2019年领军高考化学 清除易错点 专题13 电解池知识点讲解.doc

易错点13 电解池瞄准高考1（2018课标）最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+2EDTA-Fe3+H2S2H+S+2EDTA-Fe2+该装置工作时，下列叙述错误的是A. 阴极的电极反应：CO2+2H+2e-CO+H2OB. 协同转化总反应：CO2+H2SCO+H2O+SC. 石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低D. 若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+，溶液需为酸性【答案】C2（2017课标）支撑海港码头基础的钢管柱，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【答案】C3（2017课标）用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是A待加工铝质工件为阳极B可选用不锈钢网作为阴极C阴极的电极反应式为：A3+3e-=AlD硫酸根离子在电解过程中向阳极移动【答案】C【解析】A、根据原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，故A说法正确；B、不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，故B说法正确；C、阴极应为阳离子得电子，根据离子放电顺序应是H放电，即2H2e=H2，故C说法错误；D、根据电解原理，电解时，阴离子移向阳极，D说法正确。3（2017课标）全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx（2x8）。下列说法错误的是A电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li+2e-=3Li2S4B电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 gC石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D电池充电时间越长，电池中的Li2S2量越多【答案】D锁定考点一电解池：1、电解和电解池使电流通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。电解质溶液的导 电过程，就是电解质溶液的电解过程。这种把电能转变为化学能的装置叫做电解池。2、电解池两极的确定和电极反应(电解CuCl2溶液)阳极：接直流电源的正极。较易失去电子的阴离子优先在阳极(惰性)失去电子发生氧化反应。如2Cl2e=Cl2。阴极：接直流电源的负极。较易得到电子的阳离子优先在阴极得到电子发生还原反应。 如Cu22e=Cu。电解反应式：CuCl2 CuCl2。3、离子的放电顺序在阳极上如是活性材料作电极时，金属在阳极失电子被氧化成阳离子进入溶液，阴离子 不容易在电极上放电。如是惰性电极如Pt、Au、Ti、石墨等，溶液中阴离子放电顺序是：S 2+I-Br-Cl-OH-NO3-在阴极上无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离 子，阳离子在阴极上放电顺序是：Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+。 二用惰性电极电解电解质溶液规律总结1电解水型电解质(水溶液)电极反应式电解物质总反应式电解质浓度溶液pH溶液复原含氧酸(如H2SO4)(如KNO3、Na2SO4) 阳极：4OH4e=O2+2H2O阴极：4H4e=2H2水2H2OO22H2增大减小加H2O强碱(如NaOH)增大加H2O活泼金属的含氧酸盐不变加H2O2. 电解电解质型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总反应式电解质浓度溶液pH溶液复原无氧酸(如HCl)除HF外阳极：2Cl2e=Cl2阴极：2H2e=H2酸2HClCl2H2减小增大通入HCl气体不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)除氟化物外阳极：2Cl2e=Cl2阴极：Cu22e=Cu盐CuCl2 CuCl2加CuCl2固体3. 放H2生碱型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总反应式电解质浓度溶液pH溶液复原活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)阳极：2Cl2e=Cl2阴极：2H2e=H2水和盐2Cl2H2O Cl2H22OH生成新电解质增大通入HCl气体4. 放O2生酸型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总反应式电解质浓度溶液pH溶液复原不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)阳极：4OH4e=O22H2O阴极：2Cu24 e=2Cu水和盐2Cu22H2O2CuO24H生成新电解质减小加CuO或CuCO3三电解原理的应用1. 电解饱和食盐水电极反应 阳极：2Cl2e=Cl2(反应类型：氧化反应)。阴极：2H2e=H2(反应类型：还原反应)。总反应方程式： 2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2；离子方程式： 2Cl2H2O2OHH2Cl2。 【名师点拨】 NaCl溶液中的Na+、H+在通电后向阴极移动，H+放电，使水的电离平衡右移，OH浓度增大，如果NaCl溶液中加了酚酞，阴极先变红。阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)，只允许阳离子(Na)通过，而阻止阴离子(Cl、OH)和分子(Cl2)通过，这样既能防止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱质量。2. 电解精炼铜电解装置电极反应电极材料阳 极粗铜（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au） Cu-2e-=Cu2+Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+粗铜中的Ag、Au不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥阴 极纯 铜Cu2+ 2e- = Cu电解质溶液CuSO4溶液Cu2+浓度减小3. 电镀(Fe表面镀Cu)阴极：镀件（Fe）阳极：镀层金属（Cu）电解质溶液：含镀层金属离子的溶液（含Cu2的盐溶液）4. 电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。冶炼钠 2NaCl(熔融)2NaCl2电极反应 阳极：2Cl2e=Cl2；阴极：2Na2e=2Na。冶炼镁 MgCl2(熔融)MgCl2电极反应 阳极：2Cl2e=Cl2；阴极：Mg22e=Mg。冶炼铝 2Al2O3(熔融)4Al3O2电极反应 阳极：6O212e=3O2；阴极：4Al312e= 4Al。四. 原电池、电解池、电镀池的比较原电池电解池电镀池定义将化学能转变成电能的装置将电能转变成化学能的装置应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。一种特殊的电解池。装置举例形成条件 活动性不同的两电极(连接) 电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应) 形成闭合回路 两电极接直流电源 两电极插人电解质溶液 形成闭合回路 镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极 电镀液必须含有镀层金属的离子电极名称负极：较活泼金属；正极：较不活泼金属(或能导电的非金属等)阳极：电源正极相连的电极阴极：电源负极相连的电极阳极：镀层金属；阴极：镀件电子流向负极正极电源负极阴极电源正极阳极电源负极阴极电源正极阳极电极反应负极（氧化反应）：金属原子失电子；正极（还原反应）：溶液中的阳离子得电子阳极（氧化反应）：溶液中的阴离子失电子，或金属电极本身失电子；阴极（还原反应）：溶液中的阳离子得电子阳极（氧化反应）：金属电极失电子；阴极（还原反应）：电镀液中阳离子得电子离子流向阳离子：负极正极（溶液中）阴离子：负极正极（溶液中）阳离子阴极（溶液中）阴离子阳极（溶液中）阳离子阴极（溶液中）阴离子阳极（溶液中）小题快练1工业上常采用吸收-电解联合法除去天然气中的H2S气体，并转化为可回收利用的单质硫，其装置如下图所示。通电前，先通入一段时间含H2S的甲烷气，使部分NaOH吸收H2S转化为Na2S，再接通电源，继续通入含杂质的甲烷气，并控制好通气速率即可保证装置中反应的连续性。下列说法正确的是A 与电源a端相连的碳棒为阳极，气体A为O2B 与电源b端相连的碳棒上电极反应为：2H2O + 2e 2OH+ H2C 通电过程中，右池溶液中的OH-通过阴离子膜进入左池D 在通电前后，右池中的c(NaOH)与c(Na2S) 之比基本不变【答案】D2全钒液流储能电池一次性充电后，续航能力可达1000km，而充电时间只需35min，被誉为“完美电池”，其原理如图所示(已知V2+呈紫色，V3+呈绿色)。电池放电时，左槽溶液质量增加。下列说法正确的是A 充电时的阴极反应为VO2+2H+e-=VO2+H2OB 放电时的正极反应为V3+e-=V2+C 放电过程中，右槽溶液由紫色变为绿色D 若负载为用石墨电极电解食盐水的装置，生成4gNaOH时该电池中消耗0.1molH+【答案】C3为了实现空间站的零排放，循环利用人体呼出的CO2并提供O2，我国科学家设计了如下图装置，反应完毕，电解质溶液的pH保持不变。下列说法正确的是A 图中N型半导体为正极，P型半导体为负极B Y 电极的反应：4OH-4e-=2H2O +O2C 图中离子交换膜为阳离子交换膜D 该装置实现了“太阳能化学能电能”的转化【答案】B【解析】A、根据左图，离子移动的方向，以及原电池工作原理，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，得出N型半导体为负极，P型半导体为正极，故A错误；B、Y电极连接电源的正极，Y电极作阳极，根据电解原理，电极反应式为4OH4e=2H2OO2，故B正确；C、反应完毕后，电解质溶液的pH不变，离子交换膜应为阴离子交换膜，故C错误；D、该装置实现了太阳能电能化学能，故D错误。4钠电池由于其快速充放电的特性受到科研工作者的重视，某钠离子钛基电池电池结构如图所示，电解质为含钠离子的高聚物，已知电池的反应方程式为2NaxCn+xNaTi2(PO4)32nC+ xNa3Ti2(PO4)3。下列关于该电池说法正确的是A 放电时电池正极为NaxCn B 放电时Na+向电极移动C 充电时阳极反应：NaxCn-xe-=nC+xNa+ D 充电时电极与外电源正极相连【答案】D5NA代表阿伏加德罗常数的值，下列叙述错误的是( ) 18 g金刚石中，碳碳共价键数为3NA 1mol铜与足量硫蒸气反应，转移电子数为 NA 常温常压时S2和S8的混合物共6.4g，其中所含硫原子数一定为0.2NA 一定温度下，1 L 0. 50 molL1NH4Cl溶液与2 L0.25molL1NH4Cl溶液中NH4+的物质的量均小于0.5NA，且前者更少电解法精炼铜时，当阳极质量减少64g时，电路中通过的电子数一定为2NAA B C D 【答案】C【解析】，n（C）=1.5mol，金刚石属于原子晶体，其中n（C）：n（C-C）=1:2，则含有的碳碳共价键为3mol，正确；，Cu与S反应生成Cu2S，Cu元素的化合价由0价升至+1价，1molCu完全反应转移1mol电子，正确；，S2和S8的混合物中只有S元素，n（S）=0.2mol，正确；，由于NH4+的水解，两溶液中NH4+物质的量都小于0.5mol，NH4Cl的浓度越小，NH4+的水解程度越大，后者NH4+更少，错误；，电解精炼铜，阳极为粗铜，阳极电极反应为Zn-2e-=Zn2+、Fe-2e-=Fe2+、Cu-2e-=Cu2+，粗铜中活泼性不如Cu的杂质以阳极泥的形式沉降，由于阳极中各杂质的比例未知，无法计算电路中通过的电子物质的量，错误；错误的为，答案选C。6应用电解法制备的物质主要有三种：一是铝的工业制备；二是电解饱和NaCl溶液制备烧碱；三是金属钠的制备。下列关于这三个工业生产的描述中正确的是（ ）A 电解法制铝时一般是用熔融态的氧化铝进行电解，但也可用熔融态的A1C13B 电解法生产铝时，每转移3mol电子的时候，就能生产出1mol的铝。C 在电解饱和NaCl溶液中，电解池中的阴极产生的是H2，NaOH在阳极附近产生D 电解饱和NaCl溶液和金属钠的冶炼都用到了NaC1，在电解时它们的阴极都是C1-失电子【答案】B7某科研小组模拟“人工树叶”电化学装置如下图所示，该装置能将H2O和CO2转化为糖类(C6H12O6)和O2，X、Y是特殊催化剂型电极，下列说法正确的是A 电源a极为正极B 该装置中Y电极发生还原反应C X电极的电极反应式为6CO2+24H+24e-=C6H12O6+6H2OD 理论上，每生成22.4L(标准状况下)O2,必有4mol H+由X极区向Y极区迁移【答案】C8用阴离子交换膜控制电解液中OH的浓度制备纳米Cu2O，反应为2CuH2OCu2OH2，装置如图，下列说法中正确的是A 电解时Cl-通过交换膜向Ti极移动B 阳极发生的反应为：2Cu 2e +2OH = Cu2O+H2OC 阴极OH-放电，有O2生成D Ti电极和Cu电极生成物物质的量之比为21【答案】B【解析】Cu极与外加电源的正极相连，Cu极为阳极，Ti极与外加电源的负极相连，Ti极为阴极；A项，电解时阴离子向阳极移动，OH-通过阴离子交换膜向Cu极移动，A项错误；B项，Cu极为阳极，阳极电极反应式为2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O，B项正确；C项，Ti极为阴极，阴极电极反应式为2H2O+2e-=H2+2OH-，阴极有H2生成，C项错误；D项，根据电极反应式和阴、阳极得失电子相等，Ti极生成的H2和Cu极生成的Cu2O物质的量之比为1:1，D项错误。9下列叙述正确的是A 合成氨生产过程中将NH3液化分离，可提高N2、H2的转化率，同时可以加快正反应速率B 电解精炼铜时，同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量大C 用惰性电极电解K2SO4溶液，阴极产物和阳极产物的物质的量之比为1:2D 镀层破损后，镀锌铁板比镀锡铁板更耐腐蚀【答案】D10下图为EFC剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是A 阳极的电极反应式为2Cl2e=Cl2 B 阴极的电极反应式为TiO24e=Ti2O2C 通电后，O2、Cl均向阴极移动 D 石墨电极的质量不发生变化【答案】B【解析】A项、由装置示意图可知，电解池的阳极是O2离子放电， O2离子发生氧化反应生成氧气，电极反应式为：2O24e-=O2，故A错误；B项、电解池的阴极发生得电子的还原反应，是二氧化钛电极本身得电子的过程，即TiO2+4e-=Ti+2O2-，故B正确；C项、电解池中，电解质里的阴离子O2-、Cl-均移向阳极，故C错误；D项、石墨电极会和阳极上产生的氧气之间发生反应，导致气体一氧化碳、二氧化碳的出现，所以电解本身会消耗，质量减轻，故D错误。11电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe2H2O2OHFeO42-3H2，工作原理如图所示。下列说法不正确的是 (已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原)A 装置通电后，铁电极附近生成紫红色的FeO42-B M点表示氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质C 氢氧根离子从镍极区通过交换膜到达铁极区域D 电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出【答案】B12下图为EFC剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是A 阳极的电极反应式为2Cl2e=Cl2B 阴极的电极反应式为TiO24e=Ti2O2C 通电后，O2、Cl均向阴极移动D 石墨电极的质量不发生变化【答案】B【解析】A、电解池的阳极是氧离子发生失电子的氧化反应，导致氧气等气体的出现，所以电极反应式为：2O2-O2+4e-，故A错误；B、电解池的阴极发生得电子的还原反应，是二氧化钛电极本身得电子的过程，即TiO2+4e-Ti+2O2-，故B正确；C、电解池中，电解质里的阴离子O2-、Cl-均移向阳极，故C错误；D、石墨电极会和阳极上产生的氧气之间发生反应，导致气体一氧化碳、二氧化碳的出现，所以电解本身会消耗，质量减轻，故D错误。13如图是一种新型锂电池装置，电池充、放电反应为。放电时，需先引发铁和氯酸钾反 应使共晶盐熔化。下列说法不正确的是 A 共晶盐储热效果好，利于电解质熔化B 整个过程的能量转化只涉及化学能转化为电能C 放电时LiV3O8电极的反应为xLi+xe-+LiV3O8= Li1+XV3O8D 充电时 Cl-移向LiV3O8电极【答案】B14以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池，采用电解法制备Fe(OH)2，装置如图所示，其中电解池两极材料分别为铁和石墨，通电一段时间后，右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀。则下列说法正确的是A 石墨电极处的电极反应式为O24e=2O2B X是铁电极C 电解池中的电解液为蒸馏水D 若将电池两极所通气体互换，X、Y两极材料也互换，实验方案更合理【答案】D【解析】A. 通入氧气的电极II是正极，电极反应式为O2+4e-+2CO2=2CO32-，选项A错误；B. X是阴极、Y是阳极，阴极反应式为2H2O+2e-=H2+2OH-，故X是石墨电极，选项B错误；C. 电解过程是阴极上氢离子放电得到溶液中的氢氧根离子交换亚铁离子生成氢氧化亚铁，所以可以用NaOH溶液作为电解液，蒸馏水的导电性较差一般不用做电解液，选项C错误；D. 若将电池两极所通气体互换，X、Y两极材料也互换，则Y极产物的氢气能起保护气作用，防止X极产生的氢氧化铁迅速氧化，实验方案更合理，选项D正确。15载人空间站为了循环利用人体呼出的CO2并将其转化为O2，设计装置工作原理如图所示，以实现“太阳能能电能化学能”的转化。总反应为2CO2=2CO+O2。下列说法正确的是A 该装置属于原电池 B 水在Y电极参与反应C 反应完毕，该装置中电解质溶液碱性增强 D X极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-【答案】B16三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SO42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2H2O 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【答案】B17一种钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池的原理及电池中发生的主要反应如图所示。下列说法正确的是A 镀铂导电玻璃的作用是传递I-B 电池工作时，光能转变为电能，X为电池的正极C 电池的电解质溶液中I-和I3-的浓度均不断减小D 电解质溶液中发生反应2Ru3+3I-2Ru2+I3-【答案】D【解析】A. 镀铂导电玻璃的作用是做电极，起到导电作用，故A项错误；B. 电极X失去电子，为电池的负极，故B项错误；C. 电池放电时，总反应为：2Ru2+I3-=2Ru3+3I-，电池充电时，总反应为：2Ru3+3I-=2 u2+I3-，因此电池的电解质溶液中，I-和I3-的浓度不变，故C项错误；D.在阳极，I-失电子被氧化，在阴极，Ru3+得电子被还原，所以发生的反应为2Ru3+3I-=2 u2+I3-，故D项正确。