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电解原理和规律

【考纲要求】
1．了解电解池的工作原理，结合原电池工作原理，加深对化学能与电能相互转化的理解。
2．掌握离子的放电顺序，能写出电极反应式和电解池总反应方程式。
3．掌握电解产物的判断和计算。
【考点梳理】
考点一：电解原理
1．电解的定义：使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解。
电解是最强有力的氧化还原手段，可将不能自发进行的氧化还原反应得以发生。
2．电解池的装置特点：有外接电源，将电能转化为化学能。
3．形成条件：（1）与电源两个电极相连；（2）电解质溶液（或熔融的电解质）；（3）形成闭合回路。
4．阴阳极的判断及反应：
考点二：原电池与电解池的比较
原电池
电解池
能量转化
化学能→电能
电能→化学能
反应特征
自发进行
非自发进行
装置举例
电极
电池的正、负极由电极材料决定
负极：较活泼的金属
正极：较不活泼的金属、金属氧化物、非金属导体
阴、阳极由所连电源决定
阴极：接直流电源负极
阳极：接直流电源正极
电极反应
负极：失去电子、发生氧化反应
正极：得到电子、发生还原反应
阳极：阴离子或金属单质失电子发生氧化反应
阴极：阳离子得电子发生还原反应
电子流向
负极正极
考点三：电解规律
1．电极材料
（１）活性电极：既导电又能反应（针对阳极，指金属活动顺序表Ag及Ag以前的金属。）
（２）惰性电极：只导电不溶解（惰性电极一般指金、铂、石墨电极，而银、铜等均是活性电极。）2．离子放电顺序
（1）阳极：阴离子放电顺序
（活性金属）＞　S2—＞I—＞Br—＞Cl—＞OH—＞含氧酸根＞F—
（实际上在水溶液中的电解，OH—后面的离子是不可能放电的，因为水提供OH—的会放电）（2）阴极：阳离子放电顺序　　阴极本身被保护，直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序：　　Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+（酸中）＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+（水中）＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+。
要点诠释：　　　　　　 　阴阳离子在两极上放电顺序复杂，与离子性质、溶液浓度、电流强度、电极材料等都有关，不应将放电顺序绝对化，以上仅是一般规律。3．电极反应式和电解总方程式
（1）电极反应式的书写
①首先判断阴、阳极，分析电极材料，判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。阳极为金属活性电极时，电极材料放电。
②再分析溶液中的离子种类，根据离子放电顺序，分析电极反应，并判断电极产物，写出电极反应式。
③电解水溶液时，应注意放电顺序中H+、OH―之后的离子一般不参与放电反应。
（2）电解化学方程式的书写
①必须在长等号上标明“电解”。
②仅是电解质被电解，电解化学方程式中只写电解质及电解产物。
如电解CuCl2溶液：CuCl2Cu+Cl2↑
③仅有水被电解，只写水及电解产物即可。
如电解NaOH溶液、稀H2SO4：2H2O2H2↑+O2↑。
④电解质、水同时被电解，则都要写进方程式。
如电解AgNO3溶液：4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3。
4．电解类型
类型
电极反应特点
电解质
组成特点
实例
电解
对象
电解质
浓度
pH
电解质溶液复原需加入物质
电解
水型
阴极：4H++4e―==2H2↑
阳极：
4OH――4e―==2H2O+O2↑
可溶性强碱
NaOH
水
增大
增大
水
含氧酸
H2SO4
水
增大
减小
水
活泼金属
含氧酸盐
Na2SO4
水
增大
不变
水
分解电
解质型
电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电
无氧酸
HCl
电解质
减小
增大
氯化氢
不活泼金属
无氧酸盐
CuCl2
电解质
减小
——
氯化铜
放H2
生碱型
阴极：2H++2e－==H2↑
阳极：电解质阴离子放电
活泼金属
无氧酸盐
NaCl
电解质和水
生成新电解质—碱
增大
氯化氢
放O2
生酸型
阴极：电解质阳离子放电
阳极：4OH――4e―==O2↑+2H2O
不活泼金属
属含氧酸盐
CuSO4
电解质和水
生成新电解质—酸
减小
氧化铜
考点四：电解池中有关量的计算或判断
解题依据是得失电子守恒，解题方法一般有如下几种：
（1）根据电子守恒法计算：
用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，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，最后根据总反应式计算。
（3）根据关系式计算：
根据得失电子守恒关系，在已知量与未知量之间，建立计算所需的关系式。
【典型例题】
类型一、 电解原理
例1．用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。下列分析正确的是(　　)
A.a端是直流电源的负极
B.通电使CuCl2发生电离
C.阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－＝Cu
D.通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体
【思路点拨】离子放电顺序：Cl－＞OH－；Cu2+＞H+
【答案】A
【解析】电解过程中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，阴极与直流电源的负极相连，阳极与直流电源的正极相连，A项正确；电解质在溶液中的电离是因为水分子的作用，与通电无关，B项错误；电解过程中阳极上发生的反应为氧化反应，阳极反应为2Cl－－2e－＝C12↑，在阳极附近可观察到黄绿色气体（氯气），C、D项错误。
【总结升华】对于电解池，首先要考虑阳极材料，若为惰性电极，溶液中的阴离子被氧化；若为活性电极，则被氧化的是电极本身。
举一反三：
【变式1】（2019 海南模拟）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 B．阴极逸出气体
C．阳极附近溶液呈蓝色 D．溶液的pH变小
【答案】D
【解析】以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI+2H2O2KOH+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），ABC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。
【变式2】（2019 北京通州摸底）原电池与电解池在生活和生产中有着广泛应用。下列有关判断中错误的是（ ）

A．装置①研究的是金属的吸氧腐蚀，Fe上的反应为Fe－2e－==Fe2+
B．装置②研究的是电解CuCl2溶液，它将电能转化为化学能
C．装置③研究的是电解饱和食盐水，电解过程中，B极上发生氧化反应
D．三个装置中涉及的主要反应都是氧化还原反应
【答案】C
【解析】装置③B极为阴极，发生的是还原反应。
类型二、 酸、碱、盐溶液的电解规律
例2．用铂电极电解下表中各组物质的稀溶液（如图）一段时间后，甲、乙两池中溶液的pH均减小，且在①和④两极的电极产物的物质的量之比为1∶2的是（ ）
选项
A
B
C
D
甲
KOH
H2SO4
Na2SO4
CuSO4
乙
CuSO4
AgNO3
HCl
HNO3
【思路点拨】甲乙装置为串联在一起的电解池，电极①与外接电源的正极相连做阳极、发生氧化反应。
【答案】D
【解析】甲中电解KOH时，实质为电解水，电解质溶液浓度增大，溶液pH增大，A不正确；甲中为硫酸时，甲中pH减小，①为阳极生成氧气，④为阴极生成银单质，当有1 mol氧气生成时会生成4 mol的银单质，B不正确；甲中为Na2SO4时，通电之后溶液pH不发生变化，C不正确；甲为硫酸铜溶液时，①为阳极：4OH――4e―==2H2O+O2↑，阴极：Cu2++2e―==Cu，溶液pH减小，乙中为硝酸，电解时溶液pH减小，④为阴极：2H++2e―==H2↑，当转移电子数相同时，在①和④两极的电极产物的物质的量之比为1∶2，D正确。
【总结升华】用惰性电极电解酸、碱、盐溶液，其溶液pH变化的判断方法是：先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物，即无氧只放氢，pH升；无氢有氧放，pH降；氢、氧一齐放，是碱pH升，是酸pH降。
举一反三：
【变式1】右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊试液，下列实验现象中正确的是（ ）
A．逸出气体的体积a电极的小于b电极的
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电极附近出现蓝色
D．a电极附近呈蓝色，b电极附近出现红色
【答案】D
【变式2】用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一种物质（中括号内），溶液能与原来溶液完全一样的是（ ）。
A．CuCl2 [CuO] B．NaOH [NaOH] C．NaCl [HCl] D．Na2SO4 [NaOH]
【答案】C
【解析】A应补充适量的CuCl2，B、 D均应补充适量的水；C中阳极：2Cl－－2e－==Cl2↑，阴极：2H++2e－==H2↑，损失的是HCl，因此需要补充适量的HCl。
【总结升华】溶液恢复为与原来溶液完全一样的是指：反应后的溶质要恢复原来的溶质，并且其浓度也要恢复为原来的浓度。
类型三、 电解的有关计算
例3．用两支惰性电极插入500mL的AgNO3溶液中，通电电解。当电解质溶液的pH由6.0变为3.0时（设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略），则电极上析出银的质量是（　 ）　　A．27mg　　 B．54mg　　 C．108mg　　 D．216mg　　【思路点拨】忽略电解前的氢离子，即生成的氢离子浓度为10-3mol/L。利用电解方程式进行计算。
【答案】B
【解析】由总的电解反应式：4AgNO3+2H2O4Ag+ O2↑+4HNO3
得计算关系式：4Ag~O2~4H+~4e—
因为有HNO3生成，所以pH要变小。生成HNO3的物质的量为(10-3－10-6)×0.5 mol≈0.5×10-3mol（即忽略原溶液中的氢离子），所以析出银的质量为0.5×10-3mol×108g/mol=54mg 　
【总结升华】依电子得失守恒，可得常见的计算关系式：2Cu~2H2~2Cl2 ~4Ag~O2~4H+~4OH- ~4e—
举一反三：

【变式1】电解2L 4mol/L的NaCl溶液，当电路中通过0.02mol电子时，若不考虑由于电解而引起的溶液体积的变化，则溶液的pH为
A．2 B．7 C．11 D．12
【答案】D

【变式2】Na2SO4和CuSO4的混合溶液1L，硫酸根离子的浓度为2mol/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22.4L(标准状况)气体,则原溶液中C(Na+)为　　A．0.5mol/L　 　B．1mol/L　　 C．1.5mol/L　 　D．2mol/L
【答案】D
【巩固练习】
一、选择题（每题只有1个选项符合题意）
1．如图所示右边的金属片发生氧化反应的是
2．X、Y、Z、M四种金属，已知X可以从Y的盐溶液中置换出Y。X和Z作原电池电极时，Z为正极。Y和Z的离子共存于电解质溶液中，Y离子先放电。M的离子氧化性强于Y的离子。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序是（ ）
A、XYZM B、XZMY C、MZXY D、XZYM
3．（2019 湖南祁阳县二模）如图所示，甲、乙两个装置，所盛溶液体积和浓度均相同且足量，当两装置电路中通过的电子都是1mol时，下列说法不正确的是（　　）。
A．溶液的质量变化：甲减小乙增大
B．溶液pH变化：甲减小乙增大
C．相同条件下产生气体的体积：V甲=V乙
D．电极反应式：甲中阴极为Cu2++2e-=Cu，乙中负极为Mg-2e-=Mg2+
4．用惰性电极分别电解下列溶液，其pH变化趋势相同的是（ ）
A、H2SO4、Na2SO4 B、H2SO4、NaOH
C、AgNO3、BaCl2 D、HCl、NaCl
5．工业上电解食盐水的阴极区产物是（ ）
A、氯气 B、氢气和氯气 C、氢气和氢氧化钠 D、氯气和氢氧化钠
6．用石墨做电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使用电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的（　 ）　　A．CuSO4　　　 B．H2O　　　C．CuO　　　 D．CuSO4·5H2O
7．将两个铂电极插入500mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064g（设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化）。此时，溶液中H+浓度约为（　 ）　　A．4×10-3mol/L　　 B．2×10-3?mol/L　　 C．1×10-3?mol/L　　 D．1×10-7mol/L
8．将质量分数为5 .2%NaOH溶液1L（密度1.06g/cm3）用铂电极电解，当溶液的质量分数改变1.0%时停止电解，则此时溶液中应符合的关系是（ ）
NaOH的质量分数
阳极析出物质的质量/g
阴极析出物质的质量/g
A
6.2%
19
152
B
6.2%
152
19
C
4.2%
1.2
9.4
D
4.2%
9.4
1.2
9．用石墨作电极电解CuCl2溶液，当通电一段时间后，阳极收集到2.24 L气体(标准状况)。下列有关说法正确的是（ ）　　A．阴极生成的铜为3.2g?　　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0.5mol?　　D．电解后溶液呈碱性10．（2019·广州7校联合体第三次测试题）某学习小组为研究电化学原理，设计右图装置。下列叙述正确的是（ ）
A．K与M、N均断开，一段时间后电解质溶液质量变大
B．K分别与M、N相连时，铁均受到保护
C．K与M相连时，每转移1mol电子Fe表面生成32gCu
D．K与N相连时， 碳棒上产生使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝的气体
11．按下图装置进行实验，下列描述不正确的是（N装置中两个电极均为石墨棒）( )
A. C1上发生氧化反应
B. M 装置中SO42－移向Cu电极
C. 工作一段时间后装置M 中溶液pH变大，
装置N中溶液pH变小
D. Cu电极与C2电极上的电极反应相同
12．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、无臭气体放出。符合这一情况的是下表中的（ ）。
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
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
二、填空题
1．采用惰性电极，从NO3－、SO42－、Cl－、Cu2+、Ba2+、Ag+、H+中选出适当的离子组成电解质并电解。
（1）若两极分别放出H2和O2，电解质可能为________。
（2）若阴极析出金属，阳极放出O2，电解质可能为________。
（3）若两极均放出气体，且体积之比为1∶1，电解质可能为________
（4）若既无O2又无H2放出，电解质可能为________。
2．（2019 北京西城质检）右图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。（指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸色—红色，碱色—黄色）
回答下列问题：
（1）下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是____（填编号）；
①A管溶液由红变黄； ②B管溶液由红变黄；
③A管溶液不变色； ④B管溶液不变色；
（2）写出A管中发生反应的反应式：________________________；
（3）写出B管中发生反应的反应式：________________________；
（4）检验a管中气体的方法是_______________________________；
（5）检验b管中气体的方法是_______________________________；
（6）电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是_______________。
【答案与解析】
一、选择题
1．C
2．D
3．C
【解析】A项甲为电解池，总反应为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑；乙为原电池，总反应为：Mg+2HCl=MgCl2+H2↑，故甲溶液质量减小，乙溶液质量增大，故A正确。B项甲中生成H2SO4，pH减小，乙中消耗HCl，pH增大，故B正确。C项当两装置电路中通过的电子都是1mol时，甲中产生0.25mol O2，乙中产生0.5mol H2，故相同条件下，甲乙中产生气体的体积比为2:1，故C错误。D项甲中阴极为Cu2+放电，电极反应为Cu2++2e-=Cu，乙中负极为Mg放电，电极反应为Mg-2e-=Mg2+，故D正确。故选C。4．D
5．C
6．C【解析】用石墨做电极电解CuSO4溶液的电解方程式是2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑，根据缺什么补什么的原则，选项C正确。
做题的思路：明确溶液中存在那些离子；阴阳两极附近有那些离子；根据阳极氧化、阴极还原分析得出产物。根据原溶液的酸、碱性和电极产物可对电解后溶液的pH变化作出正确的判断。若电极产物只有H2而无O2，则pH变大；若电极产物只有O2而无H2，则pH变小；若电极产物既有O2又有H2，原溶液呈酸性，则pH变小，原溶液呈碱性则pH变大，原溶液呈中性，则pH不变。7．A　
【解析】根据方程式：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4?计算，或依据计算关系式：Cu~2H+~2e— 计算。
先求出H+物质的量为：2×10-3?mol，再结合溶液体积0.5mL求出H+浓度为：4×10-3mol/L。　
8．B
【解析】用铂电极电解NaOH溶液，实则电解水，溶液的质量分数应增加，故排除C、D选项，阳极产生的氧气质量大于阴极产生的氢气的质量，故选B。
9．B【解析】CuCl2Cu+Cl2↑，阳极收集到2.24 L气体(标准状况)，即收集0.1 mol Cl2，转移0.2 mol电子，阴极生成Cu 0.1 mol，质量为6.4g，电解后溶液仍为CuCl2溶液，只是浓度减小，溶液仍因水解呈酸性。10．D
【解析】K与M、N均断开，铁和氯化铜反应置换出铜，一段时间后电解质溶液质量变小，A错误；K与M相连时，铁作负极，被腐蚀，K与N相连时，铁作阴极受到保护，B错误；K与M相连时，每转移1mol电子C表面生成32gCu，C错误；K与N相连时， 碳棒作阳极，氯离子在碳棒上放电，生成氯气，使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝的气体，D正确。
11．B
【解析】装置M属原电池，Zn为负极，Cu为正极；装置N属电解池，C1为阳极，C2为阴极。
12．A
【解析】由a极板质量增加，知溶液中阳离子在a极板析出，则a为阴极，X为负极，A对；B中a极板不析出金属，B错；C中X为正极，C错；又由b极板有无色、无臭气体放出，D错。
二、填空题
1．（1）Ba(NO3)2、HNO3、H2SO4 （2）CuSO4、Cu(NO3)2、AgNO3 （3）HCl （4）CuCl2
【解析】（1）电解实质是电解水；
（2）阴极：Cu2++2e－==Cu，Ag++e－==Ag；阳极：4OH－－4e－==2H2O+O2↑；
（3）2HClH2↑+Cl2↑，产物体积之比为1∶1；
（4）CuCl2Cu+Cl2↑。
2．（1）①　④
（2）2H++2e―==H2↑（写2H2O+2e―==2OH―+H2↑同样给分） Mg2++2OH－==Mg(OH) 2↓
（3）4OH――4e―==2H2O+O2↑（写2H2O―4e―==2H++O2↑同样给分）
（4）用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰
（5）用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃
（6）溶液呈红色，白色沉淀溶解（或大部分溶解）
【解析】根据图可以确定，A极为阴极，B极为阳极。A极H+放电，A极附近OH―浓度增加，溶液碱性增强，A极附近溶液变黄色，同时Mg2+与OH―结合生成Mg(OH)2沉淀；B极OH―放电，使得溶液中H+浓度增加，B极附近溶液显酸性，溶液仍为红色。电解后，将电解液倒入烧杯中，A极附近生成的Mg(OH)2与B极附近生成的H2SO4反应，生成MgSO4，即沉淀溶解，溶液呈红色。根据上述分析，a中收集的是氢气，b中收集的是O2。

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