1、突破32 电解原理及应用1、 【突破必备】1“五类”依据判断电解池电极判断依据电极电极材料电极反应电子流向离子移向电极现象阳极与电源正极相连氧化反应流出阴离子移向电极溶解或pH减小阴极与电源负极相连还原反应流入阳离子移向电极增重或pH增大2电解池电极反应式的书写模式：3有关电化学计算的三大方法(1)根据电子守恒计算用于串联电路中电解池阴阳两极产物、原电池正负两极产物、通过的电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。(2)根据总反应式计算先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。(3)根据关系式计算根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的
2、关系式。如以通过4 mol e为桥梁可构建如下关系式：(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)4电解池中电极反应式的书写方法(1)书写步骤首先注意阳极是活性材料还是惰性材料。分析确定溶液中所有阴阳离子并清楚放电顺序。根据放电顺序分析放电产物。根据电解质溶液的酸碱性确定电极反应式中是否有H、OH或H2O参与；最后配平电极反应式。(2)介质对电极反应式的影响在电解池电极方程式中，如果是H或OH放电，则电解质溶液的酸碱性对电极反应式没有影响。酸性溶液反应物或生成物中均没有OH。碱性溶液反应物或生成物中均没有H。(3)电极产物的溶解性对电极反应式的影响。电解MgCl2溶液时的阴极反应式应为：Mg22H
3、2O2e=Mg(OH)2H2，而不是2H2e=H2。总反应离子方程式为：Mg22Cl2H2OMg(OH)2Cl2H2。不能把电解MgCl2溶液的离子方程式写成：2Cl2H2O2OHCl2H2，忽视了生成难溶的Mg(OH)2。5常见膜化学：(1)膜的作用：阳离子交换膜允许阳离子通过，不允许阴离子通过；阴离子交换膜允许阴离子通过，不允许阳离子通过；质子交换膜允许质子通过而避免不同电极区域内某些离子间的反应。(2)阴、阳离子交换膜的判断看清图示，是否在交换膜上标注了阴、阳离子，是否标注了电源的正、负极，是否标注了电子流向、电荷流向等，明确阴、阳离子的移动方向。根据原电池、电解池中阴、阳离子的移动方向
4、，结合题意中给出的制备、电解物质等信息，找出物质生成或消耗的电极区域、确定移动的阴、阳离子，从而推知离子交换膜的种类。2、 【真题示例】【真题示例1】(2018新课标卷，T13)最近我国科学家设计了一种CO2H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：EDTAFe2e=EDTAFe32EDTAFe3H2S=2HS2EDTAFe2该装置工作时，下列叙述错误的是()A.阴极的电极反应：CO22H2e=COH2OB协同转化总反应：CO2H2S=COH2OSC石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上
5、的低D若采用Fe3/Fe2取代EDTAFe3/EDTAFe2，溶液需为酸性【答案】C【真题示例2】(2017新课标卷，T11)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是()A待加工铝质工件为阳极B可选用不锈钢网作为阴极C阴极的电极反应式为：Al33e=AlD硫酸根离子在电解过程中向阳极移动【答案】C【解析】A项，根据原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，正确；B项，阴极仅作导体，可选用不锈钢网，且不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，正确；C项，阴极应为氢离子得电子生成氢气，错误；D项，电解时，阴离
6、子移向阳极，正确。【真题示例2】(2014新课标卷，节选)次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强的还原性。H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：(1)写出阳极的电极反应式_。(2)分析产品室可得到H3PO2的原因_。(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有_杂质。该杂质产生的原因是_。【答案】(1)2H2O4e=O24H(2)阳极室的H穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO穿过
7、阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2(3)POH2PO或H3PO2被氧化3、 【随堂小练】1. H3BO3可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备，其工作原理如图，下列叙述错误的是()AM室发生的电极反应式为2H2O4e=O24HBN室中：a%b%Cb膜为阴膜，产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸D理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下5.6 L气体【答案】D【解析】制备原理是原料室中B(OH)4通过阴膜(b膜)进入产品室，M室中石墨电极上H2O放电产生O2和H，H通过阳膜(a膜)进入产品室，HB(OH)4=H3BO3H2O，A正确，C正确；原料室中的Na通过阳膜(c膜)进入
8、N室，N室中石墨电极上H2O放电产生H2和OH，因而N室中NaOH溶液的浓度会增大，B正确；理论上每生成1 mol产品，M、N室电极反应式分别为2H2O4e=O24H、2H2O2e=H22OH，阴极室(N室)生成0.5 mol H2，标准状况下为11.2 L，D错误。2. 工业上联合生产硫酸和烧碱溶液的装置如图所示，其中阴极和阳极均为惰性电极。测得同温同压下，气体甲与气体乙的体积比约为12，下列有关说法正确的是()Aa电极的电极反应式为：2H2e=H2B产物丙为硫酸C离子交换膜d为阴离子交换膜D每转移0.1 mol电子，产生1.12 L的气体乙【答案】B3. 重铬酸钾是化学实验室中的一种重要分
9、析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4)(黄色)为原料，采用电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7)(橙色)。制备装置如图所示。下列说法错误的是()A阳极室中溶液的颜色逐渐由黄色变为橙色B电解过程中阳极附近溶液的pH变小CK2CrO4在阳极区被氧化成K2Cr2O7D阴极每生成1 mol气体，有2 mol带正电荷的阳离子从阳极室移向阴极室【答案】C【解析】结合题给装置可判断惰性电极为阳极，不锈钢电极为阴极；阳极室中K2CrO4转化为K2Cr2O7，溶液由黄色逐渐变为橙色，A项正确；阳极室发生氧化反应，OH失电子放电，电极反应式为2H2O4e=4HO2，阳极附近溶液pH逐渐减小，B项正确；阳极室中H浓
10、度增大，促使发生反应：2CrO2HCr2OH2O，反应前后Cr元素化合价没有发生变化，C项错误；阴极的电极反应式为2H2O2e=H22OH，每生成1 mol H2转移2 mol电子，为保持溶液呈电中性，有2 mol K从阳极室向阴极室移动，D项正确。4、 【课后强化专练】1用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽，可使废水中NH在某一室富集，模拟装置如图所示。下列说法正确的是()A阳极室溶液由无色逐渐变成棕黄色B阴极的电极反应式为4OH4e=2H2OO2C电解一段时间后阴极室溶液的pH升高D电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4【答案】C2 LiOH常用于制备锂离子电池正极材料。工
11、业上常利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。下列说法正确的是()Aa是电源的负极BB极区电解液为LiOH溶液CA电极的电极反应式为4OH4e=2H2OO2D每生成1 mol H2，有1 mol Li通过交换膜【答案】B【解析】B极产生H2，B极为电解池阴极，则b极为电源负极，A错误；B极产生H2，同时生成OH，A极Cl放电，Li移向B极，产生LiOH，B极区电解液为LiOH溶液，B正确；A电极的电极反应式为2Cl2e=Cl2，C错误；根据2H2e=H2，电路中通过2 mol e时，则有1 mol H2,2 mol Li通过交换膜，D错误。3重铬酸钾是化学实验
12、室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4)(黄色)为原料，采用电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7)(橙色)。制备装置如图所示。下列说法错误的是()A阳极室中溶液的颜色逐渐由黄色变为橙色B电解过程中阳极附近溶液的pH变小CK2CrO4在阳极区被氧化成K2Cr2O7D阴极每生成1 mol 气体，有2 mol带正电荷的阳离子从阳极室移向阴极室【答案】C4已知反应：2CrO2HCr2OH2O。某科研小组用如图所示的电解装置，从Na2CrO4溶液中制取Na2Cr2O7。下列有关叙述正确的是()ACrO生成Cr2O的反应为非氧化还原反应，不能通过电解方法获得Ba为电源正极Cd口流出的NaOH
13、溶液浓度与c口浓度相同DNa从右侧通过阳离子交换膜进入左侧【答案】D5将烧碱吸收H2S后的溶液加入到如图所示的电解池的阳极区进行电解，以实现H2S转化为S的目的。下列判断错误的是()A电解过程中阳极区发生如下反应：S22e=S，(n1)SS2=SB电解时阴极的电极反应式：2H2O2e=H22OHC电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成S2H=nSH2D该装置的离子交换膜为阳离子交换膜【答案】C【解析】电解过程中阳极区发生氧化反应，得到硫单质，然后是S和S2之间的反应，即S22e=S，(n1)SS2=S，故A正确；电解过程中阴极上氢离子放电生成氢气：2H2O2e=H22OH
14、，故B正确；电解后阳极区离子为S，酸性条件下，S失电子发生氧化反应生成S单质，同时生成H2S，反应方程式为S2H=(n1)SH2S，故C错误；电解时阳极区c(S2)减小，阴极区c(OH)增大，故该装置的离子交换膜为阳离子交换膜，故D正确。6. CO2是重要的温室气体，对地球温室效应的“贡献”最大，如何利用CO2是摆在科技工作者面前的重要课题。下图所示电解装置可将CO2转化为乙烯，该装置的电解质溶液为强酸性水溶液，电极材料为惰性电极。下列有关说法正确的是()Aa为电池的正极B电解过程中H移向阳极C反应前后溶液的pH保持不变D阴极反应式：2CO212H12e=C2H44H2O【答案】D7利用电解原
15、理净化含有机物的废水，其原理是：在电解条件下将较低价态的金属离子(Co2)氧化成较高价态的金属离子(Co3)，利用较高价态的金属离子将废水中的有机物氧化成CO2。装置如图所示。下列说法正确的是()A锌极为负极，发生氧化反应B石墨极上发生的电极反应式为Co2e=Co3C电解过程中，阴极附近溶液pH减小D氧化1 mol HCHO时电路中至少转移3 mol电子【答案】B【解析】根据图示知，锌为阴极、石墨为阳极，阴极发生还原反应，A项错误；石墨极发生氧化反应，电极反应式为Co2e=Co3，B项正确；锌极的电极反应式为2H2e=H2，阴极附近的电解质溶液pH增大，C项错误；4Co3HCHOH2O=CO2
16、4H4Co2，氧化1 mol HCHO时至少要转移4 mol电子，D项错误。8用如图所示装置处理含NO的酸性工业废水，某电极反应式为2NO12H10e=N26H2O，则下列说法错误的是()A电源正极为A，电解过程中有气体放出B电解时H从质子交换膜左侧向右侧移动C电解过程中，右侧电解液pH保持不变D电解池一侧生成5.6 g N2，另一侧溶液质量减少18 g【答案】C8碳酸二甲酯(DMC)结构简式为(CH3O)2CO，化学性质非常活泼，极易水解。用电解法制备碳酸二甲酯的模拟装置如图所示。下列说法正确的是 ()A图中左侧电极为阴极，右侧电极为阳极B阳极反应：CO2e2CH3OH=(CH3O)2CO2
17、HC质子通过交换膜从阴极区移向阳极区D离子液体必须是水溶液，目的是传递电荷【答案】B9普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述中正确的是()A电极a为粗铜，电极b为精铜B甲膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区C乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区D当电路中通过1 mol电子时，可生成32 g精铜【答案】D【解析】由题意结合电解原理可知，电极a是阴极，为精铜，电极b是阳极，为粗铜，A项错误；甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区，B项错误；乙膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区，
18、C项错误；当电路中通过1 mol电子时，可生成0.5 mol精铜，其质量为32 g，D项正确。10某镍冶炼车间排放的漂洗废水中含有一定浓度的Ni2和Cl，图甲是双膜三室电沉积法回收废水中Ni2的示意图，图乙描述的是实验中阴极液pH与镍回收率之间的关系。下列说法不正确的是()A交换膜b为阴离子交换膜B阳极反应式为2H2O4e=O24HC阴极液pH1时，镍的回收率低主要是有较多H2生成D浓缩室得到1 L 0.5 molL1盐酸时，阴极回收得到11.8 g镍【答案】D11 铈(Ce)是镧系金属元素。空气污染物NO通常用含Ce4的溶液吸收，生成HNO2、NO，再利用电解法将上述吸收液中的HNO2转化为
19、无毒物质，同时生成Ce4，其原理如图所示。下列说法正确的是()AH由右室进入左室BCe4从电解槽的c口流出，且可循环使用C阴极的电极反应式：2HNO26H6e=N24H2OD若用甲烷燃料电池作为电源，当消耗标准状况下33.6 L 甲烷时，理论上可转化2 mol HNO2【答案】C【解析】电解池工作时，H由左室进入右室，参与阴极反应，A项错误；溶液中Ce4为氧化产物，应从电解槽的a口流出，且可循环使用，B项错误；HNO2在阴极发生还原反应，电极反应式为2HNO26H6e=N24H2O，C项正确；标准状况下33.6 L CH4的物质的量为1.5 mol，甲烷燃料电池工作时消耗1.5 mol CH4
20、转移12 mol电子，结合阴极的电极反应式，可知理论上能转化4 mol HNO2，D项错误。12工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法正确的是()已知：Ni2在弱酸性溶液中发生水解氧化性：Ni2(高浓度)HNi2(低浓度)A碳棒上发生的电极反应：2H2e=H2B电解过程中，B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断增大C电解结束时含镍酸性废水几乎不含NiD若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式不会发生改变【答案】B13. 纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制电解液中OH的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示，发生的反应
21、为2CuH2O=Cu2OH2。下列说法正确的是()A钛电极发生氧化反应B阳极附近溶液的pH逐渐增大C离子交换膜应采用阳离子交换膜D阳极反应式是2Cu2OH2e=Cu2OH2O【答案】D【解析】钛电极为阴极，发生还原反应，A错误；铜作阳极，阳极上铜发生失电子的氧化反应，阳极反应式为2Cu2OH2e=Cu2O H2O，OH由阴极区迁移到阳极区参与反应，离子交换膜应为阴离子交换膜，C错误，D正确；由阴极区迁移过来的OH在阳极全部参与反应，阳极附近溶液的pH不变，B错误。14. 厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理，同时得到乳酸，工作原理如图所示(图中HA表示乳酸分子，A表示乳酸根离子)。下列说法正确的是
22、()A通电后，阳极附近pH增大B电子从负极经电解质溶液回到正极C通电后，A通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室D当电路中通过2 mol电子的电量时，会有1 mol的O2生成【答案】C15(1)工业上使用下图装置，采用石墨作电极电解Na2CrO4溶液，使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7，其转化原理为_。(2)CrO3和K2Cr2O7均易溶于水，它们是工业废水造成铬污染的主要原因。要将Cr6转化为Cr3常见的处理方法是电解法。将含Cr2O的废水通入电解槽内，用铁作阳极，在酸性环境中，加入适量的NaCl进行电解，使阳极生成的Fe2和Cr2O发生反应，其离子方程式为_。阴极上Cr2O、H、Fe3都可能
23、放电。若Cr2O放电，则阴极的电极反应式为_；若H放电，则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀，已知：常温下，则阴极区溶液pH的范围为_。【答案】(1)阳极反应为4OH4e=O22H2O，使c(H)增大，从而导致反应2CrO2H=Cr2OH2O发生(2)Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2OCr2O6e14H=2Cr37H2O8pH10【解析】(2)阳极生成的Fe2和Cr2O发生反应，其离子方程式为Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O。若Cr2O放电，则阴极的电极反应式为Cr2O6e14H=2Cr37H2O；若H放电，则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀，根据题意，若生成Cr(OH)3则106 molL1c(OH)104 molL1，则阴极区溶液pH的范围为8pH10。15