第4课时 电解原理的应用
[目标要求] 1.了解氯碱工业、电镀、精炼铜的原理。2.掌握电解原理及其应用。
电解原理的应用
1．氯碱工业：电解饱和食盐水，制取烧碱、氯气和氢气。
电极的反应式(并注明反应类型)
－－阳极：2Cl－2e===Cl2↑ (氧化反应)；
＋－阴极：2H＋2e===H2↑ (还原反应)。
电解总反应式：2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋Cl2↑＋H2↑。
＋其中阴极反应中的H是由水电离产生的。
2．电镀
(1)电镀是应用电解的原理在金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。
阳极：镀层金属，电极本身发生氧化反应??(2)电镀?阴极：待镀金属制品??电镀溶液：含有镀层金属离子的溶液在电镀过程中，电镀液的浓度不变。
3．电解精炼(如电解精炼铜，杂质为铁、锌、金、银)
－2＋(1)粗铜作阳极，电极反应Cu－2e===Cu； 2＋－精铜作阴极，电极反应Cu＋2e===Cu；
电解质溶液CuSO4溶液。
(2) 活泼性较强的铁、锌以离子形式进入溶液，活泼性较差的金、银形成阳极泥。
4．电冶金制取金属
Na、Ca、Mg、Al等活泼金属，很难用还原剂从它们的化合物中还原得到单质，因此必须通过电解熔融的化合物的方法得到。如电解熔融的氯化钠可以得到金属钠：
＋－－－阴极：2Na＋2e===2Na，阳极：2Cl－2e===Cl2↑，
电解总反应式：2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑。
知识点一 氯碱工业
1.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，以下对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是()
A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl
D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
1
答案 B
解析 电解饱和食盐水的方程式为2NaCl＋2H2O电解,2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，NaOH在阴极区生成，Cl2在阳极区生成。按照该学生制作的竖直的家用环保型消毒装置，若将阳极置于上方，则氯气一生成即逸出，不能完全与NaOH反应。显然，应将阳极置于下方，阴极置于上方，下方阳极生成的氯气通过溶液时即可很好地被阴极生成的NaOH吸收。反应为Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。还应注意的是图中电极a、b是电源的电极而非电解池的电极。与电解装置上方阴极相连的a为电源的负极，则b为正极。
2.如图Ⅰ所示是用石墨和铁作电极电解饱和食盐水的装置，请填空：
(1)X的电极名称是__________极，发生的电极反应式为______________，Y极的电极材料是____________，检验X极产物的方法是________________________________。
(2)某同学在实验时误将两种电极材料接反，导致X极上未收集到预期产物，一段时间后又将两极的连接方式纠正过来，发现X极附近出现了白色沉淀，此沉淀是________(填化学式)，其形成原因是___________________________________________________________
________________________________________________________________________， 该沉淀在空气中放置，现象是______________________。
(3)
工业上电解饱和食盐水的方法之一是将两个电极室用离子交换膜隔开(如图Ⅱ所示)，其目的是________________，阳极室(A处)加入____________，阴极室(B处)加入__________，离子交换膜只许__________离子通过。
－－答案 (1)阳 2Cl－2e===Cl2↑ Fe 用湿润的淀粉碘化钾试纸放在X极附近，若试
纸变蓝，说明生成了Cl2
2＋＋－(2)Fe(OH)2 铁作阳极时被氧化为Fe，纠正错误后，这一端又变为阴极，2H＋2e
－2＋===H2↑，生成的OH与Fe结合成Fe(OH)2 先变灰绿色，后变红褐色
(3)防止H2与Cl2混合发生爆炸，防止Cl2与NaOH反应生成NaClO，使NaOH不纯 饱和
＋食盐水 纯水(或NaOH稀溶液) Na
解析 与电源正极相接的为电解池的阳极，与电源负极相接的为电解池的阴极，若接反则金属Fe失去电子而产生Fe(OH)2沉淀。
知识点二 电镀池与精炼铜
3．在铁制品上镀上一层锌层，以下电镀方案中合理的是( )
2＋A．锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Fe
2＋B．锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Zn
3＋C．锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Fe
2＋D．锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Zn
答案 D
2＋解析 要在铁制品上镀锌，应该用锌作阳极，铁制品作阴极，含有Zn的溶液作电镀液，
所以D项正确。
4．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高
2＋2＋2＋纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe<Ni<Cu)( )
2
A．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni＋2e===Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
2＋2＋C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe和Zn
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
答案 D
解析 此题考查的是电解的基本原理。在电解池中，阳极失去电子，化合价升高，发生
2＋2氧化反应，而阴极得到电子，化合价降低，发生还原反应。题目中已经告诉氧化性：Fe<Ni
＋2＋<Cu，可以推出题中几种金属在阳极的放电顺序为：Zn>Fe>Ni>Cu>Pt(惰性金属不放电)，
2＋2＋2＋2＋－2＋阴极的放电顺序为：Zn<Fe<Ni<Cu，所以A中阳极电极反应式有：Zn－2e===Zn，
－2＋－2＋Fe－2e===Fe，Ni－2e===Ni(主要电极反应)。B：由于阳极中Cu和Pt沉于电解槽底部的阳极泥中，而Zn和Fe在阳极放电，在阴极不能放电，因此阳极质量的减少>阴极质量的
2＋2＋2＋＋增加。C：溶液中除了Fe和Zn还有Ni、H等。
5．火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金和银等)，其性能远不能达到电气工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。在电解精炼时( )
A．粗铜接电源负极
B．纯铜作阳极
C．杂质都将以单质形式沉积到池底
D．纯铜片增重2.56 g，电路中通过电子为0.08 mol
答案 D
解析 电解精炼铜时，用粗铜作阳极，用精铜作阴极，所以A、B不正确；锌比铜活泼，
－失电子变成锌离子进入溶液中，金、银不活泼，以单质形式沉淀到池底，C不正确；n(e)
2.56 g＝－1×2＝0.08 mol，D正确。 64 g·mol
知识点三 电化学计算
6．有三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一定时间，测得电极增重总和2.8 g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为( )
A．4∶1 B．1∶1 C．4∶3 D．3∶4
答案 C
解析 串联电路中，相同时间内各电极得或失的电子的物质的量相同，各电极上放出气体的物质的量之比为定值。不必注意电极增重是多少，只要判断出生成何种气体及生成该气体一定物质的量所得失电子的物质的量，就可以通过得失电子守恒，判断气体体积之比，第一个烧杯中放出Cl2，第二个烧杯中放出Cl2和H2，第三个烧杯中放出O2。在有1 mol电子转移时，生成的气体的物质的量分别是0.5 mol、0.5 mol、0.5 mol和0.25 mol。所以共放出有色气体(Cl2)0.5 mol＋0.5 mol＝1 mol，无色气体(O2和H2)0.5 mol＋0.25 mol＝0.75 mol。
7．将含有0.4 mol Cu(NO3)2和0.4 mol KCl的水溶液1 L，用惰性电极电解一段时间后，在一电极上析出19.2 g Cu；此时，在另一电极上放出气体的体积在标准状况下为(不考虑产生的气体在水中的溶解)( )
A．3.36 L B．5.6 L C．6.72 L D．13.44 L 答案 B
2＋－解析 根据电解原理，阴、阳两极发生的电极反应为阴极：Cu＋2e===Cu，阳极：2Cl
－－－2e===Cl2↑。
19.2 g由题意知，在阴极上析出Cu：－1＝0.3 mol，则转移电子0.6 mol，根据电子64 g·mol
－－－－得失守恒分析，阳极上除Cl放电外，OH也会放电产生O2，即4OH－4e===2H2O＋O2↑，经
计算可知得到Cl2 0.2 mol，得到O2 0.05 mol，故阳极放出气体的体积为 (0.2 mol＋0.05
－1mol)×22.4 L·mol＝5.6 L。
3 2＋－
练基础落实
1．关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是( )
A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色
C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色
D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
答案 B
－－解析 电解食盐水时发生的反应：阳极：2Cl－2e===Cl2↑
－－阴极：2H2O＋2e===H2↑＋2OH
通电总反应：2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
对照分析选项，A错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2，滴加KI溶液后发生反应：－－－Cl2＋2I===I2＋2Cl，溶液呈棕色，B正确；阴极附近产生大量的OH，滴加酚酞后变红色，C错误；电解后生成NaOH，溶液呈碱性，D错误。
2．下列关于电解法精炼粗铜的叙述中不正确的是( )
A．粗铜板作阳极
2＋－B．电解时，阳极发生氧化反应，而阴极发生的反应为 Cu＋2e===Cu
C．粗铜中所含Ni、Fe、Au、Ag等金属杂质，电解后以单质形式沉积槽底，形成阳极泥
D．电解铜的纯度可达99.95%～99.98%
答案 C
3．用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重a g时，在阳极上同时产生b L氧气(标准状况)，从而可知M的相对原子质量为( )
22.4 ax11.2 ax5.6 ax2.5 axA. D. bbbb
答案 C
解析 根据得失电子守恒列出物质间的对应关系，设M的相对原子质量为Mr。
xMx＋ ～xe－ ～ O2 4
xMr g 22.4· L 4
a gb L
22.4ax5.6ax解得Mr＝＝。 4bb
4．依据下图判断，下列叙述正确的是(
)
A．Ⅰ是原电池，Ⅱ是电镀装置
B．Ⅰ、Ⅱ装置中锌极上均发生氧化反应
C．Ⅱ、Ⅲ装置中，铜极均发生氧化反应而溶解
2＋D．Ⅱ、Ⅲ装置中Cu浓度基本不变
答案 A
解析 仔细观察三个装置，Ⅰ为原电池，电极反应式为
－2＋2＋－负极(Zn)：Zn－2e===Zn，正极(Cu)：Cu＋2e===Cu，
Ⅱ为电镀池，电极反应式为
－2＋2＋－阳极(Cu)：Cu－2e===Cu，阴极(Zn)：Cu＋2e===Cu，
4
Ⅲ为电解池，电极反应式为
－2＋2＋－阳极(Zn)：Zn－2e===Zn，阴极Cu：Cu＋2e===Cu。 练方法技巧
5．电解CuSO4溶液时，若要达到以下三点要求：①阳极质量减少；②阳极质量增加；
2＋③电解液中c(Cu)不变，则可选用的电极是( )
A．含Zn、Ag的铜合金作阳极，纯铜作阴极
B．纯铜作阳极，含Zn、Ag的铜合金作阴极
C．用纯铁作阳极，用纯铜作阴极
D．用石墨作阳极，用惰性电极(Pt)作阴极
答案 B
解析 根据①，须选择非惰性电极(除石墨、金、铂外的电极)作阳极；根据③，须选择
2＋纯铜为阳极，含有Cu的盐(如硫酸铜溶液)作电解液。至于阴极材料则选择的余地较大，如
B选项中用含Zn、Ag的铜合金作阴极，当然也可用纯铜、石墨、铂等作阴极。
6.请按要求回答下列问题。
(1)根据图1回答①②：
①打开K2，合并K1。
A电极可观察到的现象是________；B极的电极反应式为________。
②打开K1，合并K2。
A电极可观察到的现象是________；B电极的电极反应式为________；
(2)根据图2回答③④：
③将较纯净的CuSO4溶液放入如图所示的装置中进行电解，石墨电极上的电极反应式为________________________________________________________________________，
电解反应的离子方程式为__________________________________________________； ④实验完成后，铜电极增重a g，石墨电极产生标准状况下的气体体积为________L。
2＋－答案 (1)①锌不断溶解 Cu＋2e===Cu
－2＋②A镀上一层红色的铜 Cu－2e===Cu
－－(2)③4OH－4e===2H2O＋O2↑
通电2＋＋2Cu＋2H2O=====2Cu＋O2↑＋4H
22.4a④128
2＋－解析 (1)①此时为原电池，锌为负极，不断溶解，B极为正极，反应为Cu＋2e===Cu。
2＋－②此时为电解池，A极为阴极，反应为Cu＋2e===Cu，故A极上镀上一层红色的铜，
－2＋B极为阳极，反应为Cu－2e===Cu。
－－(2)此时为惰性电极电解CuSO4，石墨极上的反应为4OH－4e===2H2O＋O2↑，总反应的
通电2＋＋离子方程式为2Cu＋2H2O=====2Cu＋O2↑＋4H，
a122.4aV(O2)××22.4 L＝。 642128
7．如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答：
5
(1)电源中X极是________(填“正”或“负”)极。
(2)通电5 min时，B中共收集到224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(CuSO4)＝________。
－(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，电解后溶液中仍有Cl，则电解后溶液的pH＝
________。
－1答案 (1)负 (2)0.025 mol·L (3)13
－－－解析 ①要注意电解的阶段性。如含Cl的溶液中Cl电解完后继续通电会使OH放电，
2＋＋Cu在阴极上被电解完全后H又会放电等。②电极反应式和总反应方程式、电解产物物质的量与得失电子数之间的关系式是电化学计算的主要依据。
(1)铜极增重，说明银在铜极析出，则铜极为阴极，X为负极。
－(2)C中铜极增重2.16 g，即析出0.02 mol Ag，线路中通过0.02 mol电子。由4e～
O2，可知B中产生的O2只有0.005 mol，即112 mL。但B中共收集到224 mL气体，说明还
2＋＋有112 mL是H2，即Cu全部在阴极放电后，H接着放电产生了112 mL H2，则通过0.01 mol
2＋－2＋电子时，Cu已被电解完。由2e～Cu，可知n(Cu)＝0.005 mol，则：
c(CuSO4)＝0.005 mol÷0.2 L＝0.025 mol·L－1。
－－－－－1(3)由4e～4OH知，A中生成0.02 mol OH，则：c(OH)＝0.1 mol·L，pH＝13。 练综合拓展
8．电解原理在化学工业中有着广泛的应用。如图所示表示一个电
解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则电解池中X极上的电极反应式为________。在X极附近观察到的现象是________。Y极上的电极反应式为________，检验该电极反应产物的方法是________。
(2)如果用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则X电极的材料是________，电极反应式为________。Y电极的材料是________，电极反应式为________(说明：杂质发生的电极反应不必写出)。
＋－－－答案 (1)2H＋2e===H2↑ 有气泡冒出，溶液变红 2Cl－2e===Cl2↑ 把湿润的淀
粉碘化钾试纸放在Y电极附近，试纸变蓝
2＋－－2＋(2)纯铜 Cu＋2e===Cu 粗铜 Cu－2e===Cu
＋－解析 (1)与电源负极相连的为阴极，因此，X极为阴极，2H＋2e===H2↑，反应过程
＋－－中消耗了水电离出来的H，溶液呈碱性，加入酚酞试液变成红色；Y极为阳极，2Cl－2e
===Cl2↑，产生的Cl2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝。(2)电解精炼粗铜时，用含杂质的Cu作
2为阳极，纯Cu为阴极。反应过程中阳极上的Cu失去电子，成为离子进入溶液，在阴极Cu
＋得电子。
9.如图，X和Y均为石墨电极。
6
(1)若电解液为滴有酚酞的饱和食盐水，电解反应的离子方程式为_______________； 电解过程中______极(填“阴”或“阳”)附近会出现红色。
(2)若电解液为500 mL含A溶质的某蓝色溶液，电解一段时间后，观察到X电极表面有红色的固态物质生成，Y电极有无色气体生成；溶液中原有溶质完全电解后，停止电解，取出X电极，洗涤、干燥、称量，电极增重1.6 g。
①电解后溶液的pH为________________；要使电解后溶液恢复到电解前的状态，需加入一定量的________________________(填加入物质的化学式)。(假设电解前后溶液的体积不变)
②Y电极产生气体的体积为______________L。
③请你推测原溶液中所含的酸根离子可能是__________________；并设计实验验证你的推测，写出实验的操作步骤、现象和结论：
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
通电－－答案 (1)2Cl＋2H2O=====2OH＋Cl2↑＋H2↑ 阴
(2)①1 CuO或CuCO3(仅答1种即可) ②0.28
③硫酸根离子 取少量待测液于试管中，滴加盐酸无明显现象，继续加入氯化钡溶液，若有白色沉淀产生，则证明是硫酸根离子(或：硝酸根离子 取少量待测液于试管中，加热浓缩后滴加浓硫酸和铜粉，若有红棕色气体产生，则证明是硝酸根离子)
通电－－解析 (1)电解饱和食盐水的离子方程式：2Cl＋2H2O=====2OH＋Cl2↑＋H2↑，在阴极
区生成NaOH，使酚酞溶液变红。
2＋(2)蓝色溶液中可能含有Cu，并且在电解过程中析出红色固体，进一步验证析出的是
通电2＋＋铜；Y电极上析出无色气体，应该是O2，电解离子方程式：2Cu＋2H2O=====2Cu＋O2↑＋4H。
1.6 g＋2＋①根据电解离子方程式得：n(H)＝2n(Cu)＝2×－10.05 mol，故溶液中64 g·mol
0.05 mol－1c(H＋)＝＝0.1 mol·L，溶液的pH＝1。要使溶液恢复到以前，可以加入CuO或0.5 L
CuCO3。
1②根据电解离子方程式得：n(O2)n(Cu)＝0.012 5mol，在标准状况下的体积V(O2)2
－1＝22.4 L·mol×0.012 5 mol＝0.28 L。
2－－③溶液中存在的必须是含氧酸根离子，可以是SO4或NO3；然后利用实验进行检验。
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