1、1第六章 化学反应与能量李仕才第 三 节 电 解 池 金 属 的 电 化 学 腐 蚀 与 防 护 考点一 电解原理1电解定义在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。2能量转化形式电能转化为化学能。3电解池(1)构成条件有与电源相连的两个电极。电解质溶液(或熔融盐)。形成闭合回路。(2)电极名称及电极反应式(如图)2(3)电子和离子的移动方向电子：从电源负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。4分析电解过程的思维程序(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。(2)再分析电解质水溶液的组成
2、，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的 H和 OH )。(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序阴极：最常用的阳离子放电顺序：Ag Fe3 Cu2 H 。阳极：活泼电极S 2 I Br Cl OH 含氧酸根离子。(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。5惰性电极的电解规律34判断正误(正确的打“” ，错误的打“”)1电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。( )2某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。( )3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。( )4
3、电解盐酸、硫酸等溶液，H 放电，溶液的 pH 逐渐增大。( )5电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应。( )6用惰性电极电解 CuSO4溶液一段时间后加入 Cu(OH)2一定可使电解质溶液恢复到电解前状态。( )51 “电子不下水，离子不上岸”即：电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。2阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。3电解水溶液时，K Al 3 不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al 等金属。4书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示
4、，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。一、电解原理和电解规律1如图中两烧杯盛有相同电解质溶液，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 极板处有无色无味气体放出，符合这一情况的是( )a 电极 b 电极 X 电极 溶液A 锌 石墨 负极 CuSO4B 石墨 石墨 正极 NaOHC 银 铁 负极 AgNO3D 石墨 铜 正极 NaNO3解析：由通电后 a、b 两极的现象知，X 为负极，Y 为正极，故 B、D 错误；b 为阳极，A 项中的阳极反应：4OH 4e =O22H 2O，C 项中的阳极发生反应：Fe2e =Fe2 ，6结合 b 极板处有无色无味气体放出，则
5、A 正确，C 错误。答案：A2下图为直流电源电解稀 Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极 a 和 b 附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是( )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体Ca 电极附近呈红色，b 电极附近呈蓝色Da 电极附近呈蓝色，b 电极附近呈红色解析：SO 、OH 移向 b 极，在 b 极 OH 放电，产生 O2，b 极附近 c(H )c(OH )，石24蕊溶液变红。Na 、H 移向 a 极，在 a 极 H 放电产生 H2，a 极附近 c(OH )c(H )，石蕊溶液变蓝。所以产生的气体体积 a 电极的大于
6、b 电极的；两种气体均为无色无味的气体。A、B、C 均错。答案：D3电解装置如图所示，电解槽内装有 KI 及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。已知：3I 26OH =IO 5I 3H 2O 3下列说法不正确的是( )A右侧发生的电极反应式：2H 2O2e =H22OH B电解结束时，右侧溶液中含有 IO 37C电解槽内发生反应的总化学方程式：KI3H 2O KIO33H 2= = = = =通 电 D如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学反应不变解析：本题考查电解基本原理，包括电极反应式的书写，电解总反应的判断
7、等。根据题干信息可知，图中左侧为阳极，右侧为阴极。A 项，图中右侧为阴极，发生还原反应，有 H2生成，电极反应为 2H2O2e =H22OH ，正确；B 项，电解过程中阳极生成的 I2会被溶液中的 OH 消耗而生成 IO ，该阴离子可通过阴离子交换膜而进入右侧溶液，正确； 3C 项，电解最终生成物为 H2和 KIO3，正确；D 项，若用阳离子交换膜，则右侧生成的 OH就不能进入左侧溶液中，也就阻止了 I2与 OH 的反应，所以总反应不同，错误。答案：D4用惰性电极电解物质的量浓度为 13 的 CuSO4和 NaCl 的混合溶液，可能发生的反应有( )2Cu 2 2H 2O 2Cu4H O 2=
8、 = = = =电 解 Cu 2 2Cl CuCl 2= = = = =电 解 2Cl 2H 2O 2OH H 2Cl 2= = = = =电 解 2H 2O 2H2O 2= = = = =电 解 A BC D解析：由放电顺序 Cl OH SO ，Cu 2 H Na 知，开始是 Cl 和 Cu2 分别在两极24放电，此时相当于电解 CuCl2溶液，故正确，错误；由 n(Cu2 )n(Cl )13，当Cu2 全部放电，溶液中还有 Cl ，此时若继续电解，则是电解 NaCl 溶液，故正确；当Cl 全部放电后再继续电解，则是电解 Na2SO4和 NaOH 的混合溶液，其实质是电解水，故正确。答案：C
9、5双隔膜电解池的结构示意简图如图所示，利用该装置可以电解硫酸钠溶液以制取硫酸和氢氧化钠，并得到氢气和氧气。对该装置及其原理判断正确的是( )8Aa 气体为氢气，b 气体为氧气BA 溶液为氢氧化钠，B 溶液为硫酸Cc 隔膜为阳离子交换膜、d 隔膜为阴离子交换膜D该电解反应的总方程式可以表示为 2Na2SO46H 2O= = = = =电 解 2H2SO44NaOHO 22H 2解析：电解硫酸钠溶液的阴极反应为 2H 2e =H2，该极区水的电离被破坏，生成 NaOH(B 溶液)，阳极反应为 4OH 4e =2H2OO 2，总反应方程式为 2Na2SO46H 2O2H2SO44NaOHO 22H
10、2，A、B 项错误，D 项正确；电解过程中，阳= = = = =电 解 离子向阴极区移动，c 膜应为阴离子交换膜，C 项错误。答案：D6下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是( )AHCl、CuCl 2、Ba(OH) 2BNaOH、CuSO 4、H 2SO4CNaOH、H 2SO4、Ba(OH) 2DNaBr、H 2SO4、Ba(OH) 2解析：电解质溶液电解时只生成氧气和氢气，相当于是电解水。根据电解时离子的放电顺序，当电解强含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐的溶液时均相当于电解水。答案：C7用惰性电极持续电解 100 mL CuSO4溶液一段时间后，可以通过添加 0.1 mol
11、Cu(OH)2将溶液的量与浓度完全复原，则电解时电路中通过的电子为( )A0.1 mol B0.2 molC0.4 mol D0.8 mol解析：根据题意知，通过添加 0.1 mol Cu(OH)2将溶液的量与浓度完全复原，可知电9解时 Cu2 放电完全，且电解了一部分水。由 0.1 mol Cu(OH)2可知，电解时阴极产生了0.1 mol Cu 和 0.1 mol H2，结合电极反应式知，通过的电子为 0.4 mol。答案：C8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( )AAgNO 3 CuCl 2 Cu(NO 3)2BKCl N
12、a 2SO4 CuSO 4CCaCl 2 KOH NaNO 3DHCl HNO 3 K 2SO4解析：电解 KCl 溶液生成 KOH，pH 升高，电解 Na2SO4溶液，实质是电解水，pH 不变，电解 CuSO4溶液生成 H2SO4，pH 减小。答案：B9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的是( )选项 X 溶液 物质 YA CuCl2 1 mol Cu(OH)2B KOH 1 mol KOHC Na2SO4 1 mol H2SO4D AgNO3 0.5 mol Ag2O解析：电解 CuCl2溶液的化学方程式为 CuC
13、l2 CuCl 2，所以电解后= = = = =电 解 加 CuCl2才能恢复原状；电解 KOH 溶液的化学方程式为 2H2O 2H2O 2，= = = = =电 解 电解后加水才能恢复原状；电解 Na2SO4溶液的化学方程式为2H2O 2H2O 2，电解后加水能恢复原状；电解 AgNO3溶液的化学方程式= = = = =电 解 为 4AgNO32H 2O 4AgO 24HNO 3，电解后加入 0.5 mol Ag2O 可恢复原状，= = = = =电 解 故 A、B、C 错误，选 D。答案：D10用如图甲装置电解一定量的 CuSO4溶液，M、N 为惰性电极。电解过程实验数据如图乙所示。x 轴
14、表示电解过程中转移电子的物质的量，y 轴表示电解过程中产生气体的总体积。则下列说法不正确的是( )10A电解过程中 N 电极表面先有红色物质生成，后有气泡产生BA 点所得溶液只需加入一定量的 CuO 固体就可恢复到起始状态CQ 点时 M、N 两电极上产生的气体在相同条件下体积相同D若 M 电极材料换成 Cu 作电极，则电解过程中 CuSO4溶液的浓度不变解析：N 为电解池的阴极，根据放电顺序，首先 Cu2 得电子生成红色物质 Cu，然后H 得电子生成 H2，A 正确；根据图乙，OP 段阴极发生 Cu2 得电子生成 Cu 的反应，P 点后阴极 H 放电生成 H2，阳极反应一直是 OH 失电子生成
15、 O2，所以 P 点以后相当于电解水，A点只加入 CuO 固体不能恢复到起始状态，B 错误；由图乙可以看出，OP 段电路通过 a mol电子，阳极生成氧气体积为 b L，PQ 段又通过 a mol 电子，阳极生成氧气体积为 b L，则到 Q 点时，阳极共生成氧气 2b L，生成氢气为(4b2b) L2b L，C 正确；若 M 电极材料换成 Cu 作电极，阳极上则是 Cu 失电子，阴极上 Cu2 得电子，所以电解过程中 CuSO4溶液的浓度不变，D 正确。答案：B二、电极反应式和电解总方程式的书写11电解尿素CO(NH 2)2的碱性溶液制氢气的装置示意图如图：电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳两极
16、均为惰性电极。(1)A 极为_，电极反应式为_。(2)B 极为_，电极反应式为_。解析：H 2产生是因为 H2O 电离的 H 在阴极上得电子，即 6H2O6e =3H26OH ，所以 B 极为阴极，A 极为阳极，电极反应式为 CO(NH2)1126e 8OH =N2CO 6H 2O，阳极反应式容易错写成 4OH 4e =2H2OO 2。23答案：(1)阳极 CO(NH 2)28OH 6e =N2CO 6H 2O23(2)阴极 6H 2O6e =3H26OH 12用石墨电极完成下列电解实验。下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )Aa、d 处：2H 2O2e =H22OH Bb 处：2Cl 2
17、e =Cl2Cc 处发生了反应：Fe2e =Fe2D根据实验一的原理，实验二中 m 处能析出铜解析：a、d 处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子剩余造成的，故 A 项正确；b 处变红，局部褪色，说明是溶液中的氢氧根和氯离子同时放电，故 B 项错误；c 处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，故 C 项正确；实验一中 ac 形成电解池，db 形成电解池，所以实验二中也相当于形成三个电解池(一个球两面为不同的两极)，m 为电解池的阴极，另一球朝 m 的一面为阳极(n 的背面)，故相当于电镀，即 m 上有铜析出，故 D 项正确。答案：B13用如图所示装置除去含 CN 、
18、Cl 废水中的 CN 时，控制溶液 pH 为 910，阳极产生的 ClO 将 CN 氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是( )12A用石墨作阳极，铁作阴极B阳极的电极反应式：Cl 2OH 2e =ClO H 2OC阴极的电极反应式：2H 2O2e =H22OH D除去 CN 的反应：2CN 5ClO 2H =N22CO 25Cl H 2O解析：若铁作阳极，则铁失电子生成 Fe2 ，则 CN 无法除去，故铁只能作阴极，A 项正确；Cl 要生成 ClO ，氯元素的化合价要升高，故在阳极发生氧化反应，又已知该溶液为碱性条件，B 项正确；阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应，碱性条件下，H 2
19、O 提供阳离子 H ，故 C 项正确；由于溶液是碱性条件，方程式中不能出现 H ，D 项错误。答案：D电化学的有关计算1 计算类型原电池和电解池的计算主要包括以下几个方面：(1)根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)；(2)溶液 pH 的计算；(3)相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算；(4)产物的量与电荷量关系的计算。2 解题方法(1)根据总反应式计算先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。(2)根据电子守恒计算用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。用于混合溶液中电解的分阶段计算。
20、(3)根据关系式计算据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。串联13电路中各电极得失电子数相等，即电路中通过的电量(电子总数)相等。如以通过 4 mol e 为桥梁可构建如下关系式：该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。1将两个铂电极插入 500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重 0.064 g(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( )A410 3 molL1 B210 3 molL1C110 3 molL1 D110 7 m
21、olL1解析：阴极反应：Cu 2 2e =Cu，增重 0.064 g 应是 Cu 的质量，设生成 H 的物质的量为 x，根据总反应方程式：2Cu2 2H 2O 2CuO 24H = = = = =电 解 264 g 4 mol0.064 g xx0.002 molc(H ) 410 3 molL1 。0.002 mol0.5 L答案：A2两个惰性电极插入 500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的 pH 从 6.0 变为3.0 时(设电解过程中阴极没有 H2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)，电极上析出银的质量最大为( )A27 mg B54 mgC106 mg D216
22、 mg解析：首先结合离子放电顺序，弄清楚两极的反应：阳极：4OH 4e =O22H 2O；阴极：4Ag 4e =4Ag，电解的总反应式为 4AgNO32H 2O144AgO 24HNO 3。由电解的总反应式可知，电解过程中生成的 n(Ag)= = = = =电 解 n(HNO 3)n(H )(10 3 molL1 10 6 molL1 )0.5 L510 4 mol，m(Ag)510 4 mol108 gmol1 0.054 g54 mg。答案：B3500 mL NaNO 3和 Cu(NO3)2的混合溶液中 c(NO )0.3 molL 1 ，用石墨作电极电 3解此溶液，当通电一段时间后，两极
23、均收集到气体 1.12 L(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为 500 mL，下列说法正确的是( )A原混合溶液中 c(Na )0.2 molL 1B电解后溶液中 c(H )0.2 molL 1C上述电解过程中共转移 0.4 mol 电子D电解后得到的 Cu 的物质的量为 0.1 mol解析：阳极是阴离子放电(放电能力：OH NO )，根据题给信息，阳极一定是 OH 放 3电，生成 0.05 mol 氧气，转移 0.2 mol 电子；阴极离子放电能力：Cu 2 H Na ，所以Cu2 先放电，然后是 H 放电，阴极生成 0.05 mol 氢气时，转移 0.1 mol 电子，根据得失电子守恒知
24、，Cu 2 转移 0.1 mol 电子，n(Cu 2 )0.05 mol。所以原溶液中 nCu(NO3)20.05 mol，n(NO )0.3 molL 1 0.5 L0.15 mol，n(NaNO 3)0.05 mol。原混合 3溶液中 c(Na )0.1 molL 1 ，A 项错误；结合以上分析及电解总方程式 Cu2 2H 2OCuH 2O 22H 可知，生成 0.05 mol Cu、0.05 mol O 2、0.05 mol = = = = =电 解 H2和 0.1 mol H ，电解后溶液中 c(H ) 0.2 molL 1 ，B 项正确；D 项错误；0.1 mol0.5 L上述电解过
25、程中共转移 0.2 mol 电子，C 项错误。答案：B4用惰性电极电解一定浓度 CuSO4溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入 0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和 pH。则下列说法正确的是( )A电解过程中阴极没有气体生成B电解过程中转移的电子的物质的量为 0.4 molC原 CuSO4溶液的浓度为 0.1 molL1D电解过程中阳极收集气体体积为 1.12 L(标准状况下)解析：加入 0.1 mol Cu(OH)2相当于加入 0.1 mol CuO 和 0.1 mol H2O，故 CuSO4电解完后还电解了部分水，阴极析出了 0.1 mol Cu 和 0.1 mol
26、 H2，A 错误；析出 0.1 mol Cu转移电子 0.2 mol，析出 0.1 mol H2转移电子 0.2 mol，故转移的电子的总物质的量为 0.4 mol，B 正确；原 CuSO4溶液的物质的量为 0.1 mol，不知溶液体积，无法求浓度，C 错误；电解过程中阳极始终产生 O2，根据转移的电子的总物质的量为 0.4 mol，产生 O2体积为152.24 L(标准状况下)，D 错误。答案：B5如图所示，通电 5 min 后，电极 5 的质量增加 2.16 g，请回答下列问题：(1)a 为电源的_(填“正”或“负”)极，C 池是_池。A 池阳极的电极反应为_，C 池阴极的电极反应为_。(
27、2)如果 B 池中共收集到 224 mL 气体(标准状况)且溶液体积为 200 mL(设电解过程中溶液体积不变)，则通电前溶液中 Cu2 的物质的量浓度为_。(3)如果 A 池溶液是 200 mL 足量的食盐水(电解过程溶液体积不变)，则通电后，溶液的 pH 为_。解析：根据已知条件通电 5 min 后，电极 5 的质量增加 2.16 g，说明电极 5 作阴极，银离子放电，电极反应为 Ag e =Ag，转移电子的物质的量为 0.02 mol，同时可知电极 6 作阳极，与电源的正极相连。同时可得 a 是负极，b 是正极，电极 1、3、5 作阴极，电极 2、4、6 作阳极。由此可得(1)中答案。(
28、2)B 池中电解总反应为 2CuSO42H 2O 2CuO 2= = = = =电 解 2H2SO4，若转移 0.02 mol 电子时只收集到 O2(只电解溶质)，则根据关系式2CuSO4O 24e 可得 n(O2)0.005 mol，体积为 112 mL(标准状况)224 mL，说明溶质CuSO4已耗完，然后电解水。设整个过程消耗 CuSO4 x mol，H 2O y mol，则有2x2y0.02， x y0.01，解得 xy0.005 mol，则 c(CuSO4)0.025 molL 1 。12 32(3)由于 A 池中电解液足量，A 池中只发生反应2NaCl2H 2O 2NaOHH 2Cl 2，根据关系式 NaOHe ，生成的 n(NaOH)= = = = =电 解 0.02 mol，则 c(NaOH) 0.1 molL 1 ，即溶液的 pH13。0.02 mol0.2 L答案：(1)负 电解 2Cl 2e =Cl2 Ag e =Ag(2)0.025 molL1 (3)1316
