考点5电解池Word文档格式.docx
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恢复原浓度方法
1.电解电解质
1.不活泼金属无氧酸盐(CuCl2)
阳极:
2Cl--2e-=Cl2↑
减小
加CuCl2(s)
阴极:
Cu2++2e-=Cu
2.无氧酸(HCl)
增大
加HCl(g)
2H++2e-=H2↑
2.电解水
含氧酸(H2SO4)
40H--4e-=2H2O+O2↑阴极:
4H++4e-=2H2↑
加H2O
强碱(NaOH)
活泼金属含氧酸盐(K2SO4溶液)
不变
3.放氢生碱型
活泼金属无氧酸盐(KCl溶液)
2Cl--2e-=Cl2↑阴极:
2KCl+2H2O=2KOH+H2↑+Cl2↑
4.放氧生酸型
不活泼金属的含氧酸盐(CuSO4溶液)
4OH--4e-=2H2O+O2↑阴极:
2Cu2++4e-=2Cu2CuSO4+2H2O=2Cu+O2↑+2H2SO4
加CuO(s)
2.(2010·
福建理综·
T11·
6分)(铅蓄电池的工作原理为:
研读下图,下列判断不正确的是
A.K闭合时,d电极反应式:
B.当电路中转移0.2mol电子时,I中消耗的
为0.2mol
C.K闭合时,II中
向c电极迁移
D.K闭合一段时间后,II可单独作为原电池,d电极为正极
【命题立意】本题以蓄电池为载体,着重考查了考生对电化学相关知识的掌握情况,其中涉及到了电极反应式的书写、化学计算、离子移动方向的判断以及蓄电池的工作原理的考查。
将电化学有关知识与元素化合物、化学计算等学科内知识综合在一起进行考查,是高考命题的一个新的变化。
【思路点拨】解答本题应注意以下几个问题:
(1)书写电极反应式时应看清充放电的方向,同时注意元素价态的变化。
(2)结合装置,正确判断电极情况。
(3)熟练掌握蓄电池工作原理。
【规范解答】选C。
选项A:
K闭合时Ⅰ为原电池,Ⅱ为
电解池,Ⅱ中发生充电反应,d电极为阳极发生氧化反应,其反应式为PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-所以A正确。
选项B:
在上述总反应式中,得失电子总数为2e-,当电路中转移0.2mol电子时,可以计算出Ⅰ中消耗的硫酸的量为0.2mol,所以B项正确。
选项C:
K闭合时d是阳极,阴离子向阳极移动,所以C项错误。
选项D:
K闭合一段时间,也就是充电一段时间后Ⅱ可以作为原电池,由于c表面生成Pb,放电时做电源的负极,d表面生成PbO2,做电源的正极,所以D项正确。
3.(2010·
安徽高考·
T8·
6分)下列实验操作或装置符合实验要求的是
A.量取15.00mLNaOH溶液B.定容C.电解制Cl2和H2D.高温煅烧石灰石
【命题立意】本题以教材实验为依托,考查了实验的基本操作、实验原理及常规仪器的使用方法。
【思路点拨】根据实验操作过程中的实验操作知识进行判断分析。
【规范解答】选A。
B项,胶头滴管下端口不能伸入到容量瓶内;
C项,铜电极应为电解池的阴极才能电解产生出氯气和氢气;
D项,坩埚不能带盖密
闭加热。
4.(2010·
海南高考·
T9·
4分)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.电解时阴极发生还原反应
C.粗铜连接电源负极,其电极反应是Cu=Cu2++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
【命题立意】本题考查电解池的基本原理及其应用,理解工业精炼铜的原理方法。
【思路点拨】电解精炼金属的过程:
【规范解答】选BD。
电解法精炼金属铜时,粗铜作阳极,失去电子逐渐溶解,Cu2+得到电子后析出,附着在阴极上,故精铜作阴极;
在电解池中,阴极接电源的负极,发生还原反应,阳极接电源的正极,发生氧化反应,A、C错误B正确;
越活泼的金属越易失去电子,故比铜活泼的Fe、Zn先失去电子,变成Fe2+、Zn2+进入溶液,然后是铜失去电子,变成Cu2+进入溶液,因Ag、Pt等金属不如铜活泼,故在铜溶解后便沉淀在阳极底部成为阳极泥,D正确。
【类题拓展】电解原理的另一应用是电镀,其原理为:
5.(2010·
山东高考·
12分)对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。
(1)以下为铝材表面处理的一种方法:
①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜,碱洗时常有气泡冒出,原因是______(用离子方程式表示)。
为将碱洗槽液中铝以沉淀形式回收,最好向槽液中加入下列试剂中的_______________。
a.NH3b.CO2c.NaOHd.HNO3
②以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极电极反应为_________。
取少量废电解液,加入NaHCO3,溶液后产生气泡和白色沉淀,产生沉淀的原因是___________________________。
(2)镀铜可防止铁制品腐蚀,电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是______________________。
(3)利用如图装置,可以模拟铁的电化学防护。
若X为碳棒,为减缓铁的腐蚀,开关K应置于______处。
若X为锌,开关K置于M处,该电化学防护法称为_______。
【命题意图】考查铝及其化合物的性质、电极反应式的书写、盐类水解、电镀及金属防腐的方法。
【思路点拨】Al(OH)3不溶于弱酸,也不溶于弱碱,但是碳酸的酸性强于偏铝酸,故NaAlO2溶液中通入CO2会有白色沉淀Al(OH)3生成;
单种离子的水解程度不大,一般不会产生气体或沉淀,当两种离子相互促进水解时,往往容易产生气体或沉淀。
【规范解答】
(1)①冒气泡的原因是Al与NaOH反应,化学方程式为:
2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
使AlO2-生成沉淀,最好是通入CO2,若加HNO3,沉淀容易溶解。
②阳极是Al发生氧化反应,要生成氧化膜,还必须有H2O参加,故电极反应式为:
2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+;
加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀,是由于废电解液中含有Al3+和HCO3-相互促进水解。
(2)电镀时,阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2+,以补充Cu2+.
(3)铁被保护,可以是做原电池的正极,或者电解池的阴极,故若X为碳棒,开关K应置于N处,Fe做阴极受到保护;
若X为锌,开关K置于M处,铁是做正极,锌作负极,称为牺牲阳极的阴极保护法。
(1)①2Al+2OH-+2H2O===2AlO2-+3H2↑;
b
②2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+;
因为Al3+和HCO3-相互促进水解:
Al3++3HCO3-===Al(OH)3↓+3CO2↑
(2)阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2+。
(3)N牺牲阳极阴极保护法
【类题拓展】
1.电镀:
待镀金属制品作阴极,镀层金属作阳极,含有镀层金属离子的溶液作电镀液,阳极反应:
M–ne-=Mn+(进入溶液),阴极反应Mn++ne-=M(在镀件上沉积金属)
2.电解精炼铜:
以粗铜为阳极,精铜为阴极,含铜离子的溶液作电解质溶液。
电解时发生如下反应:
阳极(粗铜):
Cu-2e-=Cu2+;
阴极(纯铜):
Cu2++2e-=Cu。
3.电冶金:
Na、Mg、Al的制取,如,电解熔融NaCl制金属Na:
2NaCl(熔融)=2Na+Cl2↑。
4.金属腐蚀的快慢:
在相同的电解质溶液中,金属腐蚀的快慢一般为:
电解池的阳极>
原电池负极>
化学腐蚀>
电解池阴极、原电池正极。
5.金属腐蚀和电化学腐蚀的比较:
电化学腐蚀(吸氧腐蚀)
化学腐蚀
条件
不纯金属或合金与电解质
溶液接触构成微小原电池
金属跟接触物质(多为非电解质)
直接反应
现象
有微弱电流产生
无电流产生
结果
活泼金属被腐蚀
较不活泼金属得到保护
各种金属都有可能被腐蚀
实例
负极:
2Fe-4e-=2Fe2+
正极:
O2+2H2O+4e-=4OH-
2Fe+3Cl2=2FeCl3(某些工厂)
本质
金属原子失去电子被氧化而损耗
联系
两种腐蚀同时发生,但电化腐蚀较化学腐蚀普遍,钢铁以吸氧腐蚀常见
金属的防护
①改变金属内部结构,如制成不锈钢;
②在金属表面覆盖保护层,如电镀、涂油、喷漆、搪瓷、镀氧化膜(致密),目的使金属制品与周围物质隔开;
③电化学保护法(被保护金属作为原电池的正极或电解池的阴极)
6.(2010·
天津高考·
T2·
6分)化学已渗透到人类生活的各个方面。
下列说法不正确的是
A.阿司匹林具有解热镇痛作用
B.可以用Si3N4、Al2O3制作高温结构陶瓷制品
C.在入海口的钢铁闸门上装一定数量的铜块可防止闸门被腐蚀
D.禁止使用四乙基铅作汽油抗爆震剂,可减少汽车尾气污染
【命题立意】考查化学与STES。
化学与日常生活、社会热点问题、食品、医药、能源、环保、化工生产、高新产品等方面的内容是高考考查的重要内容。
【思路点拨】在平时的学习中多了解些化学常识知识。
阿司匹林是常用的解热阵痛药,这是生活常识,故A项正确;
Si3N4、Al2O3是常用的高温结构陶瓷,故B项正确;
铜和铁组成的原电池,铁作负极被腐蚀,故C项错误;
铅是一种重要的污染物,故D项正确。
金属的腐蚀与防护
(1)金属腐蚀快慢的判断:
①与构成原电池的材料有关,若两极材料的活泼性相差越大,两极间的电动势越大,氧化还原反应的速率越快,活泼金属被腐蚀的速率就越快。
②与金属所接触的电解质强弱有关,活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀,活泼金属在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。
③一般而言,电解原理引起的腐蚀>
原电池原理引起的腐蚀>
有防护措施的防护。
(2)金属防护的方法:
①改变金属内部的组成结构,将金属制成合金,增强抗腐蚀能力。
②在金属表面覆盖保护层,使金属和周围物质隔离开来。
③牺牲阳极保护法:
利用原电池反应将需要保护的金属作为原电池的正极而受到保护。
④阴极电保护法:
利用电解原理将需要保护的金属与外加直流电源的负极相连让其成为阴极而受到保护。
7.(2010·
T7·
14分)X、Y、Z、L、M五种元素的原子序数依次增大。
X、Y、Z、L是组成蛋白质的基础元素,M是地壳中含量最高的金属元素。
⑴L的元素符号为________;
M在元素周期表中的位置为________________;
五种元素的原子半径从大到小的顺序是____________________(用元素符号表示)。
⑵Z、X两元素按原子数目比l∶3和2∶4构成分子A和B,A的电子式为___,B的结构式为____________。
⑶硒(se)是人体必需的微量元素,与L同一主族,Se原子比L原子多两个电子层,则Se的原子序数为_______,其最高价氧化物对应的水化物化学式为_______。
该族2~5周期元素单质分别与H2反应生成lmol气态氢化物的反应热如下,表示生成1mol硒化氢反应热的是__________(填字母代号)。
a.+99.7mol·
L-1b.+29.7mol·
L-1c.-20.6mol·
L-1d.-241.8kJ·
mol-1
⑷用M单质作阳极,石墨作阴极,NaHCO3溶液作电解液进行电解,生成难溶物R,R受热分解生成化合物Q。
写出阳极生成R的电极反应式:
______________;
由R生成Q的化学方程式:
_______________________________________________。
【命题立意】本题以元素的推断为背景,综合考查了元素符号的书写、元素位置的判断和原子半径大小的比较;
考查了电子式、结构式的书写,元素周期律和电极反应式、化学方程式的书写,是典型的学科内综合试题。
【思路点拨】解答本题的突破口是地壳中含量最高的金属元素和蛋白质的组成。
(1)X、Y、Z、L是组成蛋白质的四种元素且原子序数依次增大,故分别为:
H、C、N、O元素;
M是地壳中含量最高的元素,为Al,其在周期表的位置为第3周第ⅢA族;
再根据五种元素在周期表的位置,可知半径由大到小的顺序是:
Al>C>N>O>H。
(2)N和H1:
3构成的分子为NH3,电子式为
2:
4构成的分子为N2H4,其结构式为
。
(3)Se比O多两个电子层,共4个电子层,1→4电子层上的电子数分别为:
2、8、18、6,故其原子序数为34;
其最高价氧化物对应的水化物的化学式类似H2SO4,为H2SeO4。
非金属性越强,与氢气反应放出的热量越多,故2→5周期放出的热量依次是:
d、c、b、a,则第四周期的Se对应的是b。
(4)Al作阳极失去电子生成Al3+,Al3++3HCO3-==Al(OH)3+3CO2,2Al(OH)3
Al2O3+3H2O。
(1)O第三周第ⅢA族Al>C>N>O>H
(2)
(3)34H2SeO4b
(4)Al-3e-
Al3+Al3++3HCO3-==Al(OH)3+3CO22Al(OH)3
电解时电极产物的判断
(1)阳极产物的判断:
首先看阳极电极材料,若阳极电极材料是活性电极(金属活动性顺序表中Ag之前的金属单质),则阳极电极材料失去电子,阳极溶解,溶液中的阴离子不发生变化;
若阳极电极材料是惰性电极(Pt、Au、石墨),则要看溶液中阴离子的失电子能力,此时可根据阴离子放电顺序加以判断,阴离子的放电顺序为:
S2->
I->
Br->
Cl->
OH->
含氧酸根离子>
F-。
(2)阴极产物的判断:
直接根据阳离子放电顺序加以判断,阳离子的放电顺序与金属活动性顺序表相反,其中:
Ag+>
Fe3+>
Cu2+>
H+;
电镀时:
Zn2+>
H+。
强调:
阴极电极材料与金属活动性无关。
8.(2010·
浙江高考·
6分)Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池,该电池中正极的电极反应
式为:
2Li++FeS+2e-=Li2S+Fe
有关该电池的下列说法中,正确的是
A.Li-Al在电池中作为负极材料,该材料中Li的化合价为+1价
B.该电池的电池反应式为:
2Li+FeS=Li2S+Fe
C.负极的电极反应式为Al-3
=Al3+
D.充电时,阴极发生的电极反应式为:
【命题立意】本题主要以新型电池为载体,考查电极材料及电极反应式的书写。
【思路点拨】解答本题可先根据正极的电极反应式判断负极材料,进而判断出负极的电极反应式和电池的电池反应式。
【规范解答】选B。
由正极的电极反应式知,在负极上Li失去电子被氧化,所以Li-Al在电池中作为负极材料,该材料中Li的化合价为0价,故A项错误;
负极的电极反应式为:
2Li-2
=2Li+,故C项错误;
该电池的电池反应式为正、负电极的电极反应式之和:
2Li+FeS=Li2S+Fe,故B项正确;
由于充电时阴极发生还原反应,所以阴极的电极反应式为:
2Li++2
=2Li,故D项错误。
二、2009年高考试题
1.(2009·
广东高考·
14)可用于电动汽车的铝-空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液,
铝合金为负极,空气电极为正极。
下列说法正确的是()
A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时,正极反应都为:
O2+2H2O+4e-=4OH-
B.以NaOH溶液为电解液时,负极反应为:
Al+3OH--3e-=Al(OH)3↓
C.以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D.电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极
【解析】正极O2得电子,溶液显碱性或中性时,正极反应都为:
O2+2H2O+4e-=4OH-,A正确。
铝作负极,铝失电子,中性溶液(NaCl)中的负极反应为:
Al-3e-=Al3+,碱性溶液(NaOH)中的负极反应为:
Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2O,B不正确。
在碱性时总的电池反应式为:
4Al+3O2+4OH-=4AlO2-+2H2O,溶液pH降低,C项错。
电池工作时,电子从负极流向正极,D项错。
A
2.(2009·
江苏高考·
5)化学在生产和日常生活中有着重要的应用。
下列说法不正确的是()
A.明矾水解形成的Al(OH)3胶体能吸附水中悬浮物,可用于水的净化
B.在海轮外壳上镶入锌块,可减缓船体的腐蚀速率
C.MgO的熔点很高,可用于制作耐高温材料
D.电解MgCl2饱和溶液,可制得金属镁
【解析】从放电顺序K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+、H+(水)可知,电解氯化镁溶液时,阳离子只能是水电
离出的H+得电子,得不到单质Mg。
制金属镁是电解熔融的氯化镁。
D
3.(2009·
12)Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取.Cu2O的电解池示意图如下,电解总反应:
2Cu+H2O
Cu2O+H2↑。
A.石墨电极上产生氢气
B.铜电极发生还原反应
C.铜电极接直流电源的负极
D.当有0.1mol电子转移时,有0.1molCu2O生成。
【解析】判断二极是解题的关键。
从电解总反应知:
金属Cu被氧化,铜电极应为阳极,发生氧化反应,
电极反应式为:
2Cu-2e-+2OH-
Cu2O+H2O,所以B项、C项均错;
同时可知当有0.1mol电子转移
时,应有0.05molCu2O生成,D项也错。
石墨电极应与电源的负极相连,发生还原反应:
2H++2e-
H2↑,A项正确。
4.(2009·
12)市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。
它的负极材料是金
属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li+的高分子材料。
这种锂离子电池
的电池反应为:
Li+2Li0.35NiO2
2Li0.85NiO2
下列说法不正确的是()
A.放电时,负极的电极反应式:
Li-e-=Li+
B.充电时,Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应
C.该电池不能用水溶液作为电解质
D.放电过程中Li+向负极移动
【解析】此类题,在确定二极后,先考虑放电的各种情况,再考虑充电的各种情况。
放电时,Li作负极,
失电子(A项正确),生成的Li+从负极移向正极(D项错)。
充电时,是电池反应的反方向,从总方程式可
知,此时的Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应,B项正确。
C项,由于Li可以与水反应,故应为
非水材料,正确。
5.(2009·
全国卷
·
28)下图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液、
足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液,电极均为石墨电极。
(1)接通电源,经过一段时间后,测得丙中K2SO4浓度为10.47%,乙中c电极质量增加。
据此回答问题:
①电源的N端为______极;
②电极b上发生的电极反应为_____________;
③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积:
___________
④电极c的质量变化是___g;
⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化,简述其原因:
甲溶液___________;
乙溶液丙溶液_________;
(2)如果电解过程中铜全部析出,此时电解能否继续进行,为什么?
________________。
【解析】
(1)c电极质量增加是此题的突破口:
说明c处有Cu析出,即c为阴极。
由此可推出b为阳极(OH-失电子)、a为阴极、M为负极、N为正极。
丙中K2SO4浓度的变化,是此题计算的关键。
电解K2SO4溶液相当于电解水,据溶质守恒有:
100×
10%=[100-m(水)]×
10.47%,得m(水)=4.5g,即电解水0.25mol。
据电子守恒有如下关系:
2H2O(丙)~4e-~O2(b极)~2Cu(c极)
=
解得:
V(O2)=2.8Lm(Cu)=16g
(1)
正极;
4OH--4e-=2H2O+O2↑。
水减少的质量:
100g×
(1-
)=4.5g
生成O2体积:
×
22.4L·
mol-1=2.8L
16g
甲:
碱性增大,因为电解后,水量减少,溶液中NaOH浓度增大
乙:
酸性增大,因为阳极上OH-生成O2,溶液中H+离子浓度增加
丙:
酸碱性大小没有变化,因为K2SO4是强酸强碱盐,浓度增加不影响溶液的酸碱性
(2)能继续进行,因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液,反应也就变为水的电解反应。
6.(2009·
四川高考·
29)新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位。
可用作节能环保电动汽车的动力电池。
磷酸亚铁锂(LiFePO4)是新型锂离子电池的首选电极材料,它的制备方法如下:
方法一:
将碳酸锂、乙酸亚铁[(CH3COO)2Fe]、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后,
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- 考点5 电解池 考点
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