2022年高三电解池的工作原理及应用 .pdf

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1、学而不思则惘，思而不学则殆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

2、：_ (_反应 ) 阴极反应式：_ (_反应 ) (2)总反应方程式：2NaCl2H2O=电解2NaOHH2 Cl2离子反应方程式：2Cl2H2O=电解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_ 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 11 页学而不思则惘，思而不学则殆_ 。(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_

3、；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 )=电解2Na Cl2电极反应：阳极：_ ，阴极：_ 。(2)冶炼铝2Al2O3(熔融 )=电解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

4、子总是向阳极移动。11 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AgFe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2，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精选学习资料 - - - - -

5、 - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 11 页学而不思则惘，思而不学则殆I BrClOH含氧酸根。12 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、SO24。第二步：判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序阴极： Cu2H阳极： OHSO24第三步：写电极反应式和总的电解方程式阴极： 2Cu24e=2Cu 阳极： 4OH 4e=2H2OO2或 2H2O 4e=O2 4H使得失电子数相等，两极反应式相加得总方程

6、式：2Cu2 2H2O=电解2CuO2 4H( 离子方程式 )或 2CuSO42H2O=电解2CuO2 2H2SO4。 注意 上述例子中的电极若换成铜棒，阳极电极反应式为：Cu2e=Cu2，阴极电极反应式不变。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

7、反应式是：Fe 2e=Fe2Da 试管中发生了吸氧腐蚀，b 试管中发生了析氢腐蚀【答案】B 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 11 页学而不思则惘，思而不学则殆【解析】 Fe 与 C及电解质溶液形成原电池，Fe 是负极： Fe2e=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

8、极发生还原反应C铜电极接直流电源的负极D当有 01 mol 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 + O2NaOH 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 O

9、2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：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 11 页学而不思则惘，思而不学则殆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。根据总反应式计算：先写出

10、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) +

11、2H2SO4(aq) =2PbSO4(s) + 2H2O(l) 电解池： 2Al+3O2Al2O3+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 2molAl2O3C 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：2H2O2e2OHH2B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224Cr

12、O2H227Cr O H2O 向右移动C该制备过程总反应的化学方程式为：4K2CrO4 4H2O通电2K2Cr2O7 4KOH 2H2O2D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|阳离子交换膜KOH稀溶液不锈钢惰性电极24K CrO 溶液精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 11 页学而不思则惘，思而不学则殆2d2 （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（）Aa 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：C

13、u2+2e-=Cu D通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体32013 全国卷 9 电解法处理酸性含铬废水(主要含有 Cr2O27)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2O276Fe214H=2Cr36Fe37H2O，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Fe2e=Fe2B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12 mol 电子，最多有1 mol Cr2O27被还原42013? 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

14、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。N2的结构式为。上述反应离子方程式为，其平均反应速率v(NO3)为mol ? L1? min1 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。电源正极为(填“ A”或“ B”)，阴极反应式为。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 Cr2O27)时， 以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2O276Fe214H=2

15、Cr36Fe37H2O，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 Fe2e=Fe2B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 12 mol 电子，最多有 1 mol Cr2O27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，欲直流电源Pt 电极Ag-Pt 电极H2O NO3N2质子交换膜题 11 图A B 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 11 页学而不思则惘，思而不学则殆使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入

16、适量的A. CuSO4 B. H2O C. CuO D. CuSO45 H2O3（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.

17、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（ NiCd）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放电充电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)2e + 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6Cu2O 是一种半导体材料，基于绿色化学理念

18、设计的制取 .Cu2O 的电解池示意图如下，点解总反应：2Cu+H2O=Cu2O+H2O 。下列说法正确的是精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 11 页学而不思则惘，思而不学则殆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) +2eB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 PbSO

19、4(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1 000 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 1 200 左右吹入空气进行吹炼。冰铜中的Cu2S被氧化为Cu2

20、O，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，

21、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、戊可组成精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 11 页学而不思则惘，思而不学则殆化合物 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

22、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_ 。10ZnMnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2NH4Cl 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 ZnCl2NH4Cl 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）。aNaOH bZn cFe dNH3 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

23、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。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。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：_。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 11 页学而不思则惘，思而不学则殆(3)酸浸法制取硫酸铜的流程示意图如下：步骤 ()中 C

24、u2(OH)2CO3发生反应的化学方程式为_ 。步骤 ()所加试剂起调节pH 作用的离子是 _(填离子符号 )。在步骤 ()发生的反应中， 1 mol MnO2转移 2 mol 电子，该反应的离子方程式为_。步骤 ()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 pH2.0，c(Fe3+)a mol L-1，c(NH4+)b mol L-1，c(SO42-)d mol 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. D 23 B4 答案： （1）NN 2NO3-+5H2N2+

25、2OH-+4H2O 0.001 加酸，升高温度，加水（2） A， 2NO3-+6H2O+10e-N2+12OH-14.4 能效达标训练1 B 2C3D 4 C 5 A 6 A 7B 8 答案： (1)2CuFeS2+O2Cu2S+2FeS+SO22FeS+3O22FeO+2SO2FeSiO3(2)2Cu2S+3O22Cu2O+2SO22Cu2O+Cu2S6Cu+SO2(3)cCu2+2e-=CuAu、 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 AlO2HH2O=Al(OH)3精选学习资料

26、 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 11 页学而不思则惘，思而不学则殆(5)2NaCl2H2O=(电解)2NaOHCl2H2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-=H287g 11答案： (1)负(2)还原剂调节溶液 pH 在 89 之间(3)Cu2(OH)2CO3+2H2SO4=2CuSO4+CO2+3H2O 3HCOMnO2+2Fe2+4H+=Mn2+2Fe3+2H2O 123210a bd精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 11 页