例析高考化學中電解原理的“不尋常”應用及其解題策略

羅長梁

摘 要：電解原理在生產中有著廣泛的應用，但除了大家比較熟悉的應用外，電解原理還有一些“不尋常”的應用。從近幾年的高考卷中有關電解原理應用的內容中，會發現大部分的題目還是主要考查這些“不尋常”的應用。本文例析了電解原理在近幾年高考卷中一些“不尋常”的應用的解題指導，就高考中有關這部分的考點做一不全面的概括，希望對高考化學在電解原理的應用這部分知識復習時有些許的指導作用。

關鍵詞：高考化學；電解應用；解題策略

電解原理在生產中有著廣泛的應用，譬如：氯堿工業的基礎——電解飽和食鹽水；對于比較活潑金屬（如鈉、鎂、鋁等），我們常用電解其熔融鹽的方法制取；還有電解精煉銅以及電鍍等。但除了這些大家比較熟悉的應用外，電解原理還有一些“不尋常”的應用。從近幾年的高考卷中有關電解原理應用的內容中，會發現大部分的題目還是主要考查這些“不尋常”的應用。下面筆者就高考中有關這部分的考點做一不全面的概括，寄希拋磚引玉之效。

一、電解原理在“新型電池充電”中的應用

【解題指導】可充電電池的放電過程與充電過程互為逆反應，而放電時的生成物是充電時的反應物，放電時的反應物是充電時的生成物，放電過程是用原電池原理解題，充電過程是用電解池原理解題。解題時，首先應搞明白電池放電時的正、負極，再根據電池充電時“正”接“正”“負”接“負”，即放電時的正極成為充電時陽極，發生氧化反應；放電時的負極成為充電時陰極，發生還原反應的原理，進行分析。

例1.（2016·新課標III）鋅—空氣燃料電池可用作電動車動力電源，電池的電解質溶液為KOH溶液，反應為2Zn+O2+4OH-+2H2O=2Zn（OH）2-4。下列說法正確的是（ ）

A.充電時，電解質溶液中K+向陽極移動

B.充電時，電解質溶液中c（OH-）逐漸減小

C.放電時，負極反應為：Zn+4OH--2e- =Zn（OH）2-4

D.放電時，電路中通過2 mol電子，消耗氧氣22.4 L（標準狀況）

【解析】A.充電時陽離子向陰極移動，故錯誤；B.放電時總反應為：2Zn+O2+4KOH+2H2O2K2Zn（OH）4，則充電時生成氫氧化鉀，溶液中的氫氧根離子濃度增大，故錯誤；C.放電時，鋅在負極失去電子，故正確；D.標準狀況下22.4L氧氣的物質的量為1摩爾，對應轉移4摩爾電子，故錯誤。

二、電解原理在“金屬防腐”中的應用

【解題指導】外加電源的陰極保護法利用的就是電解池的原理，它是指接上外加直流電源構成電解池，將被保護鋼鐵設備連接在外加直流電源的負極上，被保護的金屬作陰極。注意要將外加電流的陰極保護法與犧牲陽極的陰極保護法區分開來，犧牲陽極的陰極保護法是指外加負極材料，在被保護鋼鐵設備上連接一種更易失去電子的金屬或合金，構成原電池，被保護的金屬作正極，利用的是原電池的原理。

例2.（2017·新課標I）支撐海港碼頭基礎的鋼管樁，常用外加電流的陰極保護法進行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關表述不正確的是（ ）

A.通入保護電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零

B.通電后外電路電子被強制從高硅鑄鐵流向鋼管樁

C.高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流

D.通入的保護電流應該根據環境條件變化進行調整

【解析】A.鋼管表面不失電子，幾乎無腐蝕電流，故A正確；B.外電路中，電子從高硅鑄鐵流向電源正極，從電源負極流向鋼管樁，故B正確；C.高硅鑄鐵作為惰性輔助電極，不被損耗，故C錯誤；D.保護電流應根據環境（pH，離子濃度，溫度）變化，故D正確。

三、電解原理在“環境治理”中的應用

【解題指導】解答電解原理的應用的一般思路：1.要明確通電前電解質溶液中含哪些陰離子、陽離子（包括由水電離出的H+和OH-）；2.根據通電時陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，結合放電順序分析誰先放電（注意活潑金屬作陽極時，活潑金屬優先放電）；3.正確書寫電極反應式，要注意原子數、電荷數是否守恒；4.能結合題目要求分析電解時的各種變化情況，如兩極現象、水的平衡移動、離子濃度的變化、pH的變化等。

例3.（2016·新課標Ⅰ）三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場的作用下，兩膜中間的Na+和SO2-4可通過離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進入中間隔室。

下列敘述正確的是（ ）

A.通電后中間隔室的SO2-4離子向正極遷移，正極區溶液pH增大

B.該法在處理含Na2SO4廢水時可以得到NaOH和H2SO4產品

C.負極反應為2 H2O–4e–=O2+4H+，負極區溶液pH降低

D.當電路中通過1mol電子的電量時，會有0.5mol的O2生成

【解析】A.在電解池中陰離子會向陽極區定向移動，因此通電后中間隔室的SO2-4向正極遷移；在正極區帶OH-失去電子，發生氧化反應而放電，由于破壞了附近的水的電離平衡，使溶液中c（H+）>c（OH-），所以正極區溶液酸性增強，溶液的pH減小，錯誤；B.陽極區氫氧根放電，溶液中產生硫酸，陰極區氫離子獲得電子，發生還原反應而放電，破壞了附近的水的電離平衡，使溶液中c（OH-）>c（H+），所以產生氫氧化鈉，因此該法在處理含Na2SO4廢水時可以得到NaOH和H2SO4產品，正確；C.負極區氫離子得到電子，使溶液中c（OH-）>c（H+），所以負極區溶液pH升高，錯誤；D.當電路中通過1mol電子的電量時，根據整個閉合回路中電子轉移數目相等可知，反應產生氧氣的物質的量n（O2）=1mol÷4=0.25mol，錯誤。

四、電解原理在“物質制備”中的應用

【解題指導】電解池是把電能轉化為化學能的裝置，它可以使不能自發進行的化學反應借助于電流而發生。與外接電源正極連接的電極為陽極，與外接電源的負極連接的電極為陰極。陽極發生氧化反應，陰極發生還原反應。溶液中的離子移方向符合：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原則，即陽離子向陰極區移動，陰離子向陽極區移動。

例4.（2014·新課標Ⅰ節選）次磷酸（H3PO2）是一種精細化工產品，具有較強還原性，回答下列問題：

（4）（H3PO2）也可以通過電解的方法制備。工作原理如圖所示（陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過）：

①寫出陽極的電極反應式；

②分析產品室可得到H3PO2的原因；

③早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2，將“四室電滲析法”中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去陽極室與產品室之間的陽膜，從而合并了陽極室與產品室，其缺點是產品中混有雜質。該雜質產生的原因是：。

【解析】（4）①在陽極由于含有的陰離子OH-、SO2-4、H2PO-2中放電能力最強的是OH-，所以發生反應： 2H2O-4e-=O2↑+4H+；②在產品室之所以可得到H3PO2是因為陽極室的H+穿過陽膜擴散至產品室，原料室的H2PO-2穿過陰膜擴散至產品室，二者反應生成）；③早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2，將“四室電滲析法”中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去陽極室與產品室之間的陽膜，從而合并了陽極室與產品室，其缺點是陽極產生的氧氣會把H3PO2或H2PO-2氧化為PO3-4，使產品不純。

五、電解原理在“物質分離”中的應用

【解題指導】在電化學問題中，注意陽離子交換膜只允許允許陽離子通過、陰離子交換膜只允許陰離子通過。另外，其實電解精煉銅也是將銅與銅中的其他金屬利用電解法進行分離的一種方法。

例5.（2017·天津卷節選）某混合物漿液含有Al（OH）3、MnO2和少量Na2CrO4。考慮到膠體的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小組利用設計的電解分離裝置（見圖），使漿液分離成固體混合物和含鉻元素溶液，并回收利用。回答Ⅰ和Ⅱ中的問題。

Ⅱ含鉻元素溶液的分離和利用

（4）用惰性電極電解時，CrO2﹣4能從漿液中分離出來的原因是， 分離后含鉻元素的粒子是；陰極室生成的物質為 （寫化學式）。

【解析】電解混合物漿液時，在直流電場作用下，Na+通過陽離子交換膜向陰極室移動移向陰極， CrO2-4通過陰離子交換膜向陽極室移動，脫離漿液；而用惰性電極電解Na2SO4溶液實質是電解水，陽極室OH-放電生O2，陽極室溶液酸性增強，溶液的pH減小，移動至陽極室的CrO2-4 會與H+反應：CrO2-4+2H+=Cr2O2-7+ H2O，所以分離后含鉻元素的粒子是CrO2-4和Cr2O2-7；陰極室H+放電生H2，同時有NaOH生成。

綜上所述，電解原理的應用題總離不開陰陽極的判斷，溶液中離子的移向，電極上所發生的反應、變化以及現象，離子交換膜的使用等這幾個問題，若能從這些方面思考，就能以不變應萬變，無論電解原理是在哪方面的應用，都能得心應手，輕松解題。

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