2013高中化学复习知识点深度剖析 专题六 第三节电解原理及其应用

用心 爱心 专心1 20132013 化学复习知识点深度剖析化学复习知识点深度剖析 专题六专题六 第三节第三节 电解原理及其应用电解原理及其应用 考纲解读考纲解读 考纲要求要求名师解读 1 了解电解池的工作原理 能 写出电极反应和电池反应方程 式 2 了解电解原理的应用 如 氯碱工业 铜的精炼 电镀等 1 借助于新情境 考查电解池的工作原理 包括电 流或电子的流向 电解质溶液中离子的移动方向 电极反应式和总方程式的书写 原电池的设计等 2 原电池与电解池的综合应用的考查主要集中在 新型燃料电池 金属的腐蚀与防护 氯碱工业 铜 的精炼 电镀 电冶金的原理上 3 与 STSE 科学 技术 社会 生活 相结合的新 能源开发及综合利用的考查仍将是今年高考命题的 宠儿 基础巩固基础巩固 1 电解 在 作用下 电解质在两个电极上分别发生氧化 还原反应的过程称为 在此变化过 程中 电源向反应体系提供 转化为 储存 于生成物中 我们把这 种 的装置 称为电解池 该装置由 导线 以及 或 构成 在电解池中 我们把与电源正极相连的电极称为 该极上发生 反应 与 电源负极相连的电极称为 该极上发生 反应 电解熔融的氯化钠时 其阳极 反应式为 阴极反应式为 电解池中选用惰性电极时 电解液中的阴离子在 极上放电 常见阴离子的放电顺 序为 电解液中的阳离子在 极上放电 常见阳 离子的放电顺序为 写出用石墨电极电解氯化钠 溶液时 其阳极反应式为 阴极反应式为 2 电解精炼铜 电解精炼铜的电解池中 做阳极 做阴极 电解质溶液为 用心 爱心 专心2 阳极反应式为 阴极反应式为 电镀池中 做阳极 做阴极 电镀液通常采用含 离子的盐溶液 探究实验探究实验 拓展实验 蔗糖焰火拓展实验 蔗糖焰火 原理 蔗糖含有碳 氢和氧 3 种元素 它具有可燃性 因此 当浓 H2SO4滴下去跟 氯酸钾起作用时 便生成了奇臭的二氧化氯气体 3KClO3 2H2SO4 浓 2KHSO4 KClO4 2ClO2 H2O 由于这种气体具有极强的氧化能力 能使蔗糖猛烈燃烧 便产生了火焰 分别在里面添 加的硝酸锶 镁粉 硝酸钡是显色物质 加硝酸锶产生红色焰火 加镁粉产生白色焰火 加硝酸钡产生绿色焰火 金属焰色反应即是靠这些颜色来鉴别各种金属盐 准备 瓷坩埚 3 只 砖头若干块 玻璃管 1 支 蔗糖 氯酸钾 硝酸锶 硝酸钡 镁 粉 浓硫酸 操作 把等量的蔗糖和氯酸钾分别在研钵中研细 然后分作三等分 放在 3 张纸上 再在这 3 张纸里分别加入硝酸锶 镁粉和硝酸钡 混和均匀 放入 3 只坩埚中 坩埚分别 放入砖头中 砖头的放置如图示 表演时 拿一支玻璃滴管吸取浓硫酸 共计 2ml 左右 然后分别滴加入这 3 只坩埚中 里面便分别喷出红 白 绿三色焰火来 用心 爱心 专心3 练一练 练一练 1 在反应 3KClO3 2H2SO4 浓 2KHSO4 KClO4 2ClO2 H2O 中 氧化产物与还原产物的 物质的量之比是 2 下列表格中给出具体元素焰色反应的颜色 a 碱金属焰色反应的颜色 元素名称锂 钠钾铷 呈现颜色紫红色黄色紫色紫色 b A 族金属和铜焰色反应的颜色 元素名称钙锶钡铜 呈现颜色砖红色洋红色黄绿色绿色 上述表格中列举发生焰色反应的元素 仅有 不是主族元素 填元素名称 3 罗伯特 威廉 伍德是美国著名物理学家 他平时在一家饭馆包饭 有一天 他 吃了一盘鸡 吃饱之后 从上衣口袋里掏出一小包粉末 洒在盘中剩余的骨头上 邻座就 餐的人都感到非常奇怪 第二天 罗伯特 威廉 伍德又来到这家餐馆就餐 当服务生把 最后一道鸡汤端上来之后 他随身掏出携带的打火机 用筷子蘸了几滴鸡汤 洒在火焰上 火焰竟然变成了紫红色 他对周围就餐的人说 果然不出我的所料 今天的鸡汤是使用 昨天的剩骨头熬制的 因为我利用了一个化学原理检验出来的 餐馆的老板当时是面红 耳赤 说不出一句话来 请同学们推断一下 罗伯特 威廉 伍德是利用的什么化学原理 他洒在盘中剩余的骨头上的那一小包粉末可能含有什么物质 参考答案 参考答案 用心 爱心 专心4 1 1 2 2 铜 3 焰色反应 罗伯特 威廉 伍德在吃剩的鸡骨头上洒了含有锂的化合物 因为含 有锂的化合物灼烧时火焰呈紫红色 重点突破重点突破 一一 直击考点 直击考点 考点考点一一 电解原理考查电解原理考查 该考点经常以选择题题型出现 电流通过电解质溶液而在阴 阳两极引起氧化还原反 应的过程叫做电解 借助于电流引起氧化还原反应的装置 也就是把电能转化为化学能的 装置叫做电解池 构成电解池的条件 直流电源 两个电极 电解质溶液或熔融态电解质 例例 1 1 如图是电解 CuCl2溶液的装置 其中 c d 为石墨电极 则下列有关判断正确 的是 图 5 2 1 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 考点二考点二 电解规律考查电解规律考查 该考点经常以选择题题型出现 用惰性电极材料电解电解质溶液的规律 用心 爱心 专心5 例例 2 2 如图所示 a b c d 均为铂电极 供选择的四组电解质溶液如表所示 要 满足的条件是 工作一段时间后 甲槽电解液的 pH 上升 而乙槽电解液的 pH 下降 b c 两极上放电离子的物质的量相等 则应选用的电解质溶液是 ABCD 甲槽 NaOHAgNO3H2SO4KCl 乙槽 CuSO4CuCl2AgNO3AgNO3 解析 惰性电极电解电解质分为三种类型 纯水型 混合型和电解质本身型 先分 析甲槽 AgNO3溶液电解后会生成 HNO3 pH 减小 不符合题意 H2SO4电解后 pH 减小 不 符合题意 排除 B C 在 A 和 D 中考虑乙槽中的 pH 都下降 若电解 CuSO4溶液 b 极是阳 用心 爱心 专心6 极 反应式 4OH 4e O2 2H2O c 极是阴极 反应式 Cu2 2e Cu 因为 转移电子数目相同 则 b c 两极放电离子的物质的量之比为 1 2 A 选项排除 答案 D 考点三考点三 电极反应考查电极反应考查 该考点经常以选择题或填空题题型出现 电解池中跟直流电源正极相连的极叫阳极 阳极上发生氧化反应 跟直流电源的负极相连的电极叫阴极 阴极上发生还原反应 例例 3 3 Li Al FeS 电池是一种正在开发的车载电池 该电池中正极的电极反应式为 2Li FeS 2e Li2S Fe 有关该电池的下列说法中 正确的是 A Li Al 在电池中作为负极材料 该材料中 Li 的化合价为 1 价 B 该电池的电池反应式为 2Li FeS Li2S Fe C 负极的电极反应式为 Al 3e Al3 D 充电时 阴极发生的电极反应式为 Li2S Fe 2e 2Li FeS 考点四考点四 电解应用考查电解应用考查 该考点经常以选择题或综合推断题型出现 电解是一种依靠外界能量的推动 将非自发 的氧化还原反应分开 在两极上分别发生氧化反应和还原反应的过程 其常用于物质的制 备 比如 电解法制铝 氯碱工业 电解熔融的氯化镁制镁 电解精炼铜等 例例 4 4 金属镍有广泛的用途 粗镍中含有少量 Fe Zn Cu Pt 等杂质 可用电解 法制备高纯度的镍 下列叙述正确的是 已知 氧化性 Fe2 Ni2 Cu2 A 阳极发生还原反应 其电极反应式为 Ni2 2e Ni B 电解过程中 阳极减少的质量与阴极增加的质量相等 C 电解后 溶液中存在的金属阳离子只有 Ni2 和 Zn2 D 电解后 电解槽底部的阳极泥中只有 Cu 和 Pt 用心 爱心 专心7 答案 D 二二 走出误区 走出误区 误区一误区一 误认为电解酸的实质都一样 酸分为含氧酸和无氧酸 用惰性电极电解硫酸 硝酸等含氧酸的实质是电解水 而电 解盐酸 氢溴酸等无氧酸的实质是电解电解质本身 例例1 1 相同浓度的盐酸和硫酸 用铂做电极电解它们的溶液 电解一段时间后 下列 说正确的是 A 盐酸和硫酸的浓度都增大 B 盐酸和硫酸的浓度都减小 C 盐酸的浓度减小 硫酸的浓度增大 D 盐酸的浓度增大 硫酸的浓度减小 误区二误区二 思维定势 忽略量的多少 当电极材料为铂 碳等惰性电极时 根据电解时阳离子的放电规律 活泼金属阳离子 的放电顺序是在H 之后 所以电解MgSO4 Al NO3 3 Na2SO4等溶液不会有金属析出 唯有 电解CuSO4溶液会析出Cu 例例 2 2 甲 乙两个电解池均以 Pt 为电极 且互相串联 甲池盛 AgNO3溶液 乙池中 盛有一定量的某盐溶液 通电一段时间后 测得甲池电极质量增加 2 16 g 乙池电极上析 出 0 24 g 金属 则乙池中溶质可能是 A CuSO4 B MgSO4 C Al NO3 3 D Na2SO4 用心 爱心 专心8 误区三误区三 忽视电极材料而错解 同样的电解质溶液 电极材料不同 则阳极的电极反应式和电解原理不相同 所以在 解答与电解有关的题目时 一定要先辨明电极材料是活性电极还是惰性电极 例例 3 3 在 25 时 将两个铜电极插入一定质量的硫酸钠饱和溶液中进行电解 通电 一段时间后 阴极上析出a mol 气体 同时有W g Na2SO4 10H2O 晶体析出 若温度不变 剩余溶液中溶质的质量分数为 A 100 18 aW W B 100 36 aW W C 36161 7100 aW W D 18161 7100 aW W 错解 D 误区四误区四 因不能辨明题目考查的实质而错解 有的电解题目在解答时要先辨明该题电解的电解质是什么 也就是说题干所给的离子 大多数根本就不能共存 那么 这类题目就要先判断离子共存 而后在考虑电解原理 例例 4 4 在水中加入等物质的量的 Ag Pb2 Na SO42 NO3 Cl 该溶液放在用惰 性电极做电极的电解槽中 通电片刻 则氧化产物与还原产物的质量比是 A 35 5 108 B 16 207 C 8 1 D 条件不足 无法判断 错解 D 用心 爱心 专心9 原因 有的同学被该题中复杂多样的离子而蒙蔽住 不能从离子共存角度迅速排查 导致该题的解答陷入僵局 得出错误的结论而选择 D 正解 C 原因 首先判断溶液中的各离子是否能够共存 否则该题将会误入歧途 电解等物质 的量的 Ag Na Ba2 NO3 SO42 Cl 由于 Ag 和 Cl Pb2 和 SO42 相互反 应生成 AgCl 和 BaSO4沉淀 故该题实质上是电解 Na NO3溶液 也就是电解水 因此氧化产 物氧气与还原产物氢气的质量比为 32 4 8 1 巩固复习巩固复习 1 可以将反应 Zn Br2 ZnBr2设计成可充电电池 下列 4 个电极反应 Br2 2e 2Br 2Br 2e Br2 Zn 2e Zn2 Zn2 2e Zn 其中表示充电时的阳极反应和放电时的负极反应的分别是 A 和 B 和 C 和 D 和 答案 A 解析 充电时的阳极和放电时的负极均发生氧化反应 2 下列关于铜电极的叙述正确的是 A 铜锌原电池中铜是正极 B 用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极 C 在镀件上电镀铜时用金属铜作阳极 D 电解稀硫酸制 H2 O2时铜作阳极 答案 AC 解析 A 项 锌比铜活泼 故铜作正极 正确 B 项 电解冶炼铜时 粗铜 作阳极 错误 电镀时 待镀金属作阴极 C 正确 电解 H2SO4制 H2 O2时 阳极必为惰性 电极 D 错误 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 用心 爱心 专心10 4 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 答案 D 解析 假设电路中通过 1 mol 电子 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 1 mol 1 1 mol 2 1 mol 3 物质的量之比为 1 1 2 1 3 1 6 3 2 5 电解 100 mL 含c H 0 30 mol L 的下列溶液 当电路中通过 0 04 mol 电子时 理论上析出金属质量最大的是 A 0 10 mol L Ag B 0 20 mol L Zn2 C 0 20 mol L Cu2 D 0 20 mol L Pb2 答案 C 解析 根据金属活动性顺序可知 排在氢以后的金属为 Ag 和 Cu 而 Zn 和 Pb 排在 H 以前 所以 Ag Cu2 的氧化性比 H 大 应优先于 H 放电而析出 因为 0 01 mol Ag 的质量小于 0 02 mol Cu 的质量 所以 C 项正确 6 下列有关用惰性电极电解 AgNO3溶液一段时间后的说法正确的是 A 电解过程中阴极质量不断增加 B 电解过程中溶液的 pH 不断升高 C 此时向溶液中加入适量的 Ag2O 固体可使溶液恢复到电解前的状况 D 电解后两极产生的气体体积比为 2 1 7 用惰性电极电解 M NO3 x的水溶液 当阴极上增重a g 时 在阳板上同时产生b L 氧气 标准状况 从而可知 M 的相对原子质量为 A B 22 4 ax b 11 2 ax b 用心 爱心 专心11 C D 5 6 ax b 2 5 ax b 答案 C 解析 用惰性电极电解硝酸盐溶液时 两极发生的反应分别是 阳极 4OH 4e 2H2O O2 阴极 Mx xe M 设m为 M 的相对原子质量 根据电子守恒 原理得 x 所以m a m 4b 22 4 5 6 ax b 8 从NO3 SO42 H Cu2 Ba2 Ag OH Cl 等离子中选出适当的离子组成电 解质 采用惰性电极对其溶液进行电解 两极分别放出H2和O2时 电解质的化学式可能是 若阴极析出金属 阳极放出O2 电解质的化学式可能是 若两极分别放出气体 且体积为1 1 电解质的化学式可能是 提高训练提高训练 9 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 SO aq 2e PbSO4 s 2 4 B 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 SO aq 2 4 10 用惰性电极进行下列电解 有关说法正确的是 电解稀硫酸 电解 CuSO4溶液 电解 KOH 溶液 电解 NaCl 溶液 A 电解进行一段时间后四份溶液的 pH 均增大 B 中电解一段时间后 向溶液中加入适量的 CuO 固体可使溶液恢复电解前的情况 C 中阳极消耗 OH 故溶液浓度变小 D 中阴 阳两极上产物的物质的量之比为 2 1 答案 B 解析 依据惰性电极电解规律 可知 为电解水型 为放 O2生酸型 为 电解水型 为放 H2生碱型 故 B 正确 用心 爱心 专心12 11 按下图所示装置做实验 若 x 轴表示流入阴极的电子的物质的量 则y轴可表示 c Ag c NO a棒的质量 b棒的质量 溶液的 pH 3 A B C D 答案 D 解析 由图象知 装置是电镀池 所以 AgNO3溶液浓度不变 12 某同学为了使反应 2HCl 2Ag 2AgCl H2 能进行 设计了如图所示的四个实验 你认为可行的方案是 答案 C 解析 该反应中 Ag 失电子被氧化 H 得电子被还原生成 H2 所以用 Ag 作阳极 电解含 Cl 的溶液即可 13 某同学按下图所示的装置进行电解实验 下列说法正确的是 A 电解过程中 铜电极上有 H2产生 B 电解初期 主反应方程式为 Cu H2SO4CuSO4 H2 电解 C 电解一定时间后 石墨电极上有铜析出 D 整个电解过程中 H 的浓度不断增大 14 一些科学家采用高质子导电性的 SCY 陶瓷 能传递 H 实现了氨的电化学合成 该过 程 N2和 H2的转化率远高于现在工业上使用的氨合成法 对于电化学合成氨的有关叙述正确 用心 爱心 专心13 的是 A N2在阴极上被氧化 B 可选用铁作为阳极材料 C 阳极的电极反应式是 N2 6e 6H 2NH3 D 该过程的总反应式是 N2 3H22NH3 通电 一定条件 答案 D 解析 据题意知总反应式为 N2 3H22NH3 故 N2应在阴极发 通电 生还原反应 故 A C 错误 H2在阳极上失电子 故阳极应为惰性电极 B 错误 15 用惰性电极和串联电路电解下列物质的水溶液 NaCl NaNO3 CuCl2 AgNO3 在相同时间内生成气体的总体积 同温同压下测定 理论上由多到少的顺序是 A B C D 16 如图 烧杯中的溶质均足量 a b c d e 均为石墨电极 通电一段时间后 a 电极 上有红色物质析出 以下说法正确的是 A e 电极上可以析出使湿润淀粉 KI 试纸变蓝的气体 B c 电极周围溶液变红 C A 烧杯内溶液的 pH 升高 D B 烧杯中加一定量的 KCl 固体可恢复原状 用心 爱心 专心14 17 以等质量的铂棒和铜棒做电极 电解硫酸铜溶液 通电一段时间后 其中一极增加质量 为a g 此时两极的质量差为 a g 2a g 2 a g 无法判断 A B C D 18 如图 a b c d 均为石墨电极 通电进行电解 电解液足量 下列说法正确的是