2020版高考一轮复习化学新课改省份专用学案：第五章第5课时　化学能与电能（3）——电解原理及应用（过基础）

第5课时　化学能与电能(3)——电解原理及应用(过基础)

知识点一　电解原理

1．电解池

(1)电解池：把电能转化为化学能的装置。

(2)构成条件

①有与直流电源相连的两个电极；

②电解质溶液(或熔融盐)；

③形成闭合回路。

(3)工作原理(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)

总反应离子方程式：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑

①电极

阴极：与电源负极相连，得到电子，发生还原反应。

阳极：与电源正极相连，失去电子，发生氧化反应。

②电子和离子的移动方向(惰性电极)

[提醒]　①金属活动性顺序中银以前的金属(含银)作电极时，由于金属本身可以参与阳极反应，称为金属电极或活性电极(如Zn、Fe、Cu、Ag等)；金属活动性顺序中银以后的金属或非金属作电极时，称为惰性电极，主要有铂(Pt)、石墨等。

②电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是靠离子移动导电，即电子不通过电解质溶液。

2．电极反应式的书写步骤

[提醒]　①书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池的总反应时，弱电解质要写成分子式。

如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)；总反应离子方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。

②电解水溶液时，应注意放电顺序，位于H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。

③Fe3＋在阴极上放电时生成Fe2＋而不是得到单质Fe。

3．惰性电极电解电解质溶液的四种类型

[对点训练]

1.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电极附近溶液呈蓝色，B电极附近溶液呈红色，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。

2．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．KCl       Na2SO4    CuSO4

C．CaCl2      KOH     NaNO3

D．HCl       HNO3     K2SO4

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

3.如图所示，a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解，下列说法正确的是(　　)

A．电路中电子流向：负极→d→c→b→a→正极

B．a、c两极产生气体的物质的量相等

C．SO向b电极移动，Cl－向c电极移动

D．通电后乙烧杯滴入酚酞溶液d极附近会变红

解析：选D　电子只能在外电路中移动，故A错误；a极产生O2，c极产生Cl2，根据电子守恒O2～2Cl2～4e－，O2和Cl2的物质的量之比为1∶2，故B错误；阴离子向阳极移动，a和c是阳极，所以SO向a电极移动，Cl－向c电极移动，故C错误；d极是阴极，电极反应式可表示为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，所以滴入酚酞溶液d极附近会变红，故D正确。

4．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： _______________________________________________。

(5)用Cu作电极电解HCl溶液

阳极反应式：_________________________________________________________；

阴极反应式：_________________________________________________________；

总反应离子方程式：_________________________________________。

(6)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： ____________________________________________________。

答案：(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

4Ag＋＋4e－===4Ag

4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋

(2)2Cl－－2e－===Cl2↑

2H2O＋2e－＋Mg2＋===H2↑＋Mg(OH)2↓

Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑

(3)Fe－2e－===Fe2＋　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑

(4)2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O

6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－

2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑

(5)Cu－2e－===Cu2＋　2H＋＋2e－===H2↑

Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑

(6)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋

6H＋＋6e－===3H2↑

2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑

知识点二　电解原理的应用

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)总反应式

总反应化学方程式：

2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

总反应离子方程式：

2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。

(3)氯碱工业制烧碱、氢气和氯气

2．电镀

应用电解原理，在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。

实例——电镀铜

阳极(铜片)：Cu－2e－===Cu2＋

阴极(待镀铁件)：Cu2＋＋2e－===Cu

[提醒 ]　①电镀时阳极固体减少的质量和阴极析出固体的质量相等。

②电镀时，电解质溶液的浓度不变。

3．电解精炼铜

(1)电极材料：阳极为粗铜，阴极为纯铜。

(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。

(3)电极反应式

阳极：Zn－2e－===Zn2＋  Fe－2e－===Fe2＋  Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；

阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。

[提醒]　①电解精炼铜时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，电解质溶液的浓度减小。

②粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)，在阳极难以失去电子，当阳极上的铜失去电子变成离子之后，它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，成为阳极泥。

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。

[对点训练]

1.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是(　　)

A．氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变

C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜

D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁

解析：选D　氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，但是粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，使得溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。

2．金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)(　　)

A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni

B．电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量一定相等

C．电解后，电解槽底部的阳极泥中含有Cu和Pt

D．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋

解析：选C　电解法制备高纯度的镍，粗镍作为阳极，金属按还原性顺序Zn>Fe>Ni>Cu>Pt发生氧化反应，电极反应依次为Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋，A项错误；电解过程中，阳极Zn、Fe、Ni溶解，Cu、Pt沉积到电解槽底部，阴极只析出Ni，结合两极转移的电子数相等，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量不相等，B项错误；Cu和Pt还原性比Ni弱，不能失去电子，以沉淀的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥，C项正确；电解后，溶液中存在的金属阳离子除了Fe2＋、Zn2＋外，还有Ni2＋，D项错误。

3．用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4­H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　)

A．待加工铝质工件为阳极

B．可选用不锈钢网作为阴极

C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al

D．SO在电解过程中向阳极移动

解析：选C　用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，则铝制品为阳极，即待加工铝质工件为阳极，A正确；选用不锈钢网作为阴极不会影响电极反应及总反应，故可选用不锈钢网作为阴极，B正确；阴极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，C不正确；电解过程中，阴离子向阳极移动，故SO在电解过程中向阳极移动，D正确。