2019-2020年高考化学一轮复习 课时23 电解池及其应用考点过关.docx

2019-2020年高考化学一轮复习 课时23 电解池及其应用考点过关电解池的工作原理【基础梳理】1. 定义把转化为的装置。其中与电源相连的电极称为阳极，与电源相连的电极称为阴极。2. 阳极材料(1)惰性电极:由石墨、Ti、Pt、Au等导体构成，只起导电作用。(2)活泼电极:电极材料参与反应。3. 电极反应(1)阳极反应(与外电源的极相连):发生电子的反应;阴极反应(与外电源的极相连):发生电子的反应。(2)电子和离子的流向电子从电源极流向电解池的极;从电解池的极流向电源的极。阳离子移向电解池的极;阴离子移向电解池的极。(电子不会进入电解质溶液中，电解质溶液的导电是靠离子的流动形成的)以电解氯化铜为例:电极反应阳极:2Cl-2e-Cl2阴极:Cu2+2e-Cu总反应式:CuCl2Cu+Cl24. 电极放电顺序(1)阳极产物的判断首先看电极材料，如果电极是活性电极(如金属)，则失电子，电极消耗被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果电极是惰性电极(如石墨、Pt、Au)，则要看溶液中的失电子能力，放电顺序如下: (2)阴极上阳离子的放电顺序(阴极放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关)注意:放电是指阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程。5. 用惰性电极电解不同溶液的比较类 型电极反应特点实例电解对象电解质浓度pH电解液复原电解水型阴:4H+4e-2H2阳:4OH-4e-2H2O+O2NaOH水增大增大水H2SO4水增大减小水Na2SO4水增大不变水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电解质减小增大氯化氢CuCl2电解质减小增大氯化铜放H2生碱型阴极:H2O放H2生碱阳极:电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大氯化氢放O2生酸型阴极:电解质阳离子放电阳极:H2O放O2生酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小CuO或CuCO3微课1有关电极反应式及总反应式的书写(1)用惰性电极电解AgNO3溶液:阳极反应式:;阴极反应式:;总反应离子方程式:。(2)用惰性电极电解MgCl2溶液阳极反应式:;阴极反应式:;总反应离子方程式: 。(3)用铁作电极电解NaCl溶液阳极反应式:;阴极反应式:;总反应离子方程式:。(4)用铜作电极电解盐酸阳极反应式:;阴极反应式:;总反应离子方程式:。答案(1)2H2O-4e-O2+4H+4Ag+4e-4Ag4Ag+2H2O4Ag+O2+4H+(2)2Cl-2e-Cl22H2O+2e-2OH-+H2Mg2+2Cl-+2H2OMg(OH)2+Cl2+H2(3)Fe-2e-Fe2+2H2O+2e-2OH-+H2Fe+2H2OFe(OH)2+H2(4)Cu-2e-Cu2+2H+2e-H2Cu+2H+Cu2+H2【典型例题】一、 电解池工作原理(xx北京卷)用石墨电极电解CuCl2溶液(如右图)。下列分析正确的是 ()A. a端是直流电源的负极B. 通电使CuCl2发生电离C. 阳极上发生的反应: Cu2+2e-CuD. 通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体答案A解析用石墨电极电解CuCl2溶液时，Cu2+移向电解池的阴极，故a端是直流电源的负极，A项正确;CuCl2晶体溶于水时发生电离，与是否通电无关，B项错误;阳极上发生氧化反应，其电极反应式为2Cl-2e-Cl2，故通电一段时间后在阳极附近观察到黄绿色气体，C、D项错误。题组训练:1. 下图是铅蓄电池充、放电时的工作示意图，电解质是H2SO4溶液。电池反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。下列有关说法正确的是 ()A. K与N相接时，能量由电能转化为化学能B. K与N相接时，H+向负极区迁移C. K与M连接时，所用电源的a极为负极D. K与M相接时，阳极附近的pH逐渐增大答案C解析K与N相接时，是原电池，Pb作负极，PbO2作正极，能量变化为化学能转化为电能，故A错误;K与N相接时，是原电池，Pb作负极，PbO2作正极，氢离子移向正极，故B错误;K与M连接时，装置是电解池，电解池中的Pb为阴极连接电源的负极，故C正确;K与M连接时，装置是电解池，阳极是PbO2，电极反应过程中生成氢离子，pH减小，故D错误。2. 用如右图装置实验，下列叙述不正确的是 ()A. K与N连接时，组成原电池装置B. K与N连接时，石墨电极产生气泡C. K与M连接时，一段时间后溶液的pH减小D. K与M连接时，石墨电极的反应为 2Cl-2e-Cl2答案C解析K与N连接时，构成原电池，铁为负极，石墨电极为正极:2H+2e-H2，A、B项正确;K与M连接时，组成电解池，石墨为阳极:2Cl-2e-Cl2，D正确;铁为阴极，2H+2e-H2，消耗了H+，一段时间后，溶液的pH增大，C错误。3. 下图装置中盛KOH溶液的部分是一个氢氧燃料电池，对此装置的分析合理的是 ()A. 该装置中Cu极为正极B. 一段时间后锌片质量减少C. b极的电极反应式:H2-2e-+2OH-2H2OD. Cu极的电极反应式:Cu2+2e-Cu答案C解析本题由图可知左半图为原电池，右半图为电解池。a极进氧气得电子，为正极;b极进氢气失电子，为负极;所以锌极为阴极，铜极为阳极。4. 电浮选凝聚法处理污水的原理如右图所示。电解过程生成的胶体能使污水中的悬浮物凝聚成团而除去，电解时阳极也会产生少量气体。下列说法正确的是 ()A. 可以用铝片或铜片代替铁片B. 阳极产生的气体可能是O2C. 电解过程中H+向阳极移动D. 若污水导电能力较弱，可加入足量硫酸答案B解析该装置中阳极上铁失电子生成Fe2+，进一步生成的Fe3+在溶液中形成氢氧化铁胶体，从而起到凝聚作用，因铜离子不能形成胶体，A错;阳极上OH-可以失电子生成O2，B正确;电解过程中溶液中的阳离子向阴极移动，C错;在污水中加入硫酸，氢氧化铁胶体将无法形成，D错。二、 原电池与电解池的组合 某同学组装了如下图所示的电化学装置，电极为Al，其他均为Cu，则 ()A. 电流方向:电极G电极B. 电极发生还原反应C. 电极逐渐溶解D. 电极的电极反应:Cu2+2e-Cu答案A解析由题意可知，该装置中电极、是原电池的两极，是负极，是正极，、是电解池的两极，其中是阳极，是阴极，所以电流方向:电极 电极，正确;电极是原电池的负极，发生氧化反应，错误;电极是原电池的正极，发生还原反应，有Cu析出，错误;电极是阳极，发生氧化反应，电极反应是Cu-2e-Cu2+，错误。 按下图装置进行实验，下列描述正确的是(N装置中两个电极均为石墨棒)()A. C1上发生还原反应B. M装置中S移向Cu电极C. 工作一段时间后装置M和装置N中溶液pH都变大D. Cu电极与C2电极上的电极反应相同答案D解析首先是电池的判断:M装置是原电池，N装置是电解池。Zn电极为负极，Cu电极是正极;C1是阳极，C2是阴极。原电池中阴离子向负极移动，所以M装置中S移向Zn电极。电解池中，阳极上发生氧化反应。工作一段时间后装置M中因在铜极放出氢气而使溶液的酸性减小(即pH变大)，而装置N实际是电解水，随着水的不断消耗，硫酸的浓度会增大(即溶液的pH变小)。Cu电极是发生还原反应，放出氢气，C2电极上也是发生还原反应，放出氢气，D正确。三、 电解后原电解质溶液浓度的恢复 用石墨作电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使用电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的 ()A. CuSO4B. H2O C. CuO D. CuSO45H2O答案C解析用石墨作电极电解CuSO4溶液的电解方程式是2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2，根据缺什么补什么，选项C正确。电解的应用【基础梳理】1. 电冶、粗铜精炼(1)电解熔融氯化钠阳极: 阴极: 总反应式: (2)粗铜的精炼阳极(粗铜):Cu-2e-Cu2+阴极(精铜):Cu2+2e-Cu在电解精炼铜时，用作阳极，用作阴极，电解液用。整个电解过程中铜盐的浓度基本保持，但需要定时除去其中的杂质，即阳极泥(从阳极沉积下来的活泼性比铜差的金、银等)。2. 电镀(1)电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他的过程。电镀是电解的一个重要应用。电镀时，一般都是用镀层金属的可溶性盐配成电镀液，把镀件作为，与电源的极相连;镀层金属作。(2)特征:阳极本身溶解;电解液的总量、浓度、pH均不变。(3)形成条件电解时，镀层金属作阳极。镀件作阴极。含镀层金属离子的电解质溶液作电镀液。外加直流电源。微课2电解饱和食盐水(氯碱工业)1. 反应原理:电极反应式:阳极:2Cl-2e-Cl2;阴极:2H2O+2e-2OH-+H2。总反应:2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2注意:电解所用的食盐要精制。2. 氯碱工业离子交换膜法电解生产的主要过程:NaCl从阳极区加入，H2O从阴极区加入。阴极H+放电，破坏了水的电离平衡，使OH-浓度增大，OH-和Na+形成NaOH溶液。阳离子交换膜的作用:它只允许阳离子和水分子通过而阻止阴离子和气体通过。这样既防止了两极产生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和阴极产生的NaOH反应生成NaClO而影响烧碱的质量。【典型例题】一、 电冶、粗铜精炼、电镀我国某大型电解铜生产企业，其冶炼工艺中铜、硫回收率达到97%、87%。下图表示其冶炼加工的流程:冶炼中的主要反应:Cu2S+O22Cu+SO2。(1)烟气中的主要废气是，从提高资源利用率和减排考虑，其综合利用方式是制。(2)电解法炼铜时，阳极是(填“纯铜板”或“粗铜板”);粗铜中含有的金、银以单质的形式在电解槽(填“阳极”或“阴极”)的槽底，阴极的电极反应式是。(3)在精炼铜的过程中，电解质溶液中c(Fe2+)、c(Zn2+)会逐渐增大而影响进一步电解。几种物质的溶度积常数(Ksp):物质Fe(OH)2Fe(OH)3Zn(OH)2Cu(OH)2Ksp8.010-164.010-383.010-172.210-20调节电解液的pH是除去杂质离子的常用方法。根据上表中溶度积数据判断，含有等物质的量浓度的Fe2+、Zn2+、Fe3+、Cu2+的溶液，随pH升高最先沉淀下来的离子是。一种方案是先加入过量的H2O2，再调节pH到4左右。加入H2O2后发生反应的离子方程式为。答案(1)SO2硫酸(2)粗铜板阳极Cu2+2e-Cu(3)Fe3+2Fe2+H2O2+2H+2Fe3+2H2O解析由冶炼中的主要反应:Cu2S+O22Cu+SO2，得知烟气中的主要废气是SO2。其综合利用方式是制硫酸;粗铜板是阳极，阳极发生氧化反应。阴极的电极反应式是Cu2+2e-Cu。题组训练:5. 右图是某同学用Cu在Fe片上镀铜的实验装置，下列说法正确的是 ()A. Cu2+在A极被还原B. 溶液蓝色逐渐变浅C. 铜片连接A极，铁制品连接B极D. A极和B极直接相连，铜片被氧化答案C解析Fe片上镀铜，铜作阳极，即A电极，铁作阴极，即B电极，C项正确;Cu2+在B极被还原，A项错误;电解时铜离子的浓度不变，B项错误;A极和B极直接相连，构成原电池装置，铜片作正极，铜片本身不参与反应，D项错误。6. 下列叙述不正确的是 ()A. 电解法精炼铜时粗铜连接电源的正极B. 船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀C. 电解硫酸铜溶液，溶液的pH增大D. 工业上电解饱和食盐水的阳极反应: 2Cl-2e-Cl2答案C解析电解硫酸铜溶液，阳极OH-放电，产生O2，所以溶液的pH下降。7. 下列说法正确的是 ()A. 原电池工作，阴离子移向正极B. 铁片表面镀锌，铁片接电源负极C. 用Cu作电极电解H2O，阳极反应为 4OH-4e-2H2O+O2D. 铅蓄电池充电时阳极反应: PbSO4(s)+2e-Pb(s)+S(aq)答案B解析原电池工作时，负极带正电，阴离子移向负极;B项正确。C项用Cu作电极电解H2O，阳极反应应该为Cu失去电子变成Cu2+;D项，阳极:PbSO4(s)-2e-+2H2O(l)PbO2(s)+S(aq)+4H+。8. 利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是()A. 电解时以精铜作阳极B. 电解时阴极发生氧化反应C. 粗铜连接电源负极，其电极反应是CuCu2+2e-D. 电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥答案D解析电解精炼铜时，粗铜作阳极，精铜作阴极，故A、C错;电解池中阴极发生还原反应，故B错;比铜活泼性差的金属形成阳极泥，故D正确。二、 电解饱和食盐水氯碱工业 (1)工业上用电解饱和食盐水的方法制取烧碱和氢气、氯气。下图是电解饱和食盐水装置的一部分，请将装置补充完整，并标出阴、阳极和通电时溶液中离子移动的方向。阴极反应式为;反应类型为(填“氧化反应”或“还原反应”)，总反应式为。(2)氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示:溶液A的溶质是 。电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在23，用化学平衡移动原理解释盐酸的作用:。答案(1)2H+2eH2还原反应2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2(2)NaOH氯气与水反应:Cl2+H2OHCl+HClO，增大HCl的浓度可使平衡逆向移动，减少氯气在水中的溶解，有利于氯气的逸出解析(2)阴极产生氢气的同时生成氢氧化钠。氯气与水反应是可逆反应，增大HCl的浓度可使平衡逆向移动，减少氯气在水中的溶解，有利于氯气逸出。 用图1电池作电源，用图2装置电解饱和食盐水(C1、C2均为石墨电极)。 图1 图2(1)该反应的离子方程式为 。(2)电解开始后，在电极(填“C1”或“C2”)的周围先出现红色。(3)电解尿素CO(NH2)2的碱性溶液制氢气的装置示意图如下:电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳两极均为惰性电极。A极为，电极反应式为 。B极的电极反应式为 。答案(1)2Cl-+2H2O2OH-+H2+Cl2 C2(2)阳极CO(NH2)2+8OH-6e-N2+C+6H2O6H2O+6e-3H2+6OH-解析(2)H2产生是因为H2O电离的H+在阴极上得电子，即6H2O+6e-3H2+6OH-，所以B极为阴极，A极为阳极，A极电极反应式为CO(NH2)2-6e-+8OH-N2+C+6H2O，阳极反应式容易错写成4OH-4e-2H2O+O2。 可充电电池(以铅蓄电池为例) (1)放电时是原电池的原理:负极:Pb(s)-2e-+S(aq)PbSO4(s)正极:PbO2(s)+2e-+S(aq)+4H+(aq)PbSO4(s)+2H2O(l)总反应:PbO2(s)+2H2SO4(aq)+Pb(s)2PbSO4(s)+2H2O(l)(2)充电时是电解池原理:阴极:PbSO4(s)+2e-Pb(s)+S(aq)阳极:PbSO4(s)-2e-+2H2O(l)PbO2(s)+S(aq)+4H+总反应:2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)由上可看出放电时原电池的负极在充电时与外电源的负极相连，即变为电解池的阴极;放电时原电池的正极在充电时与外电源的正极相连，即变为电解池的阳极(电子流出)。