高三一轮学案化学（人教版）第九章第41讲电解原理及应用

第41讲电解原理及应用[复习目标]1.理解电解池的构成、工作原理，能书写电极反应式和总反应方程式。2.掌握氯碱工业、电解精炼、电镀、电冶金等的反应原理。考点一电解池及工作原理1.电解与电解池2.构建电解池模型(以电解CuCl2溶液为例)3.电解规律4.用惰性电极电解不同类型电解质溶液(1)电解水型实例电极反应式及总反应式电解质溶液浓度复原方法H2SO4阴极：2H++2eH2↑阳极：2H2O4e4H++O2↑总反应式：2H2O2H2↑+O2↑(2)电解电解质型实例电极反应式及总反应式电解质溶液浓度复原方法HCl阴极：2H++2eH2↑阳极：2Cl2eCl2↑总反应式：2HClH2↑+Cl2↑CuCl2阴极：Cu2++2eCu阳极：2Cl2eCl2↑总反应式：CuCl2Cu+Cl2↑(3)电解质和水均参与电解型实例电极反应式及总反应式电解质溶液浓度复原方法NaCl、KCl(放H2生碱)阳极：2Cl2eCl2↑阴极：2H2O+2eH2↑+2OH总反应式：2Cl+2H2OCl2↑+H2↑+2OH减小并生成新电解质CuSO4、Cu(NO3)2(放O2生酸)阳极：2H2O4e4H++O2↑阴极：Cu2++2eCu总反应式：2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+一、电解过程分析与溶液复原1.(2024·青岛模拟)利用电解原理，可将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。下列说法正确的是()A.b为电解池阴极B.电解后左侧电极室KOH溶液pH增大C.电解过程中阴离子通过交换膜从右向左迁移D.阳极电极反应式为2NH36e+6OHN2+6H2O2.以惰性电极电解100mL0.05mol·L1CuSO4溶液。(1)阳极产生56mL(标准状况下)气体时，所得溶液的pH为(不考虑溶液体积变化)，要使溶液恢复到电解前的状态，可加入g的物质。

(2)继续通电电解，此时被电解的物质为，

若加入0.005molCu(OH)2可使溶液复原，则电路中转移的电子为mol。

(3)通电一段时间，加入0.0025molCu2(OH)2CO3可使溶液复原，则电路中转移的电子为mol。

分析电解过程的思维流程二、电极反应式的书写3.按要求书写电极反应式和总反应式：(1)用惰性电极电解MgCl2溶液阳极反应式：；

阴极反应式：；

总反应离子方程式：

。

(2)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜阳极反应式：；

阴极反应式：；

总反应方程式：。

(3)电解MnSO4溶液可制备MnO2，其阳极的电极反应式为

。

4.电解Na2CO3溶液原理如图所示：阳极的电极反应式为

，

阴极产生的物质A的化学式为。

电解池电极反应式的书写(1)用惰性电极电解，分析溶液中的阴、阳离子：阳离子向阴极移动，分析阳离子在阴极上得电子的顺序；阴离子向阳极移动，分析阴离子在阳极上失电子的顺序。(2)金属被腐蚀溶解的作阳极，被保护不被腐蚀的作阴极。(3)在写电极反应式时，要考虑电解质溶液的酸碱性、离子交换膜、甚至反应的区域等对电极产物的影响。考点二电解原理的应用1.氯碱工业习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。(1)反应原理阳极：2Cl2eCl2↑(反应)。

阴极：2H2O+2eH2↑+2OH(反应)。

总反应的化学方程式：。

总反应的离子方程式：。

注意电解所用的食盐要精制。(2)离子交换膜法的生产过程加入或流出的物质a、b、c、d分别是、、、；X、Y分别是、。氯碱工业产品还可用于制备含氯消毒剂和盐酸。

(3)阳离子交换膜的作用阻止进入阳极室与Cl2发生副反应：2NaOH+Cl2NaCl+NaClO+H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。

2.电镀、电解精炼(1)电镀①概念：利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。②目的：增强金属的抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。(2)电解精炼银、金等金属不放电形成，在阴极只有Cu2+放电，锌、铁、镍较活泼的金属阳离子残留在中，故能够将杂质除去。电解过程中，Cu2+的浓度。

3.电冶金利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。冶炼钠2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑阳极：2Cl2eCl2↑阴极：Na++eNa冶炼镁MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑阳极：2Cl2eCl2↑阴极：Mg2++2eMg冶炼铝2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑阳极：2O24eO2↑阴极：Al3++3eAl一、氯碱工业1.(2023·浙江6月选考，13)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是()A.电极A接电源正极，发生氧化反应B.电极B的电极反应式为：2H2O+2eH2↑+2OHC.应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液D.改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗2.工业上利用电解食盐溶液制取盐酸和氢氧化钠的装置如图所示。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH。下列有关说法错误的是()A.N表示阴离子交换膜B.甲室流出的为氢氧化钠溶液C.电解总反应：NaCl+H2ONaOH+HClD.相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法更环保二、电解精炼、电镀3.金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。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++2eNiB.电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等C.电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+D.电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt4.(2024·济南实验中学模拟)工业上用PbSiF6、H2SiF6混合溶液作电解液，用电解法实现粗铅(主要杂质为Cu、Ag、Fe、Zn，杂质总质量分数约为4%)提纯，装置示意图如图所示，M极附近析出金属单质。下列说法错误的是()A.M极与电源的负极相连B.电子由M极流出，经电源流回N极C.N极发生的电极反应之一为Pb2ePb2+D.工作一段时间后，溶液中c(Pb2+)减小三、电冶金5.电解熔融氯化钠和氯化钙混合物制备金属钠的装置如图所示。阳极A为石墨，阴极为铁环K，两极用隔膜D隔开。氯气从阳极上方的抽气罩H抽出，液态金属钠经铁管F流入收集器G。下列叙述正确的是()A.氯化钙的作用是做助熔剂，降低氯化钠的熔点B.金属钠的密度大于熔融混合盐的密度，电解得到的钠在下层C.隔膜D为阴离子交换膜，防止生成的氯气和钠重新生成氯化钠D.电解时阴极的电极反应为Na++eNa，发生氧化反应，阴极上可能有少量的钙单质生成6.(2024·济宁微山亚马逊中学月考)研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2⁃CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法正确的是()A.将熔融CaF2⁃CaO换成Ca(NO3)2溶液也可以达到相同目的B.阳极的电极反应式为C+2O24eCO2↑C.在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量减少D.阴极的电极反应式为Ca2eCa2+1.(2024·广东，16)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是()A.阳极反应：2Cl2eCl2↑B.阴极区溶液中OH浓度逐渐升高C.理论上每消耗1molFe2O3，阳极室溶液减少213gD.理论上每消耗1molFe2O3，阴极室物质最多增加138g2.(2023·浙江1月选考，11)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是()A.石墨电极为阴极，发生氧化反应B.电极A的电极反应：8H++TiO2+SiO2+8eTiSi+4H2OC.该体系中，石墨优先于Cl参与反应D.电解时，阳离子向石墨电极移动3.(2022·北京，13)利用如图装置进行铁上电镀铜的实验探究。序号电解质溶液实验现象①0.1mol·L1CuSO4+少量H2SO4阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2+②0.1mol·L1CuSO4+过量氨水阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素下列说法不正确的是()A.①中气体减少，推测是由于溶液中c(H+)减少，且Cu覆盖铁电极，阻碍H+与铁接触B.①中检测到Fe2+，推测可能发生反应：Fe+2H+Fe2++H2↑、Fe+Cu2+Fe2++CuC.随阴极析出Cu，推测②中溶液c(Cu2+)减少，Cu2++4NH3[Cu(NH3)4]2+平衡逆移D.②中Cu2+生成[Cu(NH3)4]2+，使得c(Cu2+)比①中溶液的小，Cu缓慢析出，镀层更致密4.(2024·山东，13)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示。下列说法错误的是()A.电极a连接电源负极B.加入Y的目的是补充NaBrC.电解总反应式为Br+3H2OBrO3-+3H2D.催化阶段反应产物物质的量之比n(Z)∶n(Br)=3∶2

答案精析考点一整合必备知识1.电解质溶液(或熔融电解质)氧化还原反应电化学直流电源电解质熔融电解质闭合回路4.(1)增大加水(2)减小通入HCl加CuCl2固体(3)通入HCl减小并生成新电解质加CuO提升关键能力1.BD2.(1)10.4CuO(或0.62CuCO3)(2)水(或H2O)0.02(3)0.015解析(1)阳极生成56mL(标准状况)即0.0025molO2，依据总反应式：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，溶液中生成0.01molH+，c(H+)=0.1mol·L1，pH=1；电解生成0.0025molO2和0.005molCu，故要使溶液复原可加0.005molCuO，质量为0.4g，或加0.005molCuCO3，质量为0.62g。(2)继续通电电解，电解质溶液为H2SO4溶液，故实际被电解的物质为H2O；加入0.005molCu(OH)2可使溶液复原，相当于加入0.005molCuO和0.005molH2O，故转移电子为(0.005×2+0.005×2)mol=0.02mol。(3)Cu2(OH)2CO3相当于2CuO·H2O·CO2，故转移的电子为0.005mol×2+0.0025mol×2=0.015mol。3.(1)2Cl2eCl2↑Mg2++2H2O+2eH2↑+Mg(OH)2↓Mg2++2Cl+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑(2)2Al6e+3H2OAl2O3+6H+2H++2eH2↑2Al+3H2OAl2O3+3H2↑(3)Mn2++2H2O2eMnO2↓+4H+4.4CO32-+2H2O4e4HCO3-+O2↑考点二整合必备知识1.(1)氧化还原2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑2Cl+2H2O2OH+H2↑+Cl2↑(2)精制饱和NaCl溶液H2O(含少量NaOH)淡盐水NaOH溶液Cl2H2(3)OH2.(1)②镀层金属镀件含有镀层金属离子Cu2eCu2+Cu2++2eCu(2)粗铜纯铜硫酸铜溶液Cu2eCu2+、Zn2eZn2+、Ni2eNi2+Cu2++2eCu阳极泥电解质溶液有所下降提升关键能力1.B2.C[由图可知，左边石墨电极为阴极，右边石墨电极为阳极，Na+由乙室向甲室迁移，OH由双极膜向甲室迁移，甲室流出的为氢氧化钠溶液，M为阳离子交换膜，氯离子由乙室向丙室迁移，氢离子由双极膜向丙室迁移，丙室流出的是盐酸，N为阴离子交换膜，A、B项正确；电解总反应为2H2O2H2↑+O2↑，C项错误；相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法无氯气产生，更环保，D项正确。]3.D4.B[M极附近析出金属单质，M极为阴极，与电源的负极相连，A正确；M极为阴极，N极为阳极，电子由阳极流出，经电源流回阴极，B错误；阳极上溶解的金属有Pb、Fe、Zn，阴极上析出的金属只有Pb，两极上得失电子守恒，故工作一段时间后，溶液中c(Pb2+)减小，D正确。]5.AC6.B[由图可知，石墨为阳极，其电极反应式为C+2O24eCO2↑，钛网是阴极，其电极反应式为Ca2++2eCa。将熔融CaF2⁃CaO换成Ca(NO3)2溶液，阴极上H+放电，无法得到金属C