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第 12 讲 电解池
1.宏观辨识与微观探析：从宏观和微观的角度理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动、
阴阳两极上的反应及其变化、电流形成的过程和原理。
2.证据推理与模型认知：建立对电解过程的系统分析认识的思维模型，理解电解的规律，
会判断电解的产物，会书写电解的电极反应式和总反应式。建立电解应用问题的分析思维
模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。
3.变化观念与平衡思想：通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析，认
识电能与化学能之间的能量转化。
一、电解原理
1.电解和电解池
(1)电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
(2)电解池：电能转化为化学能的装置。
(3)电解池的构成
①有与电源相连的两个电极。
②电解质溶液(或熔融电解质)。
③形成闭合回路。
2.电解池的工作原理
(1)电极名称及电极反应式(电解CuCl 溶液为例)
2
总反应式：CuCl =====Cu＋Cl↑
2 2
(2)电解过程的三个流向
①电子流向：电源负极→电解池阴极；电解池的阳极→电源的正极；②离子流向：阳离子→电解池的阴极，阴离子→电解池的阳极。
③电流方向：电源正极→电解池阳极→电解质溶液→阴极→负极。
3.电极产物判断
(1)阳极产物的判断
①活性电极(除Au、Pt以外的金属材料作电极)，电极材料失电子，生成金属阳离子。
②惰性电极(Pt、Au、石墨)，要依据阴离子的放电顺序加以判断。
阴离子的放电顺序：
活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。
S2－、I－、Br－、Cl－放电，产物分别是S、I、Br 、Cl；若OH－放电，则得到HO和O。
2 2 2 2 2
(2)阴极产物的判断
直接根据阳离子放电顺序进行判断。
阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。
①若金属阳离子(Fe3＋除外)放电，则得到相应金属单质；若H＋放电，则得到H。
2
②放电顺序本质遵循氧化还原反应的优先规律，即得(失)电子能力强的离子先放电。
4.电极反应式、电解方程式的书写
(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴离子、阳离子两组(不要忘记水溶液中的H
＋和OH－)。
(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序：
阴极：阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋＞
Na＋＞Ca2＋＞K＋。
阳极：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。
(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式，并注明“电解”条件。
【特别提醒】①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中
的阳离子放电，注意离子导体(电解质)是水溶液还是非水状态。②阳极材料不同，电极产
物、电极反应式可能不同，最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋
>Cu2＋>H＋。③电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方
法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。④书写电解池中的电极反应式时，要以实际放电的
离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。⑤电解质溶液中未参与
放电的离子是否与放电后生成的离子发生反应(离子共存)。⑥要确保两极电子转移数目相
同，且注明条件“电解”。
5.阴、阳极的判断方法
(1)根据外接电源:正极接阳极,负极接阴极。
(2)根据电流方向:从阴极流出,从阳极流入。
(3)根据电子流向:从阳极流出,从阴极流入。
(4)根据离子移向:阴离子移向阳极,阳离子移向阴极。(5)根据电极产物:阳极——电极溶解、逸出O(或阳极区酸性增强)或Cl;阴极——析出金属、
2 2
逸出H(或阴极区碱性增强)。
2
(6)根据反应类型:阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。
6.用惰性电极电解电解质溶液的规律
(1)电解溶剂水型
电解质溶 电解质溶液
电解质类型 电极反应式及总反应式 溶液pH
液浓度 复原
含氧酸，如 阴极：4HO＋4e－===2H ↑＋
2 2
减小
H
2
SO
4
4OH－
可溶性强碱，如 阳极：2HO－4e－===O ↑＋4H
2 2 增大 增大 加水
NaOH ＋
活泼金属含氧酸 总反应式：2HO=====2H↑＋
2 2
不变
盐，如KNO O↑
3 2
(2)电解溶质型
电解质 电解质
电解质 电极反应式 溶液
溶液 溶液
类型 及总反应式 pH
浓度 复原
阴极：2H＋＋2e－===H ↑ 通入
2
无氧酸，如
阳极：2Cl－－2e－===Cl↑ 增大 HCl
2
HCl
总反应式：2HCl=====H↑＋Cl↑ 气体
2 2
减小
不活泼金属 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 加入
无氧酸盐， 阳极：2Cl－－2e－===Cl↑ CuCl
2 2
如CuCl 总反应式：CuCl =====Cu＋Cl↑ 固体
2 2 2
(3)电解溶质和溶剂水型，生成H 和碱（析氢生碱型）：
2
电解质 电解质 溶液 溶液
电极反应式及总反应式
(水溶液) 浓度 pH 复原
阳极：2Cl－－2e－===Cl↑
2
活泼金属的无 通入
阴极：2HO＋2e－===H ↑＋2OH－ 生成新
2 2
氧酸盐 增大 HCl
总反应式：2Cl－＋2HO=====Cl↑＋ 电解质
(如NaCl) 2 2 气体
H↑＋2OH－
2
(4)电解溶质和溶剂水型，生成O 和酸（放氧生酸型）
2
电解质 电极反应式 电解质 溶液 溶液
(水溶液) 及总反应式 浓度 pH 复原
不活泼金属的 阳极：2HO－4e－===O ↑＋4H＋
2 2 生成新 加CuO
含氧酸盐[如 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu 减小
电解质 或CuCO
3
CuSO 4 ] 总反应式：2Cu2＋＋2HO=====2Cu＋O↑＋4H＋
2 2
7．电解后溶液的复原规律
用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表：
(1)电解HO型
2
电解质 HSO NaOH NaSO
2 4 2 4
阳极反应式 4OH－－4e－===O↑＋2HO
2 2
阴极反应式 4H＋＋4e－===2H↑
2
pH变化 减小 增大 不变
复原加入物质 加入HO
2
(2)电解电解质型
电解质 HCl CuCl
2
阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl↑
2
阴极反应式 2H＋＋2e－===H↑ Cu2＋＋2e－===Cu
2
pH变化 增大
复原加入物质 加入HCl 加入CuCl
2
(3)电解质和水都发生电解型
电解质 NaCl CuSO
4
阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl↑ 2HO－4e－===O↑＋4H＋
2 2 2
阴极反应式 2HO＋2e－===H↑＋2OH－ 2Cu2＋＋4e－===2Cu
2 2
pH变化 增大 减小
复原加入物质 加入HCl 加入CuO或CuCO
3
【特别提醒】电解后溶液的复原，从溶液中放出的气体和生成的沉淀，按照原子个数比组
成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则。
二、氯碱工业
烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
1．电解饱和食盐水的原理
通电前：溶液中的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。
通电后：①移向阳极的离子是Cl－、OH－，Cl－比OH－容易失去电子，被氧化成氯气。
阳极：2Cl－－2e－===Cl↑(氧化反应)。
2
②移向阴极的离子是Na＋、H＋，H＋比Na＋容易得到电子，被还原成氢气。其中H＋是由水
电离产生的。阴极：2HO＋2e－===H↑＋2OH－(还原反应)。
2 2
③总反应：
化学方程式为2NaCl＋2HO=====H↑＋Cl↑＋2NaOH；
2 2 2
离子方程式为2Cl－＋2HO=====H↑＋Cl↑＋2OH－。
2 2 2
2．氯碱工业生产流程
工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。
①阳离子交换膜电解槽
②阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分
子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极
产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量。
3．氯碱工业产品及其应用
(1)氯碱工业产品主要有NaOH、Cl、H、盐酸、含氯漂白剂。
2 2
(2)电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、
农药、金属冶炼等领域中广泛应用。
三、电镀与电解精炼
电镀 电解精炼铜
示意图
阳极 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋
电极反应
阴极 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液的浓度变化 CuSO 溶液的浓度不变 CuSO 溶液的浓度变小
4 4
【特别提醒】电解精炼铜时，阳极质量减小，阴极质量增加，溶液中的 Cu2＋浓度减小。
粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)，在阳极难以失去电子，
当阳极上的铜失去电子变成离子之后，它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，成为
阳极泥。
四、电冶金
电解冶炼 冶炼钠 冶炼镁 冶炼铝
阳极：2Cl－－2e－
阳 极 ： 2Cl － 2e － 阳极：6O2－－12e－===3O ↑
2
电极反应 ===Cl↑
2 ===Cl↑ 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al
2
阴极：2Na＋＋2e－阴 极 ： Mg2 ＋ ＋ 2e －
===2Na
===Mg
2NaCl(熔融)===== MgCl (熔融)===== 2Al O(熔融)=====
2 2 3
总反应
2Na＋Cl↑ Mg＋Cl↑ 4Al＋3O↑
2 2 2
【特别提醒】
(1)氯碱工业所用的饱和食盐水需要精制，除去NaCl中混有的Ca2＋、Mg2＋、SO。
(2)电镀铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)不变；电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)减小。
(3)电解熔融MgCl 冶炼镁，而不能电解MgO冶炼镁，是因为MgO的熔点很高；电解熔融
2
Al O 冶炼铝，而不能电解AlCl 冶炼铝，是因为AlCl 是共价化合物，其熔融态不导电。
2 3 3 3
五、电化学有关计算
1.计算依据——三个相等
(1)同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等。
(2)同一电解池的阴极、阳极电极反应中得、失电子数相等。
(3)串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。
上述三种情况下，在写电极反应式时，得、失电子数要相等，在计算电解产物的量时，应
按得、失电子数相等计算。
2.计算方法——三种常用方法
(1)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出比例式计算。
(2)根据电子守恒计算
①用于串联电路中阴阳两极产物、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用于混合溶液中分阶段电解的计算。
(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。
如以通过4mole-为桥梁可构建如下关系式:
4
⏟2Cl (Br 、I )~O ~2H ~2Cu~4Ag~ M
4e-~ 2 2 2 2 ⏟2 n
阳极产物
阴极产物
(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)
该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应,灵活运用关系式便能快速解答常
见的电化学计算问题。
提示：在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×N ×1.60×10－19C来计算电路中通过
A
的电量。
考点一 电解及其装置例1．以纯碱溶液为原料，通过电解的方法可制备小苏打，原理装置图如下：
上述装置工作时，下列有关说法正确的是
A．乙池电极接电池正极，气体X为H
2
B．Na+由乙池穿过交换膜进入甲池
C．甲池中只发生反应：
D．NaOH溶液Z的浓度比NaOH溶液Y的小
考点二 电解规律及其应用
例2．室温下，用惰性电极电解下列物质的稀溶液，其中pH增大的是
A．NaOH B． C． D．
考点三 电解原理应用
例3．下列关于电解原理应用的说法错误的是
A．氯碱工业的电解槽需使用阳离子交换膜隔开两极产物
B．在铁上镀铜时，铁作阴极
C．钠、镁、铝均可通过电解其熔融氯化物的方法冶炼得到
D．电解精炼铜一段时间，电解质溶液中c(Cu2+)略减小
考点四 电解的有关计算
例4．按照要求回答下列问题：
(1)通过电解废旧锂电池中的LiMn O 可获得难溶性的LiCO 和MnO ，电解示意图如图(其
2 4 2 3 2
中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过，电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。
①电极B发生的电极反应式为______。②电解一段时间后溶液中Mn2+浓度______(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)用NaOH溶液吸收烟气中的SO ，将所得的NaSO 溶液进行电解，可循环再生NaOH，
2 2 3
同时得到HSO ，其原理如图所示(电极材料均为石墨)。
2 4
①图中A口产生的气体为______，B口流出的物质是______。
②b电极表面发生的电极反应式为______。
(3)Co是磁性合金的重要材料，也是维生素的重要组成元素。工业上可用如图装置制取单质
Co并获得副产品盐酸(A、B均为离子交换膜)。
①A为______(填“阳”或“阴”)离子交换膜。
②该电解池的总反应离子方程式为______。
③若产品室中阴极质量增加11.8g，则产品室增加的HCl的物质的量为______。
1．如图所示，能实现电能转化为化学能的是
A．锌锰干电池 B．火力发电厂
C．太阳能电池 D．六角螺栓镀铜2．下列说法正确的是
A．粗铜精炼时，纯铜做阳极
B．在铁制品上镀银时，铁制品作阴极，硝酸银溶液作电镀液
C．铁的吸氧腐蚀过程中正极反应为：
D．电解 饱和溶液，可制得金属钠
3．通过火法冶金炼出的铜是粗铜，含有Fe、Zn、Ag、Au、Pt等杂质，可利用电解法将粗
铜提纯。下列说法错误的是
A．提纯时粗铜作阴极
B．用硫酸铜溶液作电解质溶液
C．阳极反应之一是Cu-2e-=Cu2+
D．电解槽底部的阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料
4．下列说法正确的是
A．工业上通过电解熔融 制备金属铝 B．电解精炼铜用粗铜作阳极
C．加热 制备无水 D．吸热反应只能在加热条件下进行
5．在原电池和电解池的电极上发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的有
①原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应；
②原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应
③原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应
④原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应
A．①② B．①④ C．③④ D．②③
6．在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下，下列说法不正确的是
A．电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气
B．离子交换膜为阳离子交换膜
C． 溶液从d处出
D．电解饱和食盐水的离子方程式为：
7．电化学工业的发展为改善人类需求起到非常重要的作用。下列说法错误的是
A．粗铜精炼时，精铜电极应与电源正极相连
B．电动汽车的推广有利于改善大气环境C．可利用电解工业制备一些活泼金属单质
D．电镀工业中镀件应与电源的负极相连
8．有关甲、乙、丙、丁四个图示的叙述正确的是
A．甲中Zn电极失去电子发生氧化反应，电子经过 溶液后，流向Ag电极
B．乙中阴极反应式为
C．丙中H+向Fe电极方向移动
D．丁中电解开始时阳极产生黄绿色气体
9．下列关于金属冶炼的说法中正确的是
A．电解熔融氯化钡制钡 B．电解熔融氯化铝制铝
C．工业上电解饱和食盐水制钠 D．工业上电解熔融氧化镁制镁
10．下列关于电解池的叙述不正确的是
A．若用铁做阴极，则铁不会被氧化 B．与电源负极相连的是电解池的阴极
C．在电解池的阳极发生的是氧化反应 D．与电源正极相连的是电解池的阴极
11．微生物电化学产甲烷法能将电化学法和生物还原法有机结合，装置如图所示(左侧
转化为 和 ，右侧 和 转化为 )。有关说法正确的是
A．电源a端为负极
B．该方法能实现二氧化碳零排放
C．b电极的反应为：
D．外电路中每通过 ，与a相连的电极将产生12．次磷酸 是一元中强酸，工业上采用电渗析法制备，其工作原理如图所示。下
列叙述错误的是
A．M室发生的电极反应式为
B．电解过程中N室溶液的pH逐渐增大
C．装置中a膜、b膜、c膜均为阳离子交换膜
D．理论上M室和N室石墨电极上产生的气体物质的量之比为1∶2
13．如图所示的装置，甲中盛有CuSO 溶液，乙中盛有KI溶液，电解一段时间后，分别向
4
C、D电极附近滴入淀粉溶液，D电极附近变蓝。下列说法正确的是
A．E、F电极分别是阴极、阳极
B．若甲池是电解精炼铜，则A电极为粗铜
C．甲中Cu2+移向B电极
D．若C电极为惰性电极，则电解后乙中溶液的pH增大
14．现代膜技术可使某种离子具有单向通过能力，常用于电解池、原电池中。电解
NaB(OH) 溶液可制备HBO，其工作原理如图所示。下列说法错误的是
4 3 3
A．NaB(OH) 中B的化合价为+3价
4
B．N室发生的电极反应式为2HO+2e-=H ↑+2OH-
2 2C．去掉a膜，阳极区用稀硫酸作电解液，不影响HBO 的纯度
3 3
D．a、c膜均为阳离子交换膜，b膜为阴离子交换膜
15．如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色，下列
说法错误的个数是
①X是负极，Y是正极
②若用右侧装置(电解液改为 溶液)在钥匙上镀铜，则将钥匙放在b处
③ 溶液的酸性先增强，当铜电极有气泡产生时，此后一段时间酸性会继续增强
④若用右侧装置(电解液改为 溶液)精炼粗铜时，则将粗铜放在b处
A．1个 B．2个 C．3个 D．4个
16．间接电解法除NO，其工作原理如图所示，已知HSO 是一种弱酸。下列有关该装置
2 2 2 4
工作的说法正确的是
A．b为直流电源的负极
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解池的阴极电极反应式为2HSO +2e-+2H+=H SO+2H O
2 3 2 2 4 2
D．在吸收池中，HSO 被NO还原为HSO 从而实现循环使用
2 2 4 2 2 3
17．在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一
种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示。下列说法正确的是A．a为电源正极
B．阳极反应为Fe2++e-=Fe3+
C．阴极区附近发生的反应有4Fe2++O +4H+=4Fe3++2H O
2 2
D．若产生2.24LCl ，通过外电路中的电子数目为0.1N
2 A
18．如图是用惰性电极电解足量饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法不正确的是
A．该装置是将电能转化为化学能
B．装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气
C．装置中发生反应的离子方程式为
D．电解一段时间后，再加入一定量的盐酸能使电解后的溶液与原来溶液一样
19．常温常压下，电解法合成氨的原理如图所示，下列说法不正确的是
A．a极代表电源的负极
B．b极相连的电极反应式为
C．电极表面 放电会导致氨的产量降低D．该方法合成氨的化学方程式为
20．电化学原理在工农业生产中有重要应用。已知NH 是一种重要的清洁高能燃料，根据
2 4
如图所示装置回答下列问题(C ～C 均为石墨电极，假设各装置在工作过程中溶液体积不
1 6
变)：
(1)甲装置C 电极为___________极(填“正”“负”“阳”或“阴”)，C 电极上的电极反
2 1
应式为___________。
(2)乙装置___________(填“是”或“不是”)电镀池，若乙装置中溶液体积为400 mL，开
始时溶液pH为6，当电极上通过0.04 mol电子时，溶液pH约为___________。
(3)丙装置用于处理含高浓度硫酸钠的废水，同时获得硫酸、烧碱及氢气，膜X为
___________交换膜(填“阳离子”“阴离子”或“质子”)，当电极上通过0.04 mol电子时，
中间硫酸钠废水的质量改变___________g(假定水分子不能通过膜X和膜Y)。
(4)电解一段时间后，丁装置的电解质溶液中能观察到的现象是___________，丁装置中电
解反应的总化学方程式为___________。
