考点2 电解原理的应用
一、氯碱工业：烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
1．电解饱和食盐水的原理
通电前：溶液中的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。
通电后：①移向阳极的离子是Cl－、OH－，Cl－比OH－容易失去电子，被氧化成氯气。
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。
②移向阴极的离子是Na＋、H＋，H＋比Na＋容易得到电子，被还原成氢气。其中H＋是由水电离产生的。
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。
③总反应：
化学方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH；
离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。
2．氯碱工业生产流程
工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。
①阳离子交换膜电解槽
②阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量。
3．氯碱工业产品及其应用
(1)氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂。
(2)电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。
二、电镀 电冶金
1．电镀与电解精炼
电镀是一种利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加工工艺。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。
装置 电镀 精炼
阳极材料 镀层金属Cu 粗铜(含锌、银、金等杂质)
阴极材料 镀件金属Fe 纯铜
阳极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋等
阴极反应 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu
溶液变化 硫酸铜溶液浓度保持不变 Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥
2.电冶金
(1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。如Mn＋＋ne－===M。
(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。
如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠的反应式：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：2Na＋＋2e－===2Na；
总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。
【核心归纳】
1．
2．电镀铜与精炼铜的比较
电镀铜 精炼铜
能量转变 电能转化为化学能 电能转化为化学能
阳极材料 纯铜 粗铜(含锌、银、金等杂质)
阴极材料 镀件 纯铜
阳极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、 Cu－2e－===Cu2＋等
阴极反应 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液及其变化 硫酸铜溶液保持不变 反应后硫酸铜溶液中混有Zn2＋等，Cu2＋浓度减小
3．原电池、电解池、电镀池的判断方法
(1)若装置中无外加电源，则该装置可能为原电池，然后根据原电池的构成条件进行分析判断。
(2)若有外接直流电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池；当阴极为金属，阳极亦为金属且与电解质溶液中的金属阳离子属同种元素时，则为电镀池。
(3)若多个单池相互串联，又有外接直流电源时，则与直流电源相连接的为电解池或电镀池。若无外接直流电源时，较活泼的金属电极为原电池的负极(电子输出极)，有关装置为原电池，其余为电镀池或电解池。
1．完成下表(电极为惰性电极)
类型 实例 电极反应式 电解 对象 溶液pH 变化 溶液复原方法
电解水型 含氧酸 H2SO4 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑ 总反应：2H2O2H2↑＋O2↑ 水 减小 加水
强碱 NaOH 阳极：4OH－－4e－=== 2H2O＋O2↑ 阴极：4H2O＋4e－=== 2H2↑＋4OH－ 总反应：2H2O2H2↑＋O2↑ 增大
活泼金属的含氧酸盐 KNO3 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：4H2O＋4e－=== 2H2↑＋4OH－ 总反应：2H2O2H2↑＋O2↑ 不变
电解电解质型 无氧酸(氢氟酸除外) HCl 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 总反应：2H＋＋2Cl－H2↑＋Cl2↑ HCl 增大 通入HCl气体
不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 总反应：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑ CuCl2 － 加CuCl2固体
放氢生碱型 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 总反应：2Cl－＋2H2O H2↑＋Cl2↑＋2OH－ NaCl和H2O 增大 通入HCl气体
放氧生酸型 不活泼金属的含氧酸盐 AgNO3 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag 总反应：4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋ AgNO3和H2O 减小 加入Ag2O 固体
注意 电解质溶液的复原，应遵循“出什么加什么”(即一般加入阴极产物与阳极产物形成的化合物)的原则。
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
3．(2020·山东，13)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( )
A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH未变
C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
分析电解过程的思维流程
1．（2022 海南省选择性考试）一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。
下列有关说法正确的是( )
A．在b电极上，N2被还原
B．金属Ag可作为a电极的材料
C．改变工作电源电压，反应速率不变
D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2-不断减少
2．（2022 湖北省选择性考试）含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P(CN)2]，过程如图所示(为甲基)下列说法正确的是( )
A．生成1 mol Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移2mol电子
B．阴极上的电极反应为：P4+8CN--4e-=4[P(CN)2]-
C．在电解过程中CN-向铂电极移动
D．电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH
3．（2022·浙江省6月选考）通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)下列说法不正确的是( )
A．电极A为阴极，发生还原反应
B．电极B的电极发应：2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+
C．电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变
D．电解结束，可通过调节除去Mn2+，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
4．(2021年海南选择性考试)液氨中存在平衡：2NH3NH4++NH2-。如图所示为电解池装置，以KNH2的液氨溶液为电解液，电解过程中a、b两个惰性电极上都有气泡产生。下列有关说法正确的是( )
A．b电极连接的是电源的负极
B．a电极的反应为2NH3+2e-=H2+2NH2-
C．电解过程中，阴极附近K+浓度减小
D．理论上两极产生的气体物质的量之比为1:1
5．(2021年天津卷)如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是( )
A．a是电源的负极
B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色
C．随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大
D．当0.01mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336mL (折合成标准状况下)
6．用石墨作电极完全电解含1 mol溶质X的溶液后，向溶液中加入一定量的物质Y能使电解液恢复到起始状态是（ ）
选项 X溶液 物质Y
A CuCl2 1 mol Cu(OH)2
B KOH 1 mol KOH
C Na2SO4 1 mol H2SO4
D AgNO3 0.5 mol Ag2O
7．某课外活动小组利用石墨电极电解1mol·L-1的FeCl2溶液，探究影响电解产物的因素，回答下列问题：
(1)实验室配制1mol·L-1的FeCl2溶液时，为了防止 FeCl2被氧化常加入适量的_______(填试剂名称)，若配制100mL此溶液，需要用托盘天平称量FeCl2·4H2O的质量为_______g。
(2)探究装置如图所示：
①湿润淀粉KI试纸检测的物质是_______(填化学式)。
②从价态角度分析，在两极均有可能放电的离子是_______(填离子符号，下同)。
③在无限稀释的水溶液中部分离子的离子淌度如下表所示(注：淌度越大的离子向电极的迁移速率越快)：
阳离子 淌度(10-8m2·V-1.s-1) 阴离子 淌度(10-8m2·V-1.s-1)
H+ 36.3 OH- 20.5
Li+ 4.01 Cl- 7.91
Na+ 5.19 I- 7.95
Fe2+ 5.4 SO 8.27
仅从淌度角度分析，_______在B电极放电更具优势。
(3)电解电压控制在1.5V时，电解现象如下表所示：
实验编号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
溶液pH pH=4.91 pH=2.38 pH=-0.43
阳极 湿润淀粉KI试纸 未变色 未变色 未变色
电极附近溶液加KSCN 盐酸酸化才变红 无需酸化即可变红 无需酸化即可变红
是否出现浑浊 变浑浊 少量浑浊 无浑浊
阴极 是否有气泡产生 无 无 有
电极表面是否出现镀层 出现银白色镀层 出现银白色镀层 无镀层出现
①实验II中阳极电极反应式为_________________。
②实验I中溶液变浑浊的主要原因是_____________________________________。
③结合上述实验，试分析影响阴极放电物质的主要因素是_______________________。考点2 电解原理的应用
一、电解原理
1．实验探究：电解CuCl2溶液
(1)按下图所示装置完成实验，并填写下表。
实验现象 实验结论 原因分析
电流表指针发生偏转 说明电解质溶液导电，形成闭合回路 电解质溶液导电的过程就是被电解的过程
与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质 析出金属铜 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)
与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝 产生了氯气 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
2.电解和电解池
(1)电解：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。
(2)电解池：将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。
(3)电解池的构成条件
①直流电源；②两个电极；③电解质溶液或熔融电解质；④形成闭合回路。
3．电解原理
二、电解规律
1．电解池的分析方法与规律
(1)判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)分析电解质水溶液的全部离子并分为阴、阳两组。
(3)根据放电顺序写出电极反应式
①阴极(与电极材料无关)：
②阳极(与电极材料有关)：
(4)总化学方程式或离子方程式
书写反应的总离子方程式时，要注意：若参与电极反应的H＋(或OH－)是由水电离出来的，应用水的分子式表示。
提醒 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＋。
2．电解后溶液的复原规律
用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表：
(1)电解H2O型
电解质 H2SO4 NaOH Na2SO4
阳极反应式 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极反应式 4H＋＋4e－===2H2↑
pH变化 减小 增大 不变
复原加入物质 加入H2O
(2)电解电解质型
电解质 HCl CuCl2
阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ Cu2＋＋2e－===Cu
pH变化 增大
复原加入物质 加入HCl 加入CuCl2
(3)电解质和水都发生电解型
电解质 NaCl CuSO4
阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
阴极反应式 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 2Cu2＋＋4e－===2Cu
pH变化 增大 减小
复原加入物质 加入HCl 加入CuO或CuCO3
特别提醒 电解后溶液的复原，从溶液中放出的气体和生成的沉淀，按照原子个数比组成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则。
1．电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色( )
2．电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程( )
3．电解盐酸、硫酸溶液等，H＋放电，溶液的pH逐渐增大( )
4．用Cu作电极电解盐酸可发生Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑( )
5．某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现( )
6．电解过程中电子流动方向为负极→阴极→电解质溶液→阳极→正极( )
1．完成下表(电极为惰性电极)
类型 实例 电极反应式 电解 对象 溶液pH 变化 溶液复原方法
电解水型 含氧酸 H2SO4 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑ 总反应：2H2O2H2↑＋O2↑ 水 减小 加水
强碱 NaOH 阳极：4OH－－4e－=== 2H2O＋O2↑ 阴极：4H2O＋4e－=== 2H2↑＋4OH－ 总反应：2H2O2H2↑＋O2↑ 增大
活泼金属的含氧酸盐 KNO3 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：4H2O＋4e－=== 2H2↑＋4OH－ 总反应：2H2O2H2↑＋O2↑ 不变
电解电解质型 无氧酸(氢氟酸除外) HCl 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 总反应：2H＋＋2Cl－H2↑＋Cl2↑ HCl 增大 通入HCl气体
不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 总反应：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑ CuCl2 － 加CuCl2固体
放氢生碱型 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 总反应：2Cl－＋2H2O H2↑＋Cl2↑＋2OH－ NaCl和H2O 增大 通入HCl气体
放氧生酸型 不活泼金属的含氧酸盐 AgNO3 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag 总反应：4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋ AgNO3和H2O 减小 加入Ag2O 固体
注意 电解质溶液的复原，应遵循“出什么加什么”(即一般加入阴极产物与阳极产物形成的化合物)的原则。
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
答案 B
3．(2020·山东，13)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( )
A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH未变
C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
答案 D
解析 A项，根据题图可知，a极为阳极，其电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，正确；B项，阳极室产生的氢离子通过质子交换膜进入阴极室，阳极室pH保持不变，正确；D项，根据电极反应式：阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应为2H＋＋O2＋2e－===H2O2，故a极生成的O2与b极反应的O2不等量，错误。
分析电解过程的思维流程
1．（2022 海南省选择性考试）一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。
下列有关说法正确的是( )
A．在b电极上，N2被还原
B．金属Ag可作为a电极的材料
C．改变工作电源电压，反应速率不变
D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2-不断减少
2．（2022 湖北省选择性考试）含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P(CN)2]，过程如图所示(为甲基)下列说法正确的是( )
A．生成1 mol Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移2mol电子
B．阴极上的电极反应为：P4+8CN--4e-=4[P(CN)2]-
C．在电解过程中CN-向铂电极移动
D．电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH
3．（2022·浙江省6月选考）通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)下列说法不正确的是( )
A．电极A为阴极，发生还原反应
B．电极B的电极发应：2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+
C．电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变
D．电解结束，可通过调节除去Mn2+，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
4．(2021年海南选择性考试)液氨中存在平衡：2NH3NH4++NH2-。如图所示为电解池装置，以KNH2的液氨溶液为电解液，电解过程中a、b两个惰性电极上都有气泡产生。下列有关说法正确的是( )
A．b电极连接的是电源的负极 B．a电极的反应为2NH3+2e-=H2+2NH2-
C．电解过程中，阴极附近K+浓度减小 D．理论上两极产生的气体物质的量之比为1:1
5．(2021年天津卷)如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是( )
A．a是电源的负极
B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色
C．随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大
D．当0.01mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336mL (折合成标准状况下)
6．用石墨作电极完全电解含1 mol溶质X的溶液后，向溶液中加入一定量的物质Y能使电解液恢复到起始状态是（ ）
选项 X溶液 物质Y
A CuCl2 1 mol Cu(OH)2
B KOH 1 mol KOH
C Na2SO4 1 mol H2SO4
D AgNO3 0.5 mol Ag2O
7．某课外活动小组利用石墨电极电解1mol·L-1的FeCl2溶液，探究影响电解产物的因素，回答下列问题：
(1)实验室配制1mol·L-1的FeCl2溶液时，为了防止 FeCl2被氧化常加入适量的_______(填试剂名称)，若配制100mL此溶液，需要用托盘天平称量FeCl2·4H2O的质量为_______g。
(2)探究装置如图所示：
①湿润淀粉KI试纸检测的物质是_______(填化学式)。
②从价态角度分析，在两极均有可能放电的离子是_______(填离子符号，下同)。
③在无限稀释的水溶液中部分离子的离子淌度如下表所示(注：淌度越大的离子向电极的迁移速率越快)：
阳离子 淌度(10-8m2·V-1.s-1) 阴离子 淌度(10-8m2·V-1.s-1)
H+ 36.3 OH- 20.5
Li+ 4.01 Cl- 7.91
Na+ 5.19 I- 7.95
Fe2+ 5.4 SO 8.27
仅从淌度角度分析，_______在B电极放电更具优势。
(3)电解电压控制在1.5V时，电解现象如下表所示：
实验编号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
溶液pH pH=4.91 pH=2.38 pH=-0.43
阳极 湿润淀粉KI试纸 未变色 未变色 未变色
电极附近溶液加KSCN 盐酸酸化才变红 无需酸化即可变红 无需酸化即可变红
是否出现浑浊 变浑浊 少量浑浊 无浑浊
阴极 是否有气泡产生 无 无 有
电极表面是否出现镀层 出现银白色镀层 出现银白色镀层 无镀层出现
①实验II中阳极电极反应式为_________________。
②实验I中溶液变浑浊的主要原因是_____________________________________。
③结合上述实验，试分析影响阴极放电物质的主要因素是_______________________。
