第20讲 电能转化为化学能——电解
目标要求 了解电解池的工作原理，能设计简单的电解池。
1．电解和电解池
(1)电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 (2)电解池：电能转化为化学能的装置。 (3)电解池的构成
①有与电源相连的两个电极。 ②电解质溶液(或熔融电解质)。 ③形成闭合回路。 2．电解池的工作原理
(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)
2＋－通电
总反应离子方程式：Cu＋2Cl=====Cu＋Cl2↑。
特别提醒：电子和离子的移动遵循“电子不下水，离子不上线”。 3．阴阳两极上放电顺序
(1)阴极：(与电极材料无关)。氧化性强的先放电，放电顺序：
(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。 若是惰性电极作阳极，放电顺序为
注意 ①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。②最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl>OH；阴极：Ag>Cu>H。③电解水溶液时，K～Al不可能在阴极放电。
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3＋
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2＋
＋
4．分析电解过程的思维程序
理解应用
1．惰性电极电解电解质溶液的四种类型 (1)电解水型 电解质类型 含氧酸，如H2SO4 可溶性强碱，如NaOH 活泼金属含氧电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 溶液pH 电解质溶液复原 阴极：4H＋4e===2H2↑ 阳极：4OH－4e===O2↑＋2H2O 通电总反应式：2H2O=====－－＋－减小 增大 增大 加水 酸盐，如KNO3 2H2↑＋O2↑ (2)
电解质类型 电极反应式及总反应式 阴极：2H＋2e===H2↑ 阳极：2Cl－2e===Cl2↑ 无氧酸，如HCl 通电总反应式：2HCl=====H2↑＋Cl2↑ 阴极：Cu＋2e===Cu 不活泼金属无氧酸盐，如CuCl2 (3)放H2生碱型
阳极：2Cl－2e===Cl2↑ 通电总反应式：CuCl2=====Cu＋Cl2↑ －－2＋－－－＋－不变 电解质溶液浓度 溶液pH 电解质溶液复原 减小 增大 通入HCl 减小 加CuCl2固体 电解质(水溶液) 电极反应式及总反应式 阳极：2Cl－2e===Cl2↑ 阴极：2H＋2e＋－－－电解质浓度 溶液pH 溶液复原 活泼金属的无氧酸盐(如NaCl、KCl) ===H2↑ 总反应式：2Cl＋通电2H2O=====Cl2↑＋H2↑＋2OH －－生成新电解质 增大 通入HCl气体
(4)放O2生酸型
电解质(水溶液) 电极反应式及总反应式 阳极：4OH－4e=== 2H2O＋O2↑ 不活泼金属的含氧酸盐[如CuSO4、Cu(NO3)2] 阴极：2Cu＋4e=== 2Cu 总反应式：2Cu＋2H2O 通电＋=====2Cu＋O2↑＋4H
2.根据金属活动性顺序表，Cu和稀H2SO4不反应，怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2?
答案 Cu作阳极，C作阴极，稀H2SO4作电解质溶液，通入直流电就可以实现该反应。电解反
－2＋＋－＋通电2＋
应式为阳极：Cu－2e===Cu，阴极：2H＋2e===H2↑。总反应式：Cu＋2H=====Cu＋H2↑。
2＋2＋－－－电解质浓度 溶液pH 溶液复原 生成新电解质 减小 加CuO或CuCO3 3．若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98 g Cu(OH)2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为____________。 答案 4NA
解析 方法一：98 g Cu(OH)2的物质的量为1 mol，相当于电解了1 mol的CuSO4后，又电解了1 mol的水，所以转移的电子数为2NA＋2NA＝4NA。
方法二：可以认为整个电路中转移的电子数与Cu(OH)2的O失电子数相等，共4NA。
2－
题组一 电解规律及电极产物的判断
1．(2020·榆林高三模拟)以石墨为电极，电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是( )
A．阴极附近溶液呈红色 C．阳极附近溶液呈蓝色 答案 D
通电
解析 以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI＋2H2O=====2KOH＋H2↑＋I2(类似于电解饱和食盐水)，阴极产物是H2和KOH，阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝)，阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性)，A、B、C正确；由于电解产物有KOH生成，所以溶液的pH逐渐增大，D错误。
2.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。下列有关叙述正确的是( )
B．阴极逸出气体 D．溶液的pH变小
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．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 答案 D
解析 SO4、OH移向B电极，在B电极OH放电，产生O2，B电极附近[H]＞[OH]，石蕊溶液变红，Na、H移向A电极，在A电极H放电产生H2，A电极附近[OH]＞[H]，石蕊溶液变蓝，C项错误、D项正确；A电极产生的气体体积大于B电极，A项错误；两种气体均为无色无味的气体，B项错误。
题组二 电子守恒在电化学计算中的应用
3．(2020·延安调研)以铅蓄电池为电源，石墨为电极电解CuSO4溶液，装置如下图。若一段时间后Y电极上有6.4 g 红色物质析出，停止电解。下列说法正确的是( )
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A．a为铅蓄电池的负极 B．电解过程中SO4向右侧移动 C．电解结束时，左侧溶液质量增重8 g
D．铅蓄电池工作时，正极电极反应式为：PbSO4＋2e===Pb＋SO4 答案 C
解析 Y极有Cu析出，发生还原反应，Y极为阴极，故b为负极，a为正极，A错误；电解过程中阴离子向阳极移动，B错误；阴极反应式为Cu＋2e===Cu，阳极反应式为4OH－4e
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2－
===O2↑＋2H2O，当有6.4 g Cu析出时，转移0.2 mol e，左侧生成1.6 g O2，同时有0.1 mol (9.6 g) SO4进入左侧，则左侧质量净增加9.6 g－1.6 g＝8 g，C正确；铅蓄电池的负极是Pb，正极是PbO2，正极反应式为PbO2＋2e＋4H＋SO4===PbSO4＋2H2O，D错误。
4．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3)＝0.6 mol·L，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是( ) A．原混合溶液中c(K)为0.2 mol·L B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子 C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol D．电解后溶液中c(H)为0.2 mol·L 答案 A
解析 石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为4OH－4e===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu＋2e===Cu,2H＋2e===H2↑。从收集到O2为2.24 L可推知上述电解过程中共转移0.4 mol 电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子，所以Cu
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2＋
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共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol电子，电解前Cu的物质的量和电解得到的Cu的物质
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2＋
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＋
的量都为 0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K)＋2c(Cu)＝c(NO3)，c(K)＋c(H
＋
)＝c(NO3)，不难算出：电解前c(K)＝0.2 mol·L，电解后c(H)＝0.4 mol·L。
电化学综合计算的三种常用方法
－＋－1＋－1
(1)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。
2021高考化学一轮复习第6章化学反应与能量转化第20讲电能转化为化学能__电解学案
