)，电极反应式为Zn—2b===Zn2+；Cu是正极，发生还原反应,电

极反应式为Cu2++2e==Cu,A中总反应的化学方程式为Zn+U

==Cu+Zn2。

(3)B池中C是阴极,发生还原反应,电极反应为Cu2++2e===Cu；

Pt是阳极，发生氧化反应,电极反应为2c「-2/===Cb3B池中总

电解

反应的化学方程式为CuCL=====Cu+Cbt0

(4)C池