2018 寒假 高三电解池原理及其应用

1、第五讲 电解池原理及其应用一、复习回顾氧化还原反应的特征是什么？氧化还原反应的本质是什么？二、知识梳理考点1：电解电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。考点2：电解池1.概念：将电能转化为化学能的装置。（1）电解池的构成条件。外加直流电源；与电源相连的两个电极；电解质溶液或熔化的电解质；形成闭合回路。（2）电极名称和电极材料。电极名称。 阳极：接电源正极的为阳极，发生氧化反应；阴极：接电源负极的为阴极，发生还原反应。阴极：发生还原反应的电极 与电源“”相连的电极判断阴极的方法 得到电子的电极 阳离子移到的电极阳极：发生氧化反应的电极判断阳极的方法 与电源“+”相

2、连的电极 失去电子的电极 阴离子移到的电极 电极材料。惰性电极：C、Pt、Au等，仅导电，不参与反应；活性电极：Fe、Cu、Ag等，既可以导电，又可以参与电极反应。（3）电子流向：负极阴极；阳极正极。 （4）电流方向：正极阳极电解质溶液阴极负极。（5）离子动向：阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。考点3：离子放电顺序1.阳极：（1）活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化成阳离子进入溶液。（2）惰性材料作电极(Pt、Au、石墨等)时：溶液中阴离子的放电顺序(由易到难)是：S2->I>Br>Cl>OH>含氧酸根（ NO3、等）2.阴极：无论是惰性电极还是活性电极都不参与

3、电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上的放电顺序是：Ag+>Hg2+> Fe3+>Cu2+> H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+> H+（水）>Al3+>Mg2+>Na + >Ca2+> K +考点4：电极方程式、电解方程式的书写1.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、。第二步：判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序；阴极：Cu2>H阳极：OH>第三步：写电极反应

4、式和总的电解方程式；阴极：2Cu24e=2Cu阳极：4OH4e=2H2OO2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(化学方程式)注意：（1）上述例子中的电极若换成铜棒，阳极电极反应式为Cu2eCu2，阴极电极反应式不变。（2）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。考点5：电解规律（惰性电极，带*号的例外）及溶液pH的变化类型电解质（水溶液）被电解的物质电极产物溶液pH变化的原因、

5、结果电解质复原阳极阴极电解 水型含氧酸（ 如H2SO4）水O2H2水减少，酸溶液的浓度增大，pH减小加H2O强碱（如NaOH）水O2H2水减少，碱溶液的浓度增大，pH增大加H2O活泼金属的含氧酸盐（如KNO3、Na2SO4 ）水O2H2水减少，盐溶液的浓度增大，pH不变加H2O电解电解质型无氧酸(如HCl)酸非金属单质（如Cl2）H2H+放电，c(H+)降低，pH增大。加HCl不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)盐非金属单质（如Cl2）金属单质（如Cu）pH基本不变加CuCl2放H2生碱型活泼金属的无氧酸盐（如NaCl）水和盐非金属单质（如Cl2）H2H+放电， c(H+)减小，c(OH)增大

6、，pH增大加HCl放O2生酸型不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4）水和盐O2金属单质（如Cu）OH放电，c(OH)降低，c(H+)增大，pH减小加CuO电镀型电镀液溶解阳极金属析出电镀液组成基本未变，pH不变考点6：铜的电解精炼一般冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、金等），这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线，就会大大降低电线的导电能力。因此必须利用电解的方法精炼粗铜。阳极：粗铜，含杂质(Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)；阴极：精铜；电解质溶液：硫酸铜溶液阳极：Zn-2e-Zn2+Fe-2e-Fe2+Ni -2e-Ni2+Cu-2e-Cu2+阳极泥（Ag、Au

7、）阴极：Cu2+ + 2e-Cu考点7：电镀1.概念：应用电解原理在某些金属表面镀上其它金属或合金的方法。2.电镀池的形成：（1）镀件作阴极； （2）镀层金属作阳极； （3）电镀液中含有镀层金属离子；（4）电镀的结果，电镀液的浓度保持不变。考点8：电解池、电解精练池、电镀池的比较。电解池电解精练池电镀池定义将电能转变成化学能的装置应用电解原理将不纯的金属提纯的装置应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的装置形成条件两电解接直流电源电极插入电解质溶液或熔融电解质中形成闭合回路不纯金属接电源正极，纯的金属接电源负极电解质溶液须含有提纯金属的离子镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极 电镀

8、液须含有镀层金属的离子电极名称阳极：电源正极相连阴极：电源负极相连阳极：不纯金属阴极：纯金属阳极：镀层金属阴极：镀件电极反应阳极：氧化反应阴极：还原反应考点9：有关电解计算的方法1.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。2.计算方法。（1）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。（2）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。（3）根据关系式计算：依据得失电子守恒关系建立已知量与

9、未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。三、真题讲练【例题1】某化学小组设计的电解饱和食盐水的装置如图所示，通电后两极均有气泡产生。下列说法正确的是（ ）A观察到铜电极附近有黄绿色气体产生B通电后，石墨电极附近溶液立即变红色C溶液中的Na向石墨电极移动D铜电极上发生还原反应【答案】D【解析】 根据电解饱和食盐水的装置，如果通电后两极均有气泡产生，则金属铜电极一定是阴极，该电极上的反应为2H2e=H2，阳极上氯离子失电子，发生的电极反应为2Cl2e=Cl2。铜电极上产生的H2为无色气体，A项说法错误；石墨电极是阳极，该电极上发生的反应为2Cl2e=Cl2，可以观察到黄绿色气体产生，由于阳极反应不

10、产生OH，而阴极反应产生的OH迁移至阳极附近需要一段时间，故通电后，石墨电极附近溶液不能立即变红色，B项说法错误；电解池中，阳离子移向阴极，即Na移向铜电极，C项说法错误；金属铜电极是阴极，阴极发生还原反应，D项说法正确。【例题2】【2019年高考新课标卷】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SO42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SO42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

11、C负极反应为2 H2O4e=O2+4H+，负极区溶液pH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】A.根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，在电解池中阴离子会向正电荷较多的阳极区定向移动，因此通电后中间隔室的SO42离子向正极迁移；在正极区带负电荷的OH-失去电子，发生氧化反应而放电，由于破坏了附近的水的电离平衡，使溶液中c(H+)>c(OH-)，所以正极区溶液酸性增强，溶液的pH减小，错误；B.阳极区氢氧根放电，溶液中产生硫酸，阴极区氢离子获得电子，发生还原反应而放电，破坏了附近的水的电离平衡，使溶液中c(OH-)>c(H+)，所

12、以产生氢氧化钠，因此该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品，正确；C.负极区氢离子得到电子，使溶液中c(H+)增大，所以负极区溶液pH升高，错误；D.当电路中通过1mol电子的电量时，根据整个闭合回路中电子转移数目相等可知反应产生氧气的物质的量是n(O2)=1mol÷4=0.25mol，错误。【例题3】【2019新课标1卷】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

13、为损耗阳极材料和传递电流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】本题使用的是外加电流的阴极保护法，钢管柱与电源的负极相连，被保护。A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通电后，被保护的钢管柱作阴极，高硅铸铁作阳极，因此外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩，B正确；C高硅铸铁为惰性辅助阳极，所以高硅铸铁不损耗，C错误；D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。答案选C。四、课堂练习【基础】1如图所示，某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，

14、然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是（ ）A铅笔端作阳极，发生还原反应 B铂片端作阴极，发生氧化反应C铅笔端有少量的氯气产生 Da点是负极，b点是正极【答案】D2在如图所示的装置中，电极均为石墨电极，通电一段时间后，发现a电极附近溶液呈红色，甲、乙两池中溶液的pH均减小，而和两极电极产物的物质的量之比为1:2，则下表中各组物质的水溶液符合上述条件的是（ ）ABCD甲KOHH2SO4CuSO4NaNO3乙CuSO4AgNO3HNO3HCl【答案】C3甲醇是燃料电池的常见原料，现以熔融的K2CO3为电解质，以甲醇为燃料，以空气为氧化剂，以具有

15、催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极图是甲醇燃料电池模型，试回答下列问题：写出该燃料电池的正极反应式 b处应该通入 （填空气或者甲醇）M、N是阴离子交换膜，则阴离子移动的方向是 （填“从左到右”或“从右到左”）用该电池电解500mL，0.2mol/L的CuSO4溶液，消耗3.2g甲醇时，阴极析出Cu的质量为 【答案】O24e2CO22CO32；甲醇；从右到左；6.4g【巩固】1. 利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是（ ）电解时以精铜作阳极电解时阴极发生还原反应粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu2eCu2电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳

16、极泥A B C D【答案】B2. 某小组为研究电化学原理，设计如图2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【答案】D3. 下图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是（ ）A.逸出气体的体积，a电极的小于b电极的B.一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体C.a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色D

17、.a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色【答案】D【拔高】1电解原理在化学工业中有着广泛的应用。图甲表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。则下列说法不正确的是（ ）A若此装置用于电解精炼铜，则X为纯铜、Y为粗铜，电解的溶液a可以是硫酸铜或氯化铜溶液B按图甲装置用惰性电极电解AgNO3溶液，若图乙横坐标x表示流入电极的电子的物质的量，则E可表示反应生成硝酸的物质的量，F表示电解生成气体的物质的量C按图甲装置用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，加入0.5 mol的碳酸铜刚好恢复到通电前的浓度和pH，则电解过程中转移的电子为2.0 molD若X、Y为铂

18、电极，a溶液为500 mL KCl和KNO3的混合液，经过一段时间后，两极均得到标准状况下11.2 L气体，则原混合液中KCl的物质的量浓度至少为2.0 mol·L1【答案】C2【福建理综化学】某模拟"人工树叶”电化学实验装置如右图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是（ ）A该装置将化学能转化为光能和电能B该装置工作时，H从b极区向a极区迁移C每生成1 mol O2，有44 g CO2被还原Da电极的反应为：3CO2 + 16H-18e= C3H8O+4H2O【答案】B3【2019天津卷】氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、

19、储存和应用三个环节。回答下列问题：（1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点是_(至少答出两点)。但是氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：_。（2）化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe+2H2O+2OHFeO42+3H2，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色的FeO42，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。电解一段时间后，c(OH)降低的区域在_(填“阴极室”或“阳极室”)。电解过程中，须将阴极产生的气体及时

20、排出，其原因是_。c( Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：_。【答案】（1）污染小；可再生；来源广；资源丰富；燃烧热值高；H2+2OH-2e-=2H2O（2）阳极室 防止Na2FeO4与H2反应使产率降低 M点：c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢(或N点：c(OH-)过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na2FeO4产率降低)五、课后作业【基础】1. 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

21、阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2+ + 2e= NiB电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等C电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+ 和Zn2+D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt2. 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3. 天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴（LiCoO2），

22、充电时，LiCoO2中Li被氧化，Li+迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳（C6）中，以LiC6表示。电池反应为LiCoO2+C6  CoO2+LiC6，下列说法正确的是（ ）A.充电时，电池的负极反应为LiC6-e-=Li+C6B.放电时，电池的正极反应为CoO2+Li+e-=LiCoO2C.羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质D.锂离子电池的比能量（单位质量释放的能量）低【巩固】1. 下列有关工业生产的叙述正确的是（ ）A.合成氨生产过程中将NH3液化分离，可加快正反应速率，提高N2、H2的转化率B.硫酸工业中，在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时

23、放出的热量C.电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法，可防止阴极室生产的Cl2进入阳极室D.电解精炼铜时，同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小2锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池，该电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的电极反应式如下 负极反应：(C6Li表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料)；正极反应：(LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物)下列有关说法正确的是（ ）A锂离子电池充电时电池反应为：B电池反应中，锂、锌、银、铅各失去1 mol电子，金属锂所消耗的质量最小C锂离子电池放电时电池内部Li+向负极移动D锂离子电池充电时阴极反应为3（2019四川）用右图所示装置除去

24、含CN、Cl废水中的CN时，控制溶液PH为910，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阳极的电极反应式为：Cl + 2OH2e= ClO + H2OC阴极的电极反应式为：2H2O + 2e = H2 + 2OHD除去CN的反应：2CN+ 5ClO + 2H+ = N2 + 2CO2 + 5Cl+ H2O【拔高】1【2019浙江卷】镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是：Ni(OH)2 + MNiOOH + MH已知：6NiOOH + NH3 + H2O + OH=6 Ni(OH)2 + NO2下列说法正确的是（ ）ANiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为：