高三电解池的工作原理及应用.docx

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高三电解池的工作原理及应用

二十三专题电解池的工作原理及应用

考点

考纲

考查形式

电解原理

理解电解池的工作原理

选择题非选择题

电解原理的应用

了解电解池的应用

选择题非选择题

基础再现.思考提醒

一、　电解池、电解原理

1．电解原理

（1）电解：

使________通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在__________引起

____________________的过程。

（2）电解池（也叫电解槽）：

把____能转化为________能的装置。

（3）电极名称与电极反应：

与电源正极相连的为________，发生________反应；

与电源负极相连的为________，发生________反应。

2．电解CuCl2溶液（如右图所示）

（1）阳极反应：

________________________________________________________________________

（2）阴极反应：

________________________________________________________________________

（3）总方程式：

________________________________________________________________________

二　、电解原理的应用

1．电解饱和食盐水

（1）电极反应

阳极反应式：

________________________________________________________________________

（________反应）

阴极反应式：

________________________________________________________________________

（________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________、________和________。

2．电镀

右图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：

（1）镀件作____极，镀层金属银作____极。

（2）电解质溶液是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）电极反应：

阳极：

________________________________________________________________________；

阴极：

________________________________________________________________________。

（4）特点：

____极溶解，____极沉积，电镀液的浓度

________________________________________________________________________。

3．电解精炼铜

（1）电极材料：

阳极为________；阴极为________。

（2）电解质溶液：

含Cu2＋的盐溶液。

（3）电极反应：

阳极为

________________________________________________________________________；

阴极为

________________________________________________________________________。

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。

（1）冶炼钠

2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑

电极反应：

阳极：

________________________________________________________________________，

阴极：

________________________________________________________________________。

（2）冶炼铝

2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑

电极反应：

阳极：

________________________________________________________________________，

阴极：

聚焦考点典例剖析

考点1电极产物的判断及有关反应式的书写

原电池的两极称为正极、负极，是由两极材料的相对活泼程度决定。

（原电池的正、负极在内电路中有时也分别称为阴极、阳极）电解池的两极称为阴、阳极，是由外接电源决定。

无论是原电池还是电解池，阳离子总是向阴极移动，阴离子总是向阳极移动。

1．1电极产物的判断

阴极与电源负极相连，得电子发生还原反应。

其规律有两个：

一是电极本身不参加反应；二是电解质溶液中氧化性强的阳离子先得电子，如Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，要注意到金属活动性顺序表中Al及Al前面的金属离子在溶液中不放电。

阳极与电源正极相连，失去电子发生氧化反应。

其规律有两个：

一是若阳极为非惰性电极（除Pt、Au之外的金属作电极），电极本身失去电子被氧化，电解质溶液中的阴离子不参与电极反应；二是若阳极为惰性电极（Pt、Au或非金属作电极），电解质溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，如S2－＞

I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根。

1．2电极方程式、电解方程式的书写

书写电解反应的一般步骤是：

以写出用石墨做电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式为例。

第一步：

明确溶液中存在哪些离子

溶液中的阳离子：

Cu2＋、H＋，阴离子：

OH－、SO

。

第二步：

判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序

阴极：

Cu2＋>H＋

阳极：

OH－>SO

第三步：

写电极反应式和总的电解方程式

阴极：

2Cu2＋＋4e－===2Cu

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

使得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：

2Cu2＋＋2H2O

2Cu＋O2↑＋4H＋（离子方程式）或2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4。

[注意]①上述例子中的电极若换成铜棒，阳极电极反应式为：

Cu－2e－===Cu2＋，阴极电极反应式不变。

②电极反应式的书写要以实际放电的离子表示，但电解方程式的书写中，弱电解质要以分子式的形式书写。

如本例中的阳极反应式可写为OH－，但是电解总反应方程式则必须写为H2O。

典例研析:

例1右图装置中，U型管内为红墨水a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。

下列有关描述错误的是（　　）

A．生铁块中的碳是原电池的正极

B．红墨水柱两边的液面变为左低右高

C．两试管中相同的电极反应式是：

　Fe－2e－===Fe2＋

D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀

【答案】　B

【解析】Fe与C及电解质溶液形成原电池，Fe是负极：

Fe－2e－===Fe2＋；C是正极，在a中发生吸氧腐蚀，a中压强减小，b中发生析氢腐蚀，b中压强增大，红墨水柱液面是左高右低。

故选B。

易错警示:

变式训练1.Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图所示，电解总反应为：

。

下列说法正确的是

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

考点2电解规律及相关计算

2.1以惰性电极电解电解质溶液的类型

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：

2OH--4e-==2H2O+O2↑

NaOH

水

增大

增大

水

H2SO4

水

增大

减小

水

Na2SO4

水

增大

不变

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

减小

增大

氯化氢

CuCl2

电解质

减小

氯化铜

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

生成新电解质

增大

氯化氢

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

生成新电解质

减小

氧化铜

2.2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：

借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式

例2下列叙述错误的是（　　）

A.钢铁表面发生吸氧腐蚀时，钢铁表面水膜的pH增大

B.电解精炼铜时，同一时间内阳极溶解的铜的质量比阴极析出的铜的质量少

C.在镀件上电镀锌，用锌作阳极

D.工作时，在原电池的负极和电解池的阴极上都是发生失电子过程

【答案】D

变式训练2（2013﹒天津高考﹒6）为增强铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源，以Al作阳极、Pb作阴极，电解稀硫酸，使铝表面的氧化膜增厚。

其反应原理如下：

电池：

Pb（s）+PbO2（s）+2H2SO4（aq）=2PbSO4（s）+2H2O（l）

电解池：

2Al+3O2

Al2O3+3H2

电解过程中，以下判断正确的是

电池

电解池

A

H+移向Pb电极

H+移向Pb电极

B

每消耗3molPb

生成2molAl2O3

C

正极：

PbO2+4H++2e=Pb2++2H2O

阳极：

2Al+3H2O-6e=Al2O3+6H+

D

高考真题随堂演练

1、（2012﹒浙江高考﹒10）以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下：

下列说法不正确的是

A．在阴极式，发生的电极反应为：

2H2O＋2e－＝2OH－＋H2↑

B．在阳极室，通电后溶液逐渐由黄色变为橙色，是因为阳极区H＋浓度增大，使平衡2

＋2H＋

＋H2O向右移动

C．该制备过程总反应的化学方程式为：

4K2CrO4＋4H2O

2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑

D．测定阳极液中K和Cr的含量，若K与Cr的物质的量之比为d，则此时铬酸钾的转化率为1－

2．（2013·北京理综·4）用石墨电极电解CuCl2溶液（见右图）。

下列分析正确的是（　　）

A．a端是直流电源的负极

B．通电使CuCl2发生电离

C．阳极上发生的反应：

Cu2++2e-=Cu

D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体

3[2013·全国卷·9]电解法处理酸性含铬废水（主要含有Cr2O

）时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2O

＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr（OH）3形式除去。

下列说法不正确的是（　　）

A．阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋

B．电解过程中溶液pH不会变化

C．过程中有Fe（OH）3沉淀生成

D．电路中每转移12mol电子，最多有1molCr2O

被还原

4[2013∙重庆卷∙11]（14分）化学在环境保护中趁着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。

（1）催化反硝化法中，H2能将NO3—还原为N2，

25℃时，反应进行10min，溶液的pH由7变为12。

①N2的结构式为。

②上述反应离子方程式为，

其平均反应速率v（NO3—）为mol∙L—1∙min—1

③还原过程中可生成中间产物NO2—，写出3

种促进NO2—水解的方法。

（2）电化学降解NO3—的原理如题11图所示。

①电源正极为（填“A”或“B”），

阴极反应式为。

②若电解过程中转移了2mol电子，则膜两侧

电解液的质量变化差（△m左－△m右）为g。

能效达标训练

2013·全国卷·9]电解法处理酸性含铬废水（主要含有Cr2O

）时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2O

＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr（OH）3形式除去。

下列说法不正确的是（　　）

A．阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋

B．电解过程中溶液pH不会变化

C．过程中有Fe（OH）3沉淀生成

D．电路中每转移12mol电子，最多有1molCr2O

被还原

2.（2011·全国卷I·10）用石墨作电极电解CuSO4溶液。

通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的

A.CuSO4B.H2OC.CuOD.CuSO4·5H2O

3（2011·广东高考·12）某小组为研究电化学原理，设计如图装置。

下列叙述不正确的是

A、a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出

B、a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：

Cu2＋+2e-=Cu

C、无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色

D、a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动

4.（2011·山东高考·15）以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是

A.未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程

B.因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系

C.电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率

D.镀锌层破损后对铁制品失去保护作用

5．镍镉（Ni—Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。

已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：

Cd+2NiOOH+2H2O

Cd（OH）2+2Ni（OH）2。

有关该电池的说法正确的是

A．充电时阳极反应：

Ni（OH）2－e—+OH-==NiOOH+H2O

B．充电过程是化学能转化为电能的过程

C．放电时负极附近溶液的碱性不变

D．放电时电解质溶液中的OH-向正极移动

6．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，点解总反应：

2Cu+H2O==Cu2O+H2O↑。

下列说法正确的是

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。

7．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）+SO42—（aq）=PbSO4（s）+2e—

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）+SO42—（aq）

8【2012·新课标卷·36】[化学——选修2化学与技术]（15分）

由黄铜矿（主要成分是CuFeS2）炼制精铜的工艺流程示意图如下：

（1）在反射炉中，把铜精矿砂和石英砂混合加热到1000℃左右，黄铜矿与空气反应生成Cu和Fe的低价硫化物，且部分Fe的硫化物转变为低价氧化物。

该过程中两个主要反应的化学方程式分别是____________________________、__________________________，反射炉内生成炉渣的主要成分是____________；

（2）冰铜（Cu2S和FeS互相熔合而成）含Cu量为20%～50%。

转炉中，将冰铜加熔剂（石英砂）在1200℃左右吹入空气进行吹炼。

冰铜中的Cu2S被氧化为Cu2O，生成的Cu2O与Cu2S反应，生成含Cu量约为98.5%的粗铜，该过程发生反应的化学方程式分别是__________________________________、________________________________；

（3）粗铜的电解精炼如图所示。

在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极______（填图中的字母）；在电极d上发生的电极反应式为________________；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为________。

硫酸铜溶液

9.（2011·四川高考·26）甲、乙、丙、丁、戊为原子序数依次增大的短周期元素。

甲、丙处于同一主族，丙、丁、戊处于同一周期，戊原子的最外层电子数是甲、乙、丙原子最外层电子数之和。

甲、乙组成的常见气体X能使湿润的红色石蕊试纸变蓝；戊的单质与X反应能生成乙的单质，同时生成两种溶于水均呈酸性的化合物Y和Z，0.1mol/L的Y溶液pH＞1；丁的单质既能与丙元素最高价氧化物的水化物的溶液反应生成盐L，也能与Z的水溶液反应生成盐；丙、戊可组成化合物M。

请回答下列问题：

（1）戊离子的结构示意图为_______。

（2）写出乙的单质的电子式：

_______。

（3）戊的单质与X反应生成的Y和Z的物质的量之比为2：

4，反应中被氧化的物质与被还原的物质的物质的量之比为________。

（4）写出少量Z的稀溶液滴入过量L的稀溶液中发生反应的离子方程式：

________。

（5）按如图电解M的饱和溶液，写出该电解池中发生反应的总反应方程式：

_______。

将充分电解后所得溶液逐滴加入到酚酞试液中，观察到的现象是__________。

10．Zn—MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2—NH4Cl混合溶液。

（1）该电池的负极材料是。

电池工作时，电子流向（填“正极”或“负极”）。

（2）若ZnCl2—NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是

。

欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的（填代号）。

a．NaOHb．Znc．Fed．NH3·H2O

（3）MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液。

阴极的电极反应式是。

若电解电路中通过2mol电子，MnO2的理论产量为

11【2012·福建卷·24】（16分）

（1）电镀时，镀件与电源的________极连接。

（2）化学镀的原理是利用化学反应生成金属单质沉积在镀件表面形成镀层。

①若用铜盐进行化学镀铜，应选用________（填“氧化剂”或“还原剂”）与之反应。

②某化学镀铜的反应速率随镀液pH变化如图所示。

该镀铜过程中，镀液pH控制在12.5左右。

据图中信息，给出使反应停止的方法：

__________。

（3）酸浸法制取硫酸铜的流程示意图如下：

①步骤（ⅰ）中Cu2（OH）2CO3发生反应的化学方程式为____________________________。

②步骤（ⅱ）所加试剂起调节pH作用的离子是________（填离子符号）。

③在步骤（ⅲ）发生的反应中，1molMnO2转移2mol电子，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________。

④步骤（ⅳ）除去杂质的化学方程式可表示为

3Fe3++NH4++2SO42-+6H2O===NH4Fe3（SO4）2（OH）6↓+6H+

过滤后母液的pH＝2.0，c（Fe3+）＝amol·L-1，c（NH4+）＝bmol·L-1，c（SO42-）＝dmol·L-1，该反应的平衡常数K＝________（用含a、b、d的代数式表示）。

高考真题随堂演练

1.D2Ａ3B　

4答案：

（1）①N≡N②2NO3-+5H2

N2+2OH-+4H2O0.001③加酸，升高温度，加水

（2）①A，2NO3-+6H2O+10e-＝N2+12OH-②14.4

能效达标训练

1B2C3D4C5A

6A7B

8答案：

（1）2CuFeS2+O2

Cu2S+2FeS+SO2　2FeS+3O2

2FeO+2SO2　FeSiO3

（2）2Cu2S+3O2

2Cu2O+2SO2　2Cu2O+Cu2S

6Cu+SO2↑

（3）c　Cu2++2e-===Cu　Au、Ag以单质的形式沉积在c（阳极）下方，Fe以Fe2+的形式进入电解液中

答案：

（1） Cl原子结构示意图

（2） N2的电子式：

 （3）2:

3    ⑷AlO2－    ＋H＋＋H2O=Al（OH）3↓ 

（5）2NaCl＋2H2O====（电解）2NaOH＋Cl2↑＋H2↑    酚酞溶液溶液变红   

10答案：

（1）Zn（或锌）正极

（2）Zn与Cu2+反应生成Cu，Zn与Cu构成原电池，加快反应速率b

（3）2H++2e-=H2↑87g

11．答案：

（1）负

（2）①还原剂　②调节溶液pH在8～9之间

（3）①Cu2（OH）2CO3+2H2SO4===2CuSO4+CO2↑+3H2O

②

③MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O

④