2010届高三化学一轮考点精讲精析（25）：电解池原理

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2010届高三化学一轮考点精讲精析
考点25 电解池原理
考点聚焦
1.通过电能转变为化学能的探究活动，了解电解池工作原理，能正确书写电解池的阴、阳极的电极反应式及电解反应方程式。
2.知道电解在氯碱工业、精炼铜、电镀、电冶金等方面的应用。认识电能转化为化学能的实际意义。
知识梳理
1．原电池和电解池的比较：
装置 原电池 电解池
实例
原理
形成条件 ①电极：两种不同的导体相连；②电解质溶液：能与电极反应。 ①电源；②电极（惰性或非惰性）；③电解质（水溶液或熔化态）。
反应类型 自发的氧化还原反应 非自发的氧化还原反应
电极名称 由电极本身性质决定：正极：材料性质较不活泼的电极；负极：材料性质较活泼的电极。 由外电源决定：阳极：连电源的正极；阴极：连电源的负极；
电极反应 负极：Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）正极：2H++2e-=H2↑（还原反应） 阴极：Cu2+ +2e- = Cu （还原反应）阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ （氧化反应）
电子流向
电流方向
能量转化
应用 ①抗金属的电化腐蚀；②实用电池。 ①电解食盐水（氯碱工业）；②电镀（镀铜）；③电冶（冶炼Na、Mg、Al）；④精炼（精铜）。
4．电解反应中反应物的判断——放电顺序
⑴阴极
A.阴极材料(金属或石墨)总是受到保护。
B.阳离子得电子顺序 — 金属活动顺序表的反表：K+ ⑵阳极
A.阳极材料是惰性电极(C、Pt、Au、Ti等)时：阴离子失电子：S2- ＞ I- ＞ Br- ＞ Cl- ＞ OH- ＞ NO3- 等含氧酸根离子 ＞F-
B.阳极是活泼电极时：电极本身被氧化，溶液中的离子不放电。
5．电解反应方程式的书写步骤：①分析电解质溶液中存在的离子；②分析离子的放电顺序；③确定电极、写出电极反应式；④写出电解方程式。如：
⑴电解NaCl溶液：2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH，溶质、溶剂均发生电解反应，PH增大。
⑵电解CuSO4溶液：2CuSO4 + 2H2O2Cu + O2↑+ 2H2SO4
溶质、溶剂均发生电解反应， PH减小。
⑶电解CuCl2溶液：CuCl2 Cu＋Cl2 ↑
电解盐酸： 2HCl H2↑＋Cl2↑
溶剂不变，实际上是电解溶质，PH增大。
⑷电解稀H2SO4、NaOH溶液、Na2SO4溶液：2H2O 2H2↑ + O2↑，溶质不变，实际上是电解水，PH分别减小、增大、不变。酸、碱、盐的加入增加了溶液导电性,从而加快电解速率（不是起催化作用）。
⑸电解熔融NaOH: 4NaOH 4Na + O2↑ + H2O↑
⑹用铜电极电解Na2SO4溶液: Cu +2H2O Cu(OH)2 + H2↑ （
注意：不是电解水。）
8．电解原理的应用
A、电解饱和食盐水（氯碱工业）
⑴反应原理
阳极：
阴极：
总反应：2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH
⑵设备 （阳离子交换膜电解槽）
①组成：阳极—Ti、阴极—Fe
②阳离子交换膜的作用：它只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过。
⑶制烧碱生产过程 （离子交换膜法）
①食盐水的精制：粗盐（含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、等）→加入NaOH溶液→加入BaCl2溶液→加入Na2CO3溶液→过滤→加入盐酸→加入离子交换剂(NaR)
②电解生产主要过程（见图20-1）：NaCl从阳极区加入，H2O从阴极区加入。阴极H+ 放电，破坏了水的电离平衡，使OH-浓度增大，OH-和Na+形成NaOH溶液。
B、电解冶炼铝
⑴原料：（A）、冰晶石：Na3AlF6=3Na++AlF63-
（B）、氧化铝： 铝土矿 eq \o(\s\up 4(),\s\do 7(过滤)) NaAlO2 eq \o(\s\up 4(),\s\do 7(过滤)) Al(OH)3 Al2O3
⑵ 原理
阳极
阴极
总反应：4Al3++6O2ˉ4Al+3O2↑
⑶ 设备：电解槽（阳极C、阴极Fe）
因为阳极材料不断地与生成的氧气反应：C+O2 → CO+CO2，故需定时补充。
C、电镀：用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金的过程。
⑴镀层金属作阳极，镀件作阴极，电镀液必须含有镀层金属的离子。电镀锌原理：
阳极 Zn－2eˉ = Zn2+
阴极 Zn2++2eˉ=Zn
⑵电镀液的浓度在电镀过程中不发生变化。
⑶在电镀控制的条件下，水电离出来的H+和OHˉ一般不起反应。
⑷电镀液中加氨水或 NaCN的原因：使Zn2+离子浓度很小，镀速慢，镀层才能致密、光亮。
D、电解冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。
E、电解精炼铜：粗铜作阳极，精铜作阴极，电解液含有Cu2+。铜前金属先反应但不析出，铜后金属不反应，形成 “阳极泥”。
试题枚举
【例1】将两个铂电极插入500mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为
　　A.4×10-3mol/L　 B.2×10-3mol/L　 C.1×10-3mol/L　 D.1×10-7mol/L
解析：根据电解规律可知阴极反应:Cu2++2e-=Cu，增重0.064gCu，应是Cu的质量,根据总反应方程式:
　　2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4--->4H+
　　 　　　　　　　　　2×64g　　　　　　4mol
　　　　　　　　　　 　0.064g　　　　 　　x　
　　x=0.002mol
　　[H+]= =4×10-3mol/L
答案：A
【例2】某碱性蓄电池在充电和放电时发生的反应为:
　　Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2,下列说法中正确的是:
　　A、放电时，负极上发生反应的物质是Fe.
　　B、放电时，正极反应是：NiO2+2e-+2H+=Ni(OH)2
　　C、充电时，阴极反应是：Ni(OH)2-2e-+2OH-=NiO2+2H2O
　　D、充电时，阳极附近pH值减小.
解析：根据原电池在放电时,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,再根据元素化合价变化,可判断该电池负极发生反应的物质为Fe,正极为NiO2,此电池为碱性电池,在书写电极反应和总电池反应方程式时不能出现H+,故放电时的电极反应是:负极:Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)2，正极：NiO2+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH-。原电池充电时,发生电解反应,此时阴极反应为原电池负极反应的逆反应,阳极反应为原电池正极反应的逆反应,由此可判断正确选项应为A、D。
答案：AD
【例3】甲、乙两个容器中，分别加入0.1mol/LNaCl溶液与0.1mol/LAgNO3溶液后，以Pt为电极进行电解时，在A、B、C、D各电极上生成物的物质的量之比为:_____________
　　
　　
解析：此装置相当于两个电解槽串联到一起,在整个电路中电子转移总数相等.首先判断各极是阳极还是阴极，即电极名称，再分析各极发生的反应.A极(阴极)反应:2H++2e-=H2↑，B极(阳极)反应:2Cl--2e-=Cl2↑；C极(阴极)反应：Ag++ e- =Ag；D极(阳极)反应:4OH--4e-=2H2O+O2↑，根据电子守恒法可知,若整个电路中有4mol电子转移,生成H2、Cl2、Ag、O2的物质的量分别为：2mol、2mol、4mol、1mol因此各电极上生成物的物质的量之比为：2:2:4:1。
答案：2:2:4:1
【例4】有三个烧杯，分别盛有氯化铜，氯化钾和硝酸银三种溶液；均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一定时间，测得电极增重总和2.8克，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为
　　A、4：1　　 B、1：1　　 C、4：3　　 D、3：4
解析：串联电路中，相同时间内各电极得或失的电子的物质的量相同，各电极上放出气体的物质的量之比为定值。不必注意电极增重是多少。只要判断出生成何种气体及生成该气体一定物质的量所得失电子的物质的量，就可以通过电子守恒，判断气体体积之比，第一个烧杯中放出Cl2 ，第二烧杯中放出Cl2和H2，第三烧杯中放出O2。在有1mol电子转移下，分别是0.5 mol，0.5 mol，0.5 mol和0.25mol。所以共放出有色气体0.5+0.5=1(mol)(Cl2)，无色气体0.5+0.25=0.75(mol)(O2和H2)
答案：C
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图20-1
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