高中原电池电解池方程式的书写问题

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电解质的导电的过程实质上就是电解过程；电解是在外电源的作用下*发生氧化还原反应的过程,把电能转化为化学能,而在原电池中正好相反,是自发的氧化还原反应的过程,把化学能转化为电能.
（一）电解
1、电解的定义
电解是使电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而在两极上发生氧化还原反应,把电能转化为化学能的过程.其装置叫电解池,常由直流电源、两个电极、导线及电解质溶液（或熔融电解质）构成.
2、放电顺序
（1）阴极：与原电池负极相连的一极,阴极电极材料的本身受到保护,不参与反应.溶液中较易得电子的阳离子在阴极上得电子而被还原,在阴极得电子的难易顺序为：
Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>（H＋）>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>A13＋>Mg2＋>Na＋
当此放电顺序适用于阳离子浓度相差不大时,顺序要有相应的变动（当溶液中H＋只来自于水电离时,H＋的放电顺序介于A13＋和Zn2＋之间）.
（2）阳极：与原电池正极相连的一极.如果用活泼金属做阳极,则阳极依金属活泼性强弱的顺序本身失电子被氧化成为阳离子进入溶液；如果用惰性电极（如Pt、Au、石墨等）做阳极,则溶液中较易失电子的阴离子在阳极上失电子而被氧化.在阳极失电子的顺序为：
K>Ca>Na>…>Hg>Ag>S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42->F-
3、电解反应方程式的书写步骤
（1）分析电解质溶液中存在的离子（电解质的电离和水的电离）.
（2）确定电极、分析离子的放电顺序.
（3）写出电极反应式（注明电极名称,用“=”,注意原子个数守恒）.
（4）写出电解方程式.
4、电解规律（惰性电极做阳极）
（1）电解水型：含氧酸、强碱和活泼金属含氧酸盐溶液.如：NaOH溶液、H2SO4溶液.
（2）分解电解质型：无氧酸、不活泼金属无氧酸盐溶液（HF、氟化物除外）.如：HCl、CuCl2溶液.
（3）放H2生碱型：活泼金属无氧酸盐溶液（F-除外）.如：NaCl溶液.
（4）放O2生酸型：不活泼金属含氧酸盐溶液.如：CuSO4溶液.
电解实例
电解液
溶质类别
电解总反应方程式
被电解的物质
溶液pH变化
NaOH溶液
强碱
2H2O2H2↑＋O2↑
H2O
升高
H2SO4溶液
强酸
降低
Na2SO4溶液
活泼金属的含氧酸盐
不变
CuCl2溶液
不活泼金属的无氧酸盐
CuCl2Cu＋Cl2↑
电解质本身
电解CuCl2时pH下降
HCl溶液
无氧酸
2HClH2↑＋Cl2↑
升高
NaCl溶液
活泼金属的无氧酸盐
2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH
电解质和水
升高
CuSO4溶液
不活泼金属的含氧酸盐
2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4
降低
NaCl（熔融）
熔融离子化合物
2NaCl2Na＋Cl2↑
电解质本身
Al2O3（熔融）
2Al2O34Al＋3O2↑
【归纳总结】
（1）电解后判断溶液pH的变化：先分析原溶液的酸碱性,再看电极产物.
①如果只产生H2而没有O2,则pH变大；
②如果只产生O2而无H2,则pH变小；
③如果既产生O2又有H2,若原溶液呈酸性则pH减小；若原溶液呈碱性pH增大；若原溶液呈中性pH不变.
④如果既无O2产生也无H2产生,则溶液的pH均趋于7.
（2）使电解后的溶液恢复原状的方法：先让析出的产物（气体或沉淀）恰好完全反应,再将其化合物投入电解后的溶液中即可.如：①NaCl溶液：通HCl气体（不能加盐酸）；②AgNO3溶液：加Ag2O固体（不能加AgOH）；③CuCl2溶液：加CuCl2固体；④KNO3溶液：加H2O；⑤CuSO4溶液：CuO（不能加Cu2O、Cu（OH）2、Cu2（OH）2CO3）等.
5、电化学计算的基本方法
有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积,某元素的化合价以及溶液的pH、物质的量浓度等.解答此类题的方法有两种：一是根据电解方程式或电极反应式,应用阴、阳两极得失电子守恒进行有关的计算；二是用惰性电极进行电解的过程,若电解质的阴阳离子不同时在两极上放电,则阳离子放电的同时必有H＋生成,n（H＋）=n（阳离子）×电荷数；阴离子放电的同时必有OH—生成,n（OH—）=n（阴离子）×电荷数.也可利用物质的量的相关量关系（由电子得失守恒得）,如,H2～Cl2～O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－.

（二）电解原理的运用
1、电镀：用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金的过程.电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其它金属或合金的过程.电镀的目的主要是使金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度.镀层金属通常是一些在空气或溶液里不易起变化的金属（如铬、锌、镍、银）和合金（铜锡合金、铜锌合金等）.
⑴镀层金属作阳极,镀件作阴极,电镀液必须含有镀层金属的离子.电镀锌原理（镀锌）：
阳极：Zn－2eˉ = Zn2＋
阴极：Zn2＋＋2eˉ=Zn
⑵电镀液的浓度在电镀过程中不发生变化.
⑶在电镀控制的条件下,水电离出来的H＋和OHˉ一般不起反应.
⑷电镀液中加氨水或NaCN的原因：使Zn2＋离子浓度很小,镀速慢,镀层才能致密、光亮.
2、电解精炼铜：铜的精炼是以还原法制得的粗铜为原料,用电解法纯化的过程.粗铜作阳极,精铜作阴极,电解液含有Cu2＋.铜前金属先反应但不析出,铜后金属不反应,形成“阳极泥”.
3、电解冶炼铝：电解熔融电解质,可炼得活泼金属.电源的负极是最强的“还原剂”,可“强迫”活泼金属的阳离子得电子.铝是地壳含量最多的金属元素,又是用途很广的金属,但是由于它是较活泼的金属,自然界没有单质铝存在,很难制取它.用钠还原氧化铝,成本很高,不能大量生产,1886年,青年科学家霍尔发明了用电解法制铝以后,才大量生产铝.
⑴原料：冰晶石和氧化铝（提纯铝土矿）
⑵原理：
阳极：2O2－－4e =O2↑
阴极：Al3＋＋3e- =Al
总反应：4Al3＋＋6O2ˉ电解====4Al＋3O2↑
⑶设备：电解槽（阳极C、阴极Fe）.因为阳极材料不断地与生成的氧气反应生成 CO和CO2,故需定时补充.
4、氯碱工业：目前我国工业上大多采用立式隔膜电解槽.这种隔膜电解槽的阳极是由金属钛或石墨制成,阴极是铁丝网做成的,网上吸附着一层石棉绒作为隔膜,这层隔膜把电解槽隔成阳极室和阴极室.
⑴反应原理：
阳极：2Cl-－2e-==Cl2↑
阴极：2H＋＋2e-== H2↑
总反应：2NaCl＋2H2O电解====H2↑＋Cl2↑＋2NaOH
⑵设备：阳离子交换膜电解槽.阳离子交换膜的作用：它只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过,防止氢气与氯气混合反应发生爆炸,防止氯气与氢氧化钠溶液反应,影响烧碱的质量.
⑶制烧碱生产过程：
①食盐水的精制：粗盐（含泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42- 等）→加入NaOH溶液→加入BaCl2溶液→加入Na2CO3溶液→过滤→加入盐酸→加入离子交换剂（NaR）
②电解生产主要过程：NaCl从阳极区加入,H2O从阴极区加入.阴极H＋ 放电,破坏了水的电离平衡,使OH-浓度增大,OH-和Na＋形成NaOH溶液.
【归纳总结】原电池与电解池的比较
项 目
原 电 池
电 解 池
反应性质
氧化还原反应
自发进行的反应
多为非自发,但也可以是自发反应
装置性质
化学能转为电能
电能转为化学能
电极名称
负极和正极
阴极和阳极

电极反应式
负极：失电子氧化反应
阴极：得电子还原反应
正极：得电子还原反应
阳极：失电子氧化反应
离子迁移方向
阳离子移向正极,阴离子移向负极
阳离子移向阴极,阴离子移向阳极
【点击高考】纵观历年高考卷,电化学知识是一大命题热点,特别是近几年,甚至有的年份一张试卷上有几处涉及.回顾历届高考经典可以看出,有关原电池知识主要考点有：（1）原电池的判断；⑵电极反应方程式的书写；⑶原电池电极反应的类型、现象和速率；⑷实用电池（干电池、可充电电池、燃料电池等）的原理.有关电解池知识的常见考点有：⑴电极反应式及电解反应方程式；⑵两极放电顺序；⑶电解的应用（电镀、测定阿伏加德罗常数、制备有机物等）；⑷根据电解规律及电解反应方程式的计算；⑸判断电解过程中溶液pH的变化；⑹电解和环保知识的综合应用.
原电池原理和电解原理都是历年高考命题的热点,大多以选择题形式出现,难度适中.在分析解答时,要特别注重把握准以下几点：①判断什么池（原电池无外界电源,电解池阳极为惰性电极,电镀池有外界电源阳极为活性电极）；②判断什么极（原电池活泼金属、还原剂做负极,电解池与电源正极相连的为阳极、负极相连的为阴极）；③抓电极反应（反应式书写注意电子得失和原子个数守恒,注意离子放电对电极附近溶液酸碱性的影响）；④抓总方程式（注意两个电极的反应式之和是总方程式,溶液的酸碱性变化与总方程式有关）.

【典型例题】
例1. （2005全国I）关于电解NaCl水溶液,下列叙述正确的是（）
A. 若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液,溶液呈无色
B. 若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液,溶液呈棕色
C. 电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠
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
分析：电解氯化钠溶液时,阴极附近OH－的浓度增大,滴入酚酞变红,故A错；在阳极得到氯气,但在阴极得到的是氢气,故C错；电解一段时间后由于生成了氢氧化钠溶液呈碱性,故D错.答案B

例2. （2005天津）金属镍有广泛的用途.粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是（已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋＝（）
A. 阳极发生还原反应,其电极反应式：Ni2＋＋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
C. 电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D. 电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
分析：电解时阳极发生氧化反应,且有铁、锌失去电子被氧化,故A错；电解的过程中,由于生成的Fe2＋和Zn2＋不能在电极上被还原,两电极发生的电极反应不同,所以质量不可能相同,B错；电解后溶液中除Fe2＋和Zn2＋外,还应有Ni2＋,故C错.答案D

例3. 下图中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（）

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
分析：通电后a极板增重,表明溶液中金属阳离子在a极板上放电,发生还原反应析出了金属单质,因此可确定a极板是电解池的阴极,与它相连接的直流电源的x极是负极.选项C中x极为正极,故C不正确.A中电解液为CuSO4溶液,阴极a板上析出Cu而增重,阳极b 板上由于OH－离子放电而放出无色无臭的O2,故A正确.B中电解液为NaOH溶液,通电后阴极a上应放出H2,a极板不会增重,故B不正确.D中电解液为CuCl2溶液,阴极a板上因析出Cu而增重,但阳极b板上因Cl－离子放电,放出黄绿色有刺激性气味的Cl2,故D不正确.答案A
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