2019精选教育学年度高二化学《电解原理》知识点详总以及典例导析.doc

电解原理
【学习目标】
1、了解电解池的工作原理；
2、初步掌握一般电解反应产物的判断方法。
【要点梳理】
要点一、电解原理
1．定义：使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解。
2．装置特点：电能转化为化学能。
3．形成条件：(1)与电源两个电极相连；(2)电解质溶液(或熔融的电解质)；(3)形成闭合回路。
4．阴阳极的判断及反应原理(以电解熔融NaCl、CuCl2溶液为例)
要点二、电解反应类型
1．只有电解质参加的反应(电解CuCl2溶液)
阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑(氧化反应) 阴极：Cu2++2e－＝Cu(还原反应)
总反应：CuCl2Cu+Cl2↑
2．只有水参加的反应(电解稀硫酸)
阳极：4OH--4e－=2H2O+O2­ 阴极：2H++2e－=H2­
总反应：2H2O2H2­+O2­
3．水和电解质均参加的反应(电解饱和食盐水)
阳极：2Cl--2e－=Cl2­ 阴极：2H++2e－=H2­
总反应：2NaCl+2H2OH2­+Cl2­+2NaOH
4．电极参加的反应
阳极反应：Cu-2e－=Cu2+ 阴极反应：2H+-2e－=H2­
总反应：Cu+2H+Cu2++H2­
要点三、电解时电极反应式的书写
1．看电极。
主要是看阳极是何类型的电极，若为活性电极，电极本身被氧化发生氧化反应。阴极一般不参与电极反应。
2．看离子。
搞清电解质溶液中存在哪些阴离子、阳离子，根据放电顺序书写电极反应式。
3．水溶液中始终有H+和OH－，放电顺序中H+、OH－之后的离子一般不参与电极反应。
例如：电解CuSO4(aq)的电极反应分析：
如图所示：
(1)看电极。石墨作阳极，Fe作阴极，所以两电极都不反应。
(2)看离子。
阳离子放电顺序：Cu2+＞H+，故Cu2++2e－＝Cu
阴离子放电顺序：OH－＞SO42－，故4OH－－4e－＝2H2O+O2↑
总方程式为：
2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+或2CuSO4+2H2OCu+O2↑+2H2SO4
要点诠释：书写电极反应式的步骤一般分为四步：
(1)列物质、标得失；
(2)选离子、配电荷；
(3)配个数、巧用水；
(4)两式加、验总式。
【典型例题】
类型一、电化学中电极及电极反应的判断
例1 蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：

　　下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是( )
　　A．放电时，Fe是负极，NiO2是正极
　　B．蓄电池的电极可以浸入某中酸性电解质溶液中
　　C．充电时，阴极上的电极反应为：Fe(OH)2+2e－=Fe+2OH－
　　D．放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动
　　【答案】B、D。
【解析】蓄电池放电时起原电池作用，原电池的负极是较活泼的金属，A正确。放电时，Fe是原电池的负极，Fe失电子被氧化成Fe2+离子。由于负极—Fe的附近聚集较多的Fe2+离子，电解质溶液中的阴离子向负极移动，D不正确。充电时蓄电池起电解池作用，充电时电源的负极应与蓄电池的负极(Fe，此时作为电解池的阴极)相连接，发生还原反应：Fe(OH)2+2e－=Fe+2OH－。C正确。该蓄电池的放电和充电时的电极反应分别是：
　　放电：负极　  Fe-2e－+ 2OH－=Fe(OH)2
　　正极　NiO2+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH-
　　充电：阴极　 Fe(OH)2+2e－=Fe+2OH－
　　阳极　Ni(OH)2-2e-+2OH-=NiO2+2H2O
　　可见反应是在碱性溶液中进行的，B不正确。
举一反三：
【变式1】右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附近分别滴加石蕊溶液，下列实验现象正确的是( )
A．逸出气体的体积：a电极的小于b电极的
B．电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体
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
【答案】D
【解析】Na2SO4＝2Na＋＋SO42－，H2OH＋＋OH－，SO42－和OH－移向b电极，Na＋和H＋移向a电极，在b电极上：4OH－-4e－＝2H2O＋O2↑，在a电极上：4H＋＋4e－＝2H2↑，所以a电极产生的气体体积大于b电极；两种气体均为无色无味的气体；由于a电极上H＋放电，所以a电极附近的c(OH－)＞c(H＋)，滴加石蕊试液a电极附近变蓝色，同理，b电极附近变红色。
例2 镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型，NiMH中的M表示金属或合金，该电池在充电过程中的总反应方程式是：Ni(OH)2+M=NiOOH+MH
已知：6NiOOH+NH3+H2O+OH﹣=6 Ni(OH)2+NO2﹣
下列说法正确的是( )
A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为：NiOOH+H2O+e﹣=Ni(OH)2+OH﹣
B．充电过程中OH﹣离子从阳极向阴极迁移
C．充电过程中阴极的电极反应式：H2O+M+e﹣=MH+OH﹣，H2O中的H被M还原
D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液
【思路点拨】做对本题的关键是根据充电过程的总反应方程式能正确书写充电、放电时的电极反应式。
【答案】A
【解析】镍氢电池中主要为KOH作电解液。
充电时，阳极反应：Ni(OH)2+OH﹣=NiOOH+H2O+e﹣、阴极反应：M+H2O+e﹣=MH+OH﹣，总反应：M+Ni(OH)2=MH+NiOOH；
放电时，正极：NiOOH+H2O+e﹣=Ni(OH)2+OH﹣，负极：MH+OH﹣=M+H2O+e﹣，总反应：MH+NiOOH=M+Ni(OH)2
以上式中M为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金。
A．正极的电极反应式为：NiOOH+H2O+e﹣═Ni(OH)2+OH﹣，故A正确；
B．电解时阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以OH﹣离子从阴极向阳极迁移，故B错误；
C．H2O中的H得电子，不是被M还原，故C错误；
D．不能用氨水做电解质溶液，根据已知有氨气时容易发生副反应生成亚硝酸根，故D错误；
故选A。
　　【总结升华】书写电极反应式的3个原则：
(1)共存原则
因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。当电解质溶液呈酸性时，不可能有OH-参加反应；碱性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H+参加反应。
(2)得氧失氧原则
得氧时，在反应物中加H2O(电解质为酸性时)或OH-(电解质溶液为碱性或中性时)；失氧时，在反应物中加H2O(电解质为碱性或中性时)或H+(电解质为酸性时)。
(3)中性吸氧反应成碱原则
在中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立起来的原电池反应，其反应的最后产物是碱。
举一反三：
【变式1】如下图装置，A、B中电极为多孔的惰性电极；C、D为夹在湿的Na2SO4滤纸条上的铂夹；电源有a、b两极。
若在A、B中充满KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中。切断K1，闭合K2、K3通直流电，则：
(1)标出电源的正、负极，a为______极，b为_____极。
(2)在湿的Na2SO4滤纸条中心的KMnO4液滴，有什么现象________。
(3)写出电极反应式：A中____________，B中__________。
(4)若电解一段时间，A、B中均有气体包围电极。此时切断K2、K3，闭合K1，则电流表的指针是否移动(填是或否)_________。
(5)若电流表指针不移动说明理由，若指针移动也说明理由_________。
【答案】(1)a为负极，b为正极
(2)紫色液滴向D处移动
(3)A中：4OH——4e－=2H2O+O2­ B中：2H++2e－=H2­
(4)是
(5)H2、O2、KOH在A、B两极可以形成原电池
类型二、电解原理
例3 右图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极，则下列有关判断正确的是( )
A．a为负极，b为正极
B．a为阳极，b为阴极
C．电解过程中，d电极质量增加
D．电解过程中，氯离子浓度不变
【答案】C
【解析】电流从电源的正极流出，故a为电源的正极，b为负极；与电源正极相连的c为阳极，与电源负极相连的d为阴极。A、B均不正确。在电解过程中，因Cu2+是阳离子，移向阴极d，在阴极放电析出Cu，所以d电极质量增加；Cl－是阴离子，移向阳极c，在阳极放电析出Cl2，会导致溶液中氯离子浓度降低。故C对D错。
【总结升华】电解池与原电池最根本的区别是有无外加电源，有外加电源的装置是电解池。电解池中两极名称为阴、阳极，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应；而原电池中的两极名称为正、负极，一般不称为阴、阳极。
举一反三：
【变式1】用右图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9~10，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( )
A．用石墨作阳极，铁作阴极
B．阳极的电极反应式为：Cl－ + 2OH－－2e－= ClO－ + H2O
C．阴极的电极反应式为：2H2O + 2e－ = H2↑ + 2OH－
D．除去CN－的反应：2CN－+ 5ClO－ + 2H+ = N2↑ + 2CO2↑ + 5Cl－+ H2O
【答案】D
【解析】A、阳极要产生ClO－，则铁只能作阴极，不能作阳极，否则就是铁失电子，A正确；B、阳极是Cl－失电子产生ClO－，电极反应式为：Cl－+2OH－－2e－=ClO－+H2O，B正确；C、阴极是H+产生H2，碱性溶液，故阴极的电极反应式为：2H2O+2e－ =H2↑+2OH－，C正确；D、溶液为碱性，方程式应为2CN－+5ClO－+ H2O =N2↑+2CO2↑+5Cl－+2OH－。故选D。
【变式2】下图中能验证氯化钠溶液电解产物的装置是( )
【答案】D
【变式3】如图电解池中装有硫酸铜溶液，选用不同材料的电极进行电解。下列叙述中正确的是( )

电极材料
通电后的变化
阳极
阴极
A
石墨
石墨
阴极质量增加，溶液的pH 增大
B
铜
铜
阳极质量减小，阴极质量增加
C
铁
铁
两极的质量不发生变化
D
铂
铁
阴极质量增加，溶液的pH 不变
【答案】B
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