電解原理及其應用的考查技巧

劉萬青

電解原理及其應用是中學化學的重要內容，也是近幾年高考命題的熱點知識，為了更好的學習這一內容，下面將其解題技巧總結如下。

一、電解的原理

1.電解定義：在電流作用下，電解質在兩個電極上分別發生氧化反應和還原反應的過程。

2.能量轉化形式：電能轉化為化學能。

3.電解池：（1）構成條件：

a.有與電源相連的兩個電極。b.電解質溶液（或熔融鹽）。c.形成閉合回路。

（2）電極名稱及電極反應式（如圖1）：

（3）電子和離子移動方向：a.電子：從電源負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電極附近呈藍色

D.a電極附近呈藍色，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+放電產生H2，a極附近c（OH-）>c（H+），石蕊溶液變藍。所以產生的氣體體積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端是直流電源的負極

B.通電使CuCl2發生電離

C.陽極上發生的反應：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.銅離子應移向陰極，則a為負極；B.CuCl2發生電離是在水分子的作用下完成的，并非通電才能發生；C.反應Cu2++2e-Cu應在陰極上發生，陽極上發生的反應應為2Cl--2e-Cl2↑；D.通電一段時間后，應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，判斷電極產物，寫出電極反應式，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

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

例4工業廢水中常含有一定量的Cr2O2-7，會對人類及生態系統產生很大損害，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，最終將鉻轉化為Cr（OH）3沉淀，達到凈化目的。下列有關說法不正確的是（ ）。

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，發生反應的離子方程式是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，反應產生Fe2+，Fe2+與Cr2O2-7發生氧化還原反應，Fe2+被氧化為Fe3+，Cr2O2-7被還原為Cr3+；陰極是H+得到電子，導致陰極附近溶液的堿性增強，Fe3+、Cr3+都會變為Fe（OH）3、Cr（OH）3沉淀，B錯誤；消耗1 mol Cr2O2-7必消耗6 mol Fe2+，根據Fe守恒將有6 mol Fe消耗，質量為336 g。答案：B。

三、電解原理的應用

1.電解飽和食鹽水

（1）電極反應：陽極：2Cl--2e-Cl2↑

陰極：2H2O+2e-H2↑+2OH-

（2）總反應方程式：

2NaCl+2H2O電解2NaOH+H2↑+Cl2↑

（3）應用：氯堿工業制燒堿、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）電解質溶液：含Cu2+的鹽溶液。

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

微知識清單：分析電解下列物質的過程，并總結電解規律（用惰性電極電解）

電解質（水溶液）電極方程式被電解的物質總化學方程式或離子方程式電解質濃度溶液pH電解質溶液復原需加入的物質

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+生成新電解質減小加CuO或CuCO3

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

A.電解時以精銅作陽極

B.電解時陰極發生還原反應

C.粗銅連接電源負極，其電極反應是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生還原反應，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：寫電極反應式和總的電解方程式。陰極：2Cu2++4e-2Cu；

陽極：2H2O-4e-O2↑+4H+。

根據得失電子數相等，兩極反應式相加得總方程式：2CuSO4+2H2O電解2Cu+O2↑+2H2SO4

2.規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式時，要以實際放電的離子表示，但書寫總電解反應方程式時，弱電解質要寫成分子式。（2）要確保兩極電子轉移數目相同，且注明條件“電解”。（3）電解水溶液時，應注意放電順序中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.當電路中有0.4mol電子通過時，能產生2.24L O2

B.通電后，O2-向陰極移動

C.陰極的電極反應式為：TiO2+4e-Ti+2O2-

D.石墨電極的質量不發生變化

解析該法為電解法煉鈦，A項未給氣體的狀態，不能求氣體的體積，錯誤；通電后，O2-向陽極移動，B項錯誤；陰極發生還原反應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.陰極反應式：2H2O+2e-H2↑+2OH-

D.電解后，溶液pH減小

解析由電解時總的化學方程式知，氮元素由-3價升高到0，發生氧化反應，在a極區生成，故a為陽極，氫元素由+1價降低到0，發生還原反應，在b極區生成，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）