论文部分内容阅读
电解原理是电化学重要知识之一，与氧化还原反应原理、元素及其化合物、电解质溶液（熔融盐等）、化学反应与能量转化等紧密联系，也是在工农业生产应用、环保、资源的重复利用等中应用的重要化学原理。在考查中与新型电解原理示意图、物质转化图表、实验图形与数据等相结合，考查学生对图示信息的提取和分析能力、根据实验事实得出正确结论的能力、应用化学基本原理和方法对实际问题的综合探究能力，重视对学生信息素养的提升，也引导中学化学教学重视对化学基本原理的理解和应用。
一、电解原理知识回顾
1.电解：在电流通过电解质溶液（熔融电解质）在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。
2.电解池的基本情况
（1）构成：直流电源、两电极、电解质溶液（熔融电解质）和闭合回路。
（2）能量转化形式：电能转化为化学能。
（3）电极与电极反应：
与直流电源的正极相连的是阳极，失去电子，化合价升高，发生氧化反应；
与直流电源的负极相连的是阴极，得到电子，化合价降低，发生还原反应。
（4）溶液中阴、阳离子的移动方向：阳离子移向阴极；阴离子移向阳极。
（5）电子流向：直流电源的负极→电解池的阴极（得电子）；在电解质溶液中，靠阴、阳离子发生定向移动而导电；电解池的阳极（失电子）→直流电源的正极。
（6）电解质导电的过程实质就是电解的过程。
3.电极反应规律
（1）阳极反应（与电极材料有关）
①若为活泼电极（除金、铂以外的金属电极）：金属失去电子生成金属离子；
②若为惰性电极（石墨、铂）：阴离子放电，常用阴离子的放电顺序为：
含氧酸根 （2）阴极反应（与电极材料无关）：阳离子放电，常见阳离子的放电顺序为：
Na+ 4.電解原理的应用
（1）电解饱和食盐水
（2）电解精练铜
（3）电镀
（4）金属的腐蚀和防护
（5）电解原理“拓展”应用，如治污、环保等。
二、考点例析
例1 （2017届江苏省中华中学等六校联考，节选）无机和有机氰化物在工农业生产中应用广泛，尤其是冶金工业常用氰化物，含氰废水的处理显得尤为重要。含氰废水中的氰化物常以
[Fe（CN）6]3-和CN-的形式存在，工业上有多种废水处理方法。用如图1所示装置处理含CN-废水时，控制溶液pH为9～10并加入NaCl，一定条件下电解，阳极产生的ClO-将CN-氧化为无害物质而除去。铁电极为（填“阴极”或“阳极”），阳极产生ClO-的电极反应为，阳极产生的ClO-将CN-氧化为无害物质而除去的离子方程式为。
解题分析 本题以电解法治理含CN-废水为载体考查了电极的判断、电极方程式和离子方程式的书写、电解原理及其应用等知识，考查了学生获取题中信息及图示信息的能力。由题意加入NaCl、阳极产生的ClO-将CN-氧化为无害物质而除去，若铁为阳极，则铁化合价升高，会失去电子生成Fe2+，而不会生成ClO-，则可判断铁电极应作阴极，石墨电极作阳极，由溶液中Cl-失去电子，化合价升高生成ClO-；此电解控制溶液pH为9～10为碱性，则可写出阳极产生ClO-的电极反应为：Cl-+2OH--2e-ClO-+H2O；阳极产生的ClO-在碱性条件下将CN-氧化为无害物质而除去，则Cl转化成Cl-，环境是碱性环境，C转化成CO2-3，N转化成N2，可初步写出ClO-+CN-CO2-3+N2↑+Cl-，然后根据化合价升降总数相等进行配平得5ClO-+2CN-2CO2-3+N2↑+5Cl-，再利用电荷守恒和原子守恒写出缺少的微粒并配平，因此所需要写的离子反应方程式为：5ClO-+2CN-+2OH-2CO2-3+N2↑+5Cl-+H2O。
例2 （2016届苏中三市二模，节选）电解法处理含氮氧化物废气，可回收硝酸，具有较高的环境效益和经济效益。实验室模拟电解法吸收NOx的装置如图2所示（图中电极均为石墨电极）。
（1）若用NO2气体进行模拟电解法吸收实验。
①写出电解时NO2发生反应的电极反应式：。
②若有标准状况下2.24 LNO2被吸收，通过阳离子交换膜（只允许阳离子通过）的H+为mol。
（2）某小组在右室装有10 L 0.2 mol·L-1硝酸，用含NO和NO2（不考虑NO2转化为N2O4）的废气进行模拟电解法吸收实验。电解过程中，有部分NO转化为HNO2。实验结束时，测得右室溶液中含3 molHNO3、0.1 mol HNO2，同时左室收集到标准状况下28 L H2。计算原气体中NO和NO2的体积比（假设尾气中不含氮氧化物，写出计算过程）。
解题分析 本题以电解法处理含氮氧化物废气，可回收硝酸为载体设计考题，主要考查了学生对电解原理的理解及其应用、化学计算等。
（1）①分析通过装置知该电解装置左室为电解池的阴极，电极反应式为2H2O + 2e-H2↑ +2OH-，右室为电解池的阳极，电解池的阳极电极反应式有：NO2-e-+H2ONO-3+2H+、NO-e-+H2OHNO2+H+ 、NO-3e-+2H2ONO-3+4H+。则可得符合题意要求NO2气体发生反应的电极反应式为NO2-e-+
H2ONO-3+2H+。②根据阴、阳两极的电极反应式知若有标准状况下2.24 L NO2被吸收，转移电子0.1 mol，阴极区生成的氢氧根为0.1 mol，为维持电荷守恒通过阳离子交换膜的H+为0.1 mol。
（2）①根据公式c=1000ρω%M计算出浓硝酸的物质的量浓度为1000×1.4 g·mL-1×63%÷63 g·mol-1=14 mol·L-1。由稀释公式
c1V1=c2V2计算所需浓硝酸的体积为10 L ×0.2 mol·L-1/14 mol·L-1=0.1429 L=142.9 mL；②根据题意知电解池的阴极电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-，电解池的阳极电极反应式有：NO2-e-+H2O = NO-3+2H+、NO-e-+H2O=HNO2+H+ 、NO-3e-+2H2O = NO-3+4H+。根据原子守恒和电荷守恒作答。根据原子守恒：n（NO）+n（NO2）=3 mol- 0.2 mol·L-1×10 L+0.1 mol =1.1 mol，根据电子守恒：0.1mol×1+＼[n（NO）- 0.1 mol＼]×3+n（NO2）×1=28 L/22.4 L/mol×2，解得：n（NO）=0.8 mol n（NO2）=0.3 mol，则得V（NO）∶V（NO2）=
n（NO）∶n（NO2）=0.8 mol∶0.3 mol=8∶3。
电解池原理试题的分析一般是从化合价着手，化合价升高作为阳极，化合价降低的作为阴极。平时学习及复习备考中要重视化学与社会生活问题联系，要拓展搞活学科知识。化学计算要物质的量为基本，适当关注化学学科思想（如质量守恒、电荷守恒、极端分析等）等在化学计算中的运用，这也是今后几年电解原理的考查趋向。
（收稿日期：2017-05-23）
一、电解原理知识回顾
1.电解：在电流通过电解质溶液（熔融电解质）在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。
2.电解池的基本情况
（1）构成：直流电源、两电极、电解质溶液（熔融电解质）和闭合回路。
（2）能量转化形式：电能转化为化学能。
（3）电极与电极反应：
与直流电源的正极相连的是阳极，失去电子，化合价升高，发生氧化反应；
与直流电源的负极相连的是阴极，得到电子，化合价降低，发生还原反应。
（4）溶液中阴、阳离子的移动方向：阳离子移向阴极；阴离子移向阳极。
（5）电子流向：直流电源的负极→电解池的阴极（得电子）；在电解质溶液中，靠阴、阳离子发生定向移动而导电；电解池的阳极（失电子）→直流电源的正极。
（6）电解质导电的过程实质就是电解的过程。
3.电极反应规律
（1）阳极反应（与电极材料有关）
①若为活泼电极（除金、铂以外的金属电极）：金属失去电子生成金属离子；
②若为惰性电极（石墨、铂）：阴离子放电，常用阴离子的放电顺序为：
含氧酸根
Na+
（1）电解饱和食盐水
（2）电解精练铜
（3）电镀
（4）金属的腐蚀和防护
（5）电解原理“拓展”应用，如治污、环保等。
二、考点例析
例1 （2017届江苏省中华中学等六校联考，节选）无机和有机氰化物在工农业生产中应用广泛，尤其是冶金工业常用氰化物，含氰废水的处理显得尤为重要。含氰废水中的氰化物常以
[Fe（CN）6]3-和CN-的形式存在，工业上有多种废水处理方法。用如图1所示装置处理含CN-废水时，控制溶液pH为9～10并加入NaCl，一定条件下电解，阳极产生的ClO-将CN-氧化为无害物质而除去。铁电极为（填“阴极”或“阳极”），阳极产生ClO-的电极反应为，阳极产生的ClO-将CN-氧化为无害物质而除去的离子方程式为。
解题分析 本题以电解法治理含CN-废水为载体考查了电极的判断、电极方程式和离子方程式的书写、电解原理及其应用等知识，考查了学生获取题中信息及图示信息的能力。由题意加入NaCl、阳极产生的ClO-将CN-氧化为无害物质而除去，若铁为阳极，则铁化合价升高，会失去电子生成Fe2+，而不会生成ClO-，则可判断铁电极应作阴极，石墨电极作阳极，由溶液中Cl-失去电子，化合价升高生成ClO-；此电解控制溶液pH为9～10为碱性，则可写出阳极产生ClO-的电极反应为：Cl-+2OH--2e-ClO-+H2O；阳极产生的ClO-在碱性条件下将CN-氧化为无害物质而除去，则Cl转化成Cl-，环境是碱性环境，C转化成CO2-3，N转化成N2，可初步写出ClO-+CN-CO2-3+N2↑+Cl-，然后根据化合价升降总数相等进行配平得5ClO-+2CN-2CO2-3+N2↑+5Cl-，再利用电荷守恒和原子守恒写出缺少的微粒并配平，因此所需要写的离子反应方程式为：5ClO-+2CN-+2OH-2CO2-3+N2↑+5Cl-+H2O。
例2 （2016届苏中三市二模，节选）电解法处理含氮氧化物废气，可回收硝酸，具有较高的环境效益和经济效益。实验室模拟电解法吸收NOx的装置如图2所示（图中电极均为石墨电极）。
（1）若用NO2气体进行模拟电解法吸收实验。
①写出电解时NO2发生反应的电极反应式：。
②若有标准状况下2.24 LNO2被吸收，通过阳离子交换膜（只允许阳离子通过）的H+为mol。
（2）某小组在右室装有10 L 0.2 mol·L-1硝酸，用含NO和NO2（不考虑NO2转化为N2O4）的废气进行模拟电解法吸收实验。电解过程中，有部分NO转化为HNO2。实验结束时，测得右室溶液中含3 molHNO3、0.1 mol HNO2，同时左室收集到标准状况下28 L H2。计算原气体中NO和NO2的体积比（假设尾气中不含氮氧化物，写出计算过程）。
解题分析 本题以电解法处理含氮氧化物废气，可回收硝酸为载体设计考题，主要考查了学生对电解原理的理解及其应用、化学计算等。
（1）①分析通过装置知该电解装置左室为电解池的阴极，电极反应式为2H2O + 2e-H2↑ +2OH-，右室为电解池的阳极，电解池的阳极电极反应式有：NO2-e-+H2ONO-3+2H+、NO-e-+H2OHNO2+H+ 、NO-3e-+2H2ONO-3+4H+。则可得符合题意要求NO2气体发生反应的电极反应式为NO2-e-+
H2ONO-3+2H+。②根据阴、阳两极的电极反应式知若有标准状况下2.24 L NO2被吸收，转移电子0.1 mol，阴极区生成的氢氧根为0.1 mol，为维持电荷守恒通过阳离子交换膜的H+为0.1 mol。
（2）①根据公式c=1000ρω%M计算出浓硝酸的物质的量浓度为1000×1.4 g·mL-1×63%÷63 g·mol-1=14 mol·L-1。由稀释公式
c1V1=c2V2计算所需浓硝酸的体积为10 L ×0.2 mol·L-1/14 mol·L-1=0.1429 L=142.9 mL；②根据题意知电解池的阴极电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-，电解池的阳极电极反应式有：NO2-e-+H2O = NO-3+2H+、NO-e-+H2O=HNO2+H+ 、NO-3e-+2H2O = NO-3+4H+。根据原子守恒和电荷守恒作答。根据原子守恒：n（NO）+n（NO2）=3 mol- 0.2 mol·L-1×10 L+0.1 mol =1.1 mol，根据电子守恒：0.1mol×1+＼[n（NO）- 0.1 mol＼]×3+n（NO2）×1=28 L/22.4 L/mol×2，解得：n（NO）=0.8 mol n（NO2）=0.3 mol，则得V（NO）∶V（NO2）=
n（NO）∶n（NO2）=0.8 mol∶0.3 mol=8∶3。
电解池原理试题的分析一般是从化合价着手，化合价升高作为阳极，化合价降低的作为阴极。平时学习及复习备考中要重视化学与社会生活问题联系，要拓展搞活学科知识。化学计算要物质的量为基本，适当关注化学学科思想（如质量守恒、电荷守恒、极端分析等）等在化学计算中的运用，这也是今后几年电解原理的考查趋向。
（收稿日期：2017-05-23）