例析高考化学中电解原理的“不寻常”应用及其解题策略

罗长梁

摘 要：电解原理在生产中有着广泛的应用，但除了大家比较熟悉的应用外，电解原理还有一些“不寻常”的应用。从近几年的高考卷中有关电解原理应用的内容中，会发现大部分的题目还是主要考查这些“不寻常”的应用。本文例析了电解原理在近几年高考卷中一些“不寻常”的应用的解题指导，就高考中有关这部分的考点做一不全面的概括，希望对高考化学在电解原理的应用这部分知识复习时有些许的指导作用。

关键词：高考化学；电解应用；解题策略

电解原理在生产中有着广泛的应用，譬如：氯碱工业的基础——电解饱和食盐水；对于比较活泼金属（如钠、镁、铝等），我们常用电解其熔融盐的方法制取；还有电解精炼铜以及电镀等。但除了这些大家比较熟悉的应用外，电解原理还有一些“不寻常”的应用。从近几年的高考卷中有关电解原理应用的内容中，会发现大部分的题目还是主要考查这些“不寻常”的应用。下面笔者就高考中有关这部分的考点做一不全面的概括，寄希抛砖引玉之效。

一、电解原理在“新型电池充电”中的应用

【解题指导】可充电电池的放电过程与充电过程互为逆反应，而放电时的生成物是充电时的反应物，放电时的反应物是充电时的生成物，放电过程是用原电池原理解题，充电过程是用电解池原理解题。解题时，首先应搞明白电池放电时的正、负极，再根据电池充电时“正”接“正”“负”接“负”，即放电时的正极成为充电时阳极，发生氧化反应；放电时的负极成为充电时阴极，发生还原反应的原理，进行分析。

例1.（2016·新课标III）锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O=2Zn（OH）2-4。下列说法正确的是（ ）

A.充电时，电解质溶液中K+向阳极移动

B.充电时，电解质溶液中c（OH-）逐渐减小

C.放电时，负极反应为：Zn+4OH--2e- =Zn（OH）2-4

D.放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L（标准状况）

【解析】A.充电时阳离子向阴极移动，故错误；B.放电时总反应为：2Zn+O2+4KOH+2H2O2K2Zn（OH）4，則充电时生成氢氧化钾，溶液中的氢氧根离子浓度增大，故错误；C.放电时，锌在负极失去电子，故正确；D.标准状况下22.4L氧气的物质的量为1摩尔，对应转移4摩尔电子，故错误。

二、电解原理在“金属防腐”中的应用

【解题指导】外加电源的阴极保护法利用的就是电解池的原理，它是指接上外加直流电源构成电解池，将被保护钢铁设备连接在外加直流电源的负极上，被保护的金属作阴极。注意要将外加电流的阴极保护法与牺牲阳极的阴极保护法区分开来，牺牲阳极的阴极保护法是指外加负极材料，在被保护钢铁设备上连接一种更易失去电子的金属或合金，构成原电池，被保护的金属作正极，利用的是原电池的原理。

例2.（2017·新课标I）支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是（ ）

A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零

B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩

C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流

D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整

【解析】A.钢管表面不失电子，几乎无腐蚀电流，故A正确；B.外电路中，电子从高硅铸铁流向电源正极，从电源负极流向钢管桩，故B正确；C.高硅铸铁作为惰性辅助电极，不被损耗，故C错误；D.保护电流应根据环境（pH，离子浓度，温度）变化，故D正确。

三、电解原理在“环境治理”中的应用

【解题指导】解答电解原理的应用的一般思路：1.要明确通电前电解质溶液中含哪些阴离子、阳离子（包括由水电离出的H+和OH-）；2.根据通电时阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁先放电（注意活泼金属作阳极时，活泼金属优先放电）；3.正确书写电极反应式，要注意原子数、电荷数是否守恒；4.能结合题目要求分析电解时的各种变化情况，如两极现象、水的平衡移动、离子浓度的变化、pH的变化等。

例3.（2016·新课标Ⅰ）三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na+和SO2-4可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。

下列叙述正确的是（ ）

A.通电后中间隔室的SO2-4离子向正极迁移，正极区溶液pH增大

B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品

C.负极反应为2 H2O–4e–=O2+4H+，负极区溶液pH降低

D.当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成

【解析】A.在电解池中阴离子会向阳极区定向移动，因此通电后中间隔室的SO2-4向正极迁移；在正极区带OH-失去电子，发生氧化反应而放电，由于破坏了附近的水的电离平衡，使溶液中c（H+）>c（OH-），所以正极区溶液酸性增强，溶液的pH减小，错误；B.阳极区氢氧根放电，溶液中产生硫酸，阴极区氢离子获得电子，发生还原反应而放电，破坏了附近的水的电离平衡，使溶液中c（OH-）>c（H+），所以产生氢氧化钠，因此该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品，正确；C.负极区氢离子得到电子，使溶液中c（OH-）>c（H+），所以负极区溶液pH升高，错误；D.当电路中通过1mol电子的电量时，根据整个闭合回路中电子转移数目相等可知，反应产生氧气的物质的量n（O2）=1mol÷4=0.25mol，错误。

四、电解原理在“物质制备”中的应用

【解题指导】电解池是把电能转化为化学能的装置，它可以使不能自发进行的化学反应借助于电流而发生。与外接电源正极连接的电极为阳极，与外接电源的负极连接的电极为阴极。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。溶液中的离子移方向符合：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，即阳离子向阴极区移动，阴离子向阳极区移动。

例4.（2014·新课标Ⅰ节选）次磷酸（H3PO2）是一种精细化工产品，具有较强还原性，回答下列问题：

（4）（H3PO2）也可以通过电解的方法制备。工作原理如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：

①写出阳极的电极反应式；

②分析产品室可得到H3PO2的原因；

③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2，将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是产品中混有杂质。该杂质产生的原因是：。

【解析】（4）①在阳极由于含有的阴离子OH-、SO2-4、H2PO-2中放电能力最强的是OH-，所以发生反应： 2H2O-4e-=O2↑+4H+；②在产品室之所以可得到H3PO2是因为阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO-2穿過阴膜扩散至产品室，二者反应生成）；③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2，将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是阳极产生的氧气会把H3PO2或H2PO-2氧化为PO3-4，使产品不纯。

五、电解原理在“物质分离”中的应用

【解题指导】在电化学问题中，注意阳离子交换膜只允许允许阳离子通过、阴离子交换膜只允许阴离子通过。另外，其实电解精炼铜也是将铜与铜中的其他金属利用电解法进行分离的一种方法。

例5.（2017·天津卷节选）某混合物浆液含有Al（OH）3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置（见图），使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。回答Ⅰ和Ⅱ中的问题。

Ⅱ含铬元素溶液的分离和利用

（4）用惰性电极电解时，CrO2﹣4能从浆液中分离出来的原因是， 分离后含铬元素的粒子是；阴极室生成的物质为 （写化学式）。

【解析】电解混合物浆液时，在直流电场作用下，Na+通过阳离子交换膜向阴极室移动移向阴极， CrO2-4通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离浆液；而用惰性电极电解Na2SO4溶液实质是电解水，阳极室OH-放电生O2，阳极室溶液酸性增强，溶液的pH减小，移动至阳极室的CrO2-4 会与H+反应：CrO2-4+2H+=Cr2O2-7+ H2O，所以分离后含铬元素的粒子是CrO2-4和Cr2O2-7；阴极室H+放电生H2，同时有NaOH生成。

综上所述，电解原理的应用题总离不开阴阳极的判断，溶液中离子的移向，电极上所发生的反应、变化以及现象，离子交换膜的使用等这几个问题，若能从这些方面思考，就能以不变应万变，无论电解原理是在哪方面的应用，都能得心应手，轻松解题。

参考文献：

[1]5·3金卷高考真题详解（化学）.

[2]黄建平.电解原理解题策略大盘点[J].中学生数理化，2010（01）.

[3]宣会超.浅谈电解原理及其应用[N].学知报，2011.