专题05有关电解的计算及在物质制备工业生产中的应用（重难点讲义）（原卷版）

专题05有关电解的计算及在物质制备、工业生产中的应用1.了解电解计算的依据，掌握电解计算的方法和电解计算的步骤。2.了解电解原理在氯碱工业、精炼铜、电镀、电冶金等方面的应用知识点一有关电解的计算1．电解计算的依据(1)阳极失去的电子数＝________。(2)串联电路中各电解池转移的电子总数________。(3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数________。2．电解计算的方法(1)根据________________计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。(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________计算。(3)根据关系式计算：根据_______________的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。电解计算时常用的定量关系为4e－～4H＋～4OH－～2H2～O2～2Cu～4Ag。3．电解计算的步骤(1)正确书写电极反应式(特别要注意阳极材料)。(2)注意溶液中有多种离子共存时，要确定离子放电的先后顺序。(3)根据得失电子守恒，列出关系式进行计算。知识点二氯碱工业1.实验室电解饱和食盐水(1)实验装置(2)实验现象①阳极上有________气味的________色气体产生，该气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变________。②阴极上有________气体产生，阴极附近溶液变________。(3)原理分析①通电前，氯化钠溶液中含有的离子：________________________。②通电后，___________移向阴极，________移向阳极。阳极：离子放电顺序为________，电极反应式为________________；阴极：离子放电顺序为________，电极反应式为________________。因________放电，故阴极区生成NaOH。(4)电解的总反应式化学方程式：________________________________离子方程式：________________________________。2．氯碱工业生产流程工业生产中，电解饱和食盐水的反应在________________电解槽中进行。(1)阳离子交换膜电解槽(2)阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的________与阳极产生的________混合发生爆炸，也能避免________与阴极产生的________________反应而影响氢氧化钠的产量。3.氯碱工业工业上，用隔膜阻止OH移向阳极，则Na+和OH可以在阴极附近的溶液中富集，这样就可以从阴极溶液中得到NaOH。这就是电解食盐水制备烧碱的原理，也称作氯碱工业。(1)氯碱工业产品主要有________________________等。(2)电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。【重点提醒】离子交换膜在电解中的应用1．常见的离子交换膜离子交换膜又叫隔膜，由特殊高分子材料制成。离子交换膜分为以下几类：(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许________通过，不允许________通过。(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许________通过，不允许________通过。(3)质子交换膜，只允许________通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。(4)双极膜，亦称双极性膜，膜的一侧为阳膜，只允许________通过，另一侧为阴膜，只允许________通过。2．离子交换膜的作用(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生________。(2)能选择性地通过离子，起到________________________的作用。3．“离子交换膜”电解池的解题步骤第一步，分清离子交换膜的类型，判断允许哪种离子通过离子交换膜。第二步，写出电极反应式，判断离子交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷守恒判断离子迁移方向。第三步，分析离子交换膜的作用。在产品制备中，离子交换膜的作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。4．离子交换膜的相关计算(1)迁移离子所带的电荷总数等于外电路上转移的电子总数。(2)溶液质量变化等于电极反应引起的变化和离子迁移引起的变化之和。知识点三电解精炼、电镀1.铜的电解精炼(1)粗铜成分①主要成分：________。②杂质金属：比铜活泼的有________________等；不如铜活泼的有________________等。(2)装置(3)电解精炼的电极反应(4)电解精炼的结果粗铜中比铜活泼的金属Zn、Fe、Ni等失去电子形成的阳离子进入溶液；不如铜活泼的金属________________等以金属单质的形式沉积在电解池的底部，与其他不溶性杂质混在一起形成________________；阴极上得到精铜。2.电镀(1)定义：应用________原理，在金属表面镀上一薄层________或________的方法。(2)目的：提高金属的________能力、耐磨性能或改善金属制品的外观。(3)电镀池的设计一般都是用________________作电镀液；把________浸入电镀液中与直流电源的正极相连，作为阳极；________与直流电源的负极相连，作为阴极。(4)案例(铁钉镀铜实验)阴极________(镀件)，电极反应：________________阳极________(镀层金属)，电极反应：________________离子导体硫酸铜溶液装置图与实验现象铜片:3.电解法用于冶炼较活泼的金属金属电极反应总反应钠阳极：________________阴极：________________2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑铝阳极：________________阴极：________________2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑镁阳极：________________阴极：________________MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑知识点四电解液的复原(1)电解水型电解质H2SO4NaOHNa2SO4阳极反应式2H2O4e=O2↑+4H+________________阴极反应式________________4H2O+4e=2H2↑+4OH4H++4e=2H2↑pH变化________________________复原加入物质________(2)电解电解质型电解质HClCuCl2阳极反应式________________________阴极反应式________________________________pH变化________________复原加入物质________________(3)电解质和水都发生电解型电解质NaClCuSO4阳极反应式________________________________阴极反应式________________________________pH变化________________复原加入物质________________题型01有关电解的计算【典例】将0.2molAgNO3、0.4molCu(NO3)2、0.6molKCl溶于水，配成100mL的溶液，用石墨作为电极电解一段时间后，在一极析出0.3molCu，此时在另一极收集到气体的体积为(标准状况)()A．4.48LB．5.6LC．6.72LD．7.84L【变式】将两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解。(1)当有1.0×103mol的OH放电时，溶液显浅蓝色，则在阴极上析出铜的质量是。(2)若溶液的体积为1L，忽略溶液体积变化，在标准状况下放出5.6mLO2时，溶液的pH是。回答下列问题：(1)惰性电极M为(填“阳极”或“阴极”)，其电极反应式为。(2)若电解时用铅蓄电池做电源，当消耗2mol单质铅时，电解生成气体的物质的量是mol。(5)若电解池工作前，阳极室和阴极室中电解液质量相等，当转移mol电子时，两侧电解液的质量差为308g。题型02氯碱工业【典例】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．装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气B．该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过C．装置中发生反应的离子方程式为Cl－＋2H＋eq\o(=,\s\up7(电解))Cl2↑＋H2↑D．该装置是将电能转化为化学能【变式】氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相结合，相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。下列说法正确的是()A．电解池的阴极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－B．通入空气的电极为负极C．电解池中产生2molCl2时，理论上燃料电池中消耗0.5molO2D．a、b、c的大小关系为a>b＝c题型03离子交换膜【典例】高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中的离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是()A．阳极反应式：Fe－6e－＋8OH－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2OB．甲溶液可循环利用C．离子交换膜a是阴离子交换膜D．当电路中通过2mol电子的电量时，会有1molH2生成【变式】利用电解法将CO2转化为CH4的原理如图所示。下列说法正确的是()A．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移B．电极b上的反应为CO2＋8HCOeq\o\al(－,3)－8e－=CH4＋8COeq\o\al(2－,3)＋2H2OC．电解过程中化学能转化为电能D．电解时Na2SO4溶液浓度保持不变题型04电镀电冶金【典例】利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是()A．通电后，Ag＋向阳极移动B．银片与电源负极相连C．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－=AgD．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初【变式】在800～1000℃时电解TiO2可制得钛，装置如图所示，下列叙述正确的是()A．a为电源的正极B．石墨电极上发生还原反应C．阴极发生的反应为TiO2＋4e－=Ti＋2O2－D．每生成0.1molTi，转移0.2mol电子题型05电解液的复原【典例】用惰性电极电解足量的下列溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一种物质(括号内)，溶液能与原来溶液完全一样的是。A．CuCl2(CuCl2溶液) B．NaOH(H2O) C．NaCl(盐酸) D．CuSO4[Cu(OH)2]【巩固训练】1．餐具表面镀银可达到增强抗腐蚀性、提升美观等目的。下列关于铁表面镀银的说法不正确的是()A．电路中每通过1mole－，阴极析出1mol银B．铁电极应与电源负极相连C．阳极电极反应式为Ag－e－=Ag＋D．电镀液需要不断更换2．海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁，下列有关该电解过程的叙述中，正确的是()A．两个电极必须都用惰性电极B．阳极可以用金属电极，阴极必须是惰性电极C．电解熔融状态的氯化镁D．电解氯化镁的水溶液3．用铁棒和铜棒作为电极，模拟在铁棒上镀铜，实验装置如图所示，下列判断正确的是()A．溶液中阳离子移向b电极发生还原反应B．铜棒的材质必须用纯铜C．电解一段时间后加Cu(OH)2固体使溶液恢复原来的浓度D．该实验过程中电解质溶液的pH会不断减小4．下列叙述正确的是()A．电镀时，通常把待镀的金属制品作为阳极B．氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极，电极反应为O2＋4H＋＋4e－=2H2OC．电解熔融的NaCl，在阳极能得到NaD．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作为阳极5．将两个惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解，当电解质溶液的pH从6变为3时(设电解时阴极没有H2逸出，且电解质溶液在电解前后体积变化可以忽略)，则电极上析出银的质量是()A．27mg B．54mgC．108mg D．216mg6.利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是()A．通电后，Ag＋向阳极移动B．银片与电源负极相连C．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－=AgD．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初7.某小组用如图装置模拟电镀铜和精炼铜。下列说法不正确的是()A．电镀铜和精炼铜时，Y上的电极反应都是Cu2＋＋2e－=CuB．电镀铜时，Y电极为待镀的金属制品C．精炼铜时，X电极是粗铜，比铜活泼的金属最终变成阳极泥D．电镀铜时，X电极是铜，溶液中的Cu2＋浓度保持不变8．电解100mL含c(H＋)＝0.30mol/L的下列溶液，当电路中通过0.04mol电子时，理论上析出金属质量最大的是()A．0.10mol/LAg＋ B．0.20mol/LZn2＋C．0.20mol/LCu2＋ D．0.20mol/LPb2＋9．常温下，NCl3是一种黄色黏稠状液体，是制备新型水消毒剂ClO2的原料，可以采用如图所示装置制备NCl3。下列说法正确的是()A．每生成1molNCl3，理论上有4molH＋经质子交换膜由右侧向左侧迁移B．可用湿润的淀粉KI试纸检验气体MC．石墨极的电极反应式为NHeq\o\al(＋,4)＋3Cl－－6e－=NCl3＋4H＋D．电解过程中，质子交换膜右侧溶液的pH会减小10.有三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一段时间，测得电极增重总和2.8g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为()A．4∶1 B．1∶1C．4∶3 D．3∶4【强化训练】11．（2425高二下·湖南·期中）化学与生产、生活密切相关，下列说法错误的是A．粗铜精炼时，粗铜应与原电池的正极相连B．工业上，电解饱和食盐水(足量)时，阳极的产物为氯气C．放电时，铅酸蓄电池是一种将化学能转化为电能的装置D．锂离子电池，充电时锂离子从阴极脱嵌，放电时锂离子从正极脱嵌12．（2425高二下·宁夏石嘴山·期中）一种可充电锌—空气电池放电时的工作原理如下图所示。已知：I室溶液中，锌主要以ZnH2OA．放电时，I室溶液中ZnHB．放电时，II室中的Cl-通过阴离子交换膜进入IC．充电时，Zn电极的电极反应为ZnD．充电时，每生成0.2molO2，Ⅲ室溶液质量理论上减少6.4g13．（2425高二上·黑龙江伊春·期中）用阴离子交换膜控制电解液中OH-的浓度制备纳米Cu2OA．电解时OH-通过交换膜向TiB．阳极反应式为2C．阴极OH-放电，有OD．Ti电极和Cu电极上生成物的物质的量之比为2:114．（2223高一下·湖南岳阳·阶段练习）氨可用于燃料电池，易液化，运输储存方便，安全性能更高。新型NH3O2燃料电池的装置如图示，电池工作时总反应为4NH3+3O2=2N2+6H2O，下列说法正确的是：A．电极a作负极 B．NH3发生还原反应C．OH⁻向电极b方向迁移 D．当消耗2.24LO2时，电路中转移电子0.4mol15．（2425高三上·北京石景山·期末）习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫氯碱工业，一个单元槽的电解原理示意图如下，下列说法不正确的是A．阴极的电极反应：2B．在阳极，Cl-比OHC．中间的离子交换膜选用阴离子交换膜D．电解饱和食盐水可以得到三种重要的化工产品：Cl2、H216．（2425高二下·河南三门峡·期末）下列关于铜电极的叙述正确的是A．铜锌原电池中，铜电极上发生还原反应B．用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极C．在镀件上电镀铜时，金属铜作阴极D．电解饱和食盐水时若用铜作阳极，则制不出氢气17．（2324高三上·江苏南京·期末）2021年7月，国内某高校课题组首次实现了常温常压下电催化固氮，该技术关键是制作具有拉伸应变的钯多孔纳米片(PdsPNSs)催化剂材料，并将其负载于电极钛板，固氮原理如图所示：图中，电解质溶液为0.1mol·L1KOH溶液。下列说法正确的是A．具有拉伸应变的钯多孔纳米片(PdsPNSs)催化剂吸附N2分子即为固氮B．接通电源后，电极a附近的pH减小C．电极b为阳极，每消耗22.4LN2，同时消耗12molOH－D．两室之间为阴离子交换膜，理论上一段时间后需添加一定量的KOH补充18．（2223高一下·山东潍坊·期末）NH3是世界上产量最多的无机化合物之一，具有广泛的用途。回答下(1)工业上通常用N2和H2来合成已知：i．H2的摩尔燃烧焓为ii.N2iii.4NH工业合成氨的热化学方程式为。(2)相同金属与其不同浓度盐溶液可形成浓差电池。以浓差电池为电源，利用NH3制备高纯N2和H2的装置如图所示(M①乙池中Cu电极为(填“正”或“负”)极，通过交换膜I的离子为。②电解一段时间后，丁室中KOH的浓度(填“增大”“减小”或“不变”)。③M极发生的电极反应方程式为；电路中