电解规律及相关计算
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一、电解规律及相关计算
1．以惰性电极电解电解质溶液的类型
类型
电极反应特点
实例
电解物质
pH
电解质溶液复原需加入的物质
电解电
解质型 电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电
HCl
CuCl2
电解质
电解质
增大
氯化氢
氯化铜
放H2生碱型 阴极：放出H2生成碱；阳极：电解质阴离子放电 NaCl 电解质和水 增大 氯化氢
NaOH 水 增大 水
电解
水型 阴极：4H＋＋4e－=== 2H2↑阳极：4OH－－4e－ === 2H2O＋O2↑ H2SO4 水 减小 水
Na2SO4 水 不变 水
放O2生酸型 阴极：电解质阳离子放电；阳极：OH－放电生成酸 CuSO4 电解质和水 减小 氧化铜
2.电化学计算的基本方法
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量等的计算。不论哪类计算，均可概括为下列三种方法：
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、相同电荷量等类型的计算，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，最后根据总反应式列比例式计算
③根据关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式
二、离子放电顺序及电解产物的判断
1.阳极上（氧化反应）
活泼金属阳极>S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH－＞含氧酸根
2.阴极上（还原反应）
无论是惰性电极还是金属电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上放电顺序是：
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+ > H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+ > Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
上述顺序基本上是金属活动性顺序，越活泼的金属，其阳离子越难得到电子，但Fe3+氧化性较Cu2+强。
3.分析电解反应的一般思路：
（1）明确溶液中存在哪些离子 （2）阴阳两极附近有哪些离子
（3）根据阴阳离子放电顺序及阳极氧化、阴极还原分析得出产物
【感悟高考真题】
1. （2010·江苏卷）右图是一种航天器能量储存系统原理示意图。 下列说法正确的是
A．该系统中只存在3种形式的能量转化
B．装置Y中负极的电极反应式为： 22O+2HO+4e4OH
C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生
D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化
【答案】C
【解析】本题主要考查的是电化学知识。A项，在该装置系统中，有四种能量转化的关系，即太阳能、电能、化学能和机械能之间的相互转化；B项，装置Y为氢氧燃料电池，负极电极反应为H2 -2e- + 2OH- = 2H2O；C项，相当于用光能电解水，产生H2和O2，实现燃料（H2）和氧化剂（O2）的再生；D项，在反应过程中，有能力的损耗和热效应的产生，不可能实现化学能和电能的完全转化。综上分析可知，本题选C项。
2. （2010·福建卷）铅蓄电池的工作原理为：22442222PbPbOHSOPbSOHO研读 右图，下列判断不正确的是
A．K 闭合时，d电极反应式：
24224224PbSOHOePbOHSO
B．当电路中转移0．2mol电子时，I中消耗的24HSO为0．2 mol
C．K闭合时，II中24SO向c电极迁移
D．K闭合一段时间后，II可单独作为原电池，d电极为正极
【解析】答案：C
本题考查电化学（原电池、电解池）的相关知识
K闭合时Ⅰ为电解池，Ⅱ为电解池，Ⅱ中发生充电反应，d电极为阳极发生氧化反应，其反应式为PbSO4
+ 2H2O -2e- = PbO2 + 4H+ + SO42- 所以A正确。在上述总反应式中，得失电子总数为2e-，当电路中转移0．2mol电子时，可以计算出Ⅰ中消耗的硫酸的量为0．2mol，所以B对。K闭合一段时间，也就是充电一段时间后Ⅱ可以作为原电池，由于c表面生成Pb，放电时做电源的负极，d表面生成PbO2，做电源的正极，所以D也正确。K闭合时d是阳极，阴离子向阳极移动，所以C错。
3. （2010·浙江卷）Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：
2Li++FeS+2e-＝Li2S+Fe有关该电池的下列中，正确的是
A. Li-Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为+1价
B. 该电池的电池反应式为：2Li+FeS＝Li2S+Fe
C. 负极的电极反应式为Al-3e-=Al3+
D. 充电时，阴极发生的电极反应式为：2Lis+Fe-22eLiFeS 试题解析：
本题涵盖电解池与原电池的主体内容，涉及电极判断与电极反应式书写等问题。根据给出的正极得电子的反应，原电池的电极材料Li-Al/FeS可以判断放电时（原电池）负极的电极反应式为Al-3e-=Al3+。A、Li和Al分别是两极材料。B、应有Al的参加。D、应当是阳极失电子反应。
本题答案：C
教与学提示：
原电池与电解池的教学一定要重视电极反应式书写。电极反应式书写是原电池和电解池内容或原理的核心。原电池的教学可以从原电池反应的总反应式：可以自发进行的氧化还原反应，负极反应（因负极就是参加反应的电极）开始。电解池的教学要从外加电源的正负极，分析阳极（活性电极时本身参加反应）开始，最终获得被进行的氧化还原反应。简单记住：沸（负）羊（阳）羊（氧化）。
4. （2010·重庆卷）（14分）钒（V）及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域．
（1）V2O5是接触法制硫酸的催化剂．
①一定条件下，2SO与空气反映t min后，2SO和3SO物质的量浓度分别为a mol/L和b mol/L,
则2SO起始物质的量浓度为mol/L ；生成3SO的化学反应速率为 mol/(L·min) ．
②工业制硫酸，尾气2SO用_______吸收．
（2）全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如题29图所示．
①当左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式为．
②充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由色变为色．
③放电过程中氢离子的作用是和；充电时若转移的电子数为3.011023个，左槽溶液中n(H+)的变化量为．
答案（14分）
（1）①ab；/bt
②氨水
（2）①2222VOHeVOHO
②绿 紫
③参与正极反应; 通过交换膜定向移动使电流通过溶液；0.5mol
【解析】本题考查以钒为材料的化学原理题，涉及化学反应速率和电化学知识。 （1） 由S守恒可得，2SO的起始浓度为（a+b）mol/L。2SO的速率为单位时间内2SO浓度的变化，即b/tmol/(L﹒min)。2SO可以用碱性的氨水吸收。
（2） ①左槽中，黄变蓝即为22VO生成2VO，V的化合价从+5降低为+4，得一个电子，0原子减少，从图中知，其中H发生了移动，参与反应，由此写成电极反应式。②作为原电池，左槽得电子，而右槽失电子。充电作为电解池处理，有槽中则为得电子，对应化合价降低，即为3V生成2V，颜色由绿生成紫。③由电极反应式知，H参与了反应。溶液中离子的定向移动可形成电流。n=N/NA=3.01×2310/6.02×2310=0.5mol。
【规律总结】电化学试题的分析一般是从化合价着手，对于原电池，化合价升高的作为负极，化合价降低的作为正极，两极方程式相加即可得总反应。对于电解池，化合价升高作为阳极，降低的作为阴极。两者之间的关系是：正极反应式颠倒即为阳极反应式，负极反应式颠倒即为阴极反应式。
5. （2010·四川理综卷）（16分)
碘被称为“智力元素”，科学合理地补充碘可防止碘缺乏病。
碘酸钾(KIO3)是国家规定的食盐加碘剂，它的晶体为白色，可溶
于水。碘酸钾在酸性介质中与过氧化氢或碘化物作用均生成单质
碘。以碘为原料，通过电解制备碘酸钾的实验装置如右图所示。
请回答下列问题：
(1)碘是(填颜色)固体物质，实验室常用
方法来分离提纯含有少量杂质的固体碘。
(2)电解前，先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液，溶解时发生反应：
3I2+6KOH=5KI+KIO3+3H2O，将该溶液加入阳极区。另将氢氧化钾溶液加入阴极区，电解槽用水冷却。
电解时，阳极上发生反应的电极反应式为；阴极上观察到的实验现象是。
(3)电解过程中，为确定电解是否完成，需检验电解液中是否有I—。请设计一个检验电解液中是否有I—的实验方案，并按要求填写下表。
要求：所需药品只能从下列试剂中选择，实验仪器及相关用品自选。
试剂：淀粉溶液、碘化钾淀粉试纸、过氧化氢溶液、稀硫酸。
实验方法 实验现象及结论
(4)电解完毕，从电解液中得到碘酸钾晶体的实验过程如下：
步骤②的操作名称是，步骤⑤的操作名称是 。步骤④洗涤晶体的目的是
。
答案：（1）紫黑色 升华
（2）23222(663)IeIIOHeIOHO或
有气泡产生
（3）
实验方法 实验现象及结论
取少量阳极区电解液于试管中，加稀硫酸酸化后加入几滴淀粉试液，观察是否变蓝。 如果不变蓝，说明无I。（如果
变蓝，说明有I。）
（4）冷却结晶 干燥 洗去吸附在碘酸钾晶体上的氢氧化钾等杂质
解析：（1）考查物质的物理性质，较容易。（2）阳极发生氧化反应失电子23222(663)IeIIOHeIOHO或。阴极区加入氢氧化钾溶液，电解氢氧化钾实质是电解水。（3）考查I-的检验此题借助与碘单质遇淀粉变蓝色这一特性，要设法将碘离子转化为碘单质。（4）考查实验的基本操作。要求考生对整个流程分析透彻。
6. （2010·山东卷）（12分）对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。
（1）以下为铝材表面处理的一种方法：
①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是______（用离子方程式表示）。为将碱洗槽液中铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的______．。
a．NH3 b．CO2 c．NaOH d．HNO3
②以铝材为阳极，在H2SO4 溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应为____。取少量废电解液，加入NaHCO，溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是_____。
（2）镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是______。
（3）利用右图装置，可以模拟铁的电化学防护。
若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于______处。
若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_______。
解析：(1) ①冒气泡的原因是Al与NaOH反应了，方程式为：2Al+2OH-+4H2O==2Al(OH)4-+3H2；
使Al(OH)4-生成沉淀，最好是通入CO2，加HNO3的话，沉淀容易溶解。
②阳极是Al发生氧化反应，要生成氧化膜还必须有H2O参加，故电极反应式为：2Al+3H2O-6e
