| 标题 | 电解原理及其应用的考查技巧 |
| 范文 | 刘万青 电解原理及其应用是中学化学的重要内容，也是近几年高考命题的热点知识，为了更好的学习这一内容，下面将其解题技巧总结如下。 一、电解的原理 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： a.有与电源相连的两个电极。b.电解质溶液（或熔融盐）。c.形成闭合回路。 （2）电极名称及电极反应式（如图1）： （3）电子和离子移动方向：a.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。b.离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。 例1图2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 C.a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色 D.a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色 解析SO2-4、OH-移向b极，在b极OH-放电，产生O2，b极附近c（H+）>c（OH-），石蕊溶液变红。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b电极的；两种气体均为无色无味的气体。A、B均错。答案：D。 例2用石墨电极电解CuCl2溶液（见图3）。下列分析正确的是（ ）。 A.a端是直流电源的负极 B.通电使CuCl2发生电离 C.阳极上发生的反应：Cu2++2e-Cu D.通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体 解析A.铜离子应移向阴极，则a为负极；B.CuCl2发生电离是在水分子的作用下完成的，并非通电才能发生；C.反应Cu2++2e-Cu应在阴极上发生，阳极上发生的反应应为2Cl--2e-Cl2↑；D.通电一段时间后，应在阳极附近观察到黄绿色气体。答案：A。 二、电解过程的思维程序 1.分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组（不要忘记水溶液中的H+和OH-）。 2.排出阴、阳两极的放电顺序 阴极：阳离子放电顺序Ag+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Fe2+>Zn2+>H+（水）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。 阳极：活性电极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子。 3.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。 例3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（ ）。 A.HCl、CuCl2、Ba（OH）2B.NaOH、CuSO4、H2SO4 C.NaOH、H2SO4、Ba（OH）2 D.NaBr、H2SO4、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，当电解强酸、强碱、活泼金属含氧酸盐的溶液时均相当于电解水。答案：C。 例4工业废水中常含有一定量的Cr2O2-7，会对人类及生态系统产生很大损害，电解法是一种行之有效的除去铬的方法之一。该法用Fe作电极电解含Cr2O2-7的酸性废水，最终将铬转化为Cr（OH）3沉淀，达到净化目的。下列有关说法不正确的是（ ）。 A.电解时选用Fe作阳极，石墨棒作阴极 B.阴极附近的沉淀只有Cr（OH）3 C.阳极附近溶液中，发生反应的离子方程式是Cr2O2-7+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O D.消耗1 mol Cr2O2-7，将有336 g Fe消耗，因此要定期更换铁电极 解析Fe作阳极，反应产生Fe2+，Fe2+与Cr2O2-7发生氧化还原反应，Fe2+被氧化为Fe3+，Cr2O2-7被还原为Cr3+；阴极是H+得到电子，导致阴极附近溶液的碱性增强，Fe3+、Cr3+都会变为Fe（OH）3、Cr（OH）3沉淀，B错误；消耗1 mol Cr2O2-7必消耗6 mol Fe2+，根据Fe守恒将有6 mol Fe消耗，质量为336 g。答案：B。 三、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↑ 阴极：2H2O+2e-H2↑+2OH- （2）总反应方程式： 2NaCl+2H2O电解2NaOH+H2↑+Cl2↑ （3）应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。 2.电镀 （1）镀件作阴极，镀层金属作阳极。 （2）电解质溶液是含镀层金属阳离子的盐溶液。（3）特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。 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：阳极：Zn-2e-Zn2+、Fe-2e-Fe2+、Ni-2e-Ni2+、Cu-2e-Cu2+；阴极：Cu2++2e-Cu。 微知识清单：分析电解下列物质的过程，并总结电解规律（用惰性电极电解） 电解质（水溶液）电极方程式被电解的物质总化学方程式或离子方程式电解质浓度溶液pH电解质溶液复原需加入的物质 含氧酸（如H2SO4）阳极：2H2O-4e-O2↑+4H+ 阴极：4H++4e-2H2↑水2H2O电解O2↑+2H2↑增大减小加H2O 强碱（如NaOH）阳极：4OH--4e-O2↑+2H2O 阴极：4H2O+4e-2H2↑+4OH-水2H2O电解O2↑+2H2↑增大增大加H2O 活泼金属的含氧酸盐（如KNO3、Na2SO4）阳极：4OH--4e-O2↑+2H2O 阴极：4H2O+4e-2H2↑+4OH-水2H2O电解O2↑+2H2↑增大不变加H2O 无氧酸（如HCl） ，除HF外阳极：2Cl--2e-Cl2↑ 阴极：2H++2e-H2↑酸2HCl电解Cl2↑+H2↑减小增大通入HCl气体 不活泼金属的无氧酸盐（如CuCl2），除氟化物外阳极：2Cl--2e-Cl2↑ 阴极：Cu2++2e-Cu盐CuCl2电解Cu+Cl2↑减小——加CuCl2 活泼金属的无氧酸盐（如NaCl）阳极：2Cl--2e-Cl2↑ 阴极：2H2O+2e-H2↑+2OH-水和盐2Cl-+2H2O电解 Cl2↑+H2↑+2OH- 生成新电解质增大通入HCl气体 不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4）阳极：2H2O-4e-O2↑+4H+ 阴极：2Cu2++4e-2Cu水和盐2Cu2++2H2O电解2Cu+O2↑+4H+生成新电解质减小加CuO或CuCO3 例5利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是（多选）（ ）。 A.电解时以精铜作阳极 B.电解时阴极发生还原反应 C.粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu Cu2++2e- D.电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥 解析电解精炼铜时，应该用粗铜作阳极，连接电源的正极，A、C错；电解时阴极上铜离子得电子发生还原反应，B正确；由于Ag、Pt等金属在电极上不能失电子，故沉积到阳极底部，形成阳极泥，D正确。答案：BD。 例6用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，在电解后的电解液中加适量水，能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是（ ）。 A.NaCl B.Na2CO3 C.CuSO4 D.K2S 解析加适量水能使溶液恢复到电解前的浓度，则实际是电解水，故只有B项符合条件。答案：B。 四、电解方程式 1.电解方程式的书写步骤（以用石墨作电极电解CuSO4溶液为例） 第一步：明确溶液中存在哪些离子。阳离子：Cu2+、H+（少量）；阴离子：OH-（少量）、SO2-4。 第二步：判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。阴极：Cu2+>H+；阳极：OH->SO2-4。 第三步：写电极反应式和总的电解方程式。阴极：2Cu2++4e-2Cu； 阳极：2H2O-4e-O2↑+4H+。 根据得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：2CuSO4+2H2O电解2Cu+O2↑+2H2SO4 2.规避电解池中方程式书写的3个易失分点 （1）书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。（2）要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。（3）电解水溶液时，应注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放电。 例7用固体二氧化钛（TiO2）生产海绵钛的装置如图4，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2中的氧离子进入熔盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是 （ ）。 A.当电路中有0.4mol电子通过时，能产生2.24L O2 B.通电后，O2-向阴极移动 C.阴极的电极反应式为：TiO2+4e-Ti+2O2- D.石墨电极的质量不发生变化 解析该法为电解法炼钛，A项未给气体的状态，不能求气体的体积，错误；通电后，O2-向阳极移动，B项错误；阴极发生还原反应TiO2被还原为Ti，C项正确；石墨电极为阳极，有氧气生成，氧气将石墨氧化为CO、CO2，石墨质量减小，D项错误。答案：C。 例8用惰性电极电解尿素[CO（NH2）2]的碱性溶液制氢，装置如图5所示，电解池中的隔膜仅阻止气体通过。电解时总的化学方程式为： CO（NH2）2+2OH-通电CO2-3+N2↑+3H2↑ 以下说法不正确的是（ ）。 A.a为阳极，b为阴极 B.电解时，溶液中OH-向b极移动 C.阴极反应式：2H2O+2e-H2↑+2OH- D.电解后，溶液pH减小 解析由电解时总的化学方程式知，氮元素由-3价升高到0，发生氧化反应，在a极区生成，故a为阳极，氢元素由+1价降低到0，发生还原反应，在b极区生成，故b为阴极；电解时，溶液中OH-向阳极移动，B项错误；阴极反应式：2H2O+2e-H2↑+2OH-；电解过程中要不断消耗OH-，故电解后，溶液pH减小。答案：B。 （收稿日期：2014-11-26） |
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