届一轮复习鲁科版 电解池 学案.docx
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届一轮复习鲁科版电解池学案
第2讲 电解池
【2019·备考】
最新考纲:
1.理解电解池的构成、工作原理及应用。
2.能书写电极反应和总反应方程式。
考点一 电解原理
(频数:
★★★ 难度:
★★☆)
1.电解定义
在电流作用下,电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
2.能量转化形式
电能转化为化学能。
3.电解池
(1)构成条件
①有与电源相连的两个电极。
②电解质溶液(或熔融盐)
③形成闭合电路。
(2)电极名称及电极的反应式(如图)
(3)电子和离子的移动方向(惰性电极)
4.电解过程
(1)首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成,找全离子并分阴、阳两组。
说明 不要忘记水溶液中的H+和OH-,不要把H+、OH-误加到熔融电解质中。
(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序
阴极:
阳离子放电顺序Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
阳极:
活泼电极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子。
说明 ①“活泼电极”一般指Pt、Au以外的金属。
②最常用的放电顺序:
阳极:
活泼金属>Cl->OH-;阴极:
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+。
(4)分析电极反应,判断电极产物,写出电极反应式,要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
在掌握放电顺序的基础上,总结用惰性电极电解电解质的规律,是灵活运用电解原理的基础。
1.电解水型
规律:
H+、OH-放电,电解质形成的阳离子要么是H+,要么是放电顺序排在H+之后的活泼性较强的金属对应的阳离子;阴离子要么是OH-,要么是放电顺序排在OH-之后的含氧酸根等。
实例
电解质
(水溶液)
电极
方程式
电解
物质
总化学
方程式
电解质
浓度
溶液
pH
溶液
复原
含氧酸(如
H2SO4)
阳极:
4OH--4e-===
O2↑+
2H2O
阴极:
4H++4e-===2H2↑
H2O
2H2O
O2↑
+2H2↑
增大
减小
加
H2O
强碱(如
NaOH)
增大
加
H2O
活泼金属的
含氧酸盐
(如KNO3、
Na2SO4)
不变
加
H2O
2.电解电解质型
规律:
电解质形成的阴、阳离子放电,电解质电离形成的阴、阳离子要么是H+、OH-,要么是放电顺序排在H+、OH-之前的对应离子。
实例:
电解质
(水溶液)
电极
方程式
电解
物质
总化学
方程式
电解质
浓度
溶液
pH
溶液
复原
无氧酸(如HCl),除HF外
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑
阴极:
2H++2e-===H2↑
酸
2HCl
H2↑+
Cl2↑
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:
2Cl--2e-===Cl2↑
阴极:
Cu2++2e-===Cu
盐
CuCl2
Cu+Cl2↑
加
CuCl2
固体
3.电解电解质和水型
规律:
放电离子分别是水电离形成的H+或OH-以及电解质形成的阴离子或阳离子。
实例1 放H2生碱型
电解质
(水溶液)
电极
方程式
电解
物质
总化学
方程式
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:
2Cl--2e-===Cl2↑
阴极:
2H++2e-===H2↑
水和
盐
2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH-
生成新
电解质
增大
通入
HCl
气体
实例2 放O2生酸型
电解质
(水溶液)
电极
方程式
电解
物质
总化学
方程式
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:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
阴极:
2Cu2++4e-===2Cu
水和
盐
2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+
生成新
电解质
减小
加
CuO
或
CuCO3
1.教材基础知识判断
(1)电解池的阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应( )
(2)直流电源跟电解池连接后,电子从电源负极流向电解池阳极( )
(3)电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极( )
(4)电解NaNO3溶液时,随着电解进行,溶液的pH减小( )
答案
(1)√
(2)× (3)× (4)×
2.教材问题探究
(1)电解时电子通过电解质溶液吗?
(2)电解质溶液导电时,一定会有化学反应发生吗?
答案
(1)电解质溶液通电电解时,在外电路中有电子通过,而溶液中是依靠离子定向移动,形成了电流。
(2)一定有化学反应发生,因为在电解池的两极发生了氧化还原反应,有电子转移,生成了新物质,所以一定有化学反应发生。
3.(LK选修4·P182改编)1L1mol·L-1的AgNO3溶液在以银为阳极,铁为阴极的电解槽中电解,当阴极增重2.16g时,下列判断不正确的是( )
A.此时溶液呈酸性
B.阳极上产生112mLO2
C.转移的电子数是1.204×1022
D.反应中有0.02mol金属被氧化
答案 B
题组一 电解原理的理解及电解规律的应用
1.下列装置的线路接通后,经过一段时间,溶液的pH明显减小的是( )
解析 A项,该装置是原电池装置,H+放电生成氢气,溶液的pH增大,A项错误;B项,阳极:
Cu-2e-+2OH-===Cu(OH)2↓,阴极:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-,总反应为:
Cu+2H2O
Cu(OH)2+H2↑,pH增大,B项错误;电解食盐水,总反应为:
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑,生成氢氧化钠使溶液的pH增大,C项错误;电解硫酸铜溶液的总反应为:
2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4,溶液的pH减小,D项正确。
答案 D
2.(2018·宜昌期末)用图甲装置电解一定量的CuSO4溶液,M、N为惰性电极。
电解过程实验数据如图乙所示。
横轴表示电解过程中转移电子的物质的量,纵轴表示电解过程产生气体的总体积。
下列说法不正确的是( )
A.A点所得溶液只需加入一定量的CuO固体就可恢复到起始状态
B.电解过程中N电极表面先有红色物质生成,后有气泡产生
C.Q点时M、N两电极上产生的总气体在相同条件下体积相同
D.若M电极材料换成Cu,则电解过程中CuSO4溶液的浓度不变
解析 惰性材料作电极,在阳极上H2O先放电,即阳极的电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,在阴极,Cu2+先放电,即阴极的电极反应式为Cu2++2e-===Cu,P点后,气体体积突然增大,说明P点Cu2+消耗完全,P点后,阴极的电极反应式是2H++2e-===H2↑,即A点是电解完CuSO4后,又电解了一部分水,应加入CuO和H2O或Cu(OH)2,才能恢复到原来的状态,故A说法错误;N极接电源的负极,N极作阴极,根据选项A的分析,先有红色铜析出,然后出现气体,故B说法正确;Q点的气体来自两个阶段,第一阶段:
阳极电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑,阴极电极反应式为Cu2++2e-===Cu,第二阶段:
阳极电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑,阴极反应式为2H++2e-===H2↑,P点产生的气体为氧气,其体积为bL,从P点到Q点,第二阶段,阴极产生的气体体积为2bL,阳极产生的气体体积为bL,阳极气体总体积为(b+b)L=2bL,故C说法正确;若M电极换成Cu,阳极上发生反应Cu-2e-===Cu2+,阴极反应式为Cu2++2e-===Cu,因此电解过程中CuSO4溶液的浓度不变,故D说法正确。
答案 A
题组二 电解装置分析及电极方程式书写
3.纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。
采用离子交换膜控制电解液中OH-的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示,发生的反应为:
2Cu+H2O
Cu2O+H2↑。
下列说法正确的是( )
A.钛电极发生氧化反应
B.阳极附近溶液的pH逐渐增大
C.离子交换膜应采用阳离子交换膜
D.阳极反应式是:
2Cu+2OH--2e-===Cu2O+H2O
解析 钛电极为阴极,发生还原反应,A项错误;铜作阳极,阳极上铜发生失电子的氧化反应,电极反应式为2Cu+2OH--2e-===Cu2O+H2O,OH-由阴极区迁移到阳极区参与反应,离子交换膜应为阴离子交换膜,C项错误,D项正确;由阴极区迁移过来的OH-在阳极全部参与反应,消耗OH-,pH值减小,B项错误。
答案 D
4.铅蓄电池在日常生活中应用广泛。
回答下列问题:
(1)铅蓄电池放电时的工作原理为Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O,现用如图装置进行电解(电解液足量),测得当铅蓄电池中转移0.4mol电子时铁电极的质量减少11.2g。
请回答下列问题:
①A是铅蓄电池的 极。
②Ag电极的电极反应式是__________________________________,
该电极的电极产物共 g。
③Cu电极的电极反应式是________________________________,
CuSO4溶液的浓度 (填“减小”“增大”或“不变”)。
(2)铅蓄电池的PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得,反应的离子方程式为________________________________________________________;
PbO2也可以石墨为电极,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液制取。
阳极发生的电极反应式为___________________________________
________________________________________________________,
阴极上观察到的现象是_____________________________________;
若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的电极反应式为
________________________________________________________,
这样做的主要缺点是________________________________。
(3)将Na2S溶液加入如图所示的电解池的阳极区,用铅蓄电池进行电解,电解过程中阳极区发生如下反应:
S2--2e-===S,(n-1)S+S2-===S
。
电解时阴极的电极反应式:
____________________________________。
电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,其离子方程式可写成________________________________________________________。
解析
(1)①因电解过程中铁电极质量减少,判断A是电源负极,B是电源正极。
②电解时Ag极作阴极,发生2H++2e-===H2↑,转移0.4mol电子时,析出氢气0.4g。
③右侧U形管相当于电镀装置,Zn电极作阴极,电极反应式为Cu2++2e-===Cu,铜电极作阳极,电极反应式为Cu-2e-===Cu2+,电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变。
(2)根据电子得失守恒可得PbO+ClO-===PbO2+Cl-。
用电解法制PbO2,Pb价态升高,PbO2应为阳极产物,即Pb2++2H2O-2e-===PbO2↓+4H+;阴极Cu2+放电,在石墨极上析出铜;若不加Cu(NO3)2,则阴极为Pb2+放电,损失Pb2+,不能有效利用Pb2+。
(3)阴极只有H+得电子生成H2;反应物为S
、H+,产物有S,所以S
中S的化合价既升高也降低,有H2S生成,配平即可。
答案
(1)①负 ②2H++2e-===H2↑ 0.4
③Cu-2e-===Cu2+ 不变
(2)PbO+ClO-===PbO2+Cl-
Pb2++2H2O-2e-===PbO2↓+4H+
石墨上析出铜
Pb2++2e-===Pb↓
不能有效利用Pb2+
(3)2H++2e-===H2↑
S
+2H+===(n-1)S↓+H2S↑
易错警示
规避“四个”失分点
(1)书写电解池中电极反应式时,要以实际放电的离子表示,但书写总电解反应方程式时,弱电解质要写成分子式。
(2)要确保两极电子转移数目相同,且注明条件“电解”。
(3)电解水溶液时,应注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放电。
(4)当电解池的电极材料为活性电极时,则阳极为电极本身失电子,不能再用电解规律。
考点二 电解原理的应用
(频数:
★★★ 难度:
★★☆)
1.电解饱和食盐水
(1)电极反应
阳极反应式:
2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应)
阴极反应式:
2H++2e-===H2↑(还原反应)
(2)总反应方程式
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
离子反应方程式:
2Cl-+2H2O
2OH-+H2↑+Cl2↑
(3)应用:
氯碱工业制烧碱、氢气和氯气
阳极:
钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)。
阴极:
碳钢网。
阳离子交换膜:
①只允许阳离子通过,能阻止阴离子和气体通过。
②将电解槽隔成阳极室和阴极室。
2.电解精炼铜
3.电镀铜
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
总方程式
阳极、阴极反应式
冶炼钠
2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑
2Cl--2e-===Cl2↑
2Na++2e-===2Na
冶炼镁
MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑
2Cl--2e-===Cl2↑
Mg2++2e-===Mg
冶炼铝
2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑
6O2--12e-===3O2↑
4Al3++12e-===4Al
由于AlCl3为共价化合物熔融状态下不导电,所以电解冶炼铝时,电解的为熔点很高的氧化铝,为降低熔点,加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6);而且电解过程中,阳极生成的氧气与石墨电极反应,所以石墨电极需不断补充。
1.源于教材电解原理的基本判断
(1)电镀铜和电解精炼铜时,电解质溶液中[Cu2+]均保持不变( )
(2)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料( )
(3)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可以电解MgO和AlCl3( )
(4)电解精炼时,阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料( )
(5)用Zn作阳极,Fe作阴极,ZnCl2作电解质溶液,由于放电顺序H+>Zn2+,不可能在铁上镀锌( )
答案
(1)×
(2)× (3)× (4)√ (5)×
2.(溯源题)(2017·课标全国Ⅱ,11)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H2SO4-H2C2O4混合溶液。
判断下列叙述是否正确
(1)待加工铝质工件为阳极( )
(2)可选用不锈钢网作为阴极( )
(3)阴极的电极反应式为:
Al3++3e-===Al( )
(4)硫酸根离子在电解过程中向阳极移动( )
答案
(1)√
(2)√ (3)× (4)√
探源:
本题源于LK选修4P13“电解原理的应用”及其知识拓展,对电解原理的应用进行了考查。
题组一 源于教材的电解原理基本应用
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)Cu+H2SO4===CuSO4+H2↑可以设计成电解池,但不能设计成原电池( )
(2)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料( )
(3)根据得失电子守恒可知电解精炼铜时,阳极减少的质量和阴极增加的质量相等( )
(4)任何水溶液电解时,必须导致氧化还原反应( )
(5)用铜做阳极、石墨做阴极电解CuCl2溶液时,阳极电极反应式为2Cl--
2e-===Cl2↑( )
(6)用惰性电极电解MgCl2溶液所发生反应的离子方程式为2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH-( )
(7)粗铜电解精炼时,若电路中通过2mole-,阳极减少64g( )
(8)电镀铜时,Cu2+浓度不变,电解精炼铜时,CuSO4溶液中Cu2+浓度降低( )
答案
(1)√
(2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)√
2.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。
下列说法正确的是( )
A.氯碱工业中,X电极上反应式是4OH--4e-===2H2O+O2↑
B.电解精炼铜时,Z溶液中的Cu2+浓度不变
C.在铁片上镀铜时,Y是纯铜
D.制取金属镁时,Z是熔融的氯化镁
解析 氯碱工业中阳极是Cl-放电生成Cl2;电解精炼铜时阳极粗铜溶解,阴极Cu2+放电析出Cu,溶液中Cu2+浓度变小;铁片上镀铜时,阴极应该是铁片,阳极是纯铜。
答案 D
题组二 电解原理在工农业生产中的拓展应用
角度1 电解原理在物质制备中的应用
3.在电解液不参与反应的情况下,采用电化学法还原CO2可制备ZnC2O4,原理如图所示。
下列说法正确的是( )
A.电解结束后电解液Ⅱ中[Zn2+]增大
B.电解液Ⅰ应为ZnSO4溶液
C.Pt极反应式为2CO2+2e-===C2O
D.当通入44gCO2时,溶液中转移1mol电子
解析 因为右室Zn失去电子生成Zn2+,溶液中的Zn2+通过阳离子交换膜进入左室,根据电荷守恒,阴离子浓度不变,[Zn2+]不变,A项错误;右室生成的
Zn2+通过阳离子交换膜进入左室与生成的C2O
结合为ZnC2O4,因此,电解液Ⅰ为稀的ZnC2O4溶液,不含杂质,电解液Ⅱ只要是含Zn2+的易溶盐溶液即可,B项错误;Pt极反应式为2CO2+2e-===C2O
,C项正确;当通入44gCO2时,外电路中转移1mol电子,溶液中不发生电子转移,D项错误。
答案 C
角度2 电解原理在环境治理中的应用
4.用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫,将所得的混合液进行电解循环再生,这种新工艺叫再生循环脱硫法。
其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示,下列有关说法不正确的是( )
A.X为直接电源的负极,Y为直流电源的正极
B.阳极的电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑
C.图中的b>a
D.该过程中的产品主要为H2SO4和H2
解析 根据Na+和SO
、HSO
的移动方向可知Pt(Ⅰ)为阴极,电极反应式为2H++2e-===H2↑,Pt(Ⅱ)为阳极,电极反应式为SO
-2e-+H2O===SO
+2H+。
答案 B
角度3 电解原理在物质分离、提纯中的应用
5.(2018·广州综合测试)用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液,其工作原理如图所示。
下列有关说法错误的是( )
A.阳极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑
B.通电后阴极区溶液pH会增大
C.K+通过交换膜从阴极区移向阳极区
D.纯净的KOH溶液从b口导出
解析 阳极区为粗KOH溶液,阳极上OH-失电子发生氧化反应:
4OH--4e-===2H2O+O2↑,A项正确;阴极上H2O得电子发生还原反应:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-,阴极区附近溶液中[OH-]增大,pH增大,B项正确;电解时阳离子向阴极移动,故K+通过阳离子交换膜从阳极区移向阴极区,C项错误;阴极区生成KOH,故纯净的KOH溶液从b口导出,D项正确。
答案 C
[试题分析]
(2016·全国卷Ⅰ,11)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SO
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SO
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
解题思路:
我的答案:
考查意图:
该题以三室式电渗析法处理含Na2SO4废水为背景,考查了电解池的工作原理。
题目涉及电极产物、溶液的酸碱性和阴阳离子移动方向的判断、电极反应式的书写、电化学的简单计算等知识点;要求考生准确读取图示信息,运用逻辑思维能力去辩证地分析与解决电化学问题;题目兼有“对立统一”和“模型”思想方法的考查。
题目从多角度考查了电化学的基础知识,有一定的迷惑性。
在今后的教学中要加强电化学基础教学,提高学生获取信息的能力,注意引导学生灵活掌握知识。
该题难度适中,本题抽样统计难度为0.56。
解题思路:
电解池中阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动,即SO
离子向正极区移动,Na+向负极区移动,正极区水电离的OH-发生氧化反应生成氧气,H+留在正极区,该极得到H2SO4产品,溶液pH减小,负极区水电离的H+发生还原反应生成氢气,OH-留在负极区,该极得到NaOH产品,溶液pH增大,故A、C项错误,B正确;该电解池相当于电解水,根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.25mol的O2生成,D错误。
正确答案:
B
[真题演练]
1.(安徽理综)某兴趣小组设计如图所示的微型实验装置。
实验时,先断开K2,闭合K1,两极均有气泡产生;一段时间后,断开K1,闭合K2,发现电流表A指针偏转。
下列有关描述正确的是( )
A.断开K2,闭合K1时,总反应的离子方程式为:
2H++2Cl-
Cl2↑+H2↑
B.断开K2,闭合K1时,石墨电极附近溶液变红
C.断开K1,闭合K2时,铜电极上的电极反应式为:
Cl2+2e-===2Cl-
D.断开K1,闭合K2时,石墨电极作正极
解析 本题综合考查电化学知识,意在考查考生对原电池、电解池原理的理解。
断开K2,闭合K1时,该装置为电解池,由两极均有气泡产生可知铜电极为阴极,总反应的离子方程式为2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH-,A项错;由此可知铜电极附近溶液中因有OH-生成,溶液变红色,B项错;断开K1,闭合K2时,装置为原电池,铜极上产生的氢气发生氧化反应,电极反应式为H2-2e-+2OH-===2H2O,C项错;由此可知铜电极为负极,石墨电极为正极,故D项正确。
答案 D
2.(2015·四川理综,4)用下图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。
下列说法不正确的是( )
A.用石墨作阳极,铁作阴极
B.阳极的电极反应式:
Cl-+2OH--2e-===ClO-+H2O
C.阴极的电极反应式:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-
D.除去CN-的反应:
2CN-+5ClO-+2H+===N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
解析 Cl-在阳极发生氧化反应生成ClO-,水电离出的H+在阴极发生还原反应生成H2,又由于电
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