高中电解池例题分析讲解

高中电解池例题分析讲解
高中化学电解池知识分析讲解
一、首先要明白什么是电解
我们就知道，电解水可以得到氢气和氧气，体积比为2：1。

那么，对水通电后，水为什么会分解呢？
（1）微观解释：
水存在微弱的电离：
H
O H++ OH—
2
通电前：H+和OH -自由移动
通电后：由于电性相吸的原理，H+定向移动到阴极（电源的负极）， OH-定向移动到阳极（电源的正极）
放电：H+从负极得到电子，发生还原反应；
4H++4e-=2H
2
↑
OH-在阳极失去电子，发生氧化反应：
4OH--4e-=O
2↑+2H
2
O
失去的电子由外导线流回电源的正极（2）结果：水被电解：
2H
2O2H
2
↑+O
2
↑
（3）电解中的一些基本概念
①电解：电流通过电解质溶液发生氧化还原反应
的过程称为电解。

电解质溶液导电的过程就是电解的过程。

②阳极：与电源的正极相连的极板
③阴极：与电源的负极相连的极板
④放电：通电时，阴离子到阳极失电子和阳离子到阴极得电子的过程
⑤电极材料：与原电池不同，电解所用的电极材料通常是两根一样的惰性电极（如石墨或铂），也可以在阳极使用金属电极。

⑥电解池：将电能转化呈化学能的装置。

（4）电解和电离、盐的水解的区别
电离是指电解质本身在水的作用下变成离子的过程，它的主体是所有的电解质（酸，碱，盐，水），如NaCl=Na++Cl-；盐的水解是指盐的离子和水电离出的H+或者OH-反应生成弱电解质（弱酸或弱碱）的过程，是中和反应的逆过程，它的主体是含有弱酸阴离子或弱碱阳离子（有弱）的盐，
如CO
32-+H
2
O HCO
3
-+OH-；
电解是指电解质溶液在通电情况下发生的氧化还原反应，它的主体是电解质和水。

电解的前提是电解质
的电离。

这三个化学专有名词由于都和电解质有关，所以在使用的时候要注意区分，不要混淆。

（5）电解的意义
电解是一种最强大的氧化还原手段，可以让得电子能力非常弱的离子（如Na+）得到电子，正是应用了电解原理，人类才能将Na，K，Al等非常活泼的金属从它们的化合物中分离出来加以利用。

电解是将电能转化为化学能的过程，可以看做是电池反应的逆过程，不能自发的氧化还原反应通过电解变得可以发生。

二、电解的类型
1、电解CuCl
溶液－只有电解质参加的反应
2
溶液中的阳离子有：Cu2+，H+
溶液中的阴离子有：Cl-，OH-
在电场作用下，阳离子（Cu2+，H+）向阴极（电源的负极）移动，阴离子（Cl-，OH-）向阳极（电源的正极）移动。

Cu2+得电子能力大于H+，Cl-失电子能力大于OH-。

阴极反应：Cu2++2e－=Cu，
阳极反应：2Cl--2e－=Cl
2
，
总反应：CuCl
2Cu+Cl
2
-。

2、电解水－只有水参加的反应
溶液中的阳离子有：H+溶液中的阴离子有：OH-
阳极：4OH--4e－=2H
2O+O
2
-
阴极：4H++4e－=2H
2
-
总反应：2H
2O2H
2
-+O
2
-
注意：电解H
2SO
4
、KOH、NaNO
3
等溶液时，因为
SO
42-、NO
3
-的失电子能力没有OH-强，K+的得电子能力
没有H+强，即使浓度很大，也不会在阳极或阴极放电。

所以相当于电解水。

3、电解食盐水－水和电解质均参加反应溶液中的阳离子有：Na+，H+
溶液中的阴离子有：Cl-，OH-
阳极：2Cl--2e－=Cl
2
，
阴极：2H++2e－=H
2
总反应：
2NaCl+2H
2O H
2
-+Cl
2
-+2NaOH
电解过程中H+得电子变为H
2
，破坏水的电离平
衡，H
2
O H++OH-，
水的电离平衡正向移动，c(OH-)浓度增大，溶液pH值增大，最终的溶液是NaOH溶液。

该反应可以获
得H
2，Cl
2
，NaOH，HCl等多种化工原料，是氯碱工业
主要的反应依据，在工业生产上具有重要的意义。

注意，若电解的是熔融状态的NaCl，则产物是金属Na和Cl
2。

4、金属作阳极－电极参加反应（电镀的原理）
金属作阳极时，金属比任何阴离子都更容易失电子，所以阳极反应是金属失电子变成金属阳离子，而不是阴离子失电子。

阳极反应：Cu-2e－=Cu2+
，
阴极反应：2H+-2e－=H
2
总反应：
-，
Cu+2H+Cu2++H
2
利用这一特性，我们可以选用含有阳极金属的盐溶液作电解液，通电时阳极金属不断溶解，电解质中
的金属阳离子不断运动到阴极放电，在阴极上会析出非常纯的金属，这就是电镀和粗铜精练的原理。

三、电极产物的判断－离子放电顺序
总原则：阳离子放电过程是得电子的过程，氧化性强的阳离子比氧化性弱的阳离子更容易在阴极放电。

同理，阴离子放电过程是失电子的过程，还原性强的阴离子比还原性弱的阴离子更溶液在阳极放电。

(1) 阴极产物判断：阳离子放电顺序(得电子能力)：
(K+，Ca2+，Na+，Mg2+，Al3+)＜H+＜Cu2+＜Hg2+＜Ag+
注意：K+，Ca2+，Na+，Mg2+，Al3+等离子在电解中不会放电。

(2)阳极产物判断
首先看电极，如果是金属电极，则电极材料失电子，电极溶解，溶液中的阴离子不放电。

如果是惰性电极(铂或石墨)，则根据阴离子放电顺序判断．阴离子放电顺序（失电子能力）：
F-＜含氧酸根离子＜OH-＜Cl-＜Br-＜I-＜S2-＜金属
可以看出来，放电顺序实际上是氧化性和还原性
的强弱顺序，学习时可根据金属活动顺序表写出。

注意以上放电顺序是在一定温度和浓度的溶液中测定出来的，一旦温度或浓度不同，放电顺序会有所改变。

四、用惰性电极进行溶液中的电解时的各种情况
如果以H+和OH-为界限，可以将阴、阳离子分成四个区域：
可以看出：电解AD离子组合和BC离子组合，相当于溶质和溶剂都参加了反应；电解AC组合相当于电解水；电解BD组合相当于电解电解质。

因此得出以下的电解质溶液电解规律：
实例参加电解
的物质
溶液pH
使溶液复原应加
入物质
1 Na
2SO
4
KNO
3
H
2
O 不变H
2
O
KOH NaOH 增大
H
2SO
4
HNO
3
减小
2 CuCl
2
HgCl
2
电解质
不变
（不考
虑水
解）
CuCl
2
、HgCl
2 HCl HBr 增大HCl、HBr（气体）
3
NaCl KBr
H
2
O+电解
质
增大HCl、HBr（气体）
CuSO
4
AgNO
3
减小
CuO、Ag
2
O
（或CuCO
3
、
Ag
2
CO
3
五、电解的应用
1．氯碱工业
阴极：2H++2e－=H
2
-
阳极：2Cl--2e－=Cl
2
- 总反应：
2NaCl+2H
2O2NaOH+H
2
-+Cl
2
-
2．电冶金
（1）金属冶炼的本质：M n++ne-=M，金属元素由化合态被还原成游离态的过程。

（2）金属冶炼的方法：根据金属游离态氧化性的强弱不同，金属冶炼一般有以下几种方法
（3）电解法获得Na、Mg、Al等活泼金属
Na Mg Al
原料NaCl MgCl
2Al
2
O
3
原料来
源
海水海水地壳铝土矿
原料处理关键粗盐提纯如何获得无水
MgCl
2
如何提纯铝土
矿
如何降低Al
2
O
3
熔点
阳极反
应（石墨）2Cl--2e-=Cl
2
↑
2Cl--2e-=Cl
2
↑
6O2--12e-=3O
2
↑
阴极反
应
(不锈
钢)
2Na++2e-=2Na Mg2++2e-=Mg 4Al3++12e-=4Al
总反应电解
2NaCl
(熔
融)====2Na+Cl
2
↑
电解
MgCl
2(熔
融)
====2Mg+Cl
2
↑
电解
2Al
2
O
3（熔融）
==4Al+3O
2
↑
3．粗铜精练
热还原法得到的粗铜含多种杂质，大大降低了Cu的性能，所以必须精炼。

精炼时选用粗铜做阳极，
纯铜做阴极，CuSO
4和H
2
SO
4
混合溶液做电解质溶液。

硫酸的作用一是增强导电性，二是防止生成的Cu氧化：
阴极：Cu2+
(精铜)
+2e－=Cu
阳极：Cu
(粗铜)
-2e－=Cu2+
粗铜中的杂质金属Ag、Au等由于活泼性比Cu 弱，以单质形式进入到阳极泥中，可以回收利用。

Fe、Ni、Zn、Cu等金属以离子形式进入溶液，移动到阴极，但由于Fe2+、Ni2+、Zn2+氧化性比Cu2+强，所以只有Cu2+在阴极放电。

4．电镀
粗铜的精炼相当于在纯铜上镀铜。

因此只要更换阴极材料，就可以实现在不同镀件上镀铜。

这也是电镀的原理。

阴极：待镀件
阳极：镀层金属
电解质：含有镀层金属离子的溶液
+2e－=Cu
阴极：Cu2+
(电镀液)
阳极：Cu
-2e－=Cu2+
(镀件)
原电池电解池
能量转化化学能→电能电能→化学能
反应特征自发进行反应非自发进行反应
电极名称
由电极本身决定
负极：相对较活泼
金属
正极：相对不活泼
金属
由电源决定
阴极：与负极相连
阳极：与正极相连
电极反应负极：氧化反应
正极：还原反应
阴极：还原反应
阳极：氧化反应
装置特征无电源，两极不同有电源，两极可以相同，也可以不同
电子流动方向由负极通过导线
流向正极
由电源负极通过导线
流向阴极，再由阳极
通过导线流向电源正
极
离子流动流向阳离子流向正极
阴离子流向负极
阳离子流向阴极
阴离子流向阳极
联系两者均发生氧化还原反应，满足电子守
恒
【经典例题】
1、某同学为了使反应2HCl +
2Ag2AgCl + H
↑能进行，设
2
计了下列四个实验，如下图所示，你认为可行的方案是
【解析】Ag与盐酸的反应属于非自发反应，将该反应设计成电解池，Ag做阳极，碳棒做阴极，盐酸做电解质溶液，阳极反应：2Ag-2e-=2Ag+，阴极反
↑
应：2H++2e-=H
2
总反应2HCl + 2Ag
2AgCl + H
↑
2
【答案】C
和0.1mol
2、用惰性电极电解含有0.1mol CuCl
2
NaBr混合溶液，电路中共0.4mol电子转移，分析其中电解过程。

【解析】解决电解问题的分析思路是：
（1）电解质溶液中的离子是什么？
考虑CuCl
2
、NaBr和水的电离，溶液中有阳离子Cu2+、Na+、H+，阴离子Cl-、Br-、OH-；
（2）通电后离子的移动方向是什么？
阳离子Cu2+、Na+、H+移向阴极，阴离子Cl-、Br-、OH-移向阳极；
（3）离子移动到电极后放电的顺序是什么？产物是什么？
根据阴离子放电顺序：Br-＞Cl-＞OH-，阳极产物
依次是Br
2、Cl
2
、O
2
；
根据阳离子放电顺序：Cu2+＞H+＞Na+（不放电），
阴极产物依次是Cu、H
2
；
（4）定量计算
阳极：2Br--2e-=Br
2
0.1molBr-共转移0.1mole-
生成0.05 mol Br
2
2Cl--2e-=Cl
2
0.2molCl-共转移0.2mole- 生成
0.1mol Cl
2
4OH--4e-=O
2+2H
2
O 0.1mol OH-共转移0.1mole-，
生成0.025mol O
2
阴极：Cu2++2e-=Cu 0.1molCu2+共转移0.2mole-生成0.1 mol Cu
2H++2e-=H
2
0.2molH+共转移0.2mole-生成0.1
mol H
2
最终溶液为含0.1mol NaOH的溶液。

3、下图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无味气体放出，符合这一情况的是
a极板b极板x电极Z溶液
A 锌石墨负极CuSO
4
B 石墨石墨负极NaOH
C 银铁正极AgNO
3
D 铜石墨负极CuCl
2
【解析】a极板质量增加，所以a极板一定为阴极，b极产生无色气体，
选项C电解池中a与电源正极相接为阳极，所以
与题意不符。

D 排除。

B选项中在a极表面2H++2e-=H
2
，放出的气体有色有味选项中在b极板2Cl--2e-=Cl
2
与要求不符。

只有A项：
a极：
b极：
【答案】A。