高中化学电解池重难点知识点汇总.docx
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高中化学电解池重难点知识点汇总
高中化学电解池重难点知识点汇总
第三节 电解池
重难点一电解池电极的判断
重难点二原电池、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薄层其他金属或合金的装置
装置举例
形成条件
①活泼性不同的两电极②电解质溶液(电极插入其中,并与电极自发发生氧化还原反应)③形成闭合电路
①两电极接直流电源②两电极插入电解质溶液③形成闭合电路
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(电镀过程浓度不变)
电极名称
负极:
氧化反应,金属或H2失电子正极:
还原反应,溶液中的阳离子得电子或者氧气得电子
阳极:
氧化反应,溶液中的阴离子失电子,或电极金属失电子阴极:
还原反应,溶液中的阳离子得电子
阳极:
金属电极失电子阴极:
电镀液中镀
层金属阳离子得电子(在电镀控制的条件下,水电离产生的H+及OH-一般不放电)
电子流向
负极
正极
电源负极
阴极电源正极
阳极
同电解池
(1)同一原电池的正、负极发生的电极反应得、失电子数相等。
(2)同一电解池的阴极、阳极发生的电极反应中得、失电子数相等。
(3)串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。
上述三种情况下,在写电极反应式时,得、
失电子数要相等,在计算电解产物的量时,应按得、失电子数相等计算
重难点三电解原理的口诀
分电极(判断阴、阳极),
析溶液(分析电解质溶液中含有哪些离子);
判流向(判断电子流动方向、离子移动方向),
断微粒(确定在两极上反应的各是什么微粒);
写电极(书写电极反应方程式)
写方程(书写电解质电解的化学方程式)。
重难点四以惰性电极电解电解质溶液的规律
类型
电极反应特点
实例
电解物质
电解
质溶
液浓
度
pH
电解质
溶液复原
电解[来源:
学§科§网Z§X§X§K][来源:
Z_xx_k.Com]
水型
阴极:
4H++4e-===2H2↑[来源:
学科网][来源:
学科网ZXXK][来源:
学#科#网Z#X#X#K]
阳极:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
NaOH[来源:
学科网][来源:
学科网][来源:
Zxxk.Com]
水[来源:
学科网]
增大
增大[来源:
学科网ZXXK]
水
H2SO4
水
增大
减小
水
Na2SO4
水
增大
不变
水
电解电解质型
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:
放出H2生成碱
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:
OH-放电生成酸
CuSO4
电解质和水
生成新电解质
减小
氧化铜
重难点五原电池及电解池的设计与计算
1.化学反应设计原则
电解是最强有力的氧化还原手段,一些非自发进行的氧化还原反应可通过电解来实现,原电池反应则以自发进行的氧化还原反应为基础,实现物质与能量的转换。
2.电化学计算
电化学计算除依据化学方程式外,最好是用守恒法,即根据电子守恒关系或由此推导出的比例关系。
无论是原电池还是电解池,无论是一个“池”还是多个“池”任意串联,在电路和电极
上单位时间内通过的电量相同。
例1
如图,是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极。
则下列判断正确的是( )
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
答案 C
解析 由电流方向可知,a端为电源正极,对应c为阳极,而b端为电源负极,对应d为阴极,则c电极上有Cl2析出,d电极上有Cu析出。
1.对于电解池,首先要考虑阳极材料,若为惰性电极,溶液中的阴离子被氧化,若为金属电极,则被氧化的是电极本身。
2.若溶液中的阴、阳离子有多种,要根据离子放电顺序判定什么离子先放电,什么离子后放电,并写出电极方程式。
3.注意根据电子流向和电流流向判断电极是相反的。
例2
用石墨做电极,电解1mol/L下列物质的溶液,则溶液中的pH保持不变的是( )
A.HClB.NaOHC.Na2SO4D.NaCl
答案 C
解析 用石墨做电极,电解HCl(aq)时,H+放电产生H2,使溶液中c(H+)减小,pH增大,所以A不符;用石墨做电极,电解NaOH(aq)时,实质为电解水,使溶液中c(OH-)增大,pH增大,所以B不符;用石墨做电极,电解NaCl(aq)时,生成NaOH,溶液中c(OH-)增大,pH增大,则D不符;只有电解Na2SO4(aq)时,实质为电解水,溶液仍为中性,pH不变,故选项C正确。
用惰性电极电解时,要使溶液的pH保持不变,则电解质必须是活泼金属的含氧酸盐,因为活泼金属的含氧酸盐不能水解,溶液呈中性,电解的实质为电解水,所以不影响水的电离平衡,溶液仍为中性。
例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
答案 B
解析 电解食盐水时发生的反应:
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑
阴极:
2H++2e-===H2↑
总反应:
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
对照分析选项,A错误;阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2,滴加KI溶液后发生反应:
Cl2+2I-===I2+2Cl-,溶液呈棕色,B正确;阴极附近产生大量的OH-,滴加酚酞后变红色,C错误;电解后生成NaOH,溶液呈碱性,D错误。
电解饱和食盐水氯碱工业原理是电解知识的重要核心内容,也是高考的热点,此题体现了《考试大纲》中要求的将试题所给的新信息与课内已学过的有关知识结合起来解决问题的能力。
例4
用铂电极电解CuCl2与CuSO4的混合溶液(浓度均为2mol/L)50mL,当阴极析出9.6g固体时,标准状况下阳极得到的气体是( )
A.3.36L B.2.8L C.6.72L D.4.48L
答案 B
解析 阴极:
Cu2+——Cu——2e-
64g2mol
9.6g0.3mol
阳极首先是Cl-失电子,但Cl-失电子数最多为2mol/L×0.05L×2×|0-(-1)|=0.2mol,产生0.1molCl2,按得失电子数相等,显然还有(0.3-0.2)mol电子是水电离的OH-失去的,由4OH-~O2~4e-知
n(O2)=
=0.025mol。
故阳极得到的气体为(0.1+0.025)mol×22.4L·mol-1=2.8L。
有关电解的计算,首先必须分析好两极上放电的微粒及放电顺序,再利用电子守恒进行
相关计算。
根据下表对电解池与原电池进行比较思考、交流并填写表中空白。
电解池
原电池
电极名称
阴极(与电源负极相连)
阳极(与电源正极相连)
负极(电子流出的电极)
正极(电子流入的电极)
电极反应
(氧化、
还原)
还原反应
氧化反应
氧化反应
还原反应
能量转变
将电能转变为化学能
将化学能转变为电能
反应进行
是自发的
还是不自
发的
反应不能自发进行
反应能够自发进行
1.A 2.D
3.原电池是将化学能转变为电能的装置,电解池是将电能转变为化学能的装置,例如锌铜原电池,在锌电极上发生氧化反应,称为负极,在铜电极上发生还原反应,称为正极。
负极:
Zn-2e-===Zn2+(氧化反应)
正极:
Cu2++2e-===Cu(还原反应)
电子通过外电路由负极流向正极。
例如电解CuCl2溶液的装置,
与电源正极相连的电极叫做阳极,与电源负极相连的电极叫做阴极。
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应)
阴极:
Cu2++2e-===Cu(还原反应)
电子通过外电路由阳极流向阴极。
4.电镀是把待镀金属制品作阴极,把镀层金属作阳极;电解精炼铜是把纯铜板作阴极,粗铜板作阳极,通过类似电镀的方法把铜电镀到纯铜板上去,而粗铜中的杂质留在阳极泥或电解液中,从而达
到精炼铜的目的。
其电极反应式为:
阳极(粗铜):
Cu-2e-===Cu2+(氧化反应)
阴极(精铜):
Cu2++2e-===Cu(还原反应)
5.电解饱和食盐水溶液时的电极反应式为:
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑
阴极:
2H++2e-===H2↑
总反应为:
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑,故从阴极析出1.42LH2时,阳极析出1.42LCl2。
6.解:
(1)电解XCl2溶液总反应为:
XCl2
X + Cl2↑
M(X)·1mol22.4L
3.2g1.12L
故M(X)=
=64
g/mol
即X的相对原子质量为64。
(2)由题意可得关系式:
2e- ~ Cl2
2mol22.4L
n(e-)1.12L
n(e-)=
=0.1mol
即电路中有0.1mol电子通过。
1.下列不存在电能转化为化学能的是( )
A.电离B.电解C.电镀D.电冶(电解冶炼)
答案 A
解析 电离不需要通电,在水溶液或熔化状态下就可以发生电离。
2.若某装置中发生如下反应:
Cu+2H+===Cu2++H2↑,关于该装置的有关说法不正确的是( )
A.该装置一定为原电池B.该装置一定为电解池
C.金属铜为电解池的阳极D.电解质溶液可能是硫酸溶液
答案 A
解析 由于Cu置换H2是非自发进行的氧化还原反应,因此不可能是原电池,一定是利用电解原理将电能转化为化学能。
由反应式知Cu被氧化,则Cu作阳极,溶液中的H+被还原为H2。
3.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∶1C.6∶3∶1D.6∶3∶2
答案 D
解
析 假设电路中通过1mol电子,根据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
、
、
,物质的量之比为
∶
∶
=6∶3∶2。
4.用石墨电极电解100mLH2SO4和CuSO4的混合液,通电一段时间后,两极均收集到2.24L气体(标况),则原溶液中c(Cu2+)为( )
A.1mol/LB.2mol/LC.3mol/LD.4mol/L
答案 A
解析 由题意知,阴极首先是Cu2+放电,然后是H+放电,故2H++2e-―→H2↑
0.2mol 0.2mol 2.24L
而阳极始终为OH-放电
4OH--4e-===2H2O+O2↑
0.4mol 2.24L
故阴极上Cu2+得e-:
0.4mol-0.2mol=0.2mol
Cu2+ + 2e-===Cu
0.1mol 0.2mol
c(Cu2+)=
=1mol/L
5.某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。
滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿,然后平铺在一块铂片上,接通电源后,用铅笔在滤纸上写字,会出现红色字迹。
据此,下列叙述正确的是( )
A.铅笔端作阳极,发生还原反应B.铂片端作阴极,发生氧化反应
C.铅笔端有少量的氯气产生D.a点是负极,b点是正极
答案 D
解析 本题实际是对以铂片、铅笔(石墨)为电极电解NaCl的实验的讨论。
在电解时铅笔作阴极连在电源的负极。
铅笔这一极的电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑(或2H++2e-===H2↑),这样在铅笔走过的地方就有较多的OH-产生,所以会出现红色字迹。
综合分析知D正确。
6.由于
Fe(OH)2极易被氧化,所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色、纯净的Fe(OH)2沉淀,应用右图所示电解实验可制得白色、纯净的Fe(OH)2沉淀,两电极的材料分别为石墨和铁。
(1)a电极材料应为 ,电极反应式为:
________________________________________________________________________。
(2)电解液c可以是(填编号) 。
A.纯水B.NaCl溶液
C.NaOH溶液D.CuCl2溶液
(3)d为苯,其作用为________________,在加入苯之前对c应作何简单处理?
____________。
答案
(1)Fe Fe-2e-===Fe2+
(2)BC (3)隔绝空气,防止Fe(OH)2被氧化 加热除去溶解的O2
解析 要得到Fe(OH)2,需得到Fe2+和OH-,故
(1)中Fe应作阳极,石墨作阴极,电极反应式较易写出。
电解液c必须符合以下放电要求:
阳极(Fe):
Fe-2e-===Fe2+
阴极(石墨):
2H++2e-===H2↑
故c可以为NaCl溶液或NaOH溶液。
7.如图所示,A、B、C三个装置中的烧杯分别盛有足量的CuCl2溶液。
(1)A、B、C三个装置中属于原电池的是________(填标号,下同),属于电解池的是
________。
(2)A池中Zn是E极,发生________反应(填“氧化”或“还原”,下同),电极反应式
为________________________________________________________________________;
Cu是________极,发生________反应,电极反应式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________,
A中总反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
(3)B池中C是__________极,发生__________反应,电极反应为
________________________________________________________________________;
Pt是________极,发生________反应,电极反应为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
B池中总反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
(4)C池中Zn是________极,发生________反应,电极反应为________;Cu是________极,发生________反应,电极反应为________,反应过程中,溶液浓度________(填“变大”“变小”或“不变”)。
答案
(1)A B、C
(2)负 氧化 Zn-2e-===Zn+ 正 还原
Cu2++2e-===Cu Zn+Cu2+===Zn2++Cu
(3)阴 还原 Cu2++2e-===Cu 阳 氧化
2Cl--2e-===Cl2↑ CuCl2
Cu+Cl2↑
(4)阴 还原 Cu2++2e-===Cu 阳 氧化
Cu-2e-===Cu2+ 不变
解析 判断装置是原电池还是电解池,关键是看它有没有外接直流电源,有则为电解池,无则为原电池,由此可知A为原电池,B和C为电解池,且C较为特殊,实际为电镀铜的装置。
原电池中电极分为正、负极,金属相对活泼的作负极,失电子发生氧化反应,金属性相对较不活泼的作正极,易知A中Zn作负极失电子被氧化,发生反应为Zn-2e-===Zn2+;Cu为正极,电解液中阳离子在正极上得电子被还原,发生反应为Cu2++2e-===Cu,A池总反应为上述两个半反应的和,即Zn+Cu2+===Zn2++Cu。
电解池中规定与直流电源负极相连的电极为阴极,与直流电源正极相连的电极叫阳极,在外电场作用下溶液中H+和Cu2+均移向阴极C棒,但因盐溶液中阳离子得电子能力Cu2+>H+,因而发生还原反应Cu2++2e-===Cu。
同时溶液中失电子能力较强的Cl-在阳极Pt表面被氧化,电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑,总方程式为CuCl2
Cu+Cl2↑。
装置C中阳极为活性电极Cu,当阳极不是惰性电极时,电极本身会被强迫失电子而发生氧化反应:
Cu-2e-===Cu2+,生成离
子进入溶液,此时溶液中阴离子不能失电子,而阴极上发生还原反应Cu2++2e-===Cu,两极反应速率相等,溶液中其他离子不发生反应,因而溶液浓度维持不变。
第1课时 电解原理
1.关于原电池、电解池的电极名称,下列说法错误的是( )
A.原电池中失去电子的一极为负极
B.电解池中与直流电源负极相连的一极为阴极
C.原电池中相对活泼的一极为正极
D.电解池中发生氧化反应的一极为阳极
答案 C
解析 根据两池的结构与反应原理可确定,原电池中相对活泼的一极为负极。
2.为将反应2Al+6H+===2Al3++3H2↑的化学能转化为电能,下列装置能达到目的的是(铝条均已除去了氧化膜)( )
答案
B
解析 A项电解质溶液为NaOH,Al与之反应实质不是与H+反应,生成产物是AlO
而不是Al3+;C项Al与稀HNO3反应产生的为NO;D项为电能转变为化学能。
规律总结
(1)电解质溶液的导电过程,就是该溶液的电解过程。
(2)电解质溶液的导电,是化学变化,将不能自发进行的氧化还原反应变得能够发生。
3.用惰性电极实现电解,下列说法正确的是( )
A.电解稀硫酸溶液,实质上是电解水,故溶液pH不变
B.电解稀氢氧化钠溶液,要消耗OH-,故溶液pH减小
C.电解硫酸钠溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D.电解氯化铜溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
答案 D
解析 电解稀H2SO4,实质上是电解水,硫酸的物质的量不变,但溶液体积减小,浓度增大,故溶液pH减小,A不正确;电解稀NaOH溶液,阳极消耗OH-,阴极消耗H+,实质也是电解水,NaOH溶液浓度增大,故溶液的pH增大,B不正确;电解Na2SO4溶液时,在阳极发生反应:
4OH--4e-===2H2O+O2↑,在阴极发生反应:
4H++4e-===2H2↑,由于两电极通过的电量相等,故析出H2与O2的物质的量之比为2∶1,C不正确;电解CuCl2溶液时,阴极反应为:
Cu2++2e-===Cu,阳极反应为:
2Cl--2e-===Cl2↑,两极通过电量相等时,Cu和Cl2的物质的量之比为1∶1,D正确。
4.某水溶液中含有等物质的量浓度的Cu(NO3)2和MgCl2,对该溶液以惰性电极进行电解,分阶段写出电解反应的化学方程式。
答案 第一阶段的反应:
CuCl2
Cu+Cl2↑
第二阶段的反应:
2H2O
2H2↑+O2↑
解析 该溶液由Cu(NO3)2、MgCl2和H2O三种物质组成,其中含有H+、Cu2+、Mg2+三种阳离子和NO
、Cl-、OH-三种阴离子。
H+、Cu2+、Mg2+在阴极上放电的先后顺序是Cu2+>H+>Mg2+,NO
、Cl-、OH-在阳极上放电的先后顺序是Cl->OH->NO
。
溶液中的OH-和H+均来自难电离的H2O。
电极反应式为:
第一阶段 阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑
阴极:
Cu2++2e-===Cu
第二阶段 阳极:
2H2O-4e-===O2↑+4H+
阴极:
4H2O+4e-===2H2↑+4OH-
将电极反应式合并得电解反应的化学方程式。
总结 溶液中多种离子存在时,必须分清放电顺序,再利用电荷守恒,才能解决电解问
题。
1.电解下列物质的水溶液时,在阳极无气体放出的是( )
A.AgNO3B.CuCl2C.NaOHD.Na2S
答案 D
解析 A、B、C阳极分别放出O2、Cl2、O2。
2.某学生欲完成反应2HCl+2Ag===2AgCl↓+H2↑而设计了下列四个实验,你认为可行的是( )
答案 C
解析 题给反应是一个不能自发进行的氧化还原反应,必须借助电解手段才能使之发生。
B、D两装置不是电解池,显然不能使之发生;A装置是电解池,但Ag棒作阴极而不参与反应,其电解池反应不是题给反应,A装置不能使题给反应发生;C装置是电解池,Ag棒作阳极而参与反应,其电解池反应是题给的反应,C装置能使题给的反应发生。
3.电解池中,阳极的电极材料一定( )
A.发生氧化反应B.与电源正极相连C.是铂电极D.得电子
答案 B
解析 阳极材料若为活泼金属将直接发生氧化反应,若为惰性金属或碳棒,则看电解质溶液中阴离子放电顺序。
4.同一溶液中的下列离子,在电解过程中最容易失去电子的是( )
A.OH-B.I-C.Cl-D.SO
答案 B
5.用铂电极电解下列溶液时,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是( )
A.稀NaOH溶液B.盐酸C.MgSO4溶液D.AgNO3溶液
答案 AC
解析 B项中Cl-比OH-更易放电,阳极上得到Cl2;D项中Ag+比H+更易放电,阴极上得到Ag。
6.电解CuCl2与NaCl的混合溶液,阴极上和阳极上最先析出的物质为( )
A.H2和Cl2B.Cu和Cl2C.H2和O2D.Cu和O2
答案 B
解析 溶液中Cu2+、H+、Na+移向阴极,Cu2+先放电得到Cu;Cl-、OH-移向阳极,Cl-先放电得到Cl2。
7.根据下列反应框图填空,已知反应
①是工业上生产化合物D的反应,反应⑤是实验室鉴定化合物E的反应。
(1)单质L是________。
(2)化合物B是________。
(3)图中除反应①以外,还有两个用于工业生产的反应,是________________和______________(填代号)。
它们的化学反应方程式分别是______________和______________。
答案
(1)H2
(2)H2O (3)② ④
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
2Ca(OH)2+2Cl2===Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O
解析 在中学化学常见的重要反应中,工业上按分解反应类型来生产物质的反应,很容易想到用碳酸钙分解反应制备
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