电解池的工作原理及应用.doc

二十三 专题 电解池的工作原理及应用 考纲解读 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：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2离子反应方程式：2Cl2H2O2OHH2Cl2(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)2NaCl2电极反应：阳极：_，阴极：_。(2)冶炼铝2Al2O3(熔融)4Al3O2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。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S2IBrClOH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、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：Cu2H阳极：OHSO第三步：写电极反应式和总的电解方程式阴极：2Cu24e=2Cu阳极：4OH4e=2H2OO2或2H2O4e=O24H使得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：2Cu22H2O2CuO24H(离子方程式)或2CuSO42H2O2CuO22H2SO4。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反应式是：Fe2e=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【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生成答案：A解析：电解总反应：2Cu+H2OCu2O+H2，金属铜失电子，说明金属铜一定作阳极，石墨做阴极，在阴极上是溶液中的氢离子得电子，产生氢气，故A正确；铜电极本身失电子，发生氧化反应，故B错误；铜电极是电解池的阳极，接直流电源的正极，故C错误；反应2Cu+H2OCu2O+H2失电子的量为2mol，生成氧化亚铜1mol，所以当有0.1mol电子转移时，有0.05molCu2O，故D错误故选A易错警示: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：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【解析】钢铁表面发生吸氧腐蚀时，正极反应为2H2OO24e=4OH，由于生成OH，钢铁表面水膜的pH增大，A对；电解精炼铜时，粗铜中含有杂质Zn、Fe等，则阳极先是Zn、Fe等放电，后为Cu放电，因此阳极溶解的铜的质量比阴极析出的铜的质量少，B对；在镀件上电镀锌，可以用锌作阳极，C对；原电池工作时负极发生氧化反应，为失电子过程，电解池工作时阴极发生还原反应，为得电子过程，D错。易错警示: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+3O2Al2O3+3H2电解过程中，以下判断正确的是 电池 电解池AH+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答案：D【解析】该题考查原电池和电解池的基本知识。A选项H+离子在原电池中移向PbO2电极，错误。B选项每消耗3molPb，根据电子守恒生成lmolAl2O3，错误。C选项在原电池的正极电极反应是生成PbSO4，错误。D选项在原电池中Pb电极的质量由于生成PbSO4，质量增加，在电解池中，Pb阴极，质量不变，正确。易错警示: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22H H2O向右移动C该制备过程总反应的化学方程式为：4K2CrO44H2O2K2Cr2O74KOH2H2O2D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12（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：Cu2+2e-=CuD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Cr2O)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2O6Fe214H=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 Cr2O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。直流电源Pt电极Ag-Pt电极H2ONO3 N2质子交换膜题11图AB(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。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12013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Cr2O6Fe214H=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 Cr2O被还原2.（2011全国卷I10）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. CuSO45 H2O 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-= CuC、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（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 + 2H2OCd(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 + H2OB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) +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 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pH1；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_。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）。aNaOHbZncFedNH3H2O（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。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：_。(3)酸浸法制取硫酸铜的流程示意图如下：步骤()中Cu2(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 molL-1，c(NH4+)b molL-1，c(SO42-)d molL-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.答案：D【解析】根据题意可知：电极均为惰性电极，在阴极室，水得电子变成氢气，A正确；阳极室OH-失去电子，使阳极区氢离子浓度增大，平衡右移，B正确；总制备方程式为，c正确；根据方程式可求，转化率为1-2d，D错误。2答案】【解析】A、由溶液中离子移动方向可知，U型管左侧电极是阴极，连接电 源的负极，a端是电源的负极，故正确；B、通电使CuCl2发生电解，不是电离，故错误；C、阳极发生氧化反应，Cl-在阳极放电2Cl-2e-=C12，故错误；D、Cl-发生氧化反应，在阳极放电生成C12，故D错误。3答案：B解析 铁作阳极材料，铁失电子Fe2e=Fe2，A项正确；阴极反应式为2H2e=H2， 电解时消耗H，溶液的pH变大，B 项错误；处理过程中消耗H，Cr3和Fe3以沉淀的形式析出来，C项正确；根据电极反应式：Fe2e=Fe2，可知每转移12 mol e生成6 mol Fe2， 6 mol Fe2可还原1 mol Cr2O，D项正确。4答案：（1）NN 2NO3-+5H2N2+2OH-+4H2O 0.001 加酸，升高温度，加水 （2）A， 2NO3-+6H2O+10e-N2+12OH- 14.4【解析】（1）N2分子中氮原子间通过氮氮三键结合，因此其结构式为NN；利用溶液pH变化可知有OH-生成，再结合原子守恒可写出反应的离子方程式；利用离子方程式知v(NO3-)v(OH-)(10-2-10-7)/100.001mol/(Lmin)；水解是吸热反应，NO2-水解使溶液中c(OH-)变大，因此可促进NO2-水解的措施有加热、加水或加酸等。（2）由图示知在Ag-Pt电极上NO3-发生还原反应，因此Ag-Pt电极为阴极，则B为负极，A为电源正极；在阴极反应是NO3-得电子发生还原反应生成N2，利用电荷守恒与原子守恒知有H2O参与反应且有OH-生成；转移2mol电子时，阳极（阳极反应为H2O失电子氧化为O2和H+）消耗1mol水，产生2molH+进入阴极室，阳极室质量减少18g；阴极室中放出0.2molN2（5.6g），同时有2molH+（2g）进入阴极室，因此阴极室质量减少3.6g，故膜两侧电解液的质量变化差（m左-m右）18g-3.6g14.4g。 能效达标训练1答案：B 解析 铁作阳极材料，铁失电子Fe2e=Fe2，A项正确；阴极反应式为 2H2e=H2， 电解时消耗H，溶液的pH变大，B 项错误；处理过程中消耗 H，Cr3和Fe3以沉淀的形式析出来，C项正确；根据电极反应式：Fe2e=Fe2，可知每转移12 mol e生成6 mol Fe2， 6 mol Fe2可还原1 mol Cr2O，D项正确2【答案】选C【解析】解答本题时应注意找出真正从体系中脱离的物质，脱离什么补什么。由阳极反应式：4OH4e=2H2OO2， 阴极反应式：Cu22e=Cu，可知从体系中脱离的是Cu和O2，相当于CuO，故选C。3【答案】选D。【解析】解答本题应从原电池原理和电解原理及其金属的置换反应考虑。a和b不连接时，铁比铜活泼，从溶液中置换出铜，A项正确；a和b连接时，形成原电池，铁作为负极而溶解，铜作为正极，溶液中的Cu2得到电子被还原成铜单质，所以B项都正确,无论a和b是否连接，装置中都发生Fe+Cu2-= Cu+Fe2+反应，溶液会从蓝色逐渐变为浅绿色，C项正确；如果a和b分别连接直流电源正、负极，该装置为电解池,Cu为阳极，Fe为阴极，则溶液中的阳离子向阴极移动，即向铁电极移动，D项不正确，故选D。4【答案】选C。【解析】解答本题时应明确电池及电解工作原理，对于其应用也要掌握。A项，未通电前上述镀锌装置可构成原电池，因原电池反应与电镀时所发生的反应为不同的两个反应，故电镀过程不是该原电池的充电过程，A错误；B项，电解过程中确实存在电能转化成热能的情况，但电镀时通过的电量与析出的锌的量存在确定的关系，与能量的其他转化无关，B错误；D项，镀锌层破损后，能形成锌铁原电池，铁为正极，锌为负极，同样起到保护铁的作用，D错误。5答案：A解析：由充电时方程式中的Cd和Ni的化合价的变化可知，Ni(OH)2作阳极，电解质溶液为KOH，所以电极反应式为：Ni(OH)2e OH-=NiOOHH2O；Cd(OH)2作阴极，Cd(OH)22e =Cd2OH；充电的过程是将电能转化为化学能，放电时，Cd作负极，Cd2e2OH =Cd(OH)2，Cd周围的c(OH)下降，OH向负极移动6答案：A解析：由电解总反应可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，阴极上是溶液中的H反应，电极反应为：2H2e=H2，A选项正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应为2Cu2OH2e=Cu2OH2O，当有0.1mol电子转移时，有0.05molCu2O生成，D选项错误。7答案：B解析：铅蓄电池的充放电反应为：PbPbO22H2SO4放电充电 PbSO42H2O，放电时Pb作负极：Pb2eSO42 =PbSO4，在正极上：PbO22e4HSO42 =PbSO42H2O；充电时，H2SO4的浓度不断增大，阳极上发生的是氧化反应，是失去电子而不是得到电子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解析：(1)抓住信息黄铜矿先与空气中的氧气反应生成Cu和FeS，然后FeS又与氧气反应生成低价氧化物FeO和SO2，配平即可；炉渣为FeO和SiO2反应生成的FeSiO3。(2)依据信息第一个反应为Cu2S与氧气反应生成Cu2O，依据元素守恒和得失电子守恒可知还应生成SO2；第二个反应Cu2S与Cu2O反应生成Cu，依据元素守恒可知还应生成SO2。(3)电解精炼铜，粗铜为阳极，接电源正极，所以c为阳极、d为阴极，d发生得电子的反应Cu2+2e-=Cu；Au、Ag排在金属活动顺序Cu的后面，不能失电子以单质的形式存在阳极泥中，Fe排在Cu之前，在阳极失电子，发生反应Fe-2e-=Fe2+，但Fe2+在阴极不能得电子，故以Fe2+的形式存在电解液中。答案：(1)Cl原子结构示意图(2)N2的电子式：(3)2:3AlO2HH2O=Al(OH)3(5)2NaCl2H2O=(电解)2NaOHCl2H2酚酞溶液溶液变红试题解析：甲、乙组成的常见气体X能使湿润的