高中化學電解池原理及其應用

核心知識梳理

1.圖解電解池工作原理（陽極為惰性電極）

與電源正極相連與電源負極相連

發(fā)耳還原

氧化陽極陰極

反應反應

陰離子陽離子

移向移向

電解質(zhì)溶液—

2.正確判斷電極產(chǎn)物

①陽極產(chǎn)物的判斷首先看電極，如果是活性電極作陽極，則電極材料失電

子，電極溶解（注意：鐵作陽極溶解生成Fe2+,而不是Fe3+）；如果是惰性電

極，則需看溶液中陰離子的失電子能力，陰離子放電順序為S2->r>Br->

C->OH（水）。

②陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽離子的放電順序進行判斷：

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）。

3.對比掌握電解規(guī)律（陽極為惰性電極）

電解類型電解質(zhì)實例溶液復原物質(zhì)

電解水NaOH>H2s。4或Na2s。4水

電解電解質(zhì)HCI或CuCl2原電解質(zhì)

放氫生堿型NaCIHCI氣體

放氧生酸型或。

CuSCU或AgNO3CuOAg2

4.正誤判斷，下列說法正確的打“J”，錯誤的打“X”

（1）電解質(zhì)溶液導電發(fā)生化學變化（J）

(2)電解精煉銅和電鍍銅，電解液的濃度均會發(fā)生很大的變化(X)

(3)電解飽和食鹽水，在陽極區(qū)得到NaOH溶液(X)

(4)工業(yè)上可用電解MgC12溶液、AICL溶液的方法制備Mg和A1(X)

(5)電解精煉銅時，陽極泥可以作為提煉貴重金屬的原料(J)

(6)用惰性電極電解CuSO4溶液，若加入0.1molCu(OH)2固體可使電解

質(zhì)溶液復原，則整個電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.4%(J)

高考題再現(xiàn)

1.(2018課標I)最近我國科學家設(shè)計了一種CO2+H2s協(xié)同轉(zhuǎn)化裝置，實

現(xiàn)對天然氣中和的高效去除。示意圖如圖所示，其中電極分別為

CO2H2S

ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應為：

?EDTA-Fe2+-e=EDTA-Fe3+

②2EDTA-Fe3++H2s=2H++S+2EDTA-Fe2+

該裝置工作時，下列敘述錯誤的是

+

A.陰極的電極反應：CO2+2H+2e=CO+H2O

B.協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應：CO2+H2S=CO+H2O+S

C.石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的低

D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需為酸性

2.（2017課標I）支撐海港碼頭基礎(chǔ)的鋼管柱，常用外加電流的陰極保護法

進行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關(guān)表述

不正確的是

A.通入保護電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零

B.通電后外電路電子被強制從高硅鑄鐵流向鋼管樁

C.高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流

D.通入的保護電流應該根據(jù)環(huán)境條件變化進行調(diào)整

3.（2017課標II）用電解氧化法可以在鋁制品表面形成致密、耐腐蝕的氧化

膜，電解質(zhì)溶液一般為H2s04—H2c混合溶液。下列敘述錯誤的是

A.待加工鋁質(zhì)工件為陽極

B.可選用不銹鋼網(wǎng)作為陰極

C.陰極的電極反應式為：A3++3e-=Al

D.硫酸根離子在電解過程中向陽極移動

考題套路歸納

角度一利用電解原理處理污染

1.[2016?天津理綜，10(5)]化工生產(chǎn)的副產(chǎn)氫也是氫氣的來源。電解法制取有廣

=====2-

泛用途的Na2FeO4,同時獲得氫氣：Fe+2H2O+2OH-電解FeO4+3H2t,

2-

工作原理如圖1所示。裝置通電后，鐵電極附近生成紫紅色FeO4,保電極有氣泡

產(chǎn)生。若氫氧化鈉溶液濃度過高，鐵電極區(qū)會產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)。已知：NazFeCU只在

強堿性條件下穩(wěn)定，易被山還原。

HH

離子交換膜

NaOH濃溶液

圖1

圖3

QJ3J寸JQc(%goH)\m°I?

①電解一段時間后，c(OH-)降低的區(qū)域在________(填“陰極室”或“陽極室”)。

②電解過程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出，其原因：

③c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖2,任選M、N兩點中的一點，分析

々NazFeCU)低于最高值的原因：

答案①陽極室②防止NazFeCU與H2反應使產(chǎn)率降低③M點：々OK)低,

NazFeCU穩(wěn)定性差，且反應慢[或N點：c(OIT)過高，鐵電極上有Fe(OH)3生成，使

NazFeCU產(chǎn)率降低]

角度二利用電解原理制備物質(zhì)

(一)“單膜”電解池

2.[2018?全國卷III,27(3)①②]KIO3也可采用“電解法”制備，裝置如圖所示。

5

KOH+IKkJf*

\/,

一^匚__2s_

9軸平--■---..-....-

——--—--1-"---——--..1—---

P..--B---..---

3|^\崔、距甲輕p

犍陸甲較g

①寫出電解時陰極的電極反應式：____________________________________________

②電解過程中通過陽離子交換膜的離子主要為,其遷移方向是

答案①2H2O+2e-=2OFF+H2t②K+由a到b

(二)“雙膜”電解池

3.[2018?全國卷I,27(3)]制備Na2s2O5也可采用三室膜電解技術(shù)，裝置如圖所

示，

陽離子交換膜

稀H2so4SO2堿汲收液

其中S02堿吸收液中含有NaHS03和Na2so3。陽極的電極反應式為

____________________________________________________o電解后，____________室

的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進行結(jié)晶脫水，可得到Na2s2。5。

-+

答案2H2O-4e=4H+O2ta

4.用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2,將所得的Na2s。3溶液進行電解，可循環(huán)再

生NaOH,同時得到H2SO4，其原理如下圖所示(電極材料為石墨)。

2-

(2)S03放電的電極反應式為

⑶電解過程中陰極區(qū)堿性明顯增強，用平衡移動原理解釋原因：

答案(1)負硫酸

2-2-

+

(2)S03-2e-+H2O=SO4+2H

（3）H2OH++OH\在陰極H+放電生成出，GH+）減小，水的電離平衡正

向移動，堿性增強

（三）“多膜”電解池

5.[2014?新課標全國卷I,27（4）]H3P。2也可用電滲析法制備?！彼氖译姖B析法”

工作原理如圖所示（陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過）：

陽極室產(chǎn)品室原料室陰極空

①寫出陽極的電極反應式：________________________________________________________

②分析產(chǎn)品室可得到H3P。2的原因：

③早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2：將“四室電滲析法”中陽極室的稀硫酸用

H3PO2稀溶液代替，并撤去陽極室與產(chǎn)品室之間的陽膜，從而合并了陽極室與產(chǎn)品

室。其缺點是產(chǎn)品中混有雜質(zhì)。該雜質(zhì)產(chǎn)生的原因是

答案①2H2。一4屋=。2t+4H+

②陽極室的H+穿過陽膜擴散至產(chǎn)品室，原料室的H2Po2穿過陰膜擴散至產(chǎn)品

室，二者反應生成H3P。2

3--

③P04H2PO2或H3P。2被氧化

角度三電化學學科交叉計算

6.I.[2015?全國卷n,26(1)(2)]酸性鋅錦干電池是一種一次性電池，外殼為金屬

鋅，中間是碳棒，其周圍是由碳粉、MnO2、ZnCb和NH4cl等組成的糊狀填充物。

該電池放電過程產(chǎn)生MnOOHo

(1)該電池的正極反應式為________________________________________________________

電池反應的離子方程式為____________________________________________________

(2)維持電流強度為0.5A,電池工作5分鐘，理論上消耗鋅go(已知尸=96500

C-mol1)

II.新型固體燃料電池的電解質(zhì)是固體氧化錯和氧化鈕，高溫下允許氧離子(。2一)在其

間通過。如圖所示，其中多孔電極不參與電極反應。

⑴該電池的負極反應式為

(2)如果用該電池作為電解裝置，當有16g甲醇發(fā)生反應時，則理論上提供的電量表

達式為C(1個電子的電量為1.6義10—19(：)。

III.以CFU(g)為燃料可以設(shè)計甲烷燃料電池，該電池以稀H2s。4作電解質(zhì)溶液，其負

極電極反應