考点14电解池2022-2023学年上海市高二化学考点归纳与测试（沪科版2020选择性必修1）（原卷版）

考点14电解池【核心考点梳理】原电池装置通过自发进行的氧化还原反应实现化学能转化为电能。在人类生产、生活中，有些物质常常需要通过电解反应实现电能转化为化学能。在本节中，我们将介绍电解原理及其在材料加工、化学品生产以及金属表面处理等方面的应用。一、电解池1、电解池：一种将电能转化为化学能的装置。2、电解：电解是使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极发生氧化还原反应过程。3、电解池反应原理：阴极：与电源负极相连，本身不反应，溶液中正离子得电子发生还原反应。阳极：与电源正极相连，发生氧化反应，若是惰性中极，则是溶液中负离子失电子；若是非惰性电极，则电极本身失电子电子的流向：负极—阴极—阳极—正极电流的流向：正极—阳极—阴极—负极电解CuCl2溶液电解不仅可以在溶液中进行，还可以在熔融电解质中进行。4、电解反应中反应物的判断——放电顺序⑴阴极A.阴极材料(金属或石墨)总是受到保护。B.正离子得电子顺序—金属活动顺序表的反表：K+<Ca2+<Na+<Mg2+<Al3+<Zn2+<Fe2+<Sn2+<Pb2+<(H+)<Cu2+<Hg2+<Ag+（正离子放电顺序与浓度有关，并不绝对）⑵阳极A.阳极材料是惰性电极(C、Pt、Au、Ti等)时：负离子失电子：S2＞I＞Br＞Cl＞OH＞NO3等含氧酸根离子＞FB.阳极是活泼电极时：电极本身被氧化，溶液中的离子不放电。原电池和电解池的比较：装置原电池电解池实例原理原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经过导线传递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行使电流通过电解质溶液而在阴,阳两极上引起氧化还原反应的过程.形成条件①电极：两种不同的导体相连；②电解质溶液：能与电极反应。①电源；②电极（惰性或非惰性）；③电解质（水溶液或熔化态）。反应类型自发的氧化还原反应非自发的氧化还原反应电极名称由电极本身性质决定：正极：材料性质较不活泼的电极；负极：材料性质较活泼的电极。由外电源决定：阳极：连电源的正极；阴极：连电源的负极；电极反应负极：Zn2e=Zn2+（氧化反应）正极：2H++2e=H2↑（还原反应）阴极：Cu2++2e=Cu（还原反应）阳极：2Cl2e=Cl2↑（氧化反应）电子流向负极(外电路)→正极阳极→电源正极阴极←电源负极电流方向正极(外电路)→负极阳极←电源正极阴极→电源负极能量转化化学能→电能电能→化学能应用①抗金属的电化腐蚀；②实用电池。①电解食盐水（氯碱工业）；②电镀（镀铜）；③电冶（冶炼Na、Mg、Al）；④精炼（精铜）。二、电解原理的应用（1）、铜的电解精炼阳极（粗铜棒）：Cu－2e－＝Cu2＋阴极（精铜棒）：Cu2＋＋2e－＝Cu电解质溶液：含铜离子的可溶性电解质分析：因为粗铜中含有金、银、锌、铁、镍等杂质，电解时，比铜活泼的锌、铁、镍会在阳极放电形成正离子进入溶液中，Zn－2e－=Zn2+、Fe－2e－=Fe2+、Ni－2e－=Ni2+，Fe2+、Zn2+、Ni2+不会在阴极析出，最终留存溶液中，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均会改变。还原性比铜差的银、金等不能失去电子，它们以单质的形式沉积在电解槽溶液中，成为阳极泥。阳极泥可再用于提炼金、银等贵重金属。（2）、电镀电镀是应用电解原理在某些金属或非金属制品表面镀上其他金属或合金薄层的方法。电镀的主要目的是增强金属的抗腐蚀能力，同时也可以增加美观和表面硬度等。因此，镀层金属通常是一些在空气或溶液中比较稳定、抗腐蚀能力强的金属或合金，如铬、镍、银、黄铜等。电镀时，通常把待镀的金属制品作为阴极，把镀层金属作为阳极，用含有镀层金属离子的溶液作为电解质溶液。通直流电时，阳极上镀层金属失去电子形成正离子，进入溶液中；阴极区，镀层金属正离子得到电子在待镀的金属表面被还原，形成一层均匀、光洁而致密的镀层。阳极（镀层金属）：Cu－2e－＝Cu2＋阴极（镀件）：Cu2＋＋2e－＝Cu电镀液：含镀层金属的电解质分析：因为由得失电子数目守恒可知，阳极放电形成的Cu2＋离子和阴极Cu2＋离子放电的量相等，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均不会改变。注意：A、电镀是电解的应用。电镀是以镀层金属为阳极，待镀金属制品为阴极，含镀层金属离子为电镀液。B、电镀过程的特点：牺牲阳极；电镀液的浓度（严格说是镀层金属离子的浓度）保持不变；在电镀的条件下，水电离产生的H+、OH—一般不放电。（3）电解饱和食盐水——氯碱工业氯碱工业所得的NaOH、Cl2、H2都是重要的化工生产原料，进一步加工可得多种化工产品，涉及多种化工行业，如：有机合成、医药、农药、造纸、纺织等，与人们的生活息息相关。阳极：石墨或金属钛2Cl――2e＝Cl2↑阴极：铁网2H＋＋2e＝H2↑电解质溶液：饱和食盐水总方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑分析：在饱和食盐水中接通直流电源后，溶液中带负电的OH—和Cl—向阳极移动，由于Cl—比OH—容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出；溶液中带正电的Na+和H+向阴极移动，由于H+比Na+容易失去电子，在阴极被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子放出；在阴极上得到NaOH。饱和食盐水的精制：原因：除去NaCl中的MｇCl2、Na2SO4等杂质，防止生成氢氧化镁沉淀影响溶液的导电性，防止氯化钠中混有硫酸钠影响烧碱的质量。试剂加入的顺序：先加过量的BaCl2和过量的NaOH（顺序可换），再加入过量的Na2CO3，过滤，加盐酸调节pH为7。隔膜的作用：防止氢气和氯气混合发生爆炸；防止氯气和氢氧化钠反应影响烧碱的质量。电解法冶炼活泼金属：（4）电冶金大多数金属以化合态存在于矿石中，金属的冶炼就是将化合态的金属元素还原为单质。钠、钙、镁、铝等活泼金属正离子的氧化性很弱，无法用还原剂将它们从化合物中还原出来，故一般采用电解法来冶炼。电解法是工业冶炼金属的一种重要方法，例如，电解熔融氯化钠可以得到金属钠。电解熔融的氯化钠制金属钠：2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑通电后，Na+在阴极得到电子，被还原成金属钠：

阴极：Na++e=NaCl—在阳极失去电子，被氧化成氯气：

阳极：2Cl——2e=Cl2↑电解熔融的氯化镁制金属镁：MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑电解熔融的氧化铝制金属铝：2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑分析：在金属活动顺序表中K、Ca、Na、Mg、Al等金属的还原性很强，这些金属都很容易失电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用电解其化合物熔融状态方法来冶炼。注意：电解熔融NaCl和饱和NaCl溶液的区别；不能用MgO替代MgCl2的原因；不能用AlCl3替代Al2O3的原因。【核心归纳】原电池、电解池与电镀池的对比【必备知识基础练】如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法不正确的是(

)A.装置中的离子交换膜只能让正离子通过，不能让负离子通过

B.装置中出口①处的物质是氢气，出口②处的物质是氯气

C.除去杂质后的氢氧化钠溶液从出口B处导出

D.转移0.8mol电子时产生氢气8.96L(标准状况)按如图甲装置进行实验，若乙中横坐标x表示流入电极的电子的物质的量，下列叙述不正确的是(

)甲

乙A.E表示生成铜的物质的量 B.E表示反应消耗水的物质的量

C.F表示反应生成氧气的物质的量 D.F表示生成硫酸的物质的量电絮凝的反应原理是以铝、铁等合金金属作为主电极，借助外加脉冲高电压作用产生电化学反应，把电能转化为化学能，以牺牲阳极金属电极产生金属正离子絮凝剂，通过凝聚、浮除、还原和氧化分解将污染物从水体中分离，从而达到净化水体的目的。下列说法正确的是(

)A.右极为阳极，左极为阴极

B.电子从右极经电解液流入左极

C.每产生1mol O2，整个电解池中理论上转移电子数为4NA

D.若铁为阳极，则阳极的电极反应式为Fe-2e-【关键能力提升练】

全钒液流电池充电时间短，续航能力强，其工作原理如图1所示，反应的离子方程式为。以此电池电解Na2SO3溶液(电极材料为石墨)，可再生NaOH，同时得到H2SOA.电解Na2SO3溶液时，a极与电池负极相连，图1中H+从右向左迁移

B.电解时b极的电极反应式为SO32-+近日，科学家发表了高温二氧化碳电解发展报告，利用固体氧化物电解池将CO2和H2O转化为合成气并联产高纯度O2A.X极为电源正极

B.当有2mol电子流向a极时，产生0.5mol O2

C.b极的电极反应式：CO2+2H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，两膜中间下列叙述正确的是(

)A.通电后中间隔室的SO42-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2500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)=6.0mol⋅L-1，用石墨作电极电解此A.原混合溶液中c(K+)为2mol⋅L-1

B.上述电解过程中共转移6mol电子

C.电解得到的Cu的物质的量为(1)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93kW·h·kg-1)。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为

，一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生

个电子的电荷量；该电池的理论输出电压为1.20 V，能量密度E=

(列式计算。能量密度=电池输出电能/(2)一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其他有机物)。①导线中电子移动方向为

。(用A、D表示)②生成目标产物的电极反应式为

。③该储氢装置的电流效率η=

。(η=生成目标产物消耗的电子数转移的电子总数×100％【学科素养拔高练】如图所示，其中甲池的总反应式为：2CH3OH+3O2A.甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化电能的装置

B.甲池通入CH3OH的电极反应为CH3OH-6e-+2H2O=CO32-+8

我国成功研制的新型可充电AGDIB电池(铝-石墨双离子电池)采用石墨、铝锂合金作为电极材料，以常规锂盐和碳酸酯溶剂为电解液。电池反应式为CxPF6+LiA.B为负极，放电时铝失电子

B.充电时A电极反应式为Cx-e-+PF6-=C

利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是(

)A.氯碱工业中，X电极上反应式是4OH--4e-=2H2O+O2↑

B.电解精炼铜时，某地海水中主要离子的含量如下表，现利用“电渗析法”进行淡化，技术原理如图所示(两端为惰性电极，阳膜只允许正离子通过，阴膜只允许负离子通过)。下列有关说法错误的是A.甲室的电极反应式为：2Cl--2e-= Cl2↑

B.淡化过程中易在戊室形成水垢

C.乙室和丁室中部分离子的浓度增大，淡水的出口为如图所示，某同学设计一个甲醚(C2H6O，在空气中燃烧产物为CO2和H2O)(1)写出负极的电极反应式______________________．(2)铁电极为____(填“阳极”或“阴极”)，石墨电极(C)的电极反应式为_______．(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将______(填“增大”“减小”或“不变”)．(4)若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则丙装置中阴极析出铜的质量为_____．假设乙装置中氯化钠溶液足够多，若在标准状况下，有224mL氧气参加反应，则乙装置中正离子交换膜左侧溶液质量将________(填“增大”“减小”或“不变”)，且变化了___克。(5)若将乙装置中铁电极与石墨电极位置互换，其他装置不变，此时乙装置中发生的总反应式为______________。下图是乙醇燃料电池工作时的示意图，乙池中M、N两个电极的材料是石墨和铁中的一种，工作时M、N两个电极的质量都不减少，请回答：(1)甲池中通入乙醇的铂电极名称是

，通入O2的铂电极反应式为