高考化学 考点必练 专题15 电解池知识点讲解.docx
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高考化学考点必练专题15电解池知识点讲解
考点十五电解池知识点讲解
一. 电解池工作原理及其应用
1.原电池、电解池的判定
先分析有无外接电源:
有外接电源者为,无外接电源者可能为;然后依据原电池、电解池的形成条件、工作原理分析判定。
2.电解电极产物的判断:
要判断电极反应的产物,必须掌握离子的放电顺序。
判断电极反应的一般规律是:
(1)在阳极上
①活性材料作电极时:
金属在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液,阴离子不容易在电极上放电。
②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时,
溶液中阴离子的放电顺序是:
S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-
(2)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+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>……
3.用惰性电极进行溶液中的电解时各种变化情况分析
类型
电极反应特点
实例
电解对象
电解质浓度
pH
电解质溶液复原
电解水型
阴:
2H++2e-=H2↑
阳:
4OH--4e-=2H2O+O2↑
NaOH
水
↑
↑
加水
H2SO4
水
↑
↓
加水
Na2SO4
水
↑
不变
加水
分解电解质型
电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电
HCl
电解质
↓
↑
通HCl
CuCl2
电解质
↓
-
加CuCl2
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
↓
↑
通HCl
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
↓
↓
加CuO
典例1(2019届内蒙古赤峰二中高三上学期第二次月考)某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究,设计的实验装置如图所示,下列叙述正确的是
A.Y的电极反应:
Pb-2e-=Pb2+
B.铅蓄电池工作时SO42-向Y极移动
C.电解池的反应仅有2Al+6H2O
2Al(OH)3+3H2
D.每消耗103.5gPb,理论上电解池阴极上有0.5molH2生成
【答案】D
典例2(2019届内蒙古自治区赤峰第二中学高三上学期第二次月考)某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究,设计的实验装置如图所示,下列叙述正确的是
A.Y的电极反应:
Pb-2e-=Pb2+
B.铅蓄电池工作时SO42-向Y极移动
C.电解池的反应仅有2Al+6H2O
2Al(OH)3+3H2↑
D.每消耗103.5gPb,理论上电解池阴极上有0.5molH2生成
【答案】D
二.电解原理在工业生产中的应用
1.电解精炼反应原理(电解精炼铜)
阳极(粗铜,含Fe、Zn、C等):
Cu-2e—=Cu2+,阴极(纯铜):
Cu2++2e—=Cu
工作一段时间后,溶液中电解质的成分CuSO4、ZnSO4、FeSO4,Cu2+的浓度减小。
2.电镀池:
镀铜反应原理
阳极(纯铜):
Cu-2e—=Cu2+,阴极(镀件):
Cu2++2e—=Cu溶液中的Cu2+浓度保持不变。
3.氯碱工业反应原理
阳极:
2Cl—-2e—=Cl2↑,阴极:
2H++2e—=H2↑
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
典例3(2019届黑龙江省牡丹江市第一高级中学高三10月月考)H2S有剧毒,石油化工中常用以下方法处理石油炼制过程中产生的H2S废气。
先将含H2S的废气(其它成分不参与反应)通入FeCl3溶液中,过滤后将溶液加入到以铁和石墨棒为电极的电解槽中电解(如图所示),电解后的溶液可以循环利用。
下列有关说法不正确的是( )
A.过滤所得到沉淀的成分为S和FeS
B.与外接电源a极相连的电极反应为Fe2+﹣e﹣═Fe3+
C.与外接电源b极相连的是铁电极
D.若有0.20mol的电子转移,得到氢气2.24L(标准状况)
【答案】A
典例4(2018届吉林省吉大附中高三第四次模拟考试)李克强总理在《2018年国务院政府工作报告》中强调“今年二氧化硫、氮氧化物排放量要下降3%。
”因此,研究烟气的脱硝(除NOx)、脱硫(除SO2)技术有着积极的环保意义。
(1)汽车的排气管上安装“催化转化器”,其反应的热化学方程式为:
2NO(g)+2CO(g)
2CO2(g)+N2(g)ΔH=-746.50kJ·mol-1。
T℃时,将等物质的量的NO和CO充入容积为2L的密闭容器中,若温度和体积不变,反应过程中(0~15min)NO的物质的量随时间变化如图。
①图中a、b分别表示在相同温度下,使用质量相同但表面积不同的催化剂时,达到平衡过程中n(NO)的变化曲线,其中表示催化剂表面积较大的曲线是___________。
(填“a”或“b”)
②T℃时,该反应的化学平衡常数K=_______________;平衡时若保持温度不变,再向容器中充入CO、CO2各0.2mol,则平衡将_________移动。
(填“向左”、“向右”或“不”)
③15min时,若改变外界反应条件,导致n(NO)发生图中所示变化,则改变的条件可能是_______________________________________________(任答一条即可)。
(2)在催化剂作用下,用还原剂[如肼(N2H4)]选择性地与NOx反应生成N2和H2O。
已知200℃时:
Ⅰ.3N2H4(g)=N2(g)+4NH3(g)ΔH1=-32.9kJ·mol-1;
II.N2H4(g)+H2(g)=2NH3(g)ΔH2=-41.8kJ·mol-1。
①写出肼的电子式:
____________________。
②200℃时,肼分解成氮气和氢气的热化学方程式为:
_____________________________。
③目前,科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝原理,其脱硝率与温度、负载率(分子筛中催化剂的质量分数)的关系如下图所示。
为达到最佳脱硝效果,应采取的条件是_________________________________________。
(3)利用电解装置也可进行烟气处理,如图可将雾霾中的NO、SO2分别转化为NH4+和SO42-,阳极的电极反应式为____________________________;物质A是______________(填化学式)。
【答案】b5L/mol不增加CO的物质的量浓度或减少生成物浓度或降温等
N2H4(g)=N2(g)+2H2(g)ΔH=+50.7kJ·mol-1350℃左右、负载率3%SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+H2SO4
(2)①肼的电子式为
;②根据盖斯定律,反应Ⅰ-2×反应Ⅱ即得N2H4(g)=N2(g)+2H2(g)ΔH=ΔH1-2ΔH2=+50.7kJ·mol-1;③分析图象信息可知,负载率过高或过低,脱硝率都不是最高的,而温度过低或过高,脱硝率也不是最高的,只有在350℃左右,负载率为3.0%时脱硝率最高。
(3)根据题目叙述,结合装置可知阳极反应物为SO2,生成物为SO42-,所以阳极反应式为SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+,而阴极反应为NO+H++5e-=NH4++H2O,所以总反应式为2NO+5SO2+8H2O==(NH4)2SO4+4H2SO4,由此反应方程式可知,装置中的物质A是H2SO4。
三.电化学计算的基本方法
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量等的计算。
不论哪类计算,均可概括为下列三种方法:
(1)根据电子守恒法计算:
用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电荷量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。
(2)根据总反应式计算:
先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列比例式计算。
(3)根据关系式计算:
利用得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁,建立计算所需关系式。
典例5(2018届广西玉林高级中学高三化学模拟试题二)下列装置由甲、乙两部分组成(如图所示),甲是将废水中乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质形成的化学电源。
当电池工作时,下列说法错误的是()
A.甲中H+透过质子交换膜由左向右移动
B.M极电极反应式:
H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e-
2CO2↑+N2↑+16H+
C.一段时间后,乙中CuSO4溶液浓度基本保持不变
D.当N极消耗0.25molO2时,则铁极增重16g
【答案】D
典例6(2019届四川省乐山沫若中学高三上学期入学考试)如图所示为电化学降解NO
。
下列说法中正确的是()
A.铅蓄电池的A极为阴极
B.电解的过程中有H+从右池移动到左池
C.该电解池的阴极反应为:
2NO3-+6H2O+12e-=N2↑+12OH-
D.若电解过程中转移1moL电子,则交换膜两侧电解液的质量变化差为7.2g
【答案】D
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
①活动性不同的两电极(连接)
②电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应)
③形成闭合回路
①两电极接直流电源
②两电极插人电解质溶液
③形成闭合回路
①镀层金属接电源正极,待镀金属接电源负极
②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)
典例7(2018届山东省七校联合体高三第二次联考)某同学组装了如图所示的电化学装置。
电极I为Al,其他电极均为Cu,则()
A.电极I发生还原反应B.电极II逐渐溶解
C.电流方向:
电极IV―→
―→电极ID.电极III的电极反应:
Cu2++2e-=Cu
【答案】C
典例8(2018届广东省七校联合体高三第三次联考)如图所示,甲池的总反应式为N2H4+O2===N2+2H2O。
下列说法正确的是
A.乙池中Fe电极上发生氧化反应
B.乙池中石墨电极上发生的反应可写为4OH--4e-===2H2O+O2↑
C.甲池溶液pH增大,乙池溶液pH减小
D.甲池中每消耗0.1molN2H4乙池电极上则会析出6.4g固体
【答案】B
典例9(2018届云南省保山市高三毕业复习统一检测一)如图是一个化学过程的示意图。
已知甲池的总反应式为2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O
请回答:
(1)甲池是________池,通入O2的电极作为________极,电极反应式为__________。
(2)乙池是________池,A电极名称为________极,电极反应式为_______________。
乙池中的总反应离子方程式为_____________________________________________,溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40g时,甲池中理论上消耗O2________mL(标准状况下)。
【答案】原电正O2+2H2O+4e-===4OH-电解阳4OH--4e-===O2↑+2H2O4Ag++2H2O
4Ag+O2↑+4H+减小280
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