1、1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)构成条件有与直流电源相连的两个电极；电解质溶液(或熔融盐)；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：Cu 2 2Cl CuCl 2= = = = =电 解 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。电子和离子的移动方向(惰性电极)提醒 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)；
2、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。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2提醒 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2H2O2e =H22OH )；总反应离子方程式为2Cl 2H 2O 2OH H 2Cl 2。= = = = =电 解 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。Fe 3 在阴极上放电时生成 Fe2 而不是得到
3、单质 Fe。3惰性电极电解电解质溶液的四种类型类型电解质(水溶液)电极反应式总化学方程式或离子方程式电解质溶液浓度溶液 pH电解质溶液复原含氧酸(如H2SO4)阳极：2H2O4e =O24H 阴极：4H 4e =2H22H2O= = = = =电 解 O22H 2 增大 减小 加 H2O电解水型强碱(如NaOH)阳极：4OH 4e =O22H 2O阴极：4H2O4e =2H2O= = = = =电 解 O22H 2增大 增大 加 H2O32H24OH 活泼金属的含氧酸盐(如 K N O3、Na 2SO4)阳极：4OH 4e =O22H 2O阴极：4H 4e =2H22H2O= = = = =电
4、 解 O22H 2增大 不变 加 H2O无氧酸(如HCl，除 HF 外)阳极：2Cl 2e =Cl2阴极：2H 2e =H22HCl= = = = =电 解 Cl2H 2减小 增大通入 HCl气体电解电解质型不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2，氟化物除外)阳极：2Cl 2e =Cl2阴极：Cu2 2e =CuCuCl2= = = = =电 解 CuCl 2减小 加 CuCl2放 H2生碱型活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)阳极：2Cl 2e =Cl2阴极：2H2O2e =H22OH 2Cl 2H 2O= = = = =电 解 Cl2H 22OH 生成新电解质增大通入 HCl气体放 O2生酸型不活
5、泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)阳极：2H2O4e =O24H 阴极：2Cu2 4e =2Cu2Cu2 2H2O= = = = =电 解 2CuO 24H 生成新电解质减小加 CuO 或CuCO3对点训练41.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CA 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4H2O4e
6、=2H24OH 、 2H2O4e =O24H ，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，O 2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( )AAgNO 3 CuCl 2 Cu(NO 3)2BKCl Na 2S
7、O4 CuSO4CCaCl 2 KOH NaNO3DHCl HNO 3 K2SO4解析：选 B AgNO 3、Cu(NO 3)2、CuSO 4溶液随电解的进行，有酸产生，溶液 pH 降低；KCl、CaCl 2溶液随电解的进行，有碱产生，溶液 pH 升高；CuCl 2、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、HNO 3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dcba正极Ba、c 两极产生气体的物质
8、的量相等CSO 向 b 电极移动，Cl 向 c 电极移动24D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 O22Cl 24e ，O 2和 Cl2的物质的量之比为 12，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，24电极反应式可表示为 2H2O2e =H22OH ，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。5(1)用惰性电极电解 AgNO3溶液阳极反应式： _；阴极
9、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)2H 2O4e =O24H 4Ag 4e =
10、4Ag4Ag 2H 2O 4AgO 24H = = = = =电 解 (2)2Cl 2e =Cl22H2O2e Mg 2 =H2Mg(OH) 2Mg2 2Cl 2H 2O Mg(OH)2Cl 2H 2= = = = =电 解 (3)Fe2e =Fe2 2H 2O2e =H22OH Fe2H 2O Fe(OH)2H 2= = = = =电 解 6(4)2Al6e 8OH =2AlO 4H 2O 26H2O6e =3H26OH 2Al2H 2O2OH 2AlO 3H 2= = = = =电 解 2(5)Cu2e =Cu2 2H 2e =H2Cu2H Cu2 H 2= = = = =电 解 (6)2
11、Al6e 3H 2O=Al2O36H 6H 6e =3H22Al3H 2O Al2O33H 2= = = = =电 解 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：2NaCl2H 2O 2NaOHH 2Cl 2。= = = = =电 解 总反应离子方程式：2Cl 2H 2O 2OH H 2Cl 2。= = = = =电 解 (3)氯碱工业制烧碱、氢气和氯气装置 离子交换膜电解槽阳极 钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)阴极 碳钢网阳离子交换膜只允许阳离子通过，
12、能阻止阴离子和气体通过将电解槽隔成阳极室和阴极室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。7实例电镀铜阳极(铜片)：Cu2e =Cu2阴极(待镀铁件)：Cu 2 2e =Cu提醒 电镀时阳极固体减少的质量和阴极析出固体的质量相等。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：Zn2e =Zn2 Fe2e =Fe2 Ni2e =Ni2 、Cu2e =Cu2 ；阴极：Cu 2 2e =Cu。提醒 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。粗铜中不
13、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。总方程式 阳极、阴极反应式冶炼钠2NaCl(熔融)2NaCl 2= = = = =电 解 2Cl 2e =Cl2、2Na 2e =2Na冶炼镁MgCl2(熔融)MgCl 2= = = = =电 解 2Cl 2e =Cl2、Mg 2 2e =Mg冶炼铝 2Al2O3(熔融) 6O2 12e =3O2、4Al 384Al3O 2= = = = =电 解 12e
14、 =4Al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 =2H2OO 2B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
15、化性 Fe2 FeNiCuPt 发生氧化反应，电极反应依次为Zn2e =Zn2 、Fe2e =Fe2 、Ni2e =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 、Zn 2 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 =AlDSO 在电解过程中向阳极移动24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9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。24
