第2節電能轉化為化學能——電解考綱定位全國卷5年考情1.了解電解池的構成、工作原理及應用。2.能書寫電極反響式和總反響方程式。2023年：Ⅰ卷T11；Ⅱ卷T112023年：Ⅰ卷T11；Ⅲ卷T112023年：Ⅱ卷T28(2)2023年：Ⅰ卷T27(4)；Ⅱ卷T27(3)2023年：Ⅰ卷T10、T27(5)(6)考點1|電解的原理及其規律(對應學生用書第116頁)[考綱知識整合]1．電解讓直流電通過電解質溶液或熔融的電解質，在兩個電極上分別發生氧化反響和復原反響的過程。提醒：注意電解與電離兩概念的聯系與區別聯系：電解是在電解質電離的根底上完成的。區別：電解需外加電源，是化學過程，電離一般在水溶液或熔融狀態下完成，為物理過程。2．電解池及其工作原理(1)概念：電解池是將電能轉化為化學能的裝置。(2)構成條件①有與外接直流電源相連的兩個電極。②電解質溶液(或熔融的電解質)。③形成閉合回路。(3)電解池工作原理(以電解CuCl2溶液為例)(4)電解池中電子和離子的移動①電子：從電源負極流出后，流向電解池陰極；從電解池的陽極流向電源的正極。②離子：陽離子移向電解池的陰極，陰離子移向電解池的陽極。③電流：從電源的正極流出，流入陽極，再通過電解質溶液流入陰極，最后流向負極。(5)兩極放電(氧化或復原)順序①陰極：陽離子放電順序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。陽極：金屬(Au、Pt除外)電極>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根離子。提醒：①陰極不管是什么材料，電極本身都不反響，一定是溶液(或熔融的電解質)中的陽離子放電。②陽極材料假設是金屬電極(Au、Pt除外)，溶液中的陰離子不反響，電極金屬失電子被氧化。3．惰性電極的電解規律(1)電解水型——含氧酸、強堿、活潑金屬含氧酸鹽①陰極反響式為4H＋＋4e－=2H2↑，陽極反響式為4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，總反響方程式為2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2H2↑＋O2↑。②電解度濃度變大，pH可能變大、變小或不變，可加H2O復原。(2)電解電解質類型——無氧酸(如HCl)，不活潑金屬無氧酸鹽(CuCl2)。電解質濃度變小，加電解質本身復原。(3)放H2生堿型——活潑金屬的無氧酸鹽(如NaCl)①陰極反響式為2H＋＋2e－=H2↑，陽極反響式為2Cl－－2e－=Cl2↑，總方程式為2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))Cl2↑＋H2↑＋2OH－。②溶液pH變大，加HCl(鹵化氫)復原。(4)放O2生酸型——不活潑金屬的含氧酸鹽(如CuSO4)①陰極反響式為2Cu2＋＋4e－=2Cu，陽極反響式為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，總方程式為2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2Cu＋O2↑＋4H＋。②溶液pH變大，加CuO(金屬氧化物)或CuCO3復原。[應用體驗]判斷正誤(正確的打“√〞，錯誤的打“×〞)。(1)電解質溶液導電與金屬導電原理相同，均為化學變化。()(2)原電池負極與電解池中連接電源負極的陰極均發生氧化反響。()(3)自發進行的氧化復原反響可設計成原電池，但任何反響均可設計成電解池。()(4)電解池工作時電子從電源的負極流出，流入陰極通過溶液到陽極，然后從陽極流出，流回電源正極。()(5)氯堿工業電解飽和食鹽水的過程中，陰極附近產生NaOH。()(6)惰性電極電解Na2SO4溶液和Na2CO3溶液的過程中pH均不變。()(7)惰性電極電解足量CuSO4溶液，可以參加Cu(OH)2使溶液復原。()(8)用Cu作電極電解鹽酸可發生Cu＋2H＋eq\o(=,\s\up7(通電))Cu2＋＋H2↑。()【提示】(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√(6)×(7)×(8)√[高考命題點突破]命題點1電極反響式和電解方程式的書寫1．用惰性電極電解2mol·L－1NaCl和1mol·L－1CuSO4的混合溶液，電解過程明顯分兩個階段，寫出每一階段的電極反響和總反響式?！敬鸢浮侩娊獾谝浑A段：陽極得到Cl2、陰極得到單質Cu。電極反響式分別為陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑，陰極：Cu2＋＋2e－=Cu，總反響：2Cl－＋Cu2＋eq\o(=,\s\up7(通電))Cl2↑＋Cu。電解第二階段：陽極得到O2、陰極得到H2。電極反響式分別為陽極：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，陰極：4H＋＋4e－=2H2↑，總反響：2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2H2↑＋O2↑。2．按要求書寫方程式。(1)用惰性電極電解MgCl2溶液陽極反響式：___________________________________________；陰極反響式：___________________________________________；總反響式：____________________________________________。(2)用鐵作電極電解NaOH溶液陽極反響式：_________________________________________；陰極反響式：_________________________________________；總反響式：____________________________________________。(3)用Ag作電極電解稀鹽酸陽極反響式：___________________________________________；陰極反響式：_______________________________；總反響式：__________________________________________________。(4)以鋁材為陽極，電解H2SO4溶液，鋁材外表形成氧化膜陽極反響式：________________________________________；陰極反響式：__________________________________________；總反響式：_________________________________________。(5)用Al作電極電解NaOH溶液陽極反響式：_________________________________________；陰極反響式：_________________________________________；總反響式：__________________________________________。【答案】(1)2Cl－－2e－=Cl2↑2H＋＋2e－=H2↑Mg2＋＋2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑(2)Fe－2e－＋2OH－=Fe(OH)22H＋＋2e－=H2↑Fe＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))Fe(OH)2＋H2↑(3)2Ag＋2Cl－－2e－=2AgCl2H＋＋2e－=H2↑2Ag＋2H＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(通電))2AgCl＋H2↑(4)2Al－6e－＋3H2O=Al2O3＋6H＋6H＋＋6e－=3H2↑2Al＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))Al2O3＋3H2↑(5)2Al－6e－＋8OH－=2[Al(OH)4]－6H2O＋6e－=3H2↑＋6OH－(或6H＋＋6e－=3H2↑)2Al＋6H2O＋2OH－eq\o(=,\s\up7(通電))2[Al(OH)4]－＋3H2↑3．離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系。由有機陽離子、Al2Cleq\o\al(－,7)和AlCleq\o\al(－,4)組成的離子液體作電解液時，可在鋼制品上電鍍鋁?！緦W號：95160151】鋼制品應接電源的________極，電鍍過程中不產生其他離子且有機陽離子不參與電極反響，陰極電極反響式為__________________________________。假設改用AlCl3水溶液作電解液，那么陰極反響式為_________________________________________________________________________________________。【解析】在鋼制品上電鍍鋁，故鋼制品應作陰極，與電源的負極相連；因為電鍍過程中“不產生其他離子且有機陽離子不參與電極反響〞，Al元素在熔融鹽中以Al2Cleq\o\al(－,7)和AlCleq\o\al(－,4)形式存在，那么電鍍過程中負極上得到電子的反響是4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)；在水溶液中，得電子能力：H＋>Al3＋，故陰極上發生的反響是2H＋＋2e－=H2↑?！敬鸢浮控?Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)2H＋＋2e－=H2↑[易錯防范]電極反響式和電解方程式應注意以下問題1做到“三看〞，正確書寫電極反響式①一看電極材料，假設是金屬Au、Pt除外作陽極，金屬一定被電解注：Fe生成Fe2＋。②二看電解質，電解質是否參與電極反響。,③三看電解質狀態，是熔融狀態還是水溶液。2躲避“三個〞失分點①書寫電解池中電極反響式時，一般以實際放電的離子表示，但書寫總電解反響方程式時，弱電解質要寫成分子式，且注明“通電〞條件。②要確保兩極電子轉移數目相同。③電解水溶液時，應注意放電順序中H＋、OH－之后的離子一般不參與放電。命題點2電解原理及其規律4.圖中X為電源，Y為浸透飽和食鹽水和酚酞試液的濾紙，濾紙中央滴有一滴KMnO4溶液，通電后Y中央的紫紅色斑向d端擴散。以下判斷正確的選項是()【導學號：95160152】A．濾紙上c點附近會變紅色B．Cu電極質量減小，Pt電極質量增大C．Z中溶液的pH先減小，后增大D．溶液中的SOeq\o\al(2－,4)向Cu電極定向移動A[紫紅色斑即MnOeq\o\al(－,4)向d端擴散，根據陰離子向陽極移動的原理，可知d端為陽極，即b為正極，a為負極，c為陰極，NaCl溶液中H＋放電，產生OH－，c點附近會變紅色，A正確；電解硫酸銅溶液時，Pt為陽極，溶液中的OH－放電：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，Cu為陰極，溶液中的Cu2＋得電子，生成銅，總反響式為2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2Cu＋O2↑＋2H2SO4，Pt電極附近生成H＋，那么SOeq\o\al(2－,4)向Pt電極移動，B、D不正確；隨著電解的進行，Z中溶液變為硫酸溶液，繼續電解那么為電解水，硫酸濃度增大，pH減小，C不正確。]5．以石墨為電極分別電解水和飽和食鹽水，關于兩個電解池反響的說法正確的選項是()【導學號：95160153】A．電解結束后，均可以加水恢復原溶液B．電解結束后所得液體的pH相同C．陰極反響式相同D．通過相同電量時生成的氣體總體積相等(同溫同壓)C[A項，電解水，減少的為H2O，可加水復原，電解NaCl溶液，減少的可看作為Cl2和H2，應加HCl復原，故A錯誤；B項，電解水溶液的pH不變，電解飽和氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣，pH變大，所以電解結束后所得液體的pH不相同，故B錯誤；C項，以石墨為電極分別電解水和飽和食鹽水,陰極上都是2H＋＋2e－=H2↑，所以陰極電極反響式相同，故C正確；D項，設轉移電子數為4mol，那么依據電解方程式：2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2H2↑＋O2↑～4e－，電解水生成3mol氣體，依據電解方程式：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2NaOH＋Cl2↑＋H2↑～2e－，電解飽和食鹽水生成4mol氣體，故D錯誤。][方法技巧]陰、陽極的判斷方法1根據外接電源：正極連陽極，負極連陰極。2根據電流方向：從陰極流出，從陽極流入。3根據電子流向：從陽極流出，從陰極流入。4根據離子流向：陰離子移向陽極，陽離子移向陰極。5根據電極產物：a.陽極：電極溶解、逸出O2或極區變酸性或Cl2；b.陰極：析出金屬、逸出H2或極區變堿性。6根據反響類型：陽極發生氧化反響，陰極發生復原反響。考點2|電解原理的實際應用(對應學生用書第118頁)[考綱知識整合]1．電解飽和食鹽水——氯堿工業(1)電極反響陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑(反響類型：氧化反響)。陰極：2H＋＋2e－=H2↑(反響類型：復原反響)。檢驗陽極產物的方法是：用濕潤的KI-淀粉試紙靠近陽極附近，假設試紙變藍，證明生成了Cl2。電解時向食鹽水中加酚酞，陰極附近溶液變紅，說明該電極附近產生的物質為NaOH。(2)電解方程式化學方程式：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；離子方程式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。(3)陽離子交換膜法電解飽和食鹽水示意圖①陽離子交換膜的作用阻止OH－進入陽極室與Cl2發生副反響：2NaOH＋Cl2=NaCl＋NaClO＋H2O，阻止陽極產生的Cl2和陰極產生的H2混合發生爆炸。②a、b、c、d參加或取出的物質分別是飽和食鹽水、稀NaOH溶液、稀的食鹽水、濃NaOH溶液；X、Y分別是Cl2、H2。2．電鍍與電解精煉銅電鍍(Fe上鍍Cu)電解精煉銅陽極電極材料Cu(或銅)粗銅(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等雜質)電極反響Cu－2e－=Cu2＋Cu－2e－=Cu2＋(主)Zn－2e－=Zn2＋Fe－2e－=Fe2＋Ni－2e－=Ni2＋陰極電極材料Fe純銅電極反響Cu2＋＋2e－=Cu電解質溶液含Cu2＋的鹽溶液電解精煉銅時，粗銅中的Ag、Au等不反響，沉積在電解池底部形成陽極泥注：①鍍層金屬作陽極，待鍍元件作陰極，電解質溶液含有鍍層金屬離子。②電鍍銅時，電解質溶液中c(Cu2＋)不變；電解精煉銅時，電解質溶液中c(Cu2＋)減小。3．電冶金冶煉鈉、鈣、鎂、鋁等活潑金屬，必須用電解法。(1)電解熔融氯化鈉得到鈉(2)電解熔融Al2O3制Al2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(通電),\s\do7(冰晶石))4Al＋3O2↑電極反響：陽極：6O2－－12e－=3O2↑；陰極：4Al3＋＋12e－=4Al。冰晶石的作用是作Al2O3的助熔劑。提醒：(1)電解熔融MgCl2冶煉鎂，而不能電解熔融MgO冶煉鎂，因MgO的熔點很高；(2)電解熔融Al2O3冶煉鋁，而不能電解AlCl3冶煉鋁，因AlCl3是共價化合物，其熔融態不導電。[高考命題點突破]命題點1電鍍和電解精煉1．利用如下圖裝置模擬電解原理在工業生產上的應用。以下說法正確的選項是()【導學號：95160154】A．氯堿工業中，X電極上反響式是4OH－－4e－=2H2O＋O2↑B．電解精煉銅時，Z溶液中的Cu2＋濃度不變C．在鐵片上鍍銅時，Y是純銅D．制取金屬鎂時，Z是熔融的氯化鎂D[氯堿工業中陽極是Cl－放電生成Cl2；電解精煉銅時陽極粗銅溶解，陰極Cu2＋放電析出Cu，溶液中Cu2＋濃度變?。昏F片上鍍銅時，陰極應該是鐵片，陽極是純銅。]2．粗銅的電解精煉如下圖。(1)在粗銅的電解過程中，粗銅板應是圖中電極________(填圖中的字母)；在電極d上發生的電極反響式為_____________________________________________________________________________________________________；(2)假設粗銅中還含有Au、Ag、Fe，那么陽極的電極反響式為_________________，粗銅中的Au、Ag的存在形式和位置為______________________________，溶液中c(Cu2＋)________(選填“變大〞“變小〞或“不變〞)?！窘馕觥看帚~電解精煉時，粗銅作陽極與電源正極相連，所以粗銅板是圖中電極c，d是陰極，發生的反響是Cu2＋＋2e－=Cu，Au、Ag不如銅活潑，以單質的形式沉積在c(陽極)下方，Fe比銅活潑，以Fe2＋的形式進入電解質溶液中?！敬鸢浮?1)cCu2＋＋2e－=Cu(2)Fe－2e－=Fe2＋、Cu－2e－=Cu2＋Au、Ag以單質的形式沉積在c電極的下方形成陽極泥變小命題點2電解原理在物質制備、環境治理方面的應用3．電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4，同時獲得氫氣：Fe＋2H2O＋2OH－eq\o(=,\s\up7(通電))FeOeq\o\al(2－,4)＋3H2↑，工作原理如圖1所示。裝置通電后，鐵電極附近生成紫紅色FeOeq\o\al(2－,4)，鎳電極有氣泡產生。假設氫氧化鈉溶液濃度過高，鐵電極區會產生紅褐色物質。：Na2FeO4只在強堿性條件下穩定，易被H2復原。(1)電解一段時間后，c(OH－)降低的區域在________(填“陰極室〞或“陽極室〞)。(2)電解過程中，需將陰極產生的氣體及時排出，其原因是__________________________________________。(3)c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖2，任選M、N兩點中的一點，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：________________________________________________________________________________________________?！窘馕觥?1)根據電解總反響：Fe＋2H2O＋2OH－eq\o(=,\s\up7(通電))FeOeq\o\al(2－,4)＋3H2↑，結合陽極發生氧化反響知，陽極反響式為Fe－6e－＋8OH－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2O，結合陰極發生復原反響知，陰極反響式為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，那么陽極室消耗OH－且無補充，故c(OH－)降低。(2)結合題給信息“Na2FeO4易被氫氣復原〞知，陰極產生的氫氣不能接觸到Na2FeO4，故需及時排出。(3)圖示中隨著c(NaOH)增大，c(Na2FeO4)先增大后減小，結合信息“Na2FeO4只在強堿性條件下穩定〞知，M點c(Na2FeO4)低的原因是c(OH－)低，反響速率小且Na2FeO4穩定性差。結合信息“假設氫氧化鈉溶液濃度過高，鐵電極區會產生紅褐色物質〞知，N點c(Na2FeO4)低的原因是c(OH－)過高，鐵電極上產生Fe(OH)3或Fe2O3，使Na2FeO4產率降低?！敬鸢浮?1)陽極室(2)防止Na2FeO4與H2反響使產率降低(3)M點：c(OH－)低，Na2FeO4穩定性差，且反響慢；N點：c(OH－)過高，鐵電極上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成，使Na2FeO4產率降低4．電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制氫氣的裝置示意圖如下：電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰陽兩極均為惰性電極。(1)A極為________，電極反響式為_________________________________________________________________________________________________。(2)B極為________，電極反響式為________________________________________________________________________________________________?！窘馕觥慨a生H2是因為H2O電離的H＋在陰極上得電子，即6H2O＋6e－=3H2↑＋6OH－，所以B極為陰極，A極為陽極，電極反響式為CO(NH2)2＋8OH－－6e－=N2↑＋COeq\o\al(2－,3)＋6H2O?！敬鸢浮?1)陽極CO(NH2)2＋8OH－－6e－=N2↑＋COeq\o\al(2－,3)＋6H2O(2)陰極6H2O＋6e－=3H2↑＋6OH－電鍍廢水中常含有劇毒的Cr2Oeq\o\al(2－,7)。該廢水處理的一種方法是利用復原劑把Cr2Oeq\o\al(2－,7)復原成毒性較低的Cr3＋，再加堿生成沉淀；另一種方法是向廢水中參加適量的NaCl，用Fe作電極進行電解。以下說法錯誤的選項是()A．電解時，陽極反響式為Fe－2e－=Fe2＋B．電解過程中，陰極能產生氫氣C．電解過程中，Cr2Oeq\o\al(2－,7)被復原的離子方程式為Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2OD．電解過程中，陽極附近生成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀D[電解法處理含鉻廢水的原理：用Fe作電極進行電解，Fe被氧化生成Fe2＋，Fe2＋作復原劑把Cr2Oeq\o\al(2－,7)復原成毒性較低的Cr3＋。電解過程中，H＋在陰極放電生成H2，使陰極附近溶液中的c(H＋)<c(OH－)，溶液顯堿性，反響生成的陽離子Fe3＋、Cr3＋遷移到陰極附近后與OH－結合轉化成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀而除去。]5．用以下圖所示裝置處理含CN－廢水時，控制溶液pH為9～10，并參加NaCl，一定條件下電解，陽極產生的ClO－將CN－氧化為無害物質而除去。鐵電極為________(填“陰極〞或“陽極〞)，陽極產生ClO－的電極反響為____________________________________________________________________________?！敬鸢浮筷帢O2OH－＋Cl－－2e－=ClO－＋H2O命題點3隔膜在電化學中的應用[典例導航](2023·全國Ⅰ卷)三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如下圖，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場的作用下，兩膜中間的Na＋和SOeq\o\al(2－,4)可通過離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進入中間隔室。以下表達正確的選項是()【導學號：95160156】A．通電后中間隔室的SOeq\o\al(2－,4)離子向正極遷移，正極區溶液pH增大B．該法在處理含Na2SO4廢水時可以得到NaOH和H2SO4產品C．負極反響為2H2O－4e－=O2＋4H＋，負極區溶液pH降低D．當電路中通過1mol電子的電量時，會有0.5mol的O2生成[審題指導]直流電場作用→圖中的“－〞極和“＋〞極就是陰極和陽極eq\o(→,\s\up7(根據電解時，陽離子移向陰極),\s\do7(陰離子移向陽極))SOeq\o\al(2－,4)移向“＋〞極，Na＋移向“－〞極，→ab為陽離子交換膜，cd為陰離子交換膜→“－〞極反響為2H＋＋2e－=H2↑，pH增大；“＋〞極反響為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，pH減小?！敬鸢浮緽(1)ab為________________(填“陰〞或“陽〞，后同)離子交換膜，cd為________離子交換膜。(2)正極區的電極反響式為________，正極區的pH變________(填“大〞或“小〞)，從平衡角度解釋原因__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！敬鸢浮?1)陽陰(2)4OH－－4e－=O2↑＋2H2O小正極區溶液中存在H2OH＋＋OH－，OH－放電，c(OH－)減小，上述平衡右移，使c(H＋)>c(OH－)，且c(H＋)逐漸增大，pH減小[對點訓練]1．(2023·保定模擬)用Na2SO3溶液吸收硫酸工業尾氣中的二氧化硫，將所得的混合液進行電解循環再生，這種新工藝叫再生循環脫硫法。其中陰、陽離子交換膜組合循環再生機理如下圖，以下有關說法中不正確的選項是()A．X為直流電源的負極，Y為直流電源的正極B．陽極反響為4OH－－4e－=2H2O＋O2↑C．圖中的b>aD．該過程中的產品主要為H2SO4和H2B[根據Na＋和SOeq\o\al(2－,3)的移向可