4.2 电解池 知识清单-2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

选修一 第四章 第二节 电解池 知识点总结 ( 58 )选修1 第四章第二节 电解池 学科网（北京）股份有限公司 知识点一：电解原理 1、电解相关的概念 （1） 电解：使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。 注意： ①电解时所用电流必须是直流电； ②熔融状态的电解质和电解质溶液均可电解。 （2） 电解池：把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。 （3） 阴、阳极：跟直流电源的负极相连的电极是电解池的阴极；跟直流电源的正极相连的电极是电解池的阳极。 2、 电解池工作原理（构成电解池的条件） （1） 直流电源； （2） 两个电极； （3） 电解质溶液或熔融状态电解质 （4） 形成闭合回路。 通电时，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，从电解池的阳极流出，沿导线流回电源的正极。这样，电流就依靠溶液里阴离子和阳离子的定向移动而通过溶液，所以电解质溶液的导电过程，就是溶液的电解过程。 注意：电解过程中，阳离子在阴极得到电子，发生还原反应；阴离子在阳极失去电子，发生氧化反应。 3、 电解规律 （1） 离子放电顺序 ①阳离子得到电子或阴离子失去电子而使离子所带电荷数目降低的过程叫做放电。 ②石墨、金、铂等还原性很弱的电极叫做惰性电极，它们在一般的通电条件下不发生化学反应。铁、锌、铜、银等还原性较强的电极叫做活性电极，它们作电解池的阳极时，先于其他物质发生氧化反应。 ③阴极阳离子放电的先后顺序是：Ag+>Hg2+>Fe3+ >Cu2+>H+(H+浓度较大)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(H+浓度较小)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。 阳极上阴离子放电的先后顺序是：活泼金属电极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子(NO3-、SO42-等)>F->(惰性电极)。 注意：Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+只在熔融状态下放电。 （2） 电解类型 当惰性电极作电极时，电极不参加反应，按阴、阳离子放电顺序将离子归为A、B、C、D四组，按参加反应物质将电解分为如下三种类型： ( 阳离子 得电子能力： )A B 强 K+ Ca2+ Na+ … H+ Cu2+ Fe3+ Hg2+ Ag+ ( 阴离子 失电子能力： )F- 含氧酸根离子OH- Cl- Br- I- S2- C D 强 电解质的类型 实例 参加反应物质 1 B—D盐 CuCl2 HgCl2 电解质 D的酸 HCl HBr 2 A—D盐 NaCl KBr H2O+电解质 B—C的盐 CuSO4 AgNO3 3 A—C盐 Na2SO4 KNO3 H2O A的碱 KOH NaOH C的酸 H2SO4 HNO3 ①电解电解质型 只有电解质参加反应的是无氧酸的水溶液或不活泼金属的无氧酸盐的水溶液。 例如以石墨作电极电解CuCl2溶液，CuCl2是强电解质，在溶液里完全电离，水是弱电解质，微弱电离，因此在溶液中存在着Cu2+、H+、Cl-、OH-四种离子。当接通直流电源后，带负电的OH-和Cl-向阳极移动，带正电的Cu2+和H+向阴极移动。因为放电先后顺序Cl->OH-，所以在阳极，Cl-失去电子被氧化生成Cl2，从阳极放出。因为放电先后顺序Cu2+>H+，所以在阴极，Cu2+获得电子被还原成铜，覆盖在阴极的石墨棒上。电解CuCl2溶液的电极反应为： 阴极：Cu2++2e-=Cu 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ 总反应：CuCl2Cu+Cl2↑ ②电解电解质和水型 电解质和水均参加反应的是活泼金属无氧酸盐的水溶液，比氢不活泼金属的含氧酸盐的水溶液。 如电解CuSO4溶液，溶液中存在着Cu2+、H+、SO42-、OH-四种离子。当接通直流电源后，带负电的OH-和SO42-向阳极移动，带正电的Cu2+和H+向阴极移动。根据阴、阳离子的放电先后顺序，在阴极Cu2+先于H+放电；在阳极，OH-先于SO42-放电。由此可确定电解CuSO4溶液的电极反应为： 阴极：2Cu2++4e-=2Cu 阳极：4OH--4e-=2H2O+O2↑ 在上述反应中，OH-是由水电离产生的，由于OH-在阳极上不断失去电子而生成O2放出，破坏了附近的水的电离平衡，水分子继续电离出H+和OH-，OH-又不断失去电子变成O2，结果在阳极区溶液里H+的浓度相对增大，pH相对降低。所以阳极的电极反应也可表示为：2H2O-4e-=4H++O2↑。 因此，电解CuSO4溶液的总反应可以表示为： 2Cu2++2H2O2Cu+4H++O2↑ 2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑ ③电解水型 只有水参加反应的是含氧酸的水溶液，可溶性碱溶液，活泼金属含氧酸盐的水溶液。如电解H2SO4、NaOH、K2SO4溶液，根据阴、阳离子的放电先后顺序可确定电极反应为： 阴极：2H++2e-=H2↑ 如果H+来自水可写为2H2O+2e-=H2↑+2OH- 阳极：4OH--4e-=2H2O+O2↑ 如果OH-来自水可写为：2H2O-4e-=4H++O2↑ 总反应：2H2O2H2↑+O2↑ 注意：金属作阳极（Pt、Au除外）时，金属失电子发生氧化反应，阴极上阳离子放电顺序不变，所以在运用上面电解规律分析电解的时候要注意“惰性电极”的前提条件。电解过程中析出的物质的量（或析出物质的质量）：在对若干串联电解池进行电解时，各阴极或阳极上所通过的电量相等，析出物质的量取决于电路中通过的电量。 知识点二：电解原理的应用 1、电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气 工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。 （1） 实验装置和步骤 按右图装置，在U形管里倒入饱和食盐水，插入一根石墨棒作阳极，一根铁棒作阴极。同时在两边管中滴入几滴酚酞试液，并用湿润的碘化钾淀粉试纸检验阳极放出的气体。接通直流电源后，注意管内发生的现象。 （2）实验现象 ①阳极上产生刺激性气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝； ②阴极上产生无色无味的气体； ③阴极区溶液变红。 （3）实验原理分析 在食盐水中，存在着Na+、Cl-、H+、OH-四种离子，通电时Na+、H+向阴极移动，Cl-、OH-向阳极移动，由于放电能力：H+>Na+、Cl->OH-，因此两极上的电极反应式分别为： 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑（氧化反应）； 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH-（还原反应）。 总反应式为：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ 在上述反应中，由于H+在阴极上得到电子而生成H2，破坏了附近水的电离平衡，促进水继续电离，结果阴极区溶液里OH-的浓度增大而呈碱性。 2、电镀 （1）概念：利用电解原理在某种金属表面镀上另一薄层其他金属或合金的方法 （2）原理： ①镀层金属作阳极； ②待镀金属作阴极； ③用含镀层金属阳离子的溶液作电镀液。 以镀Cu为例，电镀的实验装置如上图所示： （1） 电极反应式（以镀Cu为例）： 阴极：Cu2++2e-=Cu 阳极：Cu-2e-=Cu2+ 由电极反应可知，在电镀过程中电解质溶液的浓度理论上不变化。 （2） 电镀方法的应用——铜的精炼： 粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质，用含杂质的粗铜作电解池的阳极，用纯铜作电解池的阴极。 铜电极属于活性电极。在一般电解条件下，活性电极先于电解质溶液中的成分发生氧化反应。 阳极（粗铜）：Cu-2e-=Cu2+ 阴极（纯铜）：Cu2++2e-=Cu 当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等，也会同时失去电子，如：Zn-2e-=Zn2+ Ni-2e-=Ni2+。 而位于金属活动性顺序铜之后的银、金等杂质，因为失电子的能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子溶解下来，当阳极上的铜失去电子变成离子溶解之后，它们以单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥（阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料）。 3、 电冶金 电冶金是利用电解原理，使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来。Mn++ne-=M 电解熔融电解质，可炼得活泼金属。K、Ca、Na、Mg、Al等金属可通过电解其熔融的氯化物或氧化物制得。电源的负极是最强的“还原剂”，可“强迫”活泼金属的阳离子得电子。如电解熔融状态的氯化钠制取金属钠： 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ 阴极：2Na++2e-=2Na 总反应：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑ 拓展应用 拓展一：电解池中电极和电极产物的判断 1、电极的判断 （1）根据连接电源的电极判断，阳极连电源的正极，阴极连电源的负极。 （2）根据电流方向或电子流动方向判断。电流流入极为阳极，电流流出极为阴极；电子流出极为阳极，电子流入极为阴极。 （3）根据反应类型判断。发生氧化反应的电极为阳极，发生还原反应的电极为阴极。 （4） 根据电解质溶液中阴阳离子的迁移方向判断，阳离子迁入极为阴极，阴离子迁入极为阳极。 （5） 根据电极的变化判断。质量减轻电极为阳极，质量增加电极为阴极。 注意：电解池的阴阳极取决于外接电源的正负极，与电极材料的金属活泼性无关。判断原电池和电解池两极时要抓住氧化还原规律：原电池“负极氧化、正极还原”，电解池“阳极氧化、阴极还原”。 2、电解时电极产物的判断 （1）阳极产物的判断 首先看电极，如果是活性电极（金属活动性顺序表Ag以前），则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子；如是惰性电极（Pt、Au、石墨），则要看溶液中离子的失电子能力，此时根基离子放电顺序加以判断。阴离子放电顺序： S2- I- Br- Cl- OH- 含氧酸根 F- 还原性（减弱） 放电能力（减弱） （2）阴极产物的判断 直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序与金属活动性顺序相反。 Ag+ Hg2+ Fe3+ Cu2+ H+(H+浓度较大) Pb2+ Sn2+ Fe2+ Zn2+ H+(H+浓度较小) Al3+ Mg2+ Na+ Ca2+ K+ 氧化性（减弱） 放电能力（减弱） 注意：在水溶液中，含氧酸跟和活泼金属离子一般不放电，OH-和H+放电。 提示： ①一般遇到活性电极的情况常为电镀、电解精炼铜或金属发生自发的氧化反应。 ②一般中学阶段遇到的在水溶液中电解时阴极产物判断的情况可记规律：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+……即可。 拓展二：电解池中电极反应式和电解总反应式的书写 （1） 根据所给两个电极反应式，写总反应式。 使两个电极反应式得失电子数相等后，将两式相加，消去相同的化学式即可。 （2） 给出总反应式，写出电极反应式。 书写电极反应式的步骤一般分为四步： ①列物质，标得失；②选离子，配电荷； ③配个数，巧用水；④两式加，验总式。 （3） 根据信息给予知识，写电极反应式和总反应式。 （4） 解答有关电解问题的步骤 ①首先要判定是否为电解池，有外接直流电源则为电解池。 ②对于电解池，首先要考虑阳极材料，若为活性电极，则被氧化的是电极本身；若为惰性电极，阴离子按放电顺序失电子被氧化。 ③若溶液中有多种阴阳离子，则根据放电顺序判定什么离子先放电，什么离子后放电，并写出电极方程式。 ④根据电极方程式解答相关问题。 如电解CuSO4溶液： a. 确定溶液中的离子种类。 溶液中：CuSO4=Cu2++SO42-，H2O⇌H++OH-，存在Cu2+、SO42-、H+、OH-四种离子。 b.由放电顺序确定放电产物和电极反应。 放电能力：Cu2+>H+；OH->SO42-。Cu2+放电生成Cu，OH-放电生成O2，其反应为： 阴极：2Cu2++4e-=2Cu， 阳极：2H2O-4e-=4H++O2↑， 溶液中余下的H+和SO42-构成了新物质H2SO4。 c.由电极反应产物，写出总反应式为：2CuSO4+2H2O3Cu+O2↑+2H2SO4 拓展三：用惰性电极电解电解质溶液的规律 类型 电极反应特点 物质类别 实例 电解对象 电极产物 电解质浓度 电解后的溶液pH 电解质溶液复原 阳极 阴极 电解水型 阴极： 2H2O+2e-= H2↑+2OH- 阳极：2H2O-4e-= 4H++O2↑ 含氧酸 H2SO4 水 O2 H2 增大 减小 水 强碱 NaOH 水 O2 H2 增大 增大 水 活泼金属的含氧酸盐 Na2SO4 水 O2 H2 增大 不变 水 电解电解质型 电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电 无氧酸 HCl 电解质 非金属 H2 减小 增大 氯化氢 不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2 电解质 非金属 金属 减小 金属放电，溶液pH增大，但氯气溶于水溶液的pH减小，且后者稍强 氯化铜 放H2生碱型 阴极：H2O放H2生碱 阳极：电解质阴离子放电 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 电解质和水 非金属 H2 生成新电解质 增大 氯化氢 放O2生酸型 阴极：电解质阳离子放电 阳极：H2O放O2生酸 不活泼金属的含氧酸盐 CuSO4 电解质和水 O2 金属 生成新电解质 减小 氧化铜 选修1 第四章第二节 电解池 学科网（北京）股份有限公司 $