电解原理及应用
二. 教学目标
理解电解原理，掌握电极反应式的书写及电解原理的应用
三. 教学重点、难点
电解原理
［教学过程］
一、电解原理：
电解是电流通过电解质溶液而在阴、阳两极发生氧化还原反应的过程；
电解池是将电能转化为化学能的装置；构成条件为：必须连接有直流电源，要有电极（阴、阳极），以及电解质溶液或熔融电解质。
在电解过程中与电源正极相连的极称为阳极，在阳极上发生氧化反应；与电源负极相连的极称为阴极，在阴极上发生还原反应；电解质溶液中的阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。
说明：
1、电解质溶液的导电过程实质上就是其电解过程。在电解池中电子流向：电子由电源的负极→电解池的阴极，再由电解质溶液→电解池的阳极→电源正极。溶液中离子的移动方向：溶液中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。
2、电解与电离的比较：
电离
电解
条件
电解质溶于水或熔化状态下
电解质电离后, 再通直流电
过程
电解质离解成为自由移动的离子, 如CuCl2＝Cu2＋＋2Cl－
阴、阳离子定向移动, 在两极上失、得电子成为原子或分子, 如
CuCl2＝Cu（阴极）＋Cl2（阳极）
特点
只产生自由移动的离子
发生氧化还原反应, 生成新物质
联系
电解必须建立在电离的基础上
3、电解池与原电池的判断：
有外加电源的装置一定是电解池，无外加电源的装置一定是原电池, 多池组合时, 一般是含有活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下工作的电解池；若最活泼的电极相同时，则两极间活泼性差别较大的是原电池，其余为电解池。
4、电解池的反应原理：
放电：阳离子得到电子或阴离子失去电子。离子放电的顺序取决于离子的本性，也与离子浓度和电极材料有关。
（1）阳极产物的判断
先看电极，若是活泼电极（金属活动顺序表Ag以前，包含Ag），电极放电，溶液中的阴离子不放电；若是惰性电极（如铂、石墨等），则看溶液中阴离子的失电子能力。
在惰性电极上，阴离子放电顺序为：
（2）阴极产物的判断：
直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序为：
注意：高价含氧酸根离子一般不放电
5、分析电解问题的基本思路：
通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子（包括水电离出的H＋和OH－）。
通电时：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁优先放电。
写电极反应式，并结合题目要求分析电解结果，如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH变化等。
［分析讨论］按要求填写下表（用惰性电极电解下列物质的溶液）
电解质（溶液）
阳极反应
阴极反应
总反应方程式
溶液pH
变化
CuCl2
2Cl――2e－＝Cl2↑
Cu2＋＋2e－＝Cu
CuCl2＝Cu＋Cl2↑
稍变大
HCl
2Cl――2e－＝Cl2↑
2H＋＋2e－＝H2↑
2HCl＝H2↑＋Cl2↑
变大
Na2SO4
4OH――4e－＝2H2O＋O2↑
2H＋＋2e－＝H2↑
2H2O＝2H2↑＋O2↑
不变
H2SO4
4OH――4e－＝2H2O＋O2↑
2H＋＋2e－＝H2↑
2H2O＝2H2↑＋O2↑
减小
NaOH
4OH――4e－＝2H2O＋O2↑
2H＋＋2e－＝H2↑
2H2O＝2H2↑＋O2↑
增大
NaCl
2Cl－－2e－＝Cl2↑
2H＋＋2e－＝H2↑
2NaCl +2H2O＝ 2NaOH + H2↑+ Cl2↑
增大
CuSO4
4OH――4e－＝2H2O＋O2↑
Cu2＋＋2e－＝Cu
2 CuSO4＋2H2O＝2 Cu＋2H2SO4＋O2↑
减小
规律总结：用惰性电极电解不同的电解质溶液时：
电解质的组成
无氧酸（除HF）、不活泼金属的无氧酸盐（F－除外）
不活泼金属的含氧酸盐、活泼金属的无氧酸盐
含氧酸、可溶性碱、活泼金属的含氧酸盐
被电解的物质
电解质本身
电解质和水都发生变化
电解水
实例
CuCl2、HBr、HCl
NaCl、CuSO4、AgNO3
H2SO4、NaOH、KNO3
二、电解原理的应用：
1、电解精炼铜原理：
①粗铜的溶解与纯铜的生成：
阳极（粗铜）：Cu－2e－＝ Cu2＋
阴极（纯铜）： Cu2＋＋ 2e－＝Cu
②比铜活泼的金属：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；
③比铜不活泼的金属：Au、Pt不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；
④电解质溶液中CuSO4的浓度基本不变；
2、电镀：
镀件作阴极，镀层金属作阳极，含镀层金属离子的电解质配成电镀液；
电镀铜的原理：
阳极（镀层金属）：Cu－2e－＝ Cu2＋
阴极（镀件）： Cu2＋＋2e－＝Cu
电镀液浓度不变；
3、氯碱工业：电解饱和食盐水制氢氧化钠和氯气：
电极反应及总反应：
阳极反应：2Cl－－2e－ ＝ Cl2↑（氧化反应）
阴极反应：2H＋＋2e－＝H2↑（还原反应）
总反应离子方程式：
2Cl－＋2H2O＝2OH－＋ H2↑＋Cl2↑
总反应：
阴极区 阳极区
4、电冶金：
通过电解熔融的氯化钠制取金属钠，电解熔融的氧化铝冰晶石的混合物制取金属铝：
制取金属钠：阳极反应：2Cl－－2e－ ＝Cl2↑
阴极反应：2Na＋＋2e－＝2Na
制取金属铝：阳极反应：6
－12e－ ＝3O2↑
阴极反应：4Al3＋＋12e－＝4Al
说明：
1、原电池、电解池和电镀池的比较：
原电池
电解池
电镀池
定义（装置特点）
将化学能转变成电能的装置
将电能转变成化学能的
装置
应用电解原理在某些金属表面镀上一
层其他金属的装置
反应特征
自发反应
非自发反应
非自发反应
装置特征
无电源，两极不同
有电源, 两极可同可不
同
有电源
形成条件
1. 活泼性不同的两极（连接）
2.电解质溶液（电极插入其中并与电极自发反应）
3.形成闭合回路
1. 两电极连接直流电源
2. 两电极插入电解质溶
液
3. 形成闭合回路
1. 镀层金属接电源正极, 待镀金属接电
源负极
2. 电镀液必须含有
镀层金属的离子
电极名称（电极构成）
负极: 较活泼金属（电子流
出的极）
正极: 较不活泼的金属 （或能导电的非金属）（电子
流入的极）
阳极：与电源正极相连的极
阴极：与电源负极相连的
极
名称同电解,但有限
制条件
阳极:必须是镀层金
属；阴极: 镀件
电极反应
负极: 氧化反应, 一般是金
属失电子
正极: 还原反应,溶液中的阳离子得电子或者氧气得电子（吸氧腐蚀）
阳极: 氧化反应, 溶液中的阴离子失电子, 或电极金属失电子
阴极: 还原反应, 溶液中的阳离子得电子
阳极: 金属电极失电子
阴极: 电镀液中阳离子得电子
电子流向
正极
阴极
同电解池
溶液中带电粒子移动
阳离子向正极移动
阴离子向负极移动
阳离子向阴极移动
阴离子向阳极移动
同电解池
联系
在两极上都发生氧化和还原反应
2、氯碱工业：离子交换膜法制烧碱
（1）：阳离子交换膜的作用：将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子（Na＋）通过，而阻止阴离子（Cl－、OH－）和气体通过。可防止H2、Cl2混合爆炸，也可防止Cl2与NaOH反应。
（2）：食盐的精制：
①粗盐的成份：泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42－杂质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜；
②杂质的除去过程：
（3）、在精制食盐时，所加除杂试剂均为过量，因此，所加试剂的顺序必须是碳酸钠在氯化钡后面加入，以除去过量的Ba2＋。
3、电冶金主要用于冶炼活泼性很强的金属。在电解熔融的氧化铝时，加入冰晶石的目的是为了降低氧化铝的熔点，使氧化铝能够在较低的温度下熔化，而不能用电解无水氯化铝的方法冶炼金属铝。因为氯化铝为共价化合物，熔融状态时不导电。
【典型例题】
例1. 1L0.1mol/LAgNO3溶液在以Ag作阳极，Fe作阴极的电解槽中电解，当阴极增重2.16g时。下列判断（设电解按理论进行，溶液不蒸发） 正确的是：
A. 溶液的浓度变为0.08mol/L
B. 阳极上产生112mLO2（标准状况）
C. 转移的电子数是1.204×1022个
D. 反应中有0.01mol的Ag被氧化
解析：本题所给的信息是：Ag作阳极，AgNO3溶液作电解液符合电镀的条件，是一种电镀装置。则电极反应式为：
阳极：Ag－e－ ＝Ag＋，阴极：Ag＋＋e－ ＝Ag，阳极减少的银的质量等于阴极析出的银的质量，电解质溶液的浓度保持不变。由于在阴极析出2.16gAg即为0.02mol，则阳极减少0.02mol的Ag，转移的电子数为0.02NA，即为1.204×1022个。综上所述，本题的答案为C
答案：C
例2. 在500gCuSO4溶液中，一极为铁，一极为含杂质锌均匀的粗铜；通电一段时间后切断电源，取出电极，此时铁极析出7.04g铜，电解质溶液增重0.02g，求粗铜中含锌的质量分数。
解析：电解精炼时电极反应为：
阳极（粗铜）：Cu－2e－＝ Cu2＋，Zn－2e－＝ Zn2＋
阴极（铁） ：Cu2＋＋ 2e－＝Cu
Cu2＋～Zn2＋ △m
1mol 1mol 1g
x x 0.02g
∴Zn溶解为0.02mol×65g·mol－1＝1.3g
溶液中Cu2＋析出0.02mol×64g·mol－1＝1.28g
锌的质量分数为：
答案：粗铜中锌的质量分数为18.4%
例3. 500 mL KNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中c（NO3－）＝6mol·L－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（假设电解前后溶液的体积不变）
A. 原混合溶液中 c （K＋）为2 mol·L－1
B. 上述电解过程中共转移4 mol电子
C.电解得到的Cu的物质的量为0.5mol
D. 电解后溶液中c（H＋）为2 mol·L－1
解析：本题的信息是用惰性电极电解KNO3和Cu（NO3）2混合溶液，电解后阴、阳两极分别产生22.4L气体，即1mol气体。
溶液中的阳离子有：Cu2＋、H＋；阴离子有OH－、NO3－。根据阴、阳离子的放电顺
序可得：
阳极：4OH――4e－＝2H2O＋O2↑；阴极：Cu2＋＋ 2e－＝Cu、2H＋＋2e－＝H2↑
4mol 1mol 2mol 1mol 2mol 1mol
则原溶液中含有Cu2＋1mol，转移的电子数为4mol，电解后溶液中增加的H＋的物质的量为2mol，即c（ H＋）＝2mol/0.5L＝4mol/L。
再根据溶液中阳离子所带正电荷总数等于阴离子所带负电荷总数，可得K＋的物质的量为1mol，其浓度为2mol/L。
综上所述，本题的答案为AB
答案：AB
例4. 以铁为阳极、铜为阴极，对足量的NaOH溶液进行电解，一段时间后得到2molFe（OH）3沉淀，此时消耗水的物质的量共为
A. 2mol B. 3mol C. 4mol D. 5mol
解析：本题的信息为：铁为阳极、铜为阴极，电解NaOH溶液，得到2molFe（OH）3。
则根据信息，写出电极反应：
阳极：Fe－2e－＝ Fe2＋，阴极：2H＋＋2e－＝H2↑
总的电极反应为：Fe＋2H2O＝Fe（OH）2↓＋H2↑，而Fe（OH）2在空气中易被氧化，反应方程式为：4 Fe（OH）2＋2H2O＋O2＝4Fe（OH）3，则根据相互之间量的关系可得，每生成2molFe（OH）3沉淀，所消耗水的物质的量为5mol。
答案：D
例5. 某硝酸盐晶体的化学式是M（NO3）x·nH2O，相对分子质量为242，将1.21g该晶体溶于水配制成100mL溶液，用惰性电极进行电解，当有0.01mol电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重0.32g。求：
（1）金属M的相对原子质量及x、n的值。
（2）电解后溶液的pH（假设电解前后溶液的体积不变）。
解析：本题的信息为：用惰性电极电解1.21gM（NO3）x·nH2O的溶液，当有0.01mol电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重0.32g。
则电极反应式为：阳极：4OH――4e－＝2H2O＋O2↑；阴极：MX＋＋xe－＝M
4 4 x 1
0.01mol 0.01mol 0.01mol 1.21/242＝0.32/M
解得x＝2，M＝64g/mol，溶液中c（ H＋）＝0.01mol/0.1L＝0.1mol/L，pH＝1
再根据相对分子质量之间的关系可得：n＝3
答案：M的相对原子质量及x、n的值分别为：64、2、3，电解后溶液的 PH为1
例6. 工业上用MnO2为原料制取KMnO4，主要生产过程分为两步进行：第一步将MnO2和KOH粉碎，混匀，在空气中加热至熔化，并连续搅拌，制取K2MnO4；第二步将K2MnO4的浓溶液用惰性电极进行电解，在阳极上得到KMnO4，在阴极上得到KOH。
（1）制取K2MnO4的反应方程式是 ，连续搅拌的目的是_______________________。
（2）电解K2MnO4的浓溶液时，两极发生的电极反应式：阴极是__________________，
阳极是__________________ ；电解的总反应方程式是 。
解析：本题的信息为：工业上以MnO2为原料制取KMnO4。
MnO2和KOH粉碎，混匀，在空气中加热至熔化，制取K2MnO4，说明是与空气中的氧气发生氧化还原反应，其中O原子得到电子，而MnO2转变为K2MnO4，
反应方程式为：2MnO2＋4KOH＋O2＝2 K2MnO4＋2H2O；而连续搅拌的目的则是为了让反应物充分接触，使反应顺利进行。
用惰性电极电解K2MnO4的浓溶液，在阳极上得到KMnO4，说明阳极是MnO42―放电发生氧化反应；阴极是H＋放电，产生H2，从而使溶液的pH升高，生成KOH。
具体的电极反应式为：阴极：2H＋＋2e－＝H2↑；阳极：MnO42――e－＝MnO4－
总反应式：2K2MnO4＋2H2O＝2KMnO4＋2KOH＋H2↑
答案：（1）2MnO2＋4KOH＋O2＝2 K2MnO4＋2H2O；让反应物充分接触，使反应顺利进行
（2）阴极：2H＋＋2e－＝H2↑；阳极：MnO42――e－＝MnO4－
总反应式：2K2MnO4＋2H2O＝2KMnO4＋2KOH＋H2↑
【模拟试题】
1. 用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解液的pH下降的是
A. CuCl2 B. AgNO3 C. BaCl2 D. H2SO4
2. 1LNa2SO4和CuSO4的混合液中，c（SO42-）=2mol·L-1，用石墨做电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L（标准状况）气体，则原溶液中c（Na+）为
A. 0.5mol·L-1 B. 1 mol·L-1 C. 1.5 mol·L-1 D. 2 mol·L-1
3. 用惰性电极电解M（NO3）x的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生bL氧气（标况），从而可知M的相对原子质量为
A.
B.
C.
D.
4. 下图中能验证氯化钠溶液（含酚酞）电解产物的装置是
5. 用惰电极电解AgNO3溶液500mL；当电解液的pH值从6.0变为3.0（设电解时无氢气逸出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略），电极上析出银的质量为
A. 27mg B. 54mg C. 108mg D. 216mg
6. 根据下列事实：（1）X＋Y2＋＝X2＋＋Y；（2）Z＋2H2O＝Z（OH）2＋H2↑ （3）Z2＋氧化性比X2＋弱；（4）由Y、W电极组成的原电池，电极反应为：W2＋＋2e－＝W，Y－2e－＝Y2＋，可知X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是
A. X＞Z＞Y＞W B. Z＞W＞X＞Y C. Z＞X＞Y＞W D. Z＞Y＞X＞W
7. 将500mL pH=5的CuSO4溶液用惰性电极电解一段时间，溶液的pH变为2，若使溶液的浓度、pH与电解前相同，可采取的方法是
A. 向溶液中加入0.245g Cu（OH）2 B. 向溶液中加入0.31g CuCO3
C. 向溶液中加入0.0025mol H2SO4 D. 向溶液中加入0.2g CuO
8. 用Pt作电极，电解串联电路中分装在甲、乙两个烧杯中的200mL 0.3mol·L－1的NaCl溶液和300mL 0.2mol·L－1的AgNO3溶液，当产生0.56L（标况）Cl2时，停止电解，取出电极，将两杯溶液混合，混合液的pH为（混合后溶液体积为500mL）。
A. 1.4 B. 5.6 C. 7 D. 12.6
9. 通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为-1）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n（硝酸银）:n（硝酸亚汞）=2:1，则下列表述正确的是
A. 在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n（银）:n（汞）=2:1
B. 在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等
C. 硝酸亚汞的分子式为HgNO3
D. 硝酸亚汞的分子式为Hg2（NO3）2
10. 甲、乙两个电解池均以Pt为电极且互相串联。甲池盛有AgNO3溶液，乙池盛有一定量的某盐溶液，通电一段时间后，测得甲池阴极质量增加2.16g，乙池电极析出0.64g金属，则乙池中溶质可能是 （相对原子质量：Cu—64 Mg—24 Al—27 Na—23）
A. CuSO4 B. MgSO4 C. Al（NO3）3 D. Na2SO4
11. 在水中加入等物质的量的Ag+、Na+、Pb2+、NO3—、Cl—、SO42—, 该溶液用惰性电
极电解片刻, 氧化产物与还原产物的质量比为
A. 8∶1 B. 2∶27 C. 35.5∶108 D. 108∶35.5
12. 在常温下，用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液，下列说法中不正确的是
A. 溶液的pH不变 B. 溶液中Na2CO3的物质的量不变
C. Na2CO3溶液的浓度不变 D. Na2CO3的水解程度不变
13. 高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：
下列叙述不正确的是
A. 放电时负极反应为：Zn — 2e— + 2OH— == Zn（OH）2
B. 充电时阳极反应为：Fe（OH）3 — 3e— + 5OH— == FeO42— + 4H2O
C. 放电时每转移3moL电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化
D. 放电时正极附近溶液的碱性增强
14. 按图示装置进行实验：A极是铜锌合金，B极为纯铜，电解质中含有足量的铜离子。通电一段时间后，若A极恰好全部溶解，此时B极质量增加7.68g，溶液质量增加0.03g，则A合金中Cu、Zn原子个数比为
A. 4∶1 B. 3∶1 C. 2∶1 D.任意比
15. 下图装置中：
（1）当A键断开，B、C闭合时，甲为 池，乙为 池；
（2）当A、C两键断开时，乙中铁极增重1.6g，
则被氧化的铁有 g；
（3）将乙中两极都换成石墨，硫酸铜溶液换H2SO4后断开B、C两键，闭合A键，则甲为 池，乙为 池，当甲中锌极减轻6.5g时，乙中共放出气体 mL（标况）。
16. 在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒，可以上下搅动液体，装置如右图。接通电源，阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。根据上述实验回答：
（1）阳极上的电极反应式为_________________。
（2）阴极上的电极反应式为_________________。
（3）原上层液体是_________________________。
（4）原下层液体是_________________________。
（5）搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是___________________________________。
（6）要检验上层液体中含有的金属离子，其方法是___________________ _ _________，
现象是______________________________________________________________。
17. 以石墨为电极，电解1LCuSO4和NaCl的混合溶液，其中CuSO4与NaCl的物质的量之和为0.2mol，CuSO4的物质的量占总物质的量的比值为x。
（1）若x=0.5，当Cu2+在阴极恰好全部析出时，所得气体的物质的量各为多少？所得溶液的pH为多少（假设电解前后溶液的体积不变）？
（2）若电解一段时间后，阴阳两极产生的气体的物质的量恰好相等，均为0.16mol，试求x的值。
【试题答案】
1. B 2. D 3. C 4. D 5. B 6. C 7. BD 8. C 9. D 10. A
11. A 12. B 13. C 14. B
15. （1）原电，原电 （2）1.4 （3）原电；电解；3360
16. （1）2I－—2e—＝I2；（2）2H＋＋2e－＝H2↑；（3）KI或NaI溶液
（4）CCl4；（5）碘在有机溶剂中的溶解度远大于在水中的溶解度，碘被四氯化碳萃取
（6）焰色反应，透过蓝色钴玻璃火焰呈淡紫色为K＋，火焰呈黄色为Na＋。
17. （1）pH＝1
（2）x＝0.6
