2018届一轮复习人教版电解池及其应用学案

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2018届一轮复习人教版电解池及其应用学案

电化学→电解池及其应用 ‎【学识静思一】‎ ‎1. 定义 电解池是把    转化为    的装置。其中与电源   相连的电极称为阳极,与电源   相连的电极称为阴极。‎ ‎2. 阳极材料 ‎(1)惰性电极:由石墨、Pt等导体构成,只起导电作用。‎ ‎(2)活泼电极:与外电源的正极相连的金属电极(如铁或铜),参与反应。‎ ‎3. 电极反应 ‎(1)阳极(与外电源的  极相连)反应:发生  电子的   反应;阴极(与外电源的  极相连)反应:发生  电子的   反应。‎ ‎(2)电子和离子的流向 ‎①电子从电源  极流向电解池的  极;从电解池的  极流向电源的  极。‎ ‎②阳离子移向电解池的  极;阴离子移向电解池的  极。(电子不会进入电解质溶液中,电解质溶液中起导电作用的是           )‎ 以电解氯化铜为例(以石墨作电极):‎ 电解氯化铜溶液的实验装置 电极反应 阳极:2Cl--2e-Cl2↑ 阴极:Cu2++2e-Cu 总反应式:CuCl2Cu+Cl2↑‎ 4. 电极放电顺序 阴、阳两极的放电顺序 阴极:阳离子放电顺序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。‎ 阳极:活泼电极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子。‎ ‎5. 用惰性电极电解:用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程,并总结电解规律((1)电解水型 电解质(水溶液)‎ 电极方程式 电解物质 总化学方程式 电解质浓度 溶液pH 溶液复原 含氧酸(如H2SO4)‎ 阳极:4OH--4e-===O2↑+2H2O H2O ‎2H2OO2↑+2H2↑‎ 增大 减小 加H2O 阴极:4H++4e-===2H2↑‎ 强碱(如NaOH)‎ 增大 加H2O 活泼金属的 含氧酸盐 ‎(如KNO3、‎ Na2SO4)‎ 不变 加H2O ‎(2)电解电解质型 电解质(水溶液)‎ 电极方程式 电解物质 总化学方程式 电解质浓度 溶液pH 溶液复原 无氧酸(如HCl),除HF外 阳极:2Cl--2e-===Cl2↑‎ 阴极:2H++2e-===H2↑‎ 酸 ‎2HClH2↑+Cl2↑‎ 减小 增大 通入HCl气体 不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2),除氟化物外 阳极:2Cl--2e-===Cl2↑‎ 阴极:Cu2++2e-===Cu 盐 CuCl2Cu+Cl2↑‎ 加CuCl2固体 ‎(3)放H2生碱型 电解质(水溶液)‎ 电极方程式 电解物质 总化学方程式 电解质浓度 溶液pH 溶液复原 活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)‎ 阳极:2Cl--2e-===Cl2↑‎ 阴极:2H++2e-===H2↑‎ 水和盐 ‎2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH-‎ 生成新电解质 增大 通入HCl气体 ‎(4)放O2生酸型 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极方程式 电解物质 总化学方程式 电解质浓度 溶液pH 溶液复原 不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)‎ 阳极:4OH--4e-===2H2O+O2↑‎ 阴极:2Cu2++4e-===2Cu 水和盐 ‎2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+‎ 生成新电解质 减小 加CuO或CuCO3‎ 6. 有隔膜的惰性电极电解 ‎(2014·新课标Ⅰ卷)H3PO2也可用电渗析法制备,“四室电渗析法”工作原理如下图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。‎ 写出阳极的电极反应式:  。‎ ‎(答案)2H2O-4e-O2↑+4H+‎ ‎7.非惰性电极电解 ‎1)电镀 ‎【水溶液电镀】‎ ‎(1)电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他     的过程。电镀是电解的一个重要应用。电镀时,一般都是用镀层金属的可溶性盐配成电镀液,把镀件作为   ,与电源的  极相连;镀层金属作   。‎ ‎(2)特征:阳极本身溶解;电解液的总量、浓度、pH均不变。‎ ‎(3)形成条件 ‎①电解时,镀层金属作阳极。‎ ‎ ②镀件作阴极。‎ ‎ ③含镀层金属离子的电解质溶液作电镀液。‎ ‎④外加直流电源。‎ ‎【熔融下电镀】‎ Al在水溶液中是不能电镀的,但是 ‎ (2015·广东卷节选)‎ ‎(1)电解制备Al(OH)3时,电极分别为Al片和石墨,电解总反应式为  。‎ ‎(2)一种可超快充电的新型铝电池,充放电时AlC和Al2C两种离子在Al电极上相互转化,其他离子不参与电极反应,放电时负极Al的电极反应式为            。‎ ‎(3)熔融有机电解质中只有AlCI4-和Al2CI7-,在钢上电镀铝,写出阴极和阳极的电极反应____________________________________________________________________‎ ‎【答案】 (1)2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2↑‎ ‎(2)Al-3e-+7AlC4Al2C ‎2)电解精炼 粗铜的精炼Cu 阳极(粗铜):Cu-2e-Cu2+‎ 阴极(精铜):Cu2++2e-Cu ‎①在电解精炼铜时,用   作阳极,用   作阴极,电解液用     。整个电解过程中铜盐的浓度基本保持    。‎ ‎②粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质,当含杂质的铜在阳极不断溶解时,位于金属活动性顺序铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni 等,也会同时失去电子;而位于金属活动性顺序铜之后的银、金等杂质,因为给出电子的能力比铜弱,它们以金属单质的形式沉积在电解槽底,形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料)。‎ 3) 电解电解质 根据金属活动顺序表,Cu和稀H2SO4不反应,怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2?‎ 答案 Cu作阳极,C作阴极,稀H2SO4作电解质溶液,通入直流电就可以实现该反应。电解反应式为阳极:Cu-2e-===Cu2+,阴极:2H++2e-===H2↑。总反应式:Cu+2H+Cu2++H2↑。‎ ‎【初试规窍】‎ ‎1.①电解水型电解一段时间后,其电解质的浓度一定增大吗?举例说明。‎ ‎②用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液,一段时间后,析出w g Na2SO4·10 H2O晶体,阴极上放出a g气体,则饱和Na2SO4溶液的质量分数为__________。‎ ‎ 2.要使电解后的NaCl溶液复原,滴加盐酸可以吗?‎ 答案 不可以,电解NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2,所以应通入氯化氢气体,加入盐酸会引入过多的水。‎ ‎3.①电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么?在放H2生碱型的电解中,若滴入酚酞试液,哪一极附近溶液变红?‎ ‎②要使电解后的CuSO4溶液复原,加入Cu(OH)2固体可以吗?‎ ‎③若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后,需加入98 g Cu(OH)2固体,才能使电解质溶液复原,则这段时间,整个电路中转移的电子数为多少?‎ 答案1.  不一定,如用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液,一段时间后会析出Na2SO4·10 H2O晶体,剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液,此时浓度保持不变。答案 ×100%‎ 答案2. 放H2生碱型实质是水电离出的H+在阴极上放电,破坏了阴极附近水的电离平衡,使OH-浓度增大,若滴入酚酞试液,阴极附近溶液变红;放O2生酸型的实质是水电离出的OH-在阳极上放电,破坏了阳极附近水的电离平衡,使H+浓度增大。‎ 答案2. 应具体情况具体分析,若通电一段时间,CuSO4未电解完(即Cu2+未全部放电),使溶液复原应加入CuO,而加入Cu(OH)2会使溶液的浓度减小;若Cu2+全部放电,又继续通电一段时间(此时电解水),要使溶液复原应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3,若只加入CuO,此时浓度偏大。‎ 答案2. 4NA ‎【组题试练】‎ ‎【组题一】(1)用惰性电极电解AgNO3溶液 阳极反应式:            ;阴极反应式:              ; 总反应离子方程式:                   。 (2)用惰性电极电解MgCl2溶液 阳极反应式:             ;阴极反应式:              ; ‎ 总反应离子方程式:  。 (3)用铁作电极电解NaCl溶液 阳极反应式:             ;阴极反应式:             ; 总反应离子方程式:                。 (4)用铜作电极电解盐酸 阳极反应式:             ;阴极反应式:            ; 总反应离子方程式:                 。‎ (5) 用惰性电极电解下列溶液:ALCI3阳极:________________________________‎ 阴极:_________________________总反应__________________________________‎ ALCI3:KCI=1:1阳极_____________________阴极______________________________‎ 总反应________________________________________________________‎ ‎(6).根据金属活动顺序表,Cu和稀H2SO4不反应,怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2?‎ ‎【组题二】1.(2016·北京理综,12,6分)用石墨电极完成下列电解实验。‎ 实验一 实验二 装置 现象 a、d处试纸变蓝;b处变红,局部褪色;c处无明显变化 两个石墨电极附近有气泡产生;n处有气泡产生;……‎ 下列对实验现象的解释或推测不合理的是(  )‎ A.a、d处:2H2O+2e-===H2↑+2OH-‎ B.b处:2Cl--2e-===Cl2↑‎ C.c处发生了反应:Fe-2e-===Fe2+‎ D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜 ‎2.(2015·四川理综,4,6分)用右图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确 的是(  ) ‎ A.用石墨作阳极,铁作阴极 B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH--2e-===ClO-+H2O C.阴极的电极反应式:2H2O+2e-===H2↑+2OH-‎ D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+===N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O ‎3.(2013·北京卷)用石墨电极电解CuCl2溶液(如右图)。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 ‎4.(2015·江苏化学,10,2分)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(  )‎ A.反应CH4+H2O3H2+CO,每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B.电极A上H2参与的电极反应为:H2+2OH--2e-===2H2O C.电池工作时,CO向电极B移动 D.电极B上发生的电极反应为:O2+2CO2+4e-===2CO ‎【变式】1 (2016·安徽安庆第一中学)利用下图所示装置进行下列实验,下表中对应叙述正确的是(  )‎ A X为硫酸氢钠,Y为石墨 K与M连接时;K与N连接时 一段时间后溶液的pH均增大 B X为氯化钠,Y为石墨 K与M连接时;K与N连接时 石墨电极反应均为4OH--4e-2H2O+O2↑‎ C X为硫酸氢钠,Y为锌 K与M连接时;K与N连接时 铁电极反应均为2H++2e-H2↑‎ D X为氯化钠,Y为锌 K与M连接时;K与N连接时 铁电极的保护方法均为牺牲阳极的阴极保护法 ‎ 【例题2】 (2014·广东卷)某同学组装了如下图所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al,其他均为Cu,则(  )‎ A. 电流方向:电极Ⅳ→Ⓖ→电极Ⅰ B. 电极Ⅰ发生还原反应 C. 电极Ⅱ逐渐溶解 D. 电极Ⅲ的电极反应式:Cu2++2e-Cu ‎【变式】2 按下图装置进行实验,下列描述正确的是(N装置中两个电极均为石墨棒)(  )‎ A. C1上发生还原反应 B. M装置中S移向Cu电极 C. 工作一段时间后装置M和装置N中溶液pH都变大 D. Cu电极与C2电极上的电极反应相同 ‎【例题3】 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. CuSO4   B. H2O C. CuO D. CuSO4·5H2O ‎【组题一答案】 (1)2H2O-4e-O2↑+4H+ 4Ag++4e-4Ag 4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+ (2)2Cl--2e-Cl2↑ 2H2O+2e-2OH-+H2↑ Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑ (3)Fe-2e-Fe2+ 2H2O+2e-2OH-+H2↑ Fe+2H2OFe(OH)2↓+H2↑ (4)Cu-2e-Cu2+ 2H++2e-H2↑ Cu+2H+Cu2++H2↑‎ ‎(6) Cu作阳极,C作阴极,稀H2SO4作电解质溶液,通入直流电就可以实现该反应。电解反应式为阳极:Cu-2e-===Cu2+,阴极:2H++2e-===H2↑。总反应式:Cu+2H+Cu2++H2↑。‎ ‎【组题二答案】1.B 2.D 3.A 4.D 【变式1答案】 C【例2答案】 A【变式2答案】 D【例3答案】 C ‎【冷静归纳】‎ ‎ 电解后原电解质溶液浓度的恢复 ‎1,需加适量的某物质,该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。例如惰性电极电解CuSO4溶液,要恢复原溶液的浓度,可向电解后的溶液中加入CuO,也可以加入CuCO3,但不能加入Cu(OH)2,因为Cu(OH)2与生成的H2SO4反应后使水量增加。使电解后的溶液恢复原状的方法:先让析出的产物(气体或沉淀)恰好完全反应,再将其化合物投入电解后的溶液中即可。如:‎ ‎①NaCl溶液:通HCl气体(不能加盐酸);‎ ‎②AgNO3溶液:加Ag2O固体(不能加AgOH);‎ ‎③CuCl2溶液:加CuCl2固体;‎ ‎④KNO3溶液:加H2O;‎ ‎⑤CuSO4溶液:加CuO或CuCO3[不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。‎ 2. 如果过量电解 则电解 出什么物质就加入什么物质 ‎①NaCl溶液:有H2和CL2还有H2和O2,就加盐酸 ‎②AgNO3溶液:加AgOH;‎ CuSO4溶液:加Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。‎ ‎【实践出真知】‎ ‎1.(1)工业上用电解饱和食盐水的方法制取烧碱和氢气、氯气。右图是电解饱和食盐水装置的一部分,请将装置补充完整,并标出阴、阳极和通电时溶液中离子移动的方向。‎ 阴极反应式为        ;反应类型为        (填“氧化反应”或“还原反应”),总反应式为                。‎ ‎(2)电解所用的盐水需精制。除去有影响的离子Ca2+、Mg2+、N、S[c(S)>c(Ca2+)]。精制流程如下(淡盐水和溶液A来自电解池):‎ ‎①盐泥a除泥沙外,还含有的物质是     。‎ ‎②过程Ⅰ中将N转化为N2的离子方程式是   。‎ ‎③BaSO4的溶解度比BaCO3的小,过程Ⅱ中除去的离子有    。‎ ‎【答案】 (1)‎ ‎2H++2e―H2↑ 还原反应 ‎2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑‎ ‎(2)①Mg(OH)2‎ ‎②2N+3Cl2+8OH-N2↑+6Cl-+8H2O ‎③S、Ca2+‎ ‎2. (2015·四川绵阳模拟)传感器可以检测空气中SO2的含量,传感器工作原理如下图所示。下列叙述正确的是(  )‎ A. b为电源的正极 B. 负极反应式:Ag-e-+Cl-AgCl C. 当电路中转移5×10-5 mol电子时,进入传感器的SO2为1.12 mL D. 阴极的电极反应式: 2HS+2H++2e-S2+2H2O ‎【答案】 D ‎3.(2015·安徽合肥六校联考)LiOH是制备锂离子电池的材料,可由电解法制备。工业上利用下图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。下列说法正确的是(  )‎ A. B极区电解液为LiOH溶液 B. 电极每产生22.4 L气体,电路中转移2 mol e-‎ C. 电解过程中Li+迁移入B电极区、OH-迁移入A电极区 D. 电解池中总反应式为2HCl2H2↑+Cl2↑‎ ‎【答案】 A ‎4. (2015·广东肇庆模拟)研究发现,可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO 作电解质,利用右图装置获得金属钙,并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法正确的是(  )‎ A. 将熔融CaF2-CaO换成Ca(NO3)2溶液也可以达到相同目的 B. 阳极的电极反应式:C+2O2--4e-CO2↑‎ C. 在制备金属钛前后,整套装置中CaO的总量减少 D. 若用铅蓄电池作该装置的供电电源,“+”接线柱应连接Pb电极 ‎【答案】 B ‎【高考通透】‎ ‎1.(2016·新课标全国Ⅰ,11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和SO可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。‎ 下列叙述正确的是(  )‎ A.通电后中间隔室的SO离子向正极迁移,正极区溶液pH增大 B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C.负极反应为2H2O-4e-===O2+4H+,负极区溶液pH降低 D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成 ‎2.(2015·四川理综,4,6分)用右图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确 的是(  ) ‎ A.用石墨作阳极,铁作阴极 B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH--2e-===ClO-+H2O C.阴极的电极反应式:2H2O+2e-===H2↑+2OH-‎ D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+===N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O ‎3.(2015·浙江理综,11,6分)在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2O、CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法不正确的是(  )‎ A.X是电源的负极 B.阴极的电极反应式是:H2O+2e-===H2+O2-、CO2+2e-===CO+O2-‎ C.总反应可表示为:H2O+CO2H2+CO+O2‎ D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1‎ ‎4.(2014·广东理综,11,4分)某同学组装了如图所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al,其他均为Cu,则(  )‎ A.电流方向:电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ B.电极Ⅰ发生还原反应 C.电极Ⅱ逐渐溶解 D.电极Ⅲ的电极反应:Cu2++2e-===Cu ‎5.(2015·重庆理综,11,14分)我国古代青铜器工艺精湛,有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀,故对其进行修复和防护具有重要意义。‎ ‎(1)原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第________周期。‎ ‎(2)某青铜器中Sn、Pb的质量分别为119 g、20.7 g,则该青铜器中Sn和Pb原子的数目之比为________。‎ ‎(3)研究发现,腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。关于CuCl 在青铜器腐蚀过程中的催化作用,下列叙述正确的是________。‎ A.降低了反应的活化能 B.增大了反应的速率 C.降低了反应的焓变 D.增大了反应的平衡常数 ‎(4)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位,Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应,该化学方程式为________________________。‎ ‎(5)如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。‎ ‎①腐蚀过程中,负极是________(填图中字母“a”或“b”或“c”);‎ ‎②环境中的Cl-扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl,其离子方程式为__________________________________;‎ ‎③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl,则理论上耗氧体积为________L(标准状况)。‎ ‎6.(2014·安徽理综,28,14分)某研究小组为探究弱酸性条件 下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素,将混合均匀的新制铁 粉和碳粉置于锥形瓶底部,塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管 中滴入几滴醋酸溶液,同时测量容器中的压强变化。‎ ‎ 图1‎ ‎(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格):‎ 编号 实验目的 碳粉/g 铁粉/g 醋酸/%‎ ‎①‎ 为以下实验作参照 ‎0.5‎ ‎2.0‎ ‎90.0‎ ‎②‎ 醋酸浓度的影响 ‎0.5‎ ‎36.0‎ ‎③‎ ‎0.2‎ ‎2.0‎ ‎90.0‎ ‎(2)编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2‎ 时,容器中压强明显小于起始压强,其原因是铁发生了________腐蚀,请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向;此时,碳粉表面发生了________(填“氧化”或“还原”)反应,其电极反应式是____________________________________________。‎ ‎(3)该小组对图2中0~t1时压强变大的原因提出了如下假设,请你完成假设二:假设一:发生析氢腐蚀产生了气体;‎ 假设二:________________________________________________________;‎ ‎……‎ ‎(4)为验证假设一,某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方案。请你再设计一个实验方案验证假设一,写出实验步骤和结论。‎ ‎【高考答案】‎ ‎ 1.B 2.D 3.D 4.A ‎ ‎5.答案 (1)四 (2)10∶1 (3)A、B (4)Ag2O+2CuCl===2AgCl+Cu2O ‎ ‎(5)①c ②2Cu2++ 3OH-+Cl-===Cu2(OH)3Cl↓ ③0.448‎ ‎6..答案 (1)‎ 编号 实验目的 碳粉/g 铁粉/g 醋酸/%‎ ‎②‎ ‎2.0‎ ‎③‎ 碳粉含量的影响 ‎(2)吸氧 还原 2H2O+O2+4e-===4OH-(或4H++O2+4e-===2H2O)‎ ‎(3)反应放热,温度升高 ‎(4)实验步骤和结论(不要求写具体操作过程):‎ ‎①药品用量和操作同编号①实验(多孔橡皮塞增加进、出导管);‎ ‎②通入氩气排净瓶内空气;‎ ‎③滴入醋酸溶液,同时测量瓶内压强变化(也可测温度变化,检验Fe2+等)。如果瓶内压强增大,假设一成立。否则假设一不成立。‎ ‎(本题属于开放性试题,合理答案均给分)‎
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