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第19讲　电解池及其应用
复习目标 1. 理解电解池工作原理，能写出常见的电解总反应式和电极反应式。2. 了解电解池在工业上的几种常见应用，能利用电解池知识防止金属腐蚀。
熟记网络
课前自测 1. 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1) (2020·江苏卷)氧化铝熔点高，故可用作电解冶炼铝的原料( 　　)(2) (2019·江苏卷)Al2O3具有两性，故可用于电解冶炼铝( 　　)(3) 电解精炼铜时，电解质溶液的浓度不变( 　　)(4) 电解精炼铜时，阳极泥中含有Zn、Fe、Ag、Au等金属( 　　)(5) 电镀时，应把待镀金属置于电解槽的阴极( 　　)(6) (2017·江苏卷)电解饱和食盐水获取烧碱和氯气：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－( 　　)(7) (2022·浙江卷)工业上通过电解六水合氯化镁制取金属镁( 　　)2. 完成下列填空。(8) (2024·南京外国语学校) 电解含Na3SbS3、Na2S、NaOH的溶液制备Sb的过程中，阳极上发生的两个电极反应，分别为_________________________________、__________________________。(9) (2022·江苏卷)某电解池的阳极区为酸性CuCl溶液，阴极区为盐酸，电解过程中CuCl转化为CuCl。电解时阳极发生的主要电极反应式为_________________________________________。
考点1　电解池工作原理
知 识 梳 理
电解池的定义及工作原理
1. 定义：将______转化为_________的装置叫电解池。
2. 工作原理(以用惰性电极电解CuCl2溶液为例)
(1) 电极反应式。
阴极：_______________________________________
阳极：_____________________________________________
(2) 总反应：_________________________________。
(3) 电子流向：___________________________。
(4) 离子迁移方向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。
阴、阳极的判断
1. 阴、阳极的判断依据
(1) 依据外接电源判断：与外接电源正极相连的一极是___极，与外接电源负极相连的一极是___极。
(2) 依据电子流向判断：电子流出的一极是___极，电子流入的一极是___极。
(3) 依据电极反应判断：得到电子发生还原反应的一极是___极，失去电子发生氧化反应的一极是___极。
(4) 依据离子迁移方向判断：阴离子移向的一极是阳极，阳离子移向的一极是阴极。
(5) 依据电极现象判断：一般质量减小或产生氧气、氯气的一极是阳极，质量增大或产生氢气或电极附近溶液能使无色酚酞变红的一极是阴极。
2. 阴、阳极放电分析
(1) 阴极(发生还原反应)放电顺序：
①阴极材料不参与放电，一般是电解液(或熔融电解质)中的阳离子在阴极上得电子。
②常见阳离子得电子顺序：Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H2O。溶液中K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋等不参与放电。
(2) 阳极(发生氧化反应)放电顺序：
①若阳极为金属电极(除Pt、Au外的其他金属)，如Fe和Cu，则阳极材料直接失去电子(阳极材料被消耗)。
②若阳极为惰性电极(如C、Pt、Au)，则阳极材料不参与放电，一般是电解液(或熔融电解质)中的阴离子在阳极上失电子。常见阴离子失电子顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－。NO、SO等不参与放电，由溶液中的H2O去放电。
用惰性电极电解水
电解液 电解对象 总反应 溶质特点及作用 电极反应式 电解后溶液pH变化
NaOH溶液 _________ 2H2O2H2↑＋O2↑ 不改变总反应，作用是增强溶液的导电性 阳极：_______________________________阴极：______________________________ ______
稀硫酸 阳极：______________________________阴极：_______________________________ ______
Na2SO4溶液 阳极：______________________________阴极：______________________________ ______
①溶液中活泼金属的阳离子不参与放电(如K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋)。
②溶液中复杂的阴离子不参与放电(如SO、NO)。
用惰性电极电解有关盐(如CuSO4、NaCl)溶液
盐溶液 电极反应式及总反应 电解后溶液pH变化
NaCl溶液 阳极：_________________________________________阴极：____________________________________________________总反应：_________________________________________________ ______
CuSO4溶液 阳极：__________________________________________________阴极：_______________________________________总反应：________________________________________________ ______
解疑释惑26
利用电解原理实现“碳中和”
1. 电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理如图所示。其中阴极CO2还原为HCOO－。
2. 利用电解的方法来制备物质或处理废水(一般考查电极反应式的书写——利用溶液中的电解质主要离子要参与配平，如HCO等)。
例1　(2024·姜堰中学)电催化CO2和含氮物质可合成尿素，同时可解决含氮废水污染问题。常温常压下，向一定浓度的KNO3溶液通入CO2至饱和，经电解获得尿素，其原理如图1所示。电解过程中生成尿素的电极反应式为____________________________________________________________________。
例2　(2024·苏州期末)用加Ni3(BO3)2晶体作催化剂，以CO2、N2为原料，电解KHCO3溶液可获得尿素。生成尿素的电极反应式为_____________________________________________________________。
例3　(2024·南京盐城一模)催化电解吸收CO2的KOH溶液可将CO2转化为有机物。HCO在阴极放电生成CH3COO－的电极反应式为_____________________________________________________________。
例4　(2024·南通一模)以过渡金属作催化剂，利用如图2所示装置可实现CO2转化：
写出阴极表面的电极反应式：___________________________________________________________。
例5　(2024·镇江市名校期初)CO2通过电解法转化为HCOO－的反应机理如图3所示，Pt电极上覆盖的Nafion膜是一种阳离子交换膜，对浓度不高的HCOO－有较好的阻拦作用，可让H2O自由通过。Sn电极上生成HCOO－的电极反应式为_______________________________________________________________。
典 题 悟 法
如何判断装置是电解池
　下列装置不属于电解池的是( 　　)
电解原理
　(2023·南京模拟)一种电解法制备Na2FeO4的装置如图所示。
下列说法正确的是( 　　)
A. 电解时化学能转化为电能
B. 电解时应将铂电极与直流电源正极相连
C. 电解过程中转移2 mol e－，理论上可获得标准状况下的H2 11.2 L
D. 电解时铁电极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O
电解池电极反应式的书写
　(1) (2024·江苏部分学校联考)一种高温固体氧化物电解水制氢原理如图1所示。通过施加高温下的电压，使电解质中的O2－从阴极一侧迁移到阳极一侧，同时氧化为O2。电解时阴极发生的电极反应式为_______________________________________________。
(2) (2024·常州一中)工业上也可以用电解磷铁渣FeP的方法制备FePO4。FeP在阳极放电的电极反应式为________________________________________________________________________。
考点2　电解的应用
知 识 梳 理
电冶
利用电解熔融盐或熔融氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。
1. 冶炼钠图例说明
阴极环绕在阳极外面，两极之间用隔膜隔开；在阴极区得到液态钠，在阳极区得到氯气。
2. 冶炼钠、镁、铝的电极反应式
冶炼金属 总反应及电解反应式
钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑阳极：__________________________________________阴极：_________________________________
镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑阳极：__________________________________________阴极：_______________________________________
铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑阳极：_______________________________________阴极：_______________________________________
(1) AlCl3是共价化合物，熔融时不导电，所以不能用电解熔融AlCl3的方法来制备Al单质。
(2) Al2O3的熔点很高，在电解熔融Al2O3制备Al单质时，常加入冰晶石，降低Al2O3的熔融温度。
电解精炼铜
1. 铜的电解精炼示意图
　
2. 粗铜(含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)精炼
(1) 电极材料及电极反应式：
阳极材料：______，
阳极反应式(至少写4个)：
_______________________________________、_______________________________________、
_______________________________________、_______________________________________。
阴极材料：______，
阴极反应式：_______________________________________。
(2) 电解质溶液：_____________________。
(3) 电解液中的c(Cu2＋)：______(填“增大”或“减小”)。
(4) 由于杂质的存在，一般情况下，阳极金属减轻的质量_________(填“等于”或“不等于”)阴极金属增加的质量。
电镀(以电镀银为例)
1. 电镀银原理示意图
(1) 电极材料
①阳极：镀层金属(银)。
②阴极：待镀金属制品。
(2) 电镀液：含_________的电解质溶液。
2. 电极反应式
阳极：_________________________________；阴极：_________________________________。
3. 电镀液中c(Ag＋)：______(填“增大”“减小”或“不变”)。
4. 阳极金属减轻的质量______(填“等于”或“不等于”)阴极金属增加的质量。
氯碱工业
1. 离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图
2. 电极反应式
阳极：__________________________________________。
阴极：_____________________________________________________。
总反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
_________是阳极产物，_____________________是阴极产物。
注意：电解所用的食盐水要精制。
3. 阳离子交换膜的作用
(1) __________________________________________；
(2) _________________________________________________________。
4. 阴极室加入NaOH稀溶液的作用是_______________，且不引入杂质。
金属的防护
典 题 悟 法
电镀与精炼
　下列说法正确的是( 　　)
A. 用如图1所示装置在铁制品表面镀铜，不能达到实验目的
B. 图2所示装置可用于粗铜的提纯
C. 电解精炼粗铜时，阴极减少的质量等于阳极增加的质量
D. (2024·江苏卷)实验室利用图3所示装置进行铁钉镀锌实验
电解溶液与电解熔融电解质(电冶)
　下列指定反应的离子方程式书写正确的是( 　　)
A. 用惰性电极电解MgCl2溶液Mg2＋＋2Cl－Mg＋Cl2↑
B. 用铜作电极电解NaCl溶液：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－
C. 用惰性电极电解NaCl溶液：2Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑
D. 电解熔融氧化铝：4Al3＋＋6O2－4Al＋3O2↑
电解原理在生活、生产中的应用
　(2024·南师苏州附中)用间接电化学法可对大气污染物NO进行无害化处理，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( 　　)
A. 电极Ⅰ为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B. 电解时H＋由电极Ⅰ向电极Ⅱ迁移
C. 吸收塔中的反应为2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO
D. 每处理1 mol NO，可同时得到32 g O2
光解装置
　氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体。利用太阳能电池电解NH3得到高纯H2的装置如图所示。下列说法正确的是( 　　)
A. 该装置工作时只发生两种形式能量的转化
B. 电解过程中OH－由b极区向a极区迁移
C. 电解时b极区溶液中n(KOH)减少
D. 电解过程中1 mol NH3参与反应，得到3×6.02×1023个电子
　(1) (2023·南京、盐城一模)我国科学家以Si/Bi材料作光电阴极、CO2饱和的0.5 mol/L KHCO3溶液作电解液(pH＝7.4)，将CO2转化为HCOOH，原理如图所示。
根据图示写出光电阴极反应式：_________________________________________________________。
(2) (2023·泰州中学)碱性环境下直接电解Na[Ga(OH)4]溶液得到金属镓，阴极的电极反应式为____________________________________________________________。
(3) 将Ga(OH)3溶解到NaOH溶液中会生成GaO，再电解得到金属镓。电解时，GaO在阴极放电的电极反应式为_________________________________________________________。
1. (2023·南师附中)电催化氮气制备铵盐和硝酸盐的原理如图所示。下列说法正确的是( 　　)
A. a极反应式为N2＋12OH－－10e－===2NO＋6H2O
B. 电解一段时间，a、b两电极区的pH均减小
C. 电解过程中H＋从a极通过质子交换膜转移至b极
D. 相同时间内，a、b两极消耗N2的物质的量之比为5∶3
2. (2024·江苏各地模拟题重组)下列说法正确的是( 　　)
A. 电解精炼铜时阴极反应：Cu－2e－===Cu2＋
B. 电解MnSO4溶液制备的MnO2在阴极生成，过程中同时生成可循环利用的物质H2SO4
C. 电解KHF2与HF的混合物时，HF转化为F2，则电解KHF2与HF混合物时的阴极反应为
HF＋HF－2e－===F2↑＋H2F＋
D. 电解饱和NaCl溶液的阴极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
3. (2024·连云港模拟)利用电解可以将气态苯()转化为环己烷()，其电解装置如图所示。下列有关说法正确的是( 　　)
A. 电解时，电极A与电源的正极相连
B. 电解时，电极B上产生的气体为H2
C. 反应中每生成1 mol，转移电子数约为6×6.02×1023
D. 电解的总反应：
4. (2024·苏锡常镇一模)催化电解含较低浓度的HCHO、NaOH混合溶液，可获得H2与HCOONa(如图所示)。
(1) 电解时，电极b上同时产生H2与HCOO－的物质的量之比为1∶2，则电极b上的电极反应式为______________________________________________________________________________。
(2) 电解过程中每产生1 mol H2，通过阴离子交换膜的OH－为___mol。
第19讲　电解池及其应用
[备考导航]
1. (1) ×　(2) ×　(3) ×　(4) ×　(5) √　(6) √
(7) ×　(8) ×
2. (8) 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　S2－－2e－===S　(9) CuCl＋2Cl－－e－===CuCl
考点1
[知识梳理]
知识1　1. 电能　化学能
2. (1) Cu2＋＋2e－===Cu　2Cl－－2e－===Cl2↑
(2) CuCl2Cl2↑＋Cu　(3) 阳极→正极，负极→阴极
知识2　1. (1) 阳　阴　(2) 阳　阴　(3) 阴　阳
知识3
H2O　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　增大
2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
2H＋＋2e－===H2↑　减小
2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　不变
知识4
2Cl－－2e－===Cl2↑　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH　增大
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　Cu2＋＋2e－===Cu
2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4　减小
解疑释惑26
2. 例1　2NO＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O
【解析】 由图可知，装置为电解池，尿素在左侧电极生成，NO转化为尿素，N元素从＋5价降低为－3价，得电子，左侧为阴极，结合装置中的质子交换膜，电极反应式为2NO＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O。
例2　N2＋6e－＋6HCO＋CO2===CO(NH2)2＋6CO＋H2O
例3　11HCO＋8e－===CH3COO－＋9CO＋4H2O
例4　2CO2＋12e－＋12HCO===C2H4＋12CO＋4H2O
例5　H＋＋CO2＋2e－===HCOO－或HCO＋CO2＋2e－===HCOO－＋CO
[典题悟法]
典例1　D　【解析】 D项装置中没有外接电源，没有标“＋、－”极或注阴、阳极等，不属于电解池装置，D符合题意。
典例2　D　【解析】 电解时电能转化成化学能，A错误；铂电极为阴极，将铂电极与直流电源负极相连，B错误；阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，转移2 mol电子时，生成1 mol氢气，标准状况下氢气的体积为22.4 L，C错误。
典例3　(1) H2O＋2e－===H2↑＋O2－　
(2) FeP＋4H2O－8e－===FePO4＋8H＋
【解析】 (1) 电解水制氢，电解时阴极上H2O(g)得电子生成H2、O2－，电极反应式为H2O＋2e－===H2↑＋O2－。(2) 由图可知，与直流电源正极相连的磷铁渣为电解池的阳极，水分子作用下FeP在阳极失去电子发生氧化反应生成磷酸铁和氢离子，电极反应式为FeP＋4H2O－8e－===FePO4＋8H＋。
考点2
[知识梳理]
知识1　2. 2Cl－－2e－===Cl2↑　Na＋＋e－===Na
2Cl－－2e－===Cl2↑　Mg2＋＋2e－===Mg
2O2－－4e－===O2↑　Al3＋＋3e－===Al
知识2
2. (1) 粗铜　Cu－2e－===Cu2＋　Zn－2e－===Zn2＋
Fe－2e－===Fe2＋　Ni－2e－===Ni2＋
精铜　Cu2＋＋2e－===Cu
(2) CuSO4溶液　(3) 减小　(4) 不等于
知识3
1. (2) Ag＋　2. Ag－e－===Ag＋　Ag＋＋e－===Ag
3. 不变　4. 等于
知识4　2. 2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　Cl2　H2、NaOH
3. (1) 避免H2和Cl2混合引起爆炸
(2) 避免Cl2和NaOH反应，提高碱的纯度
4. 增强导电性
[典题悟法]
典例4　D　【解析】 铜为镀层金属，与电源正极相连，能达到实验目的，A错误；粗铜提纯时，粗铜作阳极，精铜作阴极，B错误；一般情况下，电解精炼铜时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，C错误；该装置为电解池，铁钉与电源负极相连作阴极，锌片与电源的正极相连作阳极，电解质溶液为ZnCl2溶液，可以实现铁钉上镀锌，D正确。
典例5　D　【解析】 用惰性电极电解MgCl2溶液的离子方程式为Mg2＋＋2Cl－＋2H2O===Mg(OH)2↓＋H2↑＋Cl2↑，A错误；铜作阳极时，铜失电子变成Cu2＋，Cl－不参与反应，B错误；用惰性电极电解NaCl溶液的离子方程式：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－，C错误；氧化铝在熔融状态下能电离成自由移动的离子，D正确。
典例6　C　【解析】 在电解池中，HSO变成了S2O，S元素化合价降低，电极Ⅰ为阴极，电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O，A错误；电解时，阳离子向阴极移动，电极Ⅰ为阴极，H＋由电极Ⅱ向电极Ⅰ移动，B错误；吸收塔中NO变N2，S2O变成HSO，C正确；整个装置中转移的电子数相同，处理1 mol NO，N元素的化合价从＋2降低到0，转移了2 mol电子，阳极(电极Ⅱ)发生反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，故若生成32 g(即1 mol)O2需要4 mol电子，D错误。
典例7　B　【解析】 该装置工作时，太阳能转化为电能、光能和热能，电能转化为化学能和热能，故能量转化形式不止两种，A错误；电解时，a电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，b电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，b电极为阴极，a电极为阳极，故电解过中OH－由b极区向a极区迁移，B正确；由于K＋不能进行迁移，故b极区n(KOH)不变，C错误；NH3参与反应时失电子，D错误。
典例8　(1) CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO
(2) [Ga(OH)4]－＋3e－===Ga＋4OH－
(3)GaO＋3e－＋2H2O===Ga＋4OH－
[质量评价]
1. C　【解析】 a极上，N2→NO，发生氧化反应，a极为阳极，酸性水溶液中，反应物和产物中不出现OH－，电极反应式为N2＋6H2O－10e－===2NO＋12H＋，A错误；b极为阴极，阴极反应式为N2＋6e－＋8H＋===2NH，电解一段时间，阴极区消耗H＋，溶液pH增大，B错误；a极为阳极，b极为阴极，电解过程中H＋从a极通过质子交换膜转移至b极，C正确；根据化合价升降守恒，10na极(N2)＝6nb极(N2)，电解一段时间，a、b两极消耗N2的物质的量之比为3∶5，D错误。
2. D　【解析】 电解精炼铜时阴极上Cu2＋得到电子被还原为Cu单质，电极反应式：Cu2＋ ＋2e－===Cu，A错误；电解时，Mn2＋在阳极被氧化生成MnO2，B错误；阴极发生还原反应，得到电子，C错误；电解饱和NaCl溶液的阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，D正确。
3. C　【解析】 由图可知，苯转化为环己烷，发生加氢还原反应：＋6e－＋6H＋―→，故电极A为阴极，与电源负极相连，A错误；电极B为阳极，发生反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，B错误；电解的总反应：＋6H2O―→＋3O2↑，D错误。
4. (1) 2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O　(2) 1
【解析】 (1) 电解时，电极b与电源正极相连，是电解池的阳极，HCHO失去电子同时产生H2与HCOO－，电极a是阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。(2)电解过程中每产生1 mol H2，每个电极上各产生0.5 mol H2，故通过阴离子交换膜的OH－为1 mol。

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