化学复习知识点深度剖析 专题六 第三节电解原理及其应用.docx
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化学复习知识点深度剖析专题六第三节电解原理及其应用
2013化学复习知识点深度剖析专题六第三节电解原理及其应用
考纲解读
考纲要求
要求
名师解读
1.了解电解池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式.
Ⅰ
1.借助于新情境,考查电解池的工作原理(包括电流或电子的流向、电解质溶液中离子的移动方向)、电极反应式和总方程式的书写、原电池的设计等。
2.原电池与电解池的综合应用的考查主要集中在新型燃料电池、金属的腐蚀与防护、氯碱工业、铜的精炼、电镀、电冶金的原理上。
3.与STSE(科学、技术、社会、生活)相结合的新能源开发及综合利用的考查仍将是今年高考命题的“宠儿”。
2.了解电解原理的应用,如氯碱工业、铜的精炼、电镀等。
Ⅱ
基础巩固
1.电解
①在作用下,电解质在两个电极上分别发生氧化、还原反应的过程称为。
在此变化过
程中,电源向反应体系提供,转化为“储存”于生成物中;我们把这种的装置,称为电解池;该装置由、导线、以及或构成。
②在电解池中,我们把与电源正极相连的电极称为,该极上发生反应;与电源负极相连的电极称为,该极上发生反应。
电解熔融的氯化钠时,其阳极反应式为,阴极反应式为。
③电解池中选用惰性电极时,电解液中的阴离子在极上放电,常见阴离子的放电顺序为;电解液中的阳离子在极上放电,常见阳离子的放电顺序为;写出用石墨电极电解氯化钠溶液时,其阳极反应式为,阴极反应式为。
2.电解精炼铜
电解精炼铜的电解池中,做阳极,做阴极,电解质溶液为;阳极反应式为,阴极反应式为;电镀池中,做阳极,做阴极,电镀液通常采用含离子的盐溶液。
探究实验
拓展实验:
蔗糖焰火
【原理】蔗糖含有碳、氢和氧3种元素,它具有可燃性。
因此,当浓H2SO4滴下去跟氯酸钾起作用时,便生成了奇臭的二氧化氯气体:
3KClO3+2H2SO4(浓)=2KHSO4+KClO4+2ClO2↑+H2O
由于这种气体具有极强的氧化能力,能使蔗糖猛烈燃烧,便产生了火焰,分别在里面添加的硝酸锶,镁粉、硝酸钡是显色物质,加硝酸锶产生红色焰火,加镁粉产生白色焰火,加硝酸钡产生绿色焰火。
金属焰色反应即是靠这些颜色来鉴别各种金属盐。
【准备】瓷坩埚3只,砖头若干块,玻璃管1支。
蔗糖、氯酸钾、硝酸锶、硝酸钡、镁粉、浓硫酸
【操作】把等量的蔗糖和氯酸钾分别在研钵中研细,然后分作三等分,放在3张纸上,再在这3张纸里分别加入硝酸锶、镁粉和硝酸钡,混和均匀,放入3只坩埚中,坩埚分别放入砖头中,砖头的放置如图示。
表演时,拿一支玻璃滴管吸取浓硫酸(共计2ml左右),然后分别滴加入这3只坩埚中,里面便分别喷出红、白、绿三色焰火来。
练一练:
1.在反应3KClO3+2H2SO4(浓)=2KHSO4+KClO4+2ClO2↑+H2O中,氧化产物与还原产物的物质的量之比是_________。
2.下列表格中给出具体元素焰色反应的颜色:
a.碱金属焰色反应的颜色:
元素名称
锂
钠
钾
铷
呈现颜色
紫红色
黄色
紫色
紫色
b.ⅡA族金属和铜焰色反应的颜色:
元素名称
钙
锶
钡
铜
呈现颜色
砖红色
洋红色
黄绿色
绿色
上述表格中列举发生焰色反应的元素,仅有____不是主族元素(填元素名称)。
3.罗伯特·威廉·伍德是美国著名物理学家,他平时在一家饭馆包饭,有一天,他吃了一盘鸡,吃饱之后,从上衣口袋里掏出一小包粉末,洒在盘中剩余的骨头上,邻座就餐的人都感到非常奇怪。
第二天,罗伯特·威廉·伍德又来到这家餐馆就餐,当服务生把最后一道鸡汤端上来之后,他随身掏出携带的打火机,用筷子蘸了几滴鸡汤,洒在火焰上,火焰竟然变成了紫红色。
他对周围就餐的人说:
“果然不出我的所料,今天的鸡汤是使用昨天的剩骨头熬制的,因为我利用了一个化学原理检验出来的”!
餐馆的老板当时是面红耳赤,说不出一句话来。
请同学们推断一下,罗伯特·威廉·伍德是利用的什么化学原理?
他洒在盘中剩余的骨头上的那一小包粉末可能含有什么物质?
参考答案:
1.1:
2
2.铜
3.焰色反应罗伯特·威廉·伍德在吃剩的鸡骨头上洒了含有锂的化合物,因为含有锂的化合物灼烧时火焰呈紫红色。
重点突破
一.直击考点:
考点一电解原理考查
该考点经常以选择题题型出现。
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;借助于电流引起氧化还原反应的装置,也就是把电能转化为化学能的装置叫做电解池。
构成电解池的条件:
①直流电源;②两个电极;③电解质溶液或熔融态电解质。
【例1】如图是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极,则下列有关判断正确的是()
图5-2-1
A.a为负极,b为正极
B.a为阳极,b为阴极
C.电解过程中,d电极质量增加
D.电解过程中,氯离子浓度不变
考点二电解规律考查
该考点经常以选择题题型出现。
用惰性电极材料电解电解质溶液的规律:
【例2】如图所示,a、b、c、d均为铂电极,供选择的四组电解质溶液如表所示,要满足的条件是:
①工作一段时间后,甲槽电解液的pH上升,而乙槽电解液的pH下降;②b、c两极上放电离子的物质的量相等.则应选用的电解质溶液是( )
A
B
C
D
甲槽
NaOH
AgNO3
H2SO4
KCl
乙槽
CuSO4
CuCl2
AgNO3
AgNO3
【解析】惰性电极电解电解质分为三种类型:
纯水型、混合型和电解质本身型。
先分析甲槽,AgNO3溶液电解后会生成HNO3,pH减小,不符合题意,H2SO4电解后pH减小,不符合题意,排除B、C,在A和D中考虑乙槽中的pH都下降,若电解CuSO4溶液,b极是阳极,反应式:
4OH--4e-===O2↑+2H2O,c极是阴极,反应式:
Cu2++2e-===Cu,因为转移电子数目相同,则b、c两极放电离子的物质的量之比为1∶2,A选项排除.
【答案】D
考点三电极反应考查
该考点经常以选择题或填空题题型出现。
电解池中跟直流电源正极相连的极叫阳极,阳极上发生氧化反应;跟直流电源的负极相连的电极叫阴极,阴极上发生还原反应。
【例3】LiAl/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.LiAl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-3e-===Al3+
D.充电时,阴极发生的电极反应式为:
Li2S+Fe-2e-===2Li++FeS
考点四电解应用考查
该考点经常以选择题或综合推断题型出现。
电解是一种依靠外界能量的推动,将非自发的氧化还原反应分开,在两极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
其常用于物质的制备,比如:
电解法制铝、氯碱工业、电解熔融的氯化镁制镁、电解精炼铜等。
【例4】金属镍有广泛的用途。
粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是(已知:
氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+)( )
A.阳极发生还原反应,其电极反应式为:
Ni2++2e-===Ni
B.电解过程中,阳极减少的质量与阴极增加的质量相等
C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Ni2+和Zn2+
D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
【答案】D
二.走出误区:
误区一误认为电解酸的实质都一样
酸分为含氧酸和无氧酸,用惰性电极电解硫酸、硝酸等含氧酸的实质是电解水,而电解盐酸、氢溴酸等无氧酸的实质是电解电解质本身。
【例1】相同浓度的盐酸和硫酸,用铂做电极电解它们的溶液,电解一段时间后,下列说正确的是()
A.盐酸和硫酸的浓度都增大
B.盐酸和硫酸的浓度都减小
C.盐酸的浓度减小,硫酸的浓度增大
D.盐酸的浓度增大,硫酸的浓度减小
误区二思维定势、忽略量的多少
当电极材料为铂、碳等惰性电极时,根据电解时阳离子的放电规律,活泼金属阳离子的放电顺序是在H+之后,所以电解MgSO4、Al(NO3)3、Na2SO4等溶液不会有金属析出,唯有电解CuSO4溶液会析出Cu。
【例2】甲、乙两个电解池均以Pt为电极,且互相串联,甲池盛AgNO3溶液,乙池中盛有一定量的某盐溶液,通电一段时间后,测得甲池电极质量增加2.16g,乙池电极上析出0.24g金属,则乙池中溶质可能是()
A.CuSO4B.MgSO4C.Al(NO3)3D.Na2SO4
误区三忽视电极材料而错解
同样的电解质溶液,电极材料不同,则阳极的电极反应式和电解原理不相同。
所以在解答与电解有关的题目时,一定要先辨明电极材料是活性电极还是惰性电极。
【例3】在25℃时,将两个铜电极插入一定质量的硫酸钠饱和溶液中进行电解,通电一段时间后,阴极上析出amol气体,同时有WgNa2SO4•10H2O晶体析出。
若温度不变,剩余溶液中溶质的质量分数为()
A.
B.
C.
D.
错解:
D
误区四因不能辨明题目考查的实质而错解
有的电解题目在解答时要先辨明该题电解的电解质是什么,也就是说题干所给的离子大多数根本就不能共存,那么,这类题目就要先判断离子共存,而后在考虑电解原理。
【例4】在水中加入等物质的量的Ag+Pb2+Na+SO42-NO3-Cl-,该溶液放在用惰性电极做电极的电解槽中,通电片刻,则氧化产物与还原产物的质量比是()
A.35.5:
108B.16:
207C.8:
1D.条件不足,无法判断
错解:
D
原因:
有的同学被该题中复杂多样的离子而蒙蔽住,不能从离子共存角度迅速排查,导致该题的解答陷入僵局,得出错误的结论而选择D。
正解:
C
原因:
首先判断溶液中的各离子是否能够共存,否则该题将会误入歧途。
电解等物质的量的Ag+、Na+、Ba2+、NO3-、SO42-、Cl-,由于Ag+和Cl-、Pb2+和SO42-相互反应生成AgCl和BaSO4沉淀,故该题实质上是电解NaNO3溶液,也就是电解水,因此氧化产物氧气与还原产物氢气的质量比为32:
4=8:
1。
巩固复习
1.可以将反应Zn+Br2===ZnBr2设计成可充电电池,下列4个电极反应:
①Br2+2e-===2Br- ②2Br--2e-===Br2
③Zn-2e-===Zn2+ ④Zn2++2e-===Zn
其中表示充电时的阳极反应和放电时的负极反应的分别是( )
A.②和③ B.②和①
C.③和①D.④和①
答案:
A解析:
充电时的阳极和放电时的负极均发生氧化反应。
2.下列关于铜电极的叙述正确的是( )
A.铜锌原电池中铜是正极
B.用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极
C.在镀件上电镀铜时用金属铜作阳极
D.电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极
答案:
AC解析:
A项,锌比铜活泼,故铜作正极,正确;B项,电解冶炼铜时,粗铜作阳极,错误;电镀时,待镀金属作阴极,C正确;电解H2SO4制H2、O2时,阳极必为惰性电极,D错误.
3.关于电解NaCl水溶液,下列叙述正确的是 ( )
A.电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠
B.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液,溶液呈棕色
C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液,溶液呈无色
D.电解一段时间后,将全部电解液转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性
4.把分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联,在一定条件下通电一段时间后,析出钾、镁、铝的物质的量之比为( )
A.1:
2:
3B.3:
2:
1
C.6:
3:
1D.6:
3:
2
答案:
D解析:
假设电路中通过1mol电子,据K+——K(得1e-)、Mg2+——Mg(得2e-)、
Al3+——Al(得3e-),析出K、Mg、Al的物质的量分别为:
1mol/1、1mol/2、1mol/3,物质的量之比为:
:
:
=6:
3:
2。
5.电解100mL含c(H+)=0.30mol/L的下列溶液,当电路中通过0.04mol电子时,理论上析出金属质量最大的是( )
A.0.10mol/LAg+B.0.20mol/LZn2+
C.0.20mol/LCu2+D.0.20mol/LPb2+
答案:
C解析:
根据金属活动性顺序可知:
排在氢以后的金属为Ag和Cu,而Zn和Pb排在H以前,所以Ag+、Cu2+的氧化性比H+大,应优先于H+放电而析出,因为0.01molAg的质量小于0.02molCu的质量,所以C项正确。
6.下列有关用惰性电极电解AgNO3溶液一段时间后的说法正确的是( )
A.电解过程中阴极质量不断增加
B.电解过程中溶液的pH不断升高
C.此时向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复到电解前的状况
D.电解后两极产生的气体体积比为2∶1
7.用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液,当阴极上增重ag时,在阳板上同时产生bL氧气(标准状况),从而可知M的相对原子质量为
( )
A.
B.
C.
D.
答案:
C解析:
用惰性电极电解硝酸盐溶液时,两极发生的反应分别是:
阳极4OH--4e-===2H2O+O2↑,阴极Mx++xe-===M;设m为M的相对原子质量,根据电子守恒原理得:
x=
,所以m=
.
8.从NO3-、SO42-、H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、OH-、Cl-等离子中选出适当的离子组成电解质,采用惰性电极对其溶液进行电解。
⑴两极分别放出H2和O2时,电解质的化学式可能是;
⑵若阴极析出金属,阳极放出O2,电解质的化学式可能是;
⑶若两极分别放出气体,且体积为1:
1,电解质的化学式可能是。
提高训练
9.关于铅蓄电池的说法正确的是( )
A.在放电时,正极发生的反应是Pb(s)+SO
(aq)-2e-===PbSO4(s)
B.在放电时,该电池的负极材料是铅板
C.在充电时,电池中硫酸的浓度不断变小
D.在充电时,阳极发生的反应是PbSO4(s)+2e-===Pb(s)+SO
(aq)
10.用惰性电极进行下列电解,有关说法正确的是( )
①电解稀硫酸 ②电解CuSO4溶液 ③电解KOH溶液 ④电解NaCl溶液
A.电解进行一段时间后四份溶液的pH均增大
B.②中电解一段时间后,向溶液中加入适量的CuO固体可使溶液恢复电解前的情况
C.③中阳极消耗OH-,故溶液浓度变小
D.④中阴、阳两极上产物的物质的量之比为2∶1
答案:
B解析:
依据惰性电极电解规律,可知①为电解水型,②为放O2生酸型,③为电解水型,④为放H2生碱型。
故B正确。
11.按下图所示装置做实验,若x轴表示流入阴极的电子的物质的量,则y轴可表示( )
①c(Ag+) ②c(NO
) ③a棒的质量 ④b棒的质量 ⑤溶液的pH
A.①③B.③④
C.①②④D.①②⑤
答案:
D解析:
由图象知:
装置是电镀池,所以AgNO3溶液浓度不变.
12.某同学为了使反应2HCl+2Ag===2AgCl+H2↑能进行,设计了如图所示的四个实验,你认为可行的方案是( )
答案:
C解析:
该反应中Ag失电子被氧化;H+得电子被还原生成H2,所以用Ag作阳极,电解含Cl-的溶液即可。
13.某同学按下图所示的装置进行电解实验.下列说法正确的是( )
A.电解过程中,铜电极上有H2产生
B.电解初期,主反应方程式为:
Cu+H2SO4
CuSO4+H2↑
C.电解一定时间后,石墨电极上有铜析出
D.整个电解过程中,H+的浓度不断增大
14.一些科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+),实现了氨的电化学合成.该过程N2和H2的转化率远高于现在工业上使用的氨合成法.对于电化学合成氨的有关叙述正确的是( )
A.N2在阴极上被氧化
B.可选用铁作为阳极材料
C.阳极的电极反应式是N2+6e-+6H+===2NH3
D.该过程的总反应式是N2+3H2
2NH3
答案:
D解析:
据题意知总反应式为N2+3H2
2NH3,故N2应在阴极发生还原反应,故A、C错误;H2在阳极上失电子,故阳极应为惰性电极,B错误.
15.用惰性电极和串联电路电解下列物质的水溶液:
①NaCl,②NaNO3,③CuCl2,④AgNO3,在相同时间内生成气体的总体积(同温同压下测定),理论上由多到少的顺序是( )
A.①②③④ B.④①②③
C.②①③④D.①②④③
16.如图,烧杯中的溶质均足量,a、b、c、d、e均为石墨电极,通电一段时间后,a电极上有红色物质析出,以下说法正确的是( )
A.e电极上可以析出使湿润淀粉KI试纸变蓝的气体
B.c电极周围溶液变红
C.A烧杯内溶液的pH升高
D.B烧杯中加一定量的KCl固体可恢复原状
17.以等质量的铂棒和铜棒做电极,电解硫酸铜溶液,通电一段时间后,其中一极增加质量为ag,此时两极的质量差为()
①ag②2ag③
g④无法判断
A.①B.①②C.①②③D.④
18.如图a、b、c、d均为石墨电极,通电进行电解(电解液足量)。
下列说法正确的是( )
A.甲中a的电极反应式为:
4OH--4e-===O2↑+2H2O
B.电解时向乙中滴入酚酞溶液,c电极附近变红
C.向乙中加入适量盐酸,溶液组成可以恢复
D.当b极有64gCu析出时,c电极产生2g气体
答案:
A解析:
本题易误选C,在电解液足量的情况下,电解过程中只逸出H2和Cl2,只需补充氢和氯两种元素即可,不能加入盐酸,因为盐酸中有H2O,应通入适量HCl气体才能达到目的。
19.某课外化学兴趣小组设计了如图所示装置(虚框内部分未画出),在装置内起初发生的反应为:
Cu+H2SO4===H2↑+CuSO4
(1)该装置的名称是________.
(2)A、B中至少有一种是金属________,接________.
(3)C溶液中含有________.
答案:
(1)电解池
(2)铜 电源的正极 (3)H2SO4
解析:
由于铜的化学活泼性不如氢,所给化学反应不能自发进行,若要使铜能置换出硫酸中的氢元素,需要外加电源,该装置为电解池.在所给反应中铜被氧化,应与电源的正极相连接,故A、B中至少有一种为铜,C溶液应为稀硫酸.
20.在如图所示的装置中,若通入直流电5min时,铜电极质量增加2.16g,试回答:
(1)电源电极X为________极。
(2)pH变化:
A________,B________,C________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)通电5min时,B中共收集224mL气体(标准状况),溶液体积为200mL。
则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。
(4)若A中KCl溶液的体积也是200mL,电解后,溶液的pH为________(设电解前后溶液体积无变化)。
(4)A装置的反应为:
2KCl+2H2O
2KOH+H2↑+Cl2↑,
即反应中转移电子的物质的量与生成的氢氧根离子的物质的量相等,为0.02mol。
c(OH-)=
=0.1mol/L,故pH=13。
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