2022年高考化学第二轮复习课时讲义电解池原理及应用.pdf

《2022年高考化学第二轮复习课时讲义电解池原理及应用.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年高考化学第二轮复习课时讲义电解池原理及应用.pdf（7页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、2022 年高考化学第二轮复习课时讲义 电解池原理及应用 【明确考纲】1、理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。2、了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。【考情汇总】电解池有关知识在近 5 年全国卷 I 命题角度汇总 命题角度 考情汇总及分值 电解原理及电极反应式的书写 2014 年全国卷 I，T27(4)，2 分 2016 年全国卷 I，T11，6 分 2018 年全国卷 I，T27(3)，2 分 离子交换膜在电解池中的应用 2014 年全国卷 I，T27(4)，5 分 2016 年全国卷 I，T11，6 分 2018 年全国卷 I，T

2、27(3)，2 分 电解池在新科技中的应用 2018 年全国卷 I，T13，6 分 电解池原理用于金属防腐 2017 年全国卷 I，T11，6 分【真题回放】1、(2016全国卷，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 SO24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 SO24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 2H2O4eO24H，负极区溶液 p

3、H 降低 D当电路中通过 1mol 电子的电量时，会有 0.5mol 的 O2生成【答案】B 【解析】电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，即 SO24离子向正极区移动，Na向负极区移动，正极区水电离的 OH发生氧化反应生成氧气，H留在正极区，该极得到 H2SO4产品，溶液 pH 减小，负极区水电离的 H发生还原反应生成氢气，OH留在负极区，该极得到 NaOH 产品，溶液 pH 增大，故 A、C 项错误，B 正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过 1mol 电子的电量时，会有 0.25mol 的 O2生成，D 错误。2、(2018 年全国卷 I，T13)最近我

4、国科学家设计了一种 CO2+H2S 协同转化装置，实现对天然气中 CO2和 H2S 的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为 ZnO石墨烯(石墨烯包裹的 ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：EDTA Fe2e EDTA Fe3；2EDTA Fe3H2S2H+S+2EDTA Fe2。该装置工作时，下列叙述错误的是()电解 电解 A.阴极的电极反应：CO22H2e COH2O B.协同转化总反应：CO2H2SCOH2OS C.石墨烯上的电势比 ZnO石墨烯上的低 D.若采用 Fe3/Fe2取代 EDTAFe3/EDTAFe2，溶液需为酸性【答案】C【解析】该装置属于电解池，在 ZnO石墨烯

5、电极上 CO2转化为 CO，发生得到电子的还原反应，作阴极；石墨烯电极为阳极，发生失去电子的氧化反应。A 项在 ZnO石墨烯电极上CO2转化为 CO，发生得到电子的还原反应，作阴极，电极反应为 CO2+2H+2e CO+H2O，A 正确；B 项，根据石墨烯电极上的电极反应，可知+即得到 H2S2e 2H+S，因此总反应式为 CO2+H2S CO+H2O+S，B 正确；C 项，石墨烯电极为阳极，与电源正极相连，因此石墨烯上的电势比 ZnO石墨烯电极上的高，C 错误；D，Fe3+、Fe2+均水解显酸性，所以如果采用 Fe3/Fe2取代 EDTAFe3/EDTAFe2，溶液需要酸性抑制 Fe3+、F

6、e2+水解，D 正确。破题方法：本题考查新情境下学生获取信息、运用教材原理的解决问题的能力。学生首先要不惧怕新素材，回归教材原理，思考：什么池，什么极，谁失电子，谁得电子，产物是什么。3、（2019 浙江选考节选）水是“生命之基质”，是“永远值得探究的物质”。（4）以铂阳极和石墨阴极设计电解池，通过电解 NH4HSO4溶液产生(NH4)2S2O8，再与 水反应得到 H2O2，其中生成的 NH4HSO4可以循环使用。阳极的电极反应式是 。制备 H2O2的总反应方程式是 。【答案】（4）2HSO4 2e=S2O822H+或 2SO42 2e=S2O82 2H2O=H2O2H2 【解析】（4）电解池

7、使用惰性电极，阳极本身不参与反应，阳极吸引 HSO4（或 SO42）离子，并放电生成 S2O82。通过电解 NH4HSO4溶液产生(NH4)2S2O8和 H2。由题中信息可知，生成的 NH4HSO4可以循环使用，说明(NH4)2S2O8与水反应除了生成 H2O2，还有 NH4HSO4生成，因而总反应中只有水作反应物，产物为 H2O2和 H2，故总反应方程式为 2H2O=H2O2H2 【知识梳理】学会审题，在新情境下结合信息用教材原理解决问题。1、思路：先判断什么池，若有外接直流电源或燃料电池作电源，则为电解池。再判断什么极，什么产物。根据放电顺序、题目信息判断两极放电物质及产物。记住常见两电极

8、反应式：水电离的 H在阴极放电：H2O2e H2OH 水电离的 OH在阳极放电：2H2O4e O24H 2、电解池原理：（结合右图理解记忆）(1)阳极：与电源正极相连，失电子，发生氧化反应(化合价升高)。阴极：与电源负极相连，得电子，发生还原反应(化合价降低)。(2)电子：由电源负极经导线流向阴极，再由阳极经导线流回电源正极。（电子只在导线中移动）(3)离子：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。(4)电流：与正电荷移动方向相同，与负电荷移动方向相反。3、电解时电极产物判断：(1)阳极：(还原性越强，越优先失电子)若电极为活泼电极(Ag 以及以前的金属)，则电极本身失电子(注意：铁作阳极溶解生成 F

9、e2)。若电极为惰性电极(C、Pt、Au、Ti 等)，则溶液中阴离子失电子，放电顺序：S2IBrClOH含氧酸根F(2)阴极：(氧化性越强，越优先得电子)溶液中阳离子得电子，放电顺序：Ag+Hg2+Fe3+Cu2+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+(H+)水Al3+Mg2+Na+Ca2+K+注意：新情境背景下电解产物判断要紧扣信息，再回归教材原理分析。【案例分析】题型一：电极反应式的书写 结合原理、题目信息在图中标出两极名称，初步判断放电物质及其产物。写电极反应式。阳极升几价失去几个电子，再配平电荷、原子（阴极降几价得几个电子）。注意：强酸、强碱、可溶性盐要写成相应的离子形式配平电荷时，电解质为

10、酸性环境用H+，中性、碱性环境用 OH；熔融氧化物用 O2；熔融碳酸盐用 CO32-。【例题 1】(2018江苏卷)NOx(主要指 NO 和 NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的 NOx是环境保护的重要课题。用稀硝酸吸收 NOx，得到 HNO3和 HNO2的混合溶液，电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。写出电解时阳极的电极反应式：。【答案】(1)HNO2-2e-+H2O3H+NO3-【变式 1】（2017 江苏卷）铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为 Al2O3，含 SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下：“电解”是电解 Na2CO3溶液，原理如图所示。阳极的电极

11、反应式为_，阴极产生的物质 A 的化学式为_。【答案】4CO32+2H2O4e=4HCO3+O2 H2 【变式 2】（2019 江苏节选）CO2的资源化利用能有效减少 CO2排放，充分利用碳资源。（2）电解法转化 CO2可实现 CO2资源化利用。电解 CO2制 HCOOH 的原理示意图如下。写出阴极 CO2还原为 HCOO的电极反应式：。电解一段时间后，阳极区的 KHCO3溶液浓度降低，其原因是 。【答案】（2）CO2+H+2e=HCOO或 CO2+HCO3-+2e=HCOO+CO32-阳极产生 O2，pH 减小，HCO3-浓度降低；K+部分迁移至阴极区 【解析】（2）根据电解原理，阴极上得到

12、电子，化合价降低；阳极反应式为 2H2O4e=O24H，阳极附近 pH 减小，H与 HCO3-反应，同时部分 K迁移至阴极区，所以电解一段时间后，阳极区的 KHCO3 溶液浓度降低。题型二：有“膜”电解池 方法：先根据电解原理判断两极反应确定产物，再看清什么膜，什么物质能通过膜，膜两侧溶液要满足电荷守恒。【例题 2】(2014 年全国卷 I，27(4)次磷酸（H3PO2）是一种精细磷化工产品，具有较强还原性，H3PO2是一元中强酸。回答下列问题：（4）H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(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 ；分析产品室可得

13、到 H3PO2的原因 ；早期采用“三室电渗析法”制备 H3PO2，将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用 H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点 是 产 品 中 混 有 杂 质，该 杂 质 产 生 的 原 因是 。【答案】2H2O4e O2+4H+；阳极室的 H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室的 H2PO2 穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成 H3PO2；PO43；H3PO2或 H2PO2 被氧化为 PO43。【解析】审清题干，次磷酸（H3PO2）“较强还原性”“一元中强酸”阳极室含有阴离子 H+、OH、SO42，失能力最强的是 OH，阳极反应式：2

14、H2O4e O2+4H+；阴极室：H2O2e H2OH原料室的 Na+穿过阳膜扩散至阴极室，故原料室的 H2PO2 穿过阴膜扩散至产品室，阳极室的产生的 H+穿过阳膜扩散至产品室，二者反应生成中强酸 H3PO2；将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用 H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是阳极产生的氧气会把H3PO2或 H2PO2 氧化为 PO43，使产品不纯。【变式 3】重铬酸钾(K2Cr2O7)主要用于制革、印染、电镀等。其水溶液中存在平衡：Cr2O72+H2O2CrO42+2H+。以铬酸钾(K2CrO4)为原料，用电化学法制备重铬酸钾的实验

15、装置如图 写出阴极区的电极反应式_，透过离子交换膜的离子是_，移动方向为_(填“由左向右”或“由右向左”)。阳极区能得到重铬酸钾溶液的原因为_。【答案】2H2O+2e=2OH+H2；K+；由右向左。阳极 OH放电，溶液中 H+浓度增大，使 Cr2O72+H2O2CrO42+2H+向生成 Cr2O72 方向移动，部分 K+通过阳离子交换膜移动到阴极区，使阳极区主要成分是 K2Cr2O7。【解析】与电源的负极相连作阴极，溶液中氢离子得电子生成氢气，阴极区的电极反应式：2H2O+2e=2OH+H2；离子交换膜为阳离子交换膜，所以透过离子交换膜的离子是 K+；电解池中，阳离子向阴极移动，即由右向左移动

16、。与电源的正极相连作阳极，溶液中的 OH放电，溶液中 H+浓度增大，使 Cr2O72+H2O2CrO42+2H+向生成 Cr2O72方向移动，（部分 K+通过阳离子交换膜移动到阴极区），使阳极区主要成分是 K2Cr2O7。【变式 4】(2019湖南岳阳模拟)NaClO2(亚氯酸钠)是常用的消毒剂和漂白剂，工业上可采用电解法制备，工作原理如图所示。下列叙述正确的是()A若直流电源为铅蓄电池，则 b 极为 Pb B阳极反应式为 ClO2e=ClO2 C交换膜左侧 NaOH 的物质的量不变，气体 X 为 Cl2 D制备 18.1 g NaClO2时理论上有 0.2 mol Na由交换膜左侧向右侧迁移

17、【答案】C【解析】A左边通入 ClO2，ClO2得电子产生 ClO2，故左边电极为阴极，连接电源的负极，铅蓄电池 Pb 极为负极，则 a 极为 Pb，选项 A 错误；B.阳极氯离子失电子产生氯气，电极反应式为 2Cl2e=Cl2，选项 B 错误；C.交换膜左侧 NaOH 不参与电极反应，物质的量不变，根据选项 B 分析气体 X 为 Cl2，选项 C 正确；D.电解池中阳离子向阴极移动，则制备 18.1 g NaClO2即 0.2 mol 时理论上有 0.2 mol Na由交换膜右侧向左侧迁移，选项 D 错误。题型三：金属的电化学防护原理的应用【回归教材】阅读选修 4化学反应原理P86-P87

18、及 P87 科学探究（验证牺牲阳极的阴极保护法）电化学防护方法 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 电化学原理 原电池 电解池 两电极 正极是被保护金属，负极是比被保护金属活泼的金属。阴极是被保护金属，阳极是惰性材料。结果 消耗负极材料，需定期更换负极材料 通入保护电流使金属表面腐蚀电流接近于零 【例题 3】(2017全国卷，11)支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是()A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极

19、材料和传递电流 D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整【答案】C【解析】本题使用外加电流的阴极保护法，钢管柱因与电源的负极相连而被保护。A 项，外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流，从而保护钢管柱，A 正确。B 项，通电后，被保护的钢管柱作阴极，高硅铸铁作阳极，因此电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管柱，B 正确。C 项，高硅铸铁作惰性辅助阳极，所以高硅铸铁不损耗，C 错误。D 项，通过外加电流抑制金属电化学腐蚀产生的电流。因此通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整，D 正确。【变式 5】(2018 年北京卷)验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaC

20、l 溶液)。在 Fe 表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉淀 下列说法不正确的是()A.对比，可以判定 Zn 保护了 Fe B.对比，K3Fe(CN)6可能将 Fe 氧化 C.验证 Zn 保护 Fe 时不能用的方法 D.将 Zn 换成 Cu，用的方法可判断 Fe 比 Cu 活泼【答案】D【解析】分析：A 项，对比，Fe 附近的溶液中加入 K3Fe(CN)6无明显变化，Fe 附近的溶液中不含 Fe2+，Fe 附近的溶液中加入 K3Fe(CN)6产生蓝色沉淀，Fe 附近的溶液中含 Fe2+，中 Fe 被保护；B 项，加入 K3Fe(CN)6在 Fe 表面产生蓝色沉淀，Fe 表面产生

21、了 Fe2+，对比的异同，可能是 K3Fe(CN)6将 Fe 氧化成 Fe2+；C 项，对比，也能检验出 Fe2+，不能用的方法验证 Zn 保护 Fe；D 项，由实验可知 K3Fe(CN)6可能将Fe 氧化成 Fe2+，将 Zn 换成 Cu 不能用的方法证明 Fe 比 Cu 活泼。【变式 6】下列有关金属腐蚀与保护的说法正确的是()A常温下，断开 K 时，若 M 溶液为浓硫酸，则铁发生化学腐蚀 B关闭 K，若 M 为氯化钠，则铁极的电极反应式为 O24e2H2O=4OH C关闭 K，若 M 为硫酸铵，则石墨极的电极反应式为 2H2e=H2 D关闭 K，若 M 溶液为海水，石墨换成铜或银，则为外加电流的阴极保护法【答案】C【解析】A 项，常温下，铁在浓硫酸中易发生钝化，错误；B 项，关闭 K 时，若 M 为氯化钠，则金属铁发生吸氧腐蚀，金属铁是负极，铁电极反应式为 Fe2e=Fe2，错误；C项，关闭 K 时，若 M 为硫酸铵，则金属铁发生析氢腐蚀，石墨极为正极，电极反应式为 2H2e=H2，正确；D 项，关闭 K 时，若 M 溶液为海水，石墨换成铜或银，此时金属铁是负极，会加快金属 Fe 的腐蚀速率，故 D 错误。