第29讲 电解池 金属的腐蚀与防护（1）电解原理及应用 课件-2027届高三化学一轮复习

最适合真实课堂教学的课件！ 简洁、启智！ 1.7.2013 ‹#› 电解池 金属的腐蚀与防护 电解池及工作原理 1. 电解：使电流通过 而在阴、阳两极引起 的过程。 电解质溶液(或熔融电解质) 氧化还原反应 2. 电解池：将 能转化为 能的装置。 电 3. 电解池的构成 ① ； ② ； ； 。 电解和电解池 化学 A Cu2+ Cl- Cl- 阴极 阳极 外接直流电源 两个电极 电解质溶液（或熔融电解质） 闭合回路 与电源 极连接 阴极： 阳极： 正 与电源 极连接 负 4. 电解池的工作原理 A Cu2+ Cl- Cl- 阴极 阳极 实验现象 实验结论 电流表指针发生偏转 说明电解质溶液导电，形成 . 阴极：石墨棒 . . . 阳极： . . . . . 闭合回路 生成了金属铜 产生了氯气 实验表明，CuCl2溶液在通电条件下生成了 和 。 电解CuCl2溶液 逐渐覆盖一层红色物质 产生有刺激性气味的气体，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 Cu Cl2 2Cl－－2e－ = Cl2↑ Cu2+ ＋ 2e－ = Cu 阳极 ； 阴极 ； 电极反应式 （ 反应） （ 反应） 总反应方程式 。 4. 电解池的工作原理 电解CuCl2溶液 A Cu2+ Cl- Cl- 阴极 阳极 还原 氧化 电解 CuCl2 ===== Cu + Cl2↑ 【规律】电解池电极反应：阳氧化、阴还原 【思考】生成的铜为什么不用沉淀符号？ 生成的铜附着在石墨表面，并没有沉淀在溶液中。 4. 电解池的工作原理 从 极流向 极，从 极流回 极 电子流向： 电解池中粒子的移动方向 负 阴 阳 正 A Cu2+ Cl- Cl- 阴极 阳极 4. 电解池的工作原理 从 极流向 极，从 极流回 极 电子流向： 电解池中粒子的移动方向 负 阴 阳 正 A Cu2+ Cl- Cl- 阴极 阳极 e e 4. 电解池的工作原理 从 极流向 极，从 极流回 极 电子流向： 电解池中粒子的移动方向 负 阴 阳 正 电流方向： 电源 极→电解池 极→电解质溶液→ 极→ 极 正 阳 阴 负 A Cu2+ Cl- Cl- 阴极 阳极 e e 4. 电解池的工作原理 从 极流向 极，从 极流回 极 电子流向： 电解池中粒子的移动方向 负 阴 阳 正 电流方向： 电源 极→电解池 极→电解质溶液→ 极→ 极 正 阳 阴 负 离子流向： 阳离子流向 极；阴离子流向 极 阴 阳 注意： 1.电子只能在导线中移动，传导电流。 2.阴、阳离子只能在溶液中移动，传导电流 A Cu2+ Cl- Cl- 阴极 阳极 【规律】阴阳相吸 电解池中阴、阳极的判断方法 阳 阴 4. 电解池的工作原理 A Cu2+ Cl- Cl- 阴极 阳极 （1）根据外接电源判断阴、阳极。 与正极相接的是 极， 与负极相接的是 极。 （2）根据电流方向判断阴、阳极。 电流从 极流入， 极流出。 阳 阴 （3）根据电子流向判断阴、阳极。 电子从 极流入，从 极流出。 阳 阴 （4）根据离子移向判断阴、阳极。 阴离子移向 极，阳离子移向 极。 阳 阴 阳 阴 电解池中阴、阳极的判断方法 4. 电解池的工作原理 A Cu2+ Cl- Cl- 阴极 阳极 （5）根据反应类型判断阴、阳极。 发生氧化反应的一极为 极， 发生还原反应的一极为 极 （6）根据电极产物判断阴、阳极。 产生H2的一极为 极； 产生O2(或Cl2)的一极为 极； 金属电极溶解的一极为 极。 阴 阳 e 阳 （7）根据区域酸碱性变化判断阴、阳极。 区域酸性增强（产生H+）的一极为 极； 区域碱性增强（产生OH-）的一极为 极； 阳 阴 电解和电解池 5. 电极产物的判断 （1）阳极产物的判断 【思考】 离子在阳极放电，发生 反应；若阳极为活性金属电极（除Au、Pt以外的金属材料），则 优先被氧化。 阴 氧化 金属电极 若阳极为惰性电极(Pt、Au、石墨！记住！！！)，阳极产物要依据阴离子的放电顺序加以判断。 【思考】下列离子：S2－、SO32－、I－、Br－、Cl－、OH－、含氧酸根离子、F－，在阳极放电能力由强到弱顺序额为 。 S2- > I- > Br- > Cl- > OH- >含氧酸根 > F- SO32- > S I2 Br2 Cl2 O2 SO42- 放电后的产物 电解和电解池 5. 电极产物的判断 （2）阴极产物的判断 【思考】 离子在阴极放电，发生 反应； 阳 还原 【方法】阴极产物直接根据阳离子放电顺序进行判断。 在水溶液中 > H+ >Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+ > Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+ Ag+ > Cu2+ Fe3+ > 只在熔融状态下放电 电镀时可放电 Ag Cu Fe2+ H2 电极反应式书写 电极反应式书写的一般思路 ①判断电极材料（只看阳极材料，若为活性电极，则电极本身失去电子，发生氧化反应） ②明确溶液中存在哪些离子及离子移动方向 ③判断阴、阳离子的放电顺序 ④根据阳极发生氧化，阴极发生还原分析得出产物 ⑤调系数使得失电子数相等，相加得总反应式 具体问题具体分析！！！ 用惰性电极电解熔融MgCl2的电极反应式和总反应式。 阳极反应式： ； 阴极反应式： ； 总反应离子方程式 。 2H2O － 4e－ ===== O2↑＋ 4H＋ 4Ag＋ ＋4e－ ===== 4Ag 4Ag+ ＋ 2H2O 4Ag ＋ O2↑ ＋ 4H+ ======== 电解 2Cl--2e-===Cl2↑ Mg2++2e-===Mg Mg2++2Cl- Mg+Cl2↑ ======== 电解 电极反应式书写 电极反应式书写的一般思路 ①判断电极材料（只看阳极材料，若为活性电极，则电极本身失去电子，发生氧化反应） ②明确溶液中存在哪些离子及离子移动方向 ③判断阴、阳离子的放电顺序 ④根据阳极发生氧化，阴极发生还原分析得出产物 ⑤调系数使得失电子数相等，相加得总反应式 具体问题具体分析！！！ 写出用惰性电极电解MgCl2溶液的电极反应式和总反应式。 阳极反应式： ； 阴极反应式： ； 总反应离子方程式 。 2Cl－－2e－ ===== Cl2↑ Mg2+ ＋ 2H2O ＋ 2e－ ===== Mg(OH)2↓ ＋ H2↑ Mg2+＋2Cl－＋2H2O Mg(OH)2↓＋ Cl2↑＋H2↑ ======== 电解 电极反应式书写 电极反应式书写的一般思路 ①判断电极材料（只看阳极材料，若为活性电极，则电极本身失去电子，发生氧化反应） ②明确溶液中存在哪些离子及离子移动方向 ③判断阴、阳离子的放电顺序 ④根据阳极发生氧化，阴极发生还原分析得出产物 ⑤调系数使得失电子数相等，相加得总反应式 具体问题具体分析！！！ 写出用惰性电极电解AgNO3溶液的电极反应式和总反应式。 阳极反应式： ； 阴极反应式： ； 总反应离子方程式 。 2H2O － 4e－ ===== O2↑＋ 4H＋ 4Ag＋ ＋4e－ ===== 4Ag 4Ag+ ＋ 2H2O 4Ag ＋ O2↑ ＋ 4H+ ======== 电解 电极反应式书写 电极反应式书写的一般思路 ①判断电极材料（只看阳极材料，若为活性电极，则电极本身失去电子，发生氧化反应） ②明确溶液中存在哪些离子及离子移动方向 ③判断阴、阳离子的放电顺序 ④根据阳极发生氧化，阴极发生还原分析得出产物 ⑤调系数使得失电子数相等，相加得总反应式 具体问题具体分析！！！ 写出用铁作电极电解NaCl溶液溶液的电极反应式和总反应式。 阳极反应式： ； 阴极反应式： ； 总反应离子方程式 。 Fe － 2e－ ===== Fe2+ 2H2O ＋ 2e－ ===== H2↑ ＋ 2OH－ Fe ＋ 2H2O Fe(OH)2↓ ＋ H2↑ ======== 电解 电极反应式书写 电极反应式书写的一般思路 ①判断电极材料（只看阳极材料，若为活性电极，则电极本身失去电子，发生氧化反应） ②明确溶液中存在哪些离子及离子移动方向 ③判断阴、阳离子的放电顺序 ④根据阳极发生氧化，阴极发生还原分析得出产物 ⑤调系数使得失电子数相等，相加得总反应式 具体问题具体分析！！！ 写出用铜作电极电解盐酸溶液的电极反应式和总反应式。 阳极反应式： ； 阴极反应式： ； 总反应离子方程式 。 Cu-2e-===Cu2+ 2H++2e-===H2↑ ======== 电解 Cu+2H+ Cu2++H2↑ 2H2O － 4e－ ===== O2↑＋ 4H＋ 4Ag＋ ＋4e－ ===== 4Ag 4Ag+ ＋ 2H2O 4Ag ＋ O2↑ ＋ 4H+ 电极反应式书写 电极反应式书写的一般思路 ①判断电极材料（只看阳极材料，若为活性电极，则电极本身失去电子，发生氧化反应） ②明确溶液中存在哪些离子及离子移动方向 ③判断阴、阳离子的放电顺序 ④根据阳极发生氧化，阴极发生还原分析得出产物 ⑤调系数使得失电子数相等，相加得总反应式 具体问题具体分析！！！ 写出用Al作电极电解NaOH溶液溶液的电极反应式和总反应式。 阳极反应式： ； 阴极反应式： ； 总反应离子方程式 。 2H2O － 4e－ ===== O2↑＋ 4H＋ 4Ag＋ ＋4e－ ===== 4Ag 4Ag+ ＋ 2H2O 4Ag ＋ O2↑ ＋ 4H+ 2Al-6e-+8OH-===2[Al(OH)4]- 6H2O+6e-===3H2↑+6OH- ======== 电解 2Al+6H2O+2OH- 2[Al(OH)4]-+3H2↑ 电极反应式书写 电极反应式书写的一般思路 ①判断电极材料（只看阳极材料，若为活性电极，则电极本身失去电子，发生氧化反应） ②明确溶液中存在哪些离子及离子移动方向 ③判断阴、阳离子的放电顺序 ④根据阳极发生氧化，阴极发生还原分析得出产物 ⑤调系数使得失电子数相等，相加得总反应式 具体问题具体分析！！！ 用Al作阳极,电解H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜。。 阳极反应式： ； 阴极反应式： ； 总反应离子方程式 。 2H2O － 4e－ ===== O2↑＋ 4H＋ 4Ag＋ ＋4e－ ===== 4Ag 4Ag+ ＋ 2H2O 4Ag ＋ O2↑ ＋ 4H+ 2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+ 6H++6e-===3H2↑ ======== 电解 2Al+3H2O Al2O3+3H2↑ 惰性电极电解规律 1. 电解水型 电解质 溶液浓度 溶液 pH 电解质溶液复原方法 阴极 阳极 总反应 电解含氧酸（如H2SO4）、可溶性强碱（如NaOH）、活泼金属含氧酸盐（如KNO3）实质是电解水。 4H2O＋4e－ = 2H2↑＋4OH－ 2H2O－4e－ = O2↑＋4H＋ 电解 2H2O ===== 2H2↑＋O2↑ 增大 增大 减小 加水 电解质 溶液浓度 溶液 pH 电解质溶液复原方法 阴极 阳极 总反应 惰性电极电解规律 2. 电解溶质型 通入 HCl气体 无氧酸（如HCl）、不活泼金属无氧酸盐（如CuCl2）。 2H＋＋2e－ = H2↑ 2Cl－－2e－ = Cl2↑ 【例】电解HCl溶液。 减小 增大 2HCl===H2↑＋Cl2↑ 电解 电解质 溶液浓度 溶液 pH 电解质溶液复原方法 阴极 阳极 总反应 惰性电极电解规律 2. 电解溶质型 无氧酸（如HCl）、不活泼金属无氧酸盐（如CuCl2）。 【例】电解CuCl2溶液。 减小 Cu2＋＋2e－ = Cu 2Cl－－2e－ = Cl2↑ CuCl2===Cu＋Cl2↑ 电解 加入CuCl2 固体 溶液 pH 电解质溶液复原方法 阴极 阳极 总反应 惰性电极电解规律 不活泼金属的含氧酸盐[如CuSO4] 【例】电解CuSO4溶液。 3. 电解溶质和水型，生成O2和酸（放氧生酸型） 2H2O－4e－ = O2↑＋4H＋ 2Cu2＋＋4e－ = 2Cu 2Cu2＋+2H2O===2Cu+O2↑+4H＋ 电解 减小 加CuO 或CuCO3 电解质 溶液浓度 溶液 pH 电解质溶液复原方法 阴极 阳极 总反应 惰性电极电解规律 活泼金属的无氧酸盐(如NaCl) 【例】电解NaCl溶液。 4.电解溶质和水型，生成H2和碱（放氢生碱型） 2Cl－－2e－ = Cl2↑ 2H2O＋2e－ = H2↑＋2OH－ 2Cl－+2H2O==Cl2↑+H2↑+2OH－ 电解 生成新电解质 增大 通入 HCl气体 【测】(2025·河北衡水检测)用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次升高、不变、降低的是(　　) A．AgNO3、NaCl、Cu(NO3)2 B．KCl、Na2SO4、CuSO4 C．CaCl2、KOH、NaNO3 D．HCl、HNO3、K2SO4 　 [解析]　电解AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4溶液时有酸产生，溶液pH降低；电解NaCl、KCl、CaCl2溶液时有碱产生，溶液pH升高；电解HCl溶液时电解的是电解质本身，溶液中HCl减少，对应的H＋减少，溶液的pH升高；电解KOH、HNO3溶液时相当于电解H2O，电解质浓度增大，对应的碱溶液碱性更强，酸溶液酸性更强。 B NaCl、KCl、CaCl2 AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4 KOH、HNO3 阳极： 阴极： 阳极： 阴极： 阳极： 阴极： A. 逸出气体的体积： A电极＜B电极 B. 一电极逸出无味气体，另 一电极逸出有刺激性气味气体 C.A电极附近呈红色，B电极附近呈蓝色 D 【练】用石墨作电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列叙述正确的是（ ） D.电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性 1.[2024·北京，16(3)①]研究表明可以用电解法以N2为氮源直接制备HNO3，其原理示意图如右。电极a表面发生反应的电极反应式为 。  N2+6H2O-10e- ===2N+12H+ 2.[2022·湖南，16(2)③]一种脱除和利用水煤气中CO2方法的示意图如下： 利用电化学原理，将CO2电催化还原为C2H4，阴极反应式为 　。  2CO2+12e-+12H+===C2H4+4H2O、AgCl+e-===Ag+Cl- 3.[2022·江苏，17(1)①]“CuCl-H2O热电循环制氢”经过溶解、电解、热水解和热分解4个步骤，其过程如图所示。 电解在质子交换膜电解池中进行。阳极区为酸性溶液，阴极区为盐酸，电解过程中转化为。电解时阳极发生的主要电极反应为 　 　　(用电极反应式表示)。  +2Cl--e-=== 电解在质子交换膜电解池中进行，H+可自由通过，阳极区为酸性 +2Cl--e-===。 4.使用惰性电极通过电解原理也可以制取甲醇，其反应装置如图所示： 电极a接电源的　　(填“正”或“负”)极；生成甲醇的电极反应式为　　 。  负 CO2+6e-+6H+=== CH3OH+H2O 5.(2024·枣庄第四中学一模)电解法处理含氰废水是常用方法之一，其原理如图所示。 (1)电解时，阴极是　　(填“A”或“B”)。 (2)电解时，CN-发生反应的电极反应 式是　　　　　 　。  A 10e- +12OH-===2C+N2↑+6H2O 2CN-- ①Ce4＋从电解槽的___(填字母)口流出， 电极反应式：________________。 a Ce3＋－e－=Ce4＋ 【练】铈元素(Ce)是镧系金属中自然丰度最高的一种，常见有+3、+4两种价态。雾霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO2－ 、NO3－ (二者物质的量之比为1∶1)。可采用电解法将上述吸收液中的NO2－转化为无毒物质，同时再生成Ce4＋，其原理如图所示。 ②写出阴极的电极反应式 。 2NO2－ ＋8H＋＋6e－ = N2↑＋4H2O ①Ce4＋从电解槽的___(填字母)口流出， 电极反应式：________________。 a Ce3＋－e－=Ce4＋ 【练】铈元素(Ce)是镧系金属中自然丰度最高的一种，常见有+3、+4两种价态。雾霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO2-、NO3- (二者物质的量之比为1∶1)。可采用电解法将上述吸收液中的NO2-转化为无毒物质，同时再生成Ce4＋，其原理如图所示。 Ce3＋ N2 失去电子,阳极 阴极 阳极 阴极 ②写出阴极的电极反应式:_____________。 2NO2-＋8H＋＋6e－ = N2↑＋4H2O 【练】用石墨作电极电解溶有物质的量之比为3∶1的NaCl和H2SO4的水溶液。根据反应产物，电解可明显分为三个阶段，下列叙述不正确的是（ ） D A.电解的最后阶段为电解水 B.阳极先逸出氯气后逸出氧气 C.阴极逸出氢气 D.电解过程中溶液的pH不断增大，最后pH为7 整个电解过程可看成三个阶段：电解HCl溶液、电解NaCl溶液、电解H2O 阳极放电顺序为Cl－>OH－>SO42-，先生成Cl2后生成O2 阴极:始终为H＋放电，逸出H2 最后溶液呈碱性 (1)阳极产生11.2 L(标准状况下)气体，要使溶液恢复到电解前的状态，可加入 g 。（Cu-64 O-16 S-32） 【练】以惰性电极电解2 L 0.5 mol·L－1 CuSO4溶液。 80 (或 g　CuCO3) CuO (2)继续通电电解，此时被电解的物质为 ，电解后，若加入1 mol Cu(OH)2可使溶液复原，则电路中转移的电子为 mol。 水(或H2O) 4 (3)通电足够长时间，加入0.1molCu2(OH)2CO3可使溶液复原，则电路中转移电子为 mol。 6 相当于加入0.2molCuO和0.1molH2O 相当于加入0.3molO （3）Cu2(OH)2CO3相当于2CuO·H2O·CO2 124 【正误辨析】 (1)电解池中的氧化反应和还原反应不一定同时发生。(　　) [提示]　×　电解池中的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，二者同时进行。 (2)阳极失去的电子经过直流电源，流向阴极。(　　) [提示]　×　阳极失去的电子流向直流电源的正极，电子不能通过直流电源内部的离子导体，直流电源的负极失去电子流向阴极。 (3)电解池中的电解质可能是熔融状态或固体电解质。(　　) [提示]　√　电解质溶液、熔融状态的电解质、固体电解质均是离子导体。 (4)电解池中阳离子移向阳极。(　　) [提示]　×　阳离子移向电解池的阴极。 (5)电解池中的阳极和直流电源中的负极均发生氧化反应。(　　) [提示]　√　电解池中的阳极和直流电源中的负极均失去电子。 (6)用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，加入Cu(OH)2一定能使电解质溶液恢复到电解前的情况。(　　) [提示]　×　 (7)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应。(　　) [提示]　√　阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液中的阳离子放电。 (8)阳极不管是什么材料，电极本身都不反应。(　　) [提示]　×　阳极如果是活性电极，电极本身参加反应。 (9)电解过程中阴离子向阴极定向移动。(　　) [提示]　×　电解过程中阴离子向阳极定向移动，阳离子向阴极定向移动。 (10)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极。(　　) [提示]　×　电解时电子从电源负极流向电解池阴极。 (11)电解CuCl2溶液，阳极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。(　　) [提示]　√　电解CuCl2溶液时，在阳极Cl－失电子变为Cl2。 (12)Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑能设计成电解池。(　　) [提示]　√　电解池是把电能转化为化学能的装置，所以不论自发、不自发进行的氧化还原反应理论上均可设计成电解池；如用Zn作阳极、惰性电极作阴极，电解硫酸溶液，电池反应即为上述反应。 【练2】(2025·福建厦门双十中学模拟)如图所示，x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无味的气体放出，符合这一情况的是(　　) 选项 a极板 b极板 x电极 z溶液 A 锌 石墨 负极 CuSO4 B 石墨 石墨 负极 NaOH C 银 铁 负极 AgNO3 D 铜 石墨 负极 CuCl2 A [解析]　由题意知a极板质量增加，a应为阴极，则b为阳极，x为电源负极，y为电源正极，参考各个选项知，A项符合，电解时，a极板有Cu附着，b极板有O2放出；B项不符合，电解时a极板无质量变化；C项不符合，阳极为Fe，为活性电极，电解时Fe在阳极放电溶解，无气体生成；D项不符合，电解时，Cl－在阳极放电生成Cl2，Cl2为黄绿色、有刺激气味的气体。 1．(2023·浙江1月选考卷)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是(　　) A．石墨电极为阴极，发生氧化反应 B．电极A的电极反应： 8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－ ===TiSi＋4H2O C．该体系中，石墨优先于Cl－ 参与反应 D．电解时，阳离子向石墨电极移动 【真题演练】 [答案]　C [解析]　在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，A错误；电极A的电极反应为TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－，B错误；根据图中信息可知，该体系中，石墨优先于Cl－参与反应，C正确；电解池中石墨电极为阳极，阳离子向阴极电极A移动，D错误。 C 【真题演练】 2．(2025·湖南长沙模拟)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如图。 下列有关说法正确的是(　　) A．电解过程，固体氧化物电 解质中O2－不断减少 B．金属Ag可作为a电极的材料 C．改变工作电源电压，反应 速率不变 D．在b电极上，N2被还原 [解析]　由装置示意图可知，b电极上N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，因此b为阴极，电极反应式为N2＋3H2O＋6e－===2NH3＋3O2－，a为阳极，电极反应式为2O2－－4e－===O2↑，据此分析解答。由分析可得，在b电极上，N2被还原，A正确；a为阳极，若金属Ag作为a的电极材料，则金属Ag优先失去电子，B错误；改变工作电源的电压，电流大小改变，反应速率也会改变，C错误；电解过程中，阴极电极反应式为2N2＋6H2O＋12e－===4NH3＋6O2－，阳极电极反应式为6O2－－12e－===3O2↑，因此固体氧化物电解质中O2－不会减少，D错误。 D 电解池原理的应用 一、氯碱工业 二、电镀 三、电冶金 氧化 还原 2NaCl+2H2O　　 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 2Cl-+2H2O　　　2OH-+H2↑+Cl2↑ 氯碱工业 1 .含义： 2Cl--2e-===Cl2↑ 2H2O+2e-===H2↑+2OH- 习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。 2. 反应原理 阳极： (　　　反应)。 阴极： (　　　反应)。 总反应的化学方程式：___________________________________。 总反应的离子方程式： _________________________________。 【注意】电解所用的食盐要精制。 电解池原理的应用 离子交换膜法制烧碱工作原理 . 极 极 交换膜 溶液 + 金属钛网 碳钢网 浓NaOH H2 Cl2 淡盐水 精制饱和NaCl溶液 H2O(含少量NaOH) 阳离子 阳 室 室 阴 阳极 阴极 阻止OH-进入阳极室与Cl2发生副反应 阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。 【思考】阳离子交换膜的作用有哪些？ 只允许阳离子 只允许阴离子 只允许质子(H+) 通过 常用的离 子交换膜 阳离子交换膜（阳膜） 阴离子交换膜（阴膜） 质子交换膜 离子交换膜种类 离子交换膜作用 氯碱工业 电 解 饱 和 食 盐 水 液碱 湿氢气 湿氯气 NaOH 含氯漂白剂 Cl2 H2 HCl 有机合成 造纸 玻璃 肥皂 纺织 印染 有机合成 氯化物合成 农药 盐酸 有机合成 金属冶炼 图4－11 氯碱工业产品及其应用 2H2O+2NaCl H2↑+Cl2↑+2NaOH 电解 ===== 1.(2023·浙江6月选考，13)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是（ ） A.电极A接电源正极， 发生氧化反应 B.电极B的电极反应式为： 2H2O+2e-===H2↑+2OH- C.应选用阳离子交换膜，在右室 获得浓度较高的NaOH溶液 D.改进设计中通过提高 电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗 B 【真题演练】 电极A是氯离子变为氯气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确； 电极B为阴极，通入的氧气得到电子，其电极反应式为2H2O+4e-+O2===4OH-，故B错误； 右室生成氢氧根离子，应选用阳离子交换膜，左室的钠离子进入到右室，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确； 改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，从而降低电解电压，减少能耗，故D正确。 2.工业上利用电解食盐溶液制取盐酸和氢氧化钠的装置如图所示。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-。下列有关说法错误的是（ ） A.N表示阴离 子交换膜 B.甲室流出的 为氢氧化钠溶液 C.电解总反应： NaCl+H2O　 NaOH+HCl D.相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法更环保 C 由图可知，左边石墨电极为阴极，右边石墨电极为阳极，Na+由乙室向甲室迁移，OH-由双极膜向甲室迁移，甲室流出的为氢氧化钠溶液，M为阳离子交换膜，氯离子由乙室向丙室迁移， 氢离子由双极膜向丙室迁移，丙室流出的是盐酸，N为阴离子交换膜，A、B项正确； 电解总反应为2H2O　　　2H2↑+O2↑，C项错误； 相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法无氯气产生，更环保，D项正确。 电镀 1. 电镀的含义 增强金属的抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。 2. 电镀的目的 铬、镍、银、黄铜等 特性 镀层金属 在空气或溶液中不易起变化 电解池原理的应用 【思考】 在铁片上镀铜，请利用电解原理，设计实验方案。 电镀 镀层金属 待镀金属制品 A 电极材料 含有镀层金属离子的溶液 铜 铁片 CuSO4溶液 阳极 阴极 电 镀 液 电极反应式 阳极 阴极 Cu - 2e- == Cu2+ Cu2+ + 2e- == Cu 【小结】电镀时，通常把 一端作阴极，把 . 一端作阳极，用 作电镀液。在直流电的作用下，镀件表面覆盖上一层均匀、光洁而致密的镀层。 电解质溶液（电镀液）的浓度如何变化？ 保持不变 【思考】 待镀的金属制品 镀层金属 含有镀层金属离子的溶液 电镀 A CuSO4溶液 铜 铁片 【小结】电镀过程中的“变”与“不变” 电镀过程中的“一多，一少，一不变” 阴极上有镀层金属沉积， 质量增大； 阳极上有镀层金属溶解， 质量减少； 电镀液(电解质溶液)的浓度基本不变。 “一多”是指： “一少”是指： “一不变”是指： 【练4】(2022·北京，13)利用如图装置进行铁上电镀铜的实验探究。 序号 电解质溶液 实验现象 ① 0.1 mol·L-1 CuSO4 +少量H2SO4 阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2+ ② 0.1 mol·L-1 CuSO4 +过量氨水 阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素 判断下列说法是否正确。 A.①中气体减少，推测是由于溶液中c(H+)减少， 　且Cu覆盖铁电极，阻碍H+与铁接触 B.①中检测到Fe2+，推测可能发生反应： Fe+2H+ ===Fe2++H2↑、Fe+Cu2+===Fe2++Cu √ 实验①中，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应，当溶液中氢离子浓度减小，放电生成的铜覆盖在铁电极上，阻碍氢离子与铁接触，导致产生的气体减少，可能发生的反应为Fe+2H+===Fe2++H2↑、Fe+Cu2+ ===Fe2++Cu，故A、B正确； 四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，随阴极析出铜，四氨合铜离子浓度减小，Cu2++4NH3　　[Cu(NH3)4]2+平衡向正反应方向移动，故C错误。 √ 【练4】(2022·北京，13)利用如图装置进行铁上电镀铜的实验探究。 序号 电解质溶液 实验现象 ① 0.1 mol·L-1 CuSO4 +少量H2SO4 阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有 红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2+ ② 0.1 mol·L-1 CuSO4 +过量氨水 阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素 判断下列说法是否正确。 C.随阴极析出Cu，推测②中溶液c(Cu2+)减少， Cu2++4NH3　　[Cu(NH3)4]2+　平衡逆移 D.②中Cu2+生成[Cu(NH3)4]2+，使得c(Cu2+) 比①中溶液的小，Cu缓慢析出，镀层更致密 × √ 实验①中，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应，当溶液中氢离子浓度减小，放电生成的铜覆盖在铁电极上，阻碍氢离子与铁接触，导致产生的气体减少，可能发生的反应为Fe+2H+===Fe2++H2↑、Fe+Cu2+ ===Fe2++Cu，故A、B正确； 四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，随阴极析出铜，四氨合铜离子浓度减小，Cu2++4NH3　　[Cu(NH3)4]2+平衡向正反应方向移动，故C错误。 电解精炼 Zn – 2e- = Zn2+ Fe – 2e- = Fe2+ Cu – 2e- = Cu2+ 1. 粗铜： A 粗铜 纯铜 CuSO4浓溶液 金、银的活动性比铜弱，不能在阳极失去电子，它们沉积在电解槽底部成阳极泥。 阳极发生反应的电极反应式： 阳极泥可作为提炼金、银等的重要原料。 阴极电极反应式： Cu2+ + 2e- =Cu 电解精炼铜 含有铁 、镍、银、金等杂质，通过电解法可制得纯铜。 4. 原理 Ni－2e－＝Ni2+ 2. 电极材料：阳极 ；阴极 。 3. 电解质溶液： ； 纯铜 粗铜 CuSO4浓溶液 使粗铜变为纯铜 电解池原理的应用 【思考】 A 粗铜 纯铜 CuSO4浓溶液 电解精炼 电解精炼铜 使粗铜变为纯铜 1. 银、金等金属在阳极不放电形成　 　，在阴极只有Cu2+放电，锌、铁、镍较活泼的金属阳离子残留在　　　　　　中，电解过程中，Cu2+的浓　 。 阳极泥 电解质溶液 减小 2. 阳极减少的质量 （填“大于”、“等于”或“小于”）阴极增加的质量。 大于 电解池原理的应用 【小结】电解精炼过程中的“两不等”。 1. 电解质溶液浓度在电解前后不相等； 2. 阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。 电解池、电解精炼池、电镀池的比较 电解池 电解精炼池 电镀池 定义 形成 条件 将电能转变成化学能的装置。 应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。 ①直流电源 ②阴、阳两电极 ③电解质溶液 ④形成闭合回路 ①镀层金属接电源正极；待镀金属接电源负极 ②电镀液须含有镀层金属的离子 应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。 ①不纯金属接电源正极；纯的金属接电源负极 ②电解质溶液是待提纯金属离子的溶液 【练1】如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度Cu的装置示意图， 下列叙述不正确的是（ ） D A.电极A是粗铜，电极B是纯铜 B.电路中通过1 mol电子，生成32 g铜 C.溶液中SO42-向电极A迁移 D.膜B是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区 5.如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度Cu的装置示意图， 下列叙述不正确的是 D A.电极A是粗铜，电极B是纯铜 B.电路中通过1 mol电子，生成32 g铜 C.溶液中SO42-向电极A迁移 D.膜B是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区 粗铜 纯铜 √ 阴离子向阳极迁移 阳极 阴极 √ 膜A为过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区，膜B为阳离子交换膜 √ 【练2】金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述正确的是(已知氧化性：Fe2+<Ni2+<Cu2+) A.阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2++2e-===Ni B.电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等 C.电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+ D.电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt D 电解时，阳极Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A项错误； 因氧化性：Ni2+>Fe2+>Zn2+，故阴极的电极反应式为Ni2++2e-===Ni，阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解，而阴极质量增加是因为Ni析出，二者质量不相等，B项错误； 电解后溶液中的阳离子除Fe2+和Zn2+外，还有Ni2+和H+，C项错误。 【练3】(2024·济南实验中学模拟)工业上用PbSiF6、H2SiF6混合溶液作电解液，用电解法实现粗铅(主要杂质为Cu、Ag、Fe、Zn，杂质总质量分数约为4%)提纯，装置示意图如图所示，M极附近析出金属单质。下列说法错误的是（ ） A.M极与电源的负极相连 B.电子由M极流出，经电源流回N极 C.N极发生的电极反应之一为 Pb-2e-===Pb2+ D.工作一段时间后，溶液中c(Pb2+)减小 B M极附近析出金属单质，M极为阴极，与电源的负极相连，A正确； M极为阴极，N极为阳极，电子由阳极流出，经电源流回阴极，B错误； 阳极上溶解的金属有Pb、Fe、Zn，阴极上析出的金属只有Pb，两极上得失电子守恒，故工作一段时间后，溶液中c(Pb2+)减小，D正确。 利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。 电冶金 电解池原理的应用 工业制钠：电解熔融氯化钠 熔融NaCl 阴极 阳极 e- e- Na+ Cl- 2Cl--2e- = Cl2 2Na++ 2e- = 2Na 氧化反应 还原反应 2NaCl(熔融) === 2Na + Cl2 ↑ 电解 利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。 总反应 阳极、阴极反应 冶炼钠 阳极： 阴极： 冶炼镁 阳极： 阴极： 冶炼铝 阳极： 阴极： 电冶金 2Cl--2e-===Cl2 2Cl--2e-===Cl2↑ Na++e-===Na Mg2++2e-===Mg 2O2--4e-===O2↑ Al3++3e-===Al 2NaCl(熔融)　 　2Na+Cl2↑ =========== 电解 MgCl2(熔融)　 　Mg+Cl2↑ =========== 电解 2Al2O3(熔融)　　 4Al+3O2↑ =========== 电解 冰晶石 电解池原理的应用 助熔剂：冰晶石[Na3AlF6 六氟合铝酸钠] （降低Al2O3熔点） 【练】研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以Ca为还原剂还原TiO2制备金属钛。下列说法正确的是（ ） B A.将熔融CaF2-CaO换成Ca(NO3)2 溶液也可以达到相同目的 B.阳极的电极反应式为C＋2O2--4e-=CO2↑ C.在制备金属钛前后，整套装置中CaO的 总量减少 D.阴极的电极反应式为Ca-2e-=Ca2+ 阳极:C+2O2--4e-=CO2↑ 阴极:Ca2++2e- = Ca 总反应：2Ca＋TiO2=Ti＋2CaO 1．B 【分析】由图可知，石墨为阳极，其电极反应式为C＋2O2－－4e－=CO2↑，钛网是阴极，其电极反应式为Ca2＋＋2e－=Ca。 【详解】A．将熔融CaF2-CaO换成Ca(NO3)2溶液，阴极上H＋放电，无法得到金属Ca，选项A错误； B．由图可知，石墨为阳极，其电极反应式为C＋2O2－－4e－=CO2↑，选项B正确； C．钛网是阴极，其电极反应式为Ca2＋＋2e－=Ca，钙还原二氧化钛的化学方程式为2Ca＋TiO2=Ti＋2CaO，制备金属钛前后，CaO的总量不变，选项C错误； D．钛网是阴极，其电极反应式为Ca2＋＋2e－=Ca，选项D错误； 答案选B。 5.电解熔融氯化钠和氯化钙混合物制备金属钠的装置如图所示。阳极A为石墨，阴极为铁环K，两极用隔膜D隔开。氯气从阳极上方的抽气罩H抽出，液态金属钠经铁管F流入收集器G。判断下列说法是否正确。 √ A.氯化钙的作用是做助熔剂，降低氯化钠的熔点 B.金属钠的密度大于熔融混合盐的密度，电解得到的钠在下层 × C.隔膜D为阴离子交换膜，防止生成的氯气和钠重新生成氯化钠 D.电解时阴极的电极反应为Na++e-===Na，发生氧化反应，阴极上可能有少量的钙单质生成 √ 5.电解熔融氯化钠和氯化钙混合物制备金属钠的装置如图所示。阳极A为石墨，阴极为铁环K，两极用隔膜D隔开。氯气从阳极上方的抽气罩H抽出，液态金属钠经铁管F流入收集器G。判断下列说法是否正确。 × 本装置的目的是制备金属Na，可以联想电解铝工业中的助熔剂冰晶石，则加入氯化钙的目的为做助熔剂，A正确； 由图可知，金属钠在上部收集，所以钠的密度小于熔融混合盐的密度，B不正确； 由图可知，Cl-通过隔膜D移至阳极A放电产生Cl2，所以隔膜D为阴离子交换膜，C正确； 阴极发生的是还原反应，D不正确。 【真题演练】 1.(2024·广东，16)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是（ ） A.阳极反应：2Cl--2e-===Cl2↑ B.阴极区溶液中OH-浓度 逐渐升高 C.理论上每消耗1 mol Fe2O3， 阳极室溶液减少213 g D.理论上每消耗1 mol Fe2O3，阴极室物质 最多增加138 g C 左侧电极为阴极，发生还原反应，Fe2O3在碱性条件下转化为Fe，电极反应为Fe2O3+6e-+3H2O===2Fe+6OH-，右侧电极为阳极，Cl-放电产生氯气，电极反应为2Cl— 2e-===Cl2↑，中间为阳离子交换膜，Na+由阳极向阴极移动，A、B正确； 理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，产生3 mol Cl2，同时有6 mol Na+由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少3×71 g+6×23 g=351 g，阴极室物质最多增加6×23 g=138 g，C错误、D正确。 Cl-35.5 Na-23 【真题演练】 2.(2024·甘肃，7)某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是（ ） B 电极1上H2O(g)得电子发生还原反应生成H2(g)，电极1为阴极，电极反应为H2O+2e-===H2+O2-，电极1的多孔结构能增大电极的表面积，增大与水蒸气的接触面积，A项正确； 电极2上O2-失电子发生氧化反应生成O2(g)，电极2为阳极，电极反应为2O2--4e-===O2，B项错误； 电解池工作时，阴离子向阳极移动，即O2-从电极1迁移到电极2，C项正确； 电解总反应为2H2O(g) 　　2H2(g)+O2(g)，分解2 mol H2O转移4 mol电子，则理论上电源提供2 mol电子能分解1 mol H2O，D项正确。 A.电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积 B.电极2是阴极，发生还原反应： O2+4e-===2O2- C.工作时O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2 D.理论上电源提供2 mol e-能分解1 mol H2O 3.(2023·湖北，10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h-1。下列说法错误的是（ ） A.b电极反应式为 2H2O+2e-===H2↑+2OH- B.离子交换膜为阴离子交换膜 C.电解时海水中动能高的水分 子可穿过PTFE膜 D.海水为电解池补水的速率 为2x mol·h-1 D b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，故A正确； 该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH--4e-=== O2↑+2H2O，为保持OH-浓度不变，则阴极产生的OH-要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换膜，故B正确； 电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确； 由电解总反应可知，每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O，生成H2的速率为x mol·h-1，则补水的速率也应是x mol·h-1，故D错误。 4.(1)一种用铅酸蓄电池进行电絮凝净水装置如图所示，回答下列问题： ①装置Ⅰ中Y电极的电极材料是　　　 (填化学式)，工作时S向____(填“X”或“Y”)电极移动；Y电极的电极反应式为 　　　 　。  PbO2 X PbO2+S+4H++ 2e- ===PbSO4+2H2O　 Al-3e-+3H2O===Al(OH)3(胶体)+ 3H+ ③每消耗103.5 g Pb，装置的电流效率为80%，则理论上电解池阴极上生成　 　mol H2。 （Pb-207） 0.4 消耗103.5 g(0.5 mol)Pb，转移电子的物质的量为1 mol，装置的电流效率为80%，故装置Ⅱ阴极上参与反应的电子为0.8 mol，阴极反应式为2H2O +2e-===H2↑+2OH-，即产生0.4 mol H2。 ②装置Ⅱ中Al电极的电极反应式为 、 　　　　　　　　　　　　 　　　。  2H2O-4e-===O2↑+4H+ (2)[2020·全国卷Ⅱ，28(3)]CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示： ①阴极上的反应式为　　　 　　。 CO2+2e-===CO+O2- 由图示可知，阴极上CO2―→CO，且固体电解质能传导O2-，则阴极反应式为CO2+2e-===CO+O2-。 ②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为　　　　。  6∶5 假设生成的乙烯和乙烷的物质的量分别为2 mol和1 mol，由2CH4―→C2H4+2H2、2CH4―→C2H6+H2知，生成2 mol乙烯和1 mol乙烷时，共脱去5 mol H2，转移10 mol e-，根据电子转移数目守恒可知，此时消耗的CO2为5 mol，消耗的CH4为6 mol，即消耗的CH4和CO2的体积比为6∶5。 A 原电池 负极 电解池 阳极 正极 电解池与原电池的比较 Zn -2e-＝ Zn2+ 2H+＋2e－ = H2↑ A池是 ，Zn的电极名称是 ，电极反应式为 ；Cu的电极名称是 ；电极反应式为 。 B池是 ，Pt的电极名称是 ，电极反应式 为 ；C的电极名称是 ；电极反应式为 。 2Cu2+ ＋ 4e－ = 2Cu 2H2O－4e－＝O2↑＋4H＋ 阴极 【思考】从装置上看，原电池与电解池最主要的区别是 . 。 原电池没有外接电源，电解池有外接电源 【例】如图装置闭合电键时，电流表的指针将发生偏转。试回答下列问题： （1）A池是 ，Zn的电极名称是 ；B池是 ，Pt的电极名称是 。 原电池 负极 电解池 阳极 （2）写出下列有关反应： Zn极的电极反应式： ； Pt极的电极反应式： 。 Zn－2e－===Zn2＋ 2H2O－4e－==4H＋＋O2↑ （3）B池中的总反应的 化学方程式为 。 2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑ $