高考第一轮复习——电解原理及应用(学案含答案)

一. 教学内容：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。

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。

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－＝Cu②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－＝2NaO－12e－＝3O2↑制取金属铝：阳极反应：6 2阴极反应：4Al3＋＋12e－＝4Al说明：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/LB. 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0.02N A，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－＝CuCu2＋～Zn2＋△m1mol 1mol 1gx 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－1B. 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0.5molD. 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. 2molB. 3molC. 4molD. 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·n H2O，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·n H2O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：M X＋＋xe－＝M4 4 x 10.01mol 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↑。