高中化學(xué)專題之電解池原理及其應(yīng)用

知識和方法

1.構(gòu)建電解池模型，分析電解基本原理

e-”導(dǎo)線傳遞,片沿導(dǎo)線傳遞

構(gòu)建如圖電解CuCb溶液模型，通過類比模型，結(jié)合氧化還原反應(yīng)知

識（如：化合價的變化、得失電子情況等），能迅速判斷電解池的陰、

陽極，弄清楚外電路中電子的移動情況和內(nèi)電路中離子的移動情況，

準(zhǔn)確判斷離子的放電順序并書寫電極反應(yīng)式和電解總反應(yīng)式，掌握電

解基本原理。

2.充電（可逆）電池

鋅銀電池總反應(yīng)：Ag2O+Zn+H2O'2Ag+Zn(OH)2

-

正極：Ag2O+H2O+2e===2Ag+2OH

負(fù)極：Zn+2OH—2e===Zn(OH)2

陽極：2Ag+2OH—2e===Ag2O+H2O

陰極：Zn(OH)2+2e-===Zn+2OlT

鎮(zhèn)鐵電池總反應(yīng)：NiO2+Fe+2H2O-Fe(OH)2+Ni(OH)2

正極：NiO2+2e-+2H2O===Ni(OH)2+2OH^

負(fù)極：Fe_2e-+2OH-===Fe(OH)2

-

陽極：Ni(OH)2+2OH--2e===NiO2+2H2O

-

陰極：Fe(OH)2+2e===Fe+2OH

銀鎘電池總反應(yīng)：Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2

正極：2NiOOH+2H2。+2e-===2Ni(OH)2+2OH-

-

負(fù)極：Cd-2e-+2OH===Cd(OH)2

陽極：2Ni(OH)2+2OH"—2e"===2NiOOH+2H2O

陰極：Cd(OH)2+2e"===Cd+2OH"

鋅鐵電池總反應(yīng)：3Zn+2K2FeO4+8H2O'3Zn(OH)2+2Fe(OH)3

+4KOH

正極：2FeO+6e-+8H2O===2Fe(OH)3+10OH-

負(fù)極：3Zn—6e+60H===3Zn(OH)2

-

陽極：2Fe(OH)3+1OOH"—6e===2FeO+8H2O

陰極：3Zn(OH)2+6e===3Zn+6OH

鋰離子電池總反應(yīng)：Lii_xCoO2+LixC6，LiCoO2+C6(x<l)<

span="">

+

正極Lii-xCoO2+xe+xLi===LiCoO2

負(fù)極：LixC6—xe===xLi+C6

陽極：LiCoO?-xe-===Lii-xCoOiH-xLi+

+

陰極：xLi+xe^+C6===LixC6

3.電解池中電極反應(yīng)式的書寫步驟

①首先注意陽極是活性材料還是惰性材料。

②分析確定溶液中所有陰陽離子并清楚放電順序。

③根據(jù)放電順序分析放電產(chǎn)物。

④根據(jù)電解質(zhì)溶液的酸堿性確定電極反應(yīng)式中是否有H'、OK或H2O

參與；最后配平電極反應(yīng)式。

4.注意電極產(chǎn)物的溶解性對電極反應(yīng)式的影響。

2+-

電解MgCb溶液時的陰極反應(yīng)式應(yīng)為：Mg+2H2O+2e=Mg(OH)2

I+H2t＞而不是

2H+2e-=H2t。

2+

總反應(yīng)離子方程式為：Mg+2CP+2H2O==Mg(OH)2I+C12t+H2

to

不能把電解MgCL溶液的離子方程式寫成：2c廠+2H2O==2OH-+CL

t+H2t，忽視了生成難溶的Mg(OH)2o

5.常見膜化學(xué)：

(1)膜的作用：陽離子交換膜只允許陽離子通過，陰離子交換膜只允許

陰離子通過，質(zhì)子交換膜允許質(zhì)子通過而避免不同電極區(qū)域內(nèi)某些離

子間的反應(yīng)。

(2)陰、陽離子交換膜的判斷

①看清圖示，是否在交換膜上標(biāo)注了陰、陽離子，是否標(biāo)注了電源的

正、負(fù)極，是否標(biāo)注了電子流向、電荷流向等，明確陰、陽離子的移

動方向。

②根據(jù)原電池、電解池中陰、陽離子的移動方向，結(jié)合題意中給出的

制備、電解物質(zhì)等信息，找出物質(zhì)生成或消耗的電極區(qū)域、確定移動

的陰、陽離子，從而推知離子交換膜的種類。

例如三室式電滲析法處理含Na2s04廢水的原理如下圖所示，采用惰性

電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場的作用下，兩膜中間的

Na'和SO2-4可通過離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進(jìn)入

中間隔室。判斷ab、cd是什么交換膜；判斷離子的遷移方向；書寫電

極反應(yīng)式；判斷電極產(chǎn)物。

陰哆稀的MSO,溶液曲

NaOH一23X|?1tr--

放電順序：lr>Na,用沫派電順序：oir>sb

2Hze+2L=2H2O-4C-=

H,t+20irO/+41C

濃的gso,溶液；-基—胸

6.有關(guān)電化學(xué)計算的三大方法

(1)根據(jù)電子守恒計算。用于串聯(lián)電路中電解池陰陽兩極產(chǎn)物、原電池

正負(fù)兩極產(chǎn)物、通過的電量等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電

子數(shù)相等。

⑵根據(jù)總反應(yīng)式計算。先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根

據(jù)總反應(yīng)式列出比例式計算。

(3)根據(jù)關(guān)系式計算。根據(jù)得失電子守恒關(guān)系建立起已知量與未知量之

間的橋梁，構(gòu)建計算所需的關(guān)系式。如以通過4moi院為橋梁可構(gòu)建

如下關(guān)系式：

4e-?2c卜(Br?、Iz)?(%?2Hz?2Cu?4Ag?,M

、丫,

陽極產(chǎn)物'前矍轡物'"""油的

(式中M為金屬，〃為其離子的化合價數(shù)值)

7.金屬腐蝕原理及防護(hù)方法總結(jié)

(1)常見的電化學(xué)腐蝕有兩類：①形成原電池時，金屬作負(fù)極，大多數(shù)

是吸氧腐蝕；②形成電解池時，金屬作陽極。

⑵金屬防腐的電化學(xué)方法：①原電池原理——犧牲陽極的陰極保護(hù)法:

與較活潑的金屬相連，較活潑的金屬作負(fù)極被腐蝕，被保護(hù)的金屬作

正極。注意：此處是原電池，犧牲了負(fù)極保護(hù)了正極，但習(xí)慣上叫做

犧牲陽極的陰極保護(hù)法。

②電解池原理一一外加電流的陰極保護(hù)法：被保護(hù)的金屬與電池負(fù)極

相連，形成電解池，作陰極。

(3)金屬的防護(hù)。①加防護(hù)層：如在金屬表面加上油漆、搪瓷、瀝青、

塑料、橡膠等耐腐蝕的非金屬材料；采用電鍍或表面鈍化等方法在金

屬表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬或生成一層致密的薄膜。

②電化學(xué)防護(hù)法。犧牲陽極的陰極保護(hù)法——原電池原理：正極為被

保護(hù)的金屬，負(fù)極為比被保護(hù)的金屬活潑的金屬；外加電流的陰極保

護(hù)法——電解原理：陰極為被保護(hù)的金屬，陽極為惰性電極。

(4)防腐措施效果比較。外加電流的陰極保護(hù)法〉犧牲陽極的陰極保

護(hù)法〉有一般防腐條件的防護(hù)〉未采取任何防護(hù)措施。

真題訓(xùn)練

1.[2020新課標(biāo)I]科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn-CO2水介質(zhì)電池。

電池示意圖如圖，電極為金屬鋅和選擇性催化材料，放電時，溫室氣

體CO2被轉(zhuǎn)化為儲氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問題提供了一種

新途徑。

co

下列說法錯誤的是（）

A.放電時，負(fù)極反應(yīng)為Zn-2611c出/辦Q就

B.放電時，1molC02轉(zhuǎn)化為HCOOH,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2moi

C.充電時，電池總反應(yīng)為2Zh（0H）：=2Zn+/

D.充電時，正極溶液中OFT濃度升高

2.[2020新課標(biāo)H]電致變色器件可智能調(diào)控太陽光透過率，從而實(shí)現(xiàn)

節(jié)能。下圖是某電致變色器件的示意圖。當(dāng)通電時，Ag+注入到無色

WO3薄膜中，生成AgxWCh,器件呈現(xiàn)藍(lán)色，對于該變化過程，下列

A.Ag為陽極B.Ag+由銀電極向變色層遷移

C.W元素的化合價升高D.總反應(yīng)為：WO3+xAg=Ag.（WO3

3.[2020浙江7月選考]電解高濃度RCOONa（竣酸鈉）的NaOH溶液，

在陽極RCOO?放電可得到（烷煌）。下列說法不正確的是（）

c

A.電解總反應(yīng)方程式：2?COONa+2H20pR-R+23爐網(wǎng)2）小小

B.RCOO"在陽極放電，發(fā)生氧化反應(yīng)

C.陰極的電極反應(yīng)：力

D.電解CH^COONa、CH3cH2coONa和NaOH混合溶液可得至!j乙烷、

丙烷和丁烷

4.[2020年山東新高考]采用惰性電極，以去離子水和氧氣為原料通過

電解法制備雙氧水的裝置如下圖所示。忽略溫度變化的影響，下列說

法錯誤的是（）

A.陽極反應(yīng)為2H￡＜赳”"闌）#

B.電解一段時間后，陽極室的pH未變

C.電解過程中，H+由a極區(qū)向b極區(qū)遷移

D.電解一段時間后，a極生成的02與b極反應(yīng)的02等量

5.[2020天津卷]熔融鈉-硫電池性能優(yōu)良，是具有應(yīng)用前景的儲能電

池。下圖中的電池反應(yīng)為2N-總2-N東岳（x=5?3,難溶于熔融硫）,

下列說法錯誤的是（）

不鐫鋼容器

—N.-/-AI⑼冏體

—爆融蝕

：~陰眈《1（含碟粉）

二負(fù)信號:RealQiemistry

A.Na2s4的電子式為Na.J'J

B.放電時正極反應(yīng)為Xf」+XT.：、

C.Na和Na2sx分別為電池的負(fù)極和正極

D.該電池是以為隔膜的二次電池

6.[2020江蘇卷]將金屬M(fèi)連接在鋼鐵設(shè)施表面，可減緩水體中鋼鐵

設(shè)施的腐蝕。在題圖所示的情境中，下列有關(guān)說法正確的是

JZ~~~

―-—

水體

鋼鐵設(shè)施七金JKM

>立售a30.“l(fā)Eu'

A.陰極的電極反應(yīng)式為Fe-2e=Fb

B.金屬M(fèi)的活動性比Fe的活動性弱

C.鋼鐵設(shè)施表面因積累大量電子而被保護(hù)

D.鋼鐵設(shè)施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快

7.[2019天津]我國科學(xué)家研制了一種新型的高比能量鋅-碘濱液流電

池，其工作原理示意圖如下。圖中貯液器可儲存電解質(zhì)溶液，提高電

池的容量。

下列敘述不正確的是（）

l?Br+2e-3+Br

A.放電時，a電極反應(yīng)為--

B.放電時，溶液中離子的數(shù)目增大

C.充電時，b電極每增重065g,溶液中有Q02EI被氧化

D.充電時，a電極接外電源負(fù)極

8.12018新課標(biāo)HI］一種可充電鋰-空氣電池如圖所示。當(dāng)電池放電時，

02與Li+在多孔碳材料電極處生成Li2O2-x（x=0或1）。下列說法正確

的是（）

*木工1M

A.放電時，多孔碳材料電極為負(fù)極

B.放電時，外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極

C.充電時，電解質(zhì)溶液中Li+向多孔碳材料區(qū)遷移

D.充電時，電池總反應(yīng)為Li2C>2-x=2Li+（1—；）Ch

9.［2018新課標(biāo)H］我國科學(xué)家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的Na—CO2

二次電池。將NaCK）4溶于有機(jī)溶劑作為電解液，鈉和負(fù)載碳納米管的

銀網(wǎng)分別作為電極材料，電池的總反應(yīng)為：3co2+4Na=32Na2cCh+C。

下列說法錯誤的是（）

A.放電時，C1OJ向負(fù)極移動

B.充電時釋放CO2,放電時吸收CO2

2-

C.放電時，正極反應(yīng)為：3CO2+4e-=2CO3+C

D.充電時，正極反應(yīng)為：Na++e~=Na

參考答案

1.【答案】D

【解析】由題可知，放電時:C02轉(zhuǎn)化為HCOOH,即C02發(fā)生還原

反應(yīng)，故放電時右側(cè)電極為正極，左側(cè)電極為負(fù)極，Zn發(fā)生氧化反應(yīng)

生成ZMOHl一；充電時，右側(cè)為陽極，H2O發(fā)生氧化反應(yīng)生成02,

左側(cè)為陰極，ZMOHE一發(fā)生還原反應(yīng)生成Zn,以此分析解答。

A.放電時，負(fù)極上Zn發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：Zn-2e-+4OH-=

2

Zn(OH)4-,故A正確，不選；

B.放電時，C02轉(zhuǎn)化為HC00H,C元素化合價降低2,貝(JImolCCh

轉(zhuǎn)化為HCOOH時，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2mol,故B正確，不選；

C.充電時，陽極上以0轉(zhuǎn)化為02,負(fù)極上Zn(OH)42一轉(zhuǎn)化為Zn,電

2

池總反應(yīng)為：2Zn(OH)4-=2Zn+O2t+40丁+2H2O，故C正確，不選；

+

D.充電時，正極即為陽極，電極反應(yīng)式為：2H2O-4e-=4H+O2t,溶

液中H+濃度增大，溶液中c(H+)?c(OH-)=Kw,溫度不變時，Kw不變，

因此溶液中OH濃度降低，故D錯誤，符合題意;

答案選D。

2.【答案】C

【解析】從題干可知，當(dāng)通電時，Ag+注入到無色W03薄膜中，生成

AgxWCh器件呈現(xiàn)藍(lán)色，說明通電時，Ag電極有Ag+生成然后經(jīng)固體

電解質(zhì)進(jìn)入電致變色層，說明Ag電極為陽極，透明導(dǎo)電層時陰極，

故Ag電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，電致變色層發(fā)生還原反應(yīng)。

A.通電時，Ag電極有Ag+生成，故Ag電極為陽極，故A項(xiàng)正確；

B.通電時電致變色層變藍(lán)色，說明有Ag+從Ag電極經(jīng)固體電解質(zhì)進(jìn)

入電致變色層，故B項(xiàng)正確；

C.過程中，W由W03的+6價降低到AgxWCh中的+(6-x)價，故C項(xiàng)

錯誤；

D.該電解池中陽極即Ag電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為：xAg-xe-=xAg+,

+

而另一極陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)為：WO3+xAg+xe-=AgxWO3,故發(fā)

生的總反應(yīng)式為：xAg+WO3=AgxWO3,故D項(xiàng)正確；

答案選C。

【點(diǎn)睛】電解池的試題，重點(diǎn)要弄清楚電解的原理，陰、陽極的判斷

和陰、陽極上電極反應(yīng)式的書寫，陽極反應(yīng)式+陰極反應(yīng)式=總反應(yīng)式,

加的過程中需使得失電子數(shù)相等。

3.【答案】A

【解析】A.因?yàn)殛枠ORCOO-放電可得到R-R(烷燃)和產(chǎn)生CO2,在強(qiáng)

堿性環(huán)境中，C02會與0H-反應(yīng)生成C03?一和H2O,故陽極的電極反應(yīng)

式為2RCOO-2e+4OH-=R-R+2co32-+2H2O,陰極上H2O電離產(chǎn)生的

H+放電生成H2,同時生成OH、陰極的電極反應(yīng)式為

2H2O+2e-2OH+H2t，因而電解總反應(yīng)方程式為2RCOONa+2NaOH更

R-R+2Na2cO3+H2T，故A說法不正確；

B.RCOCT在陽極放電，電極反應(yīng)式為

2

2RCOO--2e-+4OH-R-R+2CO3+2H2O,-COO中碳元素的化合價由+3

價升高為+4價，發(fā)生氧化反應(yīng)，煌基-R中元素的化合價沒有發(fā)生變化，

故B說法正確；

C.陰極上H2O電離產(chǎn)生的H+放電生成H2,同時生成OH、陰極的電

極反應(yīng)為2H2O+2e-=2OH-+H2f,故C說法正確；

D.根據(jù)題中信息，由上述電解總反應(yīng)方程式可以確定下列反應(yīng)能夠

發(fā)生：2cH3coONa+2NaOH81cH3-CH3+2Na2cO3+H2T，

2cH3cH2COONa+2NaOH31cH3cH2-CH2cH3+2Na2co3+H2T,

CH3coONa+CH3cH2coONa+2NaOH31cH3-CH2cH3+2Na2co3+H2f。

因此，電解CH3coONa、CH3cH2coONa和NaOH的混合溶液可得到

乙烷、丙烷和丁烷，D說法正確。

答案為Ao

4.【答案】D

【解析】a極析出氧氣，氧元素的化合價升高，做電解池的陽極，b極

通入氧氣，生成過氧化氫，氧元素的化合價降低，被還原，做電解池

的陰極。

A.依據(jù)分析a極是陽極，屬于放氧生酸性型的電解，所以陽極的反應(yīng)

式是2H2O-4e=4H++O23故A正確，但不符合題意;

B.電解時陽極產(chǎn)生氫離子，氫離子是陽離子，通過質(zhì)子交換膜移向陰

極，所以電解一段時間后，陽極室的pH值不變，故B正確，但不符

合題意；

C.有B的分析可知，C正確，但不符合題意；

D.電解時，陽極的反應(yīng)為：2H2O-4e=4H++O2T，陰極的反應(yīng)為：

O2+2e-+2H+=H2O2,總反應(yīng)為：O2+2H2O2H2O2,要消耗氧氣,即是a

極生成的氧氣小于b極消耗的氧氣，故D錯誤，符合題意；

故選：D。

5.【答案】C

【解析】根據(jù)電池反應(yīng)：山”靠崢魁岳可知，放電時，鈉作負(fù)極，

發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：Na-e=Na+,硫作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，

電極反應(yīng)為xi>2的/的孫屆據(jù)此分析。

A.Na2s4屬于離子化合物，4個硫原子間形成三對共用電子對，電子

式為Na；5g旭心匚聲"恢up故A正確；

B.放電時發(fā)生的是原電池反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：

teftWr故B正確；

C.放電時，Na為電池的負(fù)極，正極為硫單質(zhì)，故C錯誤；

D.放電時，該電池是以鈉作負(fù)極，硫作正極的原電池，充電時，是

電解池，Na^AlzO］為隔膜，起到電解質(zhì)溶液的作用，該電池為二次電

池，故D正確；

答案選Co

6.【答案】C

【解析】該裝置為原電池原理的金屬防護(hù)措施，為犧牲陽極的陰極保

護(hù)法，金屬M(fèi)作負(fù)極，鋼鐵設(shè)備作正極，據(jù)此分析解答。

A.陰極的鋼鐵設(shè)施實(shí)際作原電池的正極，正極金屬被保護(hù)不失電子，

故A錯誤；

B.陽極金屬M(fèi)實(shí)際為原電池裝置的負(fù)極，電子流出，原電池中負(fù)極金

屬比正極活潑，因此M活動性比Fe的活動性強(qiáng)，故B錯誤；

C.金屬M(fèi)失電子，電子經(jīng)導(dǎo)線流入鋼鐵設(shè)備，從而使鋼鐵設(shè)施表面積

累大量電子，自身金屬不再失電子從而被保護(hù)，故C正確；

D.海水中的離子濃度大于河水中的離子濃度，離子濃度越大，溶液的

導(dǎo)電性越強(qiáng)，因此鋼鐵設(shè)施在海水中的腐蝕速率比在河水中快，故D

錯誤；故選：Co

7.【答案】D

【解析】放電時，Zn是負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)式為Zn-2e-=Zn2+,正極反應(yīng)

式為I2Br+2e-=2I-+Br，充電時，陽極反應(yīng)式為+2「-2e-=I2Br、

陰極反應(yīng)式為Zn2++2e-=Zn,只有陽離子能穿過交換膜，陰離子不能

穿過交換膜，據(jù)此分析解答。

A、放電時，a電極為正極，碘得電子變成碘離子，正極反應(yīng)式為

I2Br+2e-=2「+B「，故A正確；

B、放電時，正極反應(yīng)式為bBr-+2e-=2「+B「，溶液中離子數(shù)目增大，

故B正確;

C、充電時，b電極反應(yīng)式為Zn2++2e-=Zn,每增加0.65g,轉(zhuǎn)移0.02mol

電子，陽極反應(yīng)式為Br-+2「-2e-=I2Br,有0.02moir失電子被氧化,

故C正確；

D、充電時，a是陽極，應(yīng)與外電源的正極相連，故D錯誤；故選D。

【點(diǎn)睛】本題考查化學(xué)電源新型電池，會根據(jù)電極上發(fā)生的反應(yīng)判斷

正負(fù)極是解本題關(guān)鍵，會正確書寫電極反應(yīng)式，易錯選項(xiàng)是B