電解原理及其應(yīng)用的考查技巧

劉萬青

電解原理及其應(yīng)用是中學(xué)化學(xué)的重要內(nèi)容，也是近幾年高考命題的熱點知識，為了更好的學(xué)習(xí)這一內(nèi)容，下面將其解題技巧總結(jié)如下。

一、電解的原理

1.電解定義：在電流作用下，電解質(zhì)在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程。

2.能量轉(zhuǎn)化形式：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。

3.電解池：（1）構(gòu)成條件：

a.有與電源相連的兩個電極。b.電解質(zhì)溶液（或熔融鹽）。c.形成閉合回路。

（2）電極名稱及電極反應(yīng)式（如圖1）：

（3）電子和離子移動方向：a.電子：從電源負(fù)極流向電解池的陰極；從電解池的陽極流向電源的正極。b.離子：陽離子移向電解池的陰極；陰離子移向電解池的陽極。

例1圖2為直流電源電解稀Na2SO4水溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加幾滴石蕊溶液。下列實驗現(xiàn)象描述正確的是（ ）。

A.逸出氣體的體積，a電極的小于b電極的

B.一電極逸出無味氣體，另一電極逸出刺激性氣體

C.a電極附近呈紅色，b電極附近呈藍(lán)色

D.a電極附近呈藍(lán)色，b電極附近呈紅色

解析SO2-4、OH-移向b極，在b極OH-放電，產(chǎn)生O2，b極附近c（H+）>c（OH-），石蕊溶液變紅。Na+、H+移向a極，在a極H+放電產(chǎn)生H2，a極附近c（OH-）>c（H+），石蕊溶液變藍(lán)。所以產(chǎn)生的氣體體積a電極的大于b電極的；兩種氣體均為無色無味的氣體。A、B均錯。答案：D。

例2用石墨電極電解CuCl2溶液（見圖3）。下列分析正確的是（ ）。

A.a端是直流電源的負(fù)極

B.通電使CuCl2發(fā)生電離

C.陽極上發(fā)生的反應(yīng)：Cu2++2e-Cu

D.通電一段時間后，在陰極附近觀察到黃綠色氣體

解析A.銅離子應(yīng)移向陰極，則a為負(fù)極；B.CuCl2發(fā)生電離是在水分子的作用下完成的，并非通電才能發(fā)生；C.反應(yīng)Cu2++2e-Cu應(yīng)在陰極上發(fā)生，陽極上發(fā)生的反應(yīng)應(yīng)為2Cl--2e-Cl2↑；D.通電一段時間后，應(yīng)在陽極附近觀察到黃綠色氣體。答案：A。

二、電解過程的思維程序

1.分析電解質(zhì)水溶液的組成，找全離子并分陰、陽兩組（不要忘記水溶液中的H+和OH-）。

2.排出陰、陽兩極的放電順序

陰極：陽離子放電順序Ag+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Fe2+>Zn2+>H+（水）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。

陽極：活性電極>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根離子。

3.分析電極反應(yīng)，判斷電極產(chǎn)物，寫出電極反應(yīng)式，要注意遵循原子守恒和電荷守恒。

例3下列各組中，每種電解質(zhì)溶液電解時只生成氫氣和氧氣的是（ ）。

A.HCl、CuCl2、Ba（OH）2B.NaOH、CuSO4、H2SO4

C.NaOH、H2SO4、Ba（OH）2 D.NaBr、H2SO4、Ba（OH）2

解析電解質(zhì)溶液電解時只生成氧氣和氫氣，相當(dāng)于是電解水，根據(jù)電解時離子的放電順序，當(dāng)電解強酸、強堿、活潑金屬含氧酸鹽的溶液時均相當(dāng)于電解水。答案：C。

例4工業(yè)廢水中常含有一定量的Cr2O2-7，會對人類及生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生很大損害，電解法是一種行之有效的除去鉻的方法之一。該法用Fe作電極電解含Cr2O2-7的酸性廢水，最終將鉻轉(zhuǎn)化為Cr（OH）3沉淀，達(dá)到凈化目的。下列有關(guān)說法不正確的是（ ）。

A.電解時選用Fe作陽極，石墨棒作陰極

B.陰極附近的沉淀只有Cr（OH）3

C.陽極附近溶液中，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是Cr2O2-7+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O

D.消耗1 mol Cr2O2-7，將有336 g Fe消耗，因此要定期更換鐵電極

解析Fe作陽極，反應(yīng)產(chǎn)生Fe2+，F(xiàn)e2+與Cr2O2-7發(fā)生氧化還原反應(yīng)，F(xiàn)e2+被氧化為Fe3+，Cr2O2-7被還原為Cr3+；陰極是H+得到電子，導(dǎo)致陰極附近溶液的堿性增強，F(xiàn)e3+、Cr3+都會變?yōu)镕e（OH）3、Cr（OH）3沉淀，B錯誤；消耗1 mol Cr2O2-7必消耗6 mol Fe2+，根據(jù)Fe守恒將有6 mol Fe消耗，質(zhì)量為336 g。答案：B。

三、電解原理的應(yīng)用

1.電解飽和食鹽水

（1）電極反應(yīng)：陽極：2Cl--2e-Cl2↑

陰極：2H2O+2e-H2↑+2OH-

（2）總反應(yīng)方程式：

2NaCl+2H2O電解2NaOH+H2↑+Cl2↑

（3）應(yīng)用：氯堿工業(yè)制燒堿、氯氣和氫氣。

2.電鍍

（1）鍍件作陰極，鍍層金屬作陽極。

（2）電解質(zhì)溶液是含鍍層金屬陽離子的鹽溶液。（3）特點：陽極溶解，陰極沉積，電鍍液的濃度不變。

3.電解精煉銅

（1）電極材料：陽極為粗銅；陰極為純銅。

（2）電解質(zhì)溶液：含Cu2+的鹽溶液。

（3）電極反應(yīng)：陽極：Zn-2e-Zn2+、Fe-2e-Fe2+、Ni-2e-Ni2+、Cu-2e-Cu2+；陰極：Cu2++2e-Cu。

微知識清單：分析電解下列物質(zhì)的過程，并總結(jié)電解規(guī)律（用惰性電極電解）

電解質(zhì)（水溶液）電極方程式被電解的物質(zhì)總化學(xué)方程式或離子方程式電解質(zhì)濃度溶液pH電解質(zhì)溶液復(fù)原需加入的物質(zhì)

含氧酸（如H2SO4）陽極：2H2O-4e-O2↑+4H+

陰極：4H++4e-2H2↑水2H2O電解O2↑+2H2↑增大減小加H2O

強堿（如NaOH）陽極：4OH--4e-O2↑+2H2O

陰極：4H2O+4e-2H2↑+4OH-水2H2O電解O2↑+2H2↑增大增大加H2O

活潑金屬的含氧酸鹽（如KNO3、Na2SO4）陽極：4OH--4e-O2↑+2H2O

陰極：4H2O+4e-2H2↑+4OH-水2H2O電解O2↑+2H2↑增大不變加H2O

無氧酸（如HCl） ，除HF外陽極：2Cl--2e-Cl2↑

陰極：2H++2e-H2↑酸2HCl電解Cl2↑+H2↑減小增大通入HCl氣體

不活潑金屬的無氧酸鹽（如CuCl2），除氟化物外陽極：2Cl--2e-Cl2↑

陰極：Cu2++2e-Cu鹽CuCl2電解Cu+Cl2↑減小——加CuCl2

活潑金屬的無氧酸鹽（如NaCl）陽極：2Cl--2e-Cl2↑

陰極：2H2O+2e-H2↑+2OH-水和鹽2Cl-+2H2O電解

Cl2↑+H2↑+2OH- 生成新電解質(zhì)增大通入HCl氣體

不活潑金屬的含氧酸鹽（如CuSO4）陽極：2H2O-4e-O2↑+4H+

陰極：2Cu2++4e-2Cu水和鹽2Cu2++2H2O電解2Cu+O2↑+4H+生成新電解質(zhì)減小加CuO或CuCO3

例5利用電解法可將含有Fe、Zn、Ag、Pt等雜質(zhì)的粗銅提純，下列敘述正確的是（多選）（ ）。

A.電解時以精銅作陽極

B.電解時陰極發(fā)生還原反應(yīng)

C.粗銅連接電源負(fù)極，其電極反應(yīng)是Cu Cu2++2e-

D.電解后，電解槽底部會形成含少量Ag、Pt等金屬的陽極泥

解析電解精煉銅時，應(yīng)該用粗銅作陽極，連接電源的正極，A、C錯；電解時陰極上銅離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，B正確；由于Ag、Pt等金屬在電極上不能失電子，故沉積到陽極底部，形成陽極泥，D正確。答案：BD。

例6用鉑電極電解一定濃度的下列物質(zhì)的水溶液，在電解后的電解液中加適量水，能使溶液濃度恢復(fù)到電解前濃度的是（ ）。

A.NaCl B.Na2CO3 C.CuSO4 D.K2S

解析加適量水能使溶液恢復(fù)到電解前的濃度，則實際是電解水，故只有B項符合條件。答案：B。

四、電解方程式

1.電解方程式的書寫步驟（以用石墨作電極電解CuSO4溶液為例）

第一步：明確溶液中存在哪些離子。陽離子：Cu2+、H+（少量）；陰離子：OH-（少量）、SO2-4。

第二步：判斷陰陽兩極附近離子種類及離子放電順序。陰極：Cu2+>H+；陽極：OH->SO2-4。

第三步：寫電極反應(yīng)式和總的電解方程式。陰極：2Cu2++4e-2Cu；

陽極：2H2O-4e-O2↑+4H+。

根據(jù)得失電子數(shù)相等，兩極反應(yīng)式相加得總方程式：2CuSO4+2H2O電解2Cu+O2↑+2H2SO4

2.規(guī)避電解池中方程式書寫的3個易失分點

（1）書寫電解池中電極反應(yīng)式時，要以實際放電的離子表示，但書寫總電解反應(yīng)方程式時，弱電解質(zhì)要寫成分子式。（2）要確保兩極電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相同，且注明條件“電解”。（3）電解水溶液時，應(yīng)注意放電順序中H+、OH-之后的離子一般不參與放電。

例7用固體二氧化鈦（TiO2）生產(chǎn)海綿鈦的裝置如圖4，其原理是在較低的陰極電位下，TiO2中的氧離子進入熔鹽，陰極最后只剩下純鈦。下列說法中正確的是

（ ）。

A.當(dāng)電路中有0.4mol電子通過時，能產(chǎn)生2.24L O2

B.通電后，O2-向陰極移動

C.陰極的電極反應(yīng)式為：TiO2+4e-Ti+2O2-

D.石墨電極的質(zhì)量不發(fā)生變化

解析該法為電解法煉鈦，A項未給氣體的狀態(tài)，不能求氣體的體積，錯誤；通電后，O2-向陽極移動，B項錯誤；陰極發(fā)生還原反應(yīng)TiO2被還原為Ti，C項正確；石墨電極為陽極，有氧氣生成，氧氣將石墨氧化為CO、CO2，石墨質(zhì)量減小，D項錯誤。答案：C。

例8用惰性電極電解尿素[CO（NH2）2]的堿性溶液制氫，裝置如圖5所示，電解池中的隔膜僅阻止氣體通過。電解時總的化學(xué)方程式為：

CO（NH2）2+2OH-通電CO2-3+N2↑+3H2↑

以下說法不正確的是（ ）。

A.a為陽極，b為陰極

B.電解時，溶液中OH-向b極移動

C.陰極反應(yīng)式：2H2O+2e-H2↑+2OH-

D.電解后，溶液pH減小

解析由電解時總的化學(xué)方程式知，氮元素由-3價升高到0，發(fā)生氧化反應(yīng)，在a極區(qū)生成，故a為陽極，氫元素由+1價降低到0，發(fā)生還原反應(yīng)，在b極區(qū)生成，故b為陰極；電解時，溶液中OH-向陽極移動，B項錯誤；陰極反應(yīng)式：2H2O+2e-H2↑+2OH-；電解過程中要不斷消耗OH-，故電解后，溶液pH減小。答案：B。

（收稿日期：2014-11-26）