1、第三单元 电解池的工作原理及应用,三年12考 高考指数:了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。,一、电解原理1.电解：在_的作用下，在两电极上分别发生_和_的过程。2.电解池(也叫电解槽)电解池是把_的装置。,直流电,氧化反应,电能转变为化学能,还原反应,3.电解池的组成和工作原理“两极一液一连线，电解还需直流电”如电解CuCl2溶液总反应方程式：_,电极名称：阴极,反应类型：还原反应,电极反应式：Cu2+2e-=Cu,电极名称：阳极,反应类型：氧化反应,电极反应式：2Cl-2e-=Cl2,二、电解原理的应用1.氯碱工业,(1)电极反应:阳极：_ 阴极：_。(2)总反应方程式：
2、_。(3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。,2Cl-2e-=Cl2,2H+2e-=H2,2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2,2.电镀与电解精炼铜,电镀（Fe上镀Cu）,电解精炼铜,粗铜（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质）,阳极,阴极,电极材料,电极反应,铜,Cu-2e-=Cu2+,Cu-2e-=Cu2+ Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni-2e-=Ni2+,电极材料,电极反应,铁,纯铜,Cu2+2e- = Cu,电解质溶液,注：电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉在电解池底部形成阳极泥。,CuSO4溶液,3.电冶金(1)钠的冶炼。总反应：_阴极反应：_阳
3、极反应：2Cl-2e-=Cl2(2)Mg的冶炼。总反应：_(3)Al的冶炼。总反应：_,2NaCl(熔融) 2NaCl2,2Na+2e-=2Na,MgCl2(熔融) Mg+Cl2,2Al2O3(熔融) 4Al+3O2,1.用铜作阳极、石墨作阴极电解CuCl2溶液时，阳极电极反应式为2Cl-2e-=Cl2。( )【分析】错误，活性金属作阳极时，金属首先失电子被氧化，故阳极反应为：Cu-2e-=Cu2+。2.Cu+H2SO4=CuSO4+H2可以设计成电解池，但不能设计成原电池。( )【分析】正确，能设计成原电池的反应是一个自发的氧化还原反应，而电解池可以是一个非自发的氧化还原反应。,3.可用电解
4、熔融的AlCl3制取铝。( )【分析】错误，因AlCl3为共价化合物，其熔融态不导电，故不能通过电解AlCl3的方法制备Al。4.根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等。( )【分析】错误，电解精炼铜时，阴极析出的只有Cu，而阳极减少的有活泼的Zn、Fe、Ni等形成阳离子存在于溶液中，不活泼的Ag、Au等形成阳极泥沉在底部，故两极的质量变化不相等。,原电池、电解池、电镀池的比较,原电池,电解池,电镀池,应用电解原理在金属表面镀一层其他金属或合金的装置,将电能转变成化学能的装置,将化学能转变成电能的装置,定义,装置举例,镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极电镀液必
5、须含有镀层金属离子,两电极接直流电源两电极插入电解质溶液中形成闭合回路,活泼性不同的两电极电解质溶液（电极插入其中）形成闭合回路,形成条件,电极名称,负极：较活泼金属正极：较不活泼金属（或能导电的非金属）,阳极：与电源正极相连的电极阴极：与电源负极相连的电极,名称同电解池，但有限制条件阳极：必须是镀层金属阴极：镀件,阳极：金属电极失电子阴极：电镀液中的阳离子得电子,阳极：氧化反应，金属电极失电子或溶液中的阴离子失电子阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子,负极：氧化反应正极：还原反应,电极反应,【高考警示钟】(1)原电池与电解池的本质区别是能量转换的形式。工作时都发生氧化还原反应，但电解池中的反
6、应不一定是能自发进行的氧化还原反应，而原电池中则必须是自发进行的氧化还原反应。(2)一般来说，有外加电源的是电解池(若阳极金属与电解质溶液中的阳离子相同时为电镀池)，没有外加直流电源的是原电池。,【典例1】如图所示装置中，X是铁，Y是石墨电极，a是硫酸钠溶液，实验开始前，在U形管的两边同时各滴入几滴酚酞试液，下列叙述正确的是( )A.闭合K1，断开K2，X极放出H2B.闭合K1，断开K2，Y极为阳极C.闭合K2，断开K1，Y极的电极反应式为：O22H2O4e-=4OH-D.闭合K2，断开K1，工作一段时间后，X电极附近显红色,【解题指南】解答本题时要注意以下两点：(1)闭合K1，断开K2，形成
7、原电池，X极为负极。(2)闭合K2，断开K1，形成电解池，Y极为阳极。【解析】选D。闭合K1，断开K2，形成原电池，X极为负极，铁失去电子，不会放出H2，Y极为正极，故A、B错误；闭合K2，断开K1，形成电解池，Y极的电极反应式为：4OH-4e-=O2+2H2O，X电极H+放电，X极附近OH-浓度增加，故C错误，D正确。,【互动探究】(1)若在铁棒上镀锌，则需对原装置做怎样的改进?提示：闭合K2，断开K1，将Y极换为锌棒，将a换为硫酸锌溶液。(2)若将电源电极互换，闭合K2，断开K1，X极的电极反应式怎样写？提示：电源电极互换后，X极成为阳极，发生氧化反应，电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+
8、。,【变式备选】如图所示，a、b是两根石墨棒，下列叙述正确的是( )A.a是阴极，发生还原反应，b是阳极，发生氧化反应B.装置工作时，稀硫酸溶液中c(H+)变小、c(Cu2+)变大C.往滤纸上滴加酚酞试液，a极附近颜色变红D.稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变,【解析】选D。选项A，Zn为原电池负极，Cu为原电池正极，故a为阳极，阳极发生氧化反应，b为阴极，发生还原反应。选项B，Cu不参与电极反应，溶液中无Cu2+。选项C，水电离产生的H+在b极放电，b 极附近OH-浓度增大，所以b极附近颜色变红。选项D，SO42-不参与电极反应，其物质的量不变。,电解规律及电解的相关计算,1.以惰性电极电解电
9、解质溶液的类型,电解质浓度,电极反应特点,电解水型,NaOH,pH,H2SO4,减小,不变,Na2SO4,类型,实例,电解质溶液复原,阴极：4H+4e- = 2H2阳极：4OH-4e- =2H2O+O2,增大,加水,增大,加水,加水,增大,增大,减小,减小,增大,电解质,电解质,HCl,CuCl2,电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电,电解电解质型,通氯化氢,加氯化铜,水,电解对象,水,水,电解质浓度,电极反应特点,放H2生碱型,pH,类型,实例,电解 质溶液复原,阴极：H2O放H2生碱阳极：电解质阴离子放电,阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸,放O2生酸型,电解对象,NaCl,电
10、解质和水,生成新电解质,增大,通氯化氢,CuSO4,电解质和水,生成新电解质,加氧化铜,减小,2.电解时的放电顺序与电极产物的判断(1)阳极。,(2)阴极。直接根据阳离子放电顺序进行判断。阳离子放电顺序：Ag+Fe3+Cu2+H+(酸)Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+,3.电解池中有关量的计算或判断解题依据是得失电子守恒，其解题方法有守恒法、总反应式法、关系式法。(1)根据守恒法计算：用于串联电路、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。(2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式计算。(3)根据关系式计
11、算：根据得失电子守恒关系，在已知量与未知量之间，建立计算所需的关系式。,【高考警示钟】(1)电解后要恢复原电解质溶液的浓度，可以按：“析出什么，加上什么”的思路，加上适量某物质，该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。如用惰性电极电解CuSO4溶液时，若要恢复原溶液，可加入CuO、CuCO3而不是Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3。(2)判断两极产物时，先看电极是活性电极还是惰性电极，若是活性电极，电极反应首先表现电极溶解而不是电解质溶液中阳离子放电。(3)Fe3+的放电能力大于Cu2+，其第一阶段放电反应为Fe3+e-=Fe2+，而不是Fe3+3e-=Fe。,【典例2】(2012潮州模拟)下
12、图为相互串联的甲、乙两个电解池。,试回答：(1)若甲池利用电解原理在铁上镀银，则A是_、_(依次填电极材料和电极名称)，电极反应是_；B是_、_(依次填电极材料和电极名称)，电极反应是_；应选用的电解质溶液是_。(2)若甲池阴极增重43.2 g且乙池中阴极上一直都有气体产生，则乙池中阴极上放出的气体在标准状况下的体积是_L。,【解题指南】解答本题时应注意以下两点：(1)电镀池的连接方式。(2)串联电路的特点：在相同时间内通过各电极的电量相等。【解析】(1)电镀时镀件作阴极、镀层金属作阳极、含有镀层金属的可溶性盐溶液作电镀液，故铁作阴极、银作阳极、电镀液为硝酸银溶液。(2)甲池中阴极反应为：Ag
13、+e-=Ag，当阴极增重43.2 g时，析出Ag的物质的量为0.4 mol，则转移电子的物质的量也为0.4 mol。乙池中阴极反应式为：2H+2e-=H2，根据电子守恒，析出氢气为0.2 mol,在标准状况下体积为4.48 L。,答案：(1)铁 阴极 Ag+e-=Ag银 阳极 Ag-e-=Ag+ AgNO3(2)4.48,【技巧点拨】电解计算的一般解题思路(1)先看阳极材料，是活性电极还是惰性电极。(2)找全离子，将溶液中的所有离子按阴阳离子分开。(3)根据电子守恒，串联电路中转移的电子数目相同，即阴离子(活泼电极)失的电子数等于阳离子得的电子数，列出关系式进行计算。,【变式训练】500 mL
14、 KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)=6.0 molL-1,用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4 L气体(标准状况)。下列说法正确的是( )A.上述电解过程中共转移2 mol电子B.原混合溶液中c(K+)为2 molL-1C.电解得到的Cu的物质的量为0.5 molD.电解后溶液中c(H+)为2 molL-1,【解析】选B。阳极：4OH-4e-=2H2O+O2,阴极，首先Cu2+放电：Cu2+2e-=Cu,Cu2+反应完H+放电：2H+2e-=H2,当阳极收集到22.4 L O2时，转移4 mol e-，阴极上收集到22.4 L H2时，转移2 mo
15、l e-，根据各电极电子守恒得出Cu2+得到2 mol e-，生成1 mol Cu；因为4 mol OH-放电，2 mol H+放电，所以电解后溶液呈酸性，c(H+)=2 mol/0.5 L=4 molL-1，所以A、C错误。根据溶液中电荷守恒得原混合溶液中c(K+)=2 molL-1。,1.关于原电池和电解池的叙述正确的是( )A.原电池失去电子的电极称为阴极B.电解池的阳极、原电池的负极上都发生氧化反应C.原电池的两极，一定要由活泼性不同的两种金属组成D.电解时电解池的阳极一定是阴离子放电,【解析】选B。A项，原电池中失去电子的电极叫负极，A错误；C项，不一定是由两种金属组成，也可以是金属
16、和非金属，如石墨电极，C错误；D项，当阳极为活性金属时，表现为电极溶解而不是电解质溶液中阴离子放电，D错误。,2.(2012延安模拟)中国人民银行于2011年发行了中国京剧脸谱彩色金银纪念币，其中银纪念币材料为铜芯镀银，依据你所掌握的电镀原理，你认为银纪念币制作时，铜芯应做( )A.阴极 B.阳极 C.正极 D.负极【解析】选A。电镀时，待镀金属制品做阴极，镀层金属做阳极。本题在铜上镀银，故铜芯应做阴极。,3.(2012杭州模拟)下列事实不能用金属活动性解释的是( )A.生活中可用铝制的水壶烧水B.镀锌铁制品破损后，镀层仍能保护铁制品C.工业上常用热还原法冶炼铁，用电解法冶炼钠D.电解法精炼铜
17、时，其含有的Ag、Au杂质沉积在电解槽的底部,【解析】选A。可用铝制的水壶烧水是因为铝壶表面有一层致密的氧化膜，阻止了铝与水的接触；镀锌铁制品破损后，形成原电池，因为锌比铁活泼，锌作负极，保护铁；工业上常用热还原法冶炼铁，用电解法冶炼钠，是因为钠太活泼；电解法精炼铜时，其含有的Ag、Au杂质沉积在电解槽的底部，是因为铜比Ag、Au活泼。,4.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 HCl Cu(NO3)2 B.KCl Na2SO4 CuSO4C.CaCl2 KOH NaNO3 D.HCl HNO3 K2SO4,【解析】
18、选B。由电解规律可得：故而选B。,5.观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是( ),A.装置中阳极上析出红色固体B.装置的待镀铁制品应与电源正极相连C.装置中外电路电子由a极流向b极D.装置的阳极反应为：2H+2e-=H2【解析】选C。装置中阳极反应为2Cl-2e-=Cl2，A错；装置是电镀装置，待镀铁制品应作阴极，即与电源负极相连，B错；装置中外电路电子应从负极(a极)流向正极(b极)，C对；装置的阳极反应为2Cl-2e-=Cl2，D错。,6.防止钢铁腐蚀可以延长钢铁制品的使用寿命。在钢铁制品表面镀铜可以有效地防止其腐蚀，电镀的装置如图所示：,(1)上面的电镀装置图的“直流电源”中_(选填
19、“a”或“b”)是正极。(2) 接通电源前，装置图中的铜、铁两个电极质量相等，电镀完成后，将两个电极取出，用蒸馏水小心冲洗干净、烘干，然后称量，二者质量差为5.12 g，由此计算电镀过程中电路中通过的电子的物质的量为_。(3)上述铁镀件破损后，铁更容易被腐蚀。请简要说明镀铜铁镀件破损后，铁更容易被腐蚀的原因：_，由此可推知铁镀_(填一种金属)在破损时铁不易被腐蚀。,【解析】(1)电镀时正极连接的电极为阳极，故a为正极。(2)阳极溶解的铜等于阴极上析出的铜，故阳极溶解的铜为2.56 g，即0.04 mol，故电镀过程中电路中通过的电子的物质的量为0.08 mol。(3)镀件破损时，镀层金属与镀件金属在周围环境中形成原电池，活泼性强的金属更容易被腐蚀。若在铁上镀上比铁活泼的金属，镀层破损后铁不易被腐蚀。答案：(1)a(2)0.08 mol(3)铁比铜活泼，铁与铜构成原电池的两个电极，铁作负极，更易被腐蚀 锌(合理即可),
