2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)23 電解池及其應(yīng)用考點(diǎn)過關(guān).docx

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2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)23 電解池及其應(yīng)用考點(diǎn)過關(guān) 電解池的工作原理 【基礎(chǔ)梳理】 1. 定義 把　　　　轉(zhuǎn)化為　　　　的裝置。其中與電源　　　相連的電極稱為陽極，與電源　　　相連的電極稱為陰極。 2. 陽極材料 (1)惰性電極:由石墨、Ti、Pt、Au等導(dǎo)體構(gòu)成，只起導(dǎo)電作用。 (2)活潑電極:電極材料參與反應(yīng)。 3. 電極反應(yīng) (1)陽極反應(yīng)(與外電源的　　極相連):發(fā)生　　電子的　　　反應(yīng);陰極反應(yīng)(與外電源的　　極相連):發(fā)生　　電子的　　　反應(yīng)。 (2)電子和離子的流向 ①電子從電源　　極流向電解池的　　極;從電解池的　　極流向電源的　　極。 ②陽離子移向電解池的　　極;陰離子移向電解池的　　極。(電子不會進(jìn)入電解質(zhì)溶液中，電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電是靠離子的流動形成的) 以電解氯化銅為例: 電極反應(yīng) 陽極:2Cl--2e-Cl2↑ 陰極:Cu2++2e-Cu 總反應(yīng)式:CuCl2Cu+Cl2↑ 4. 電極放電順序 (1)陽極產(chǎn)物的判斷 首先看電極材料，如果電極是活性電極(如金屬)，則　　　失電子，電極消耗被溶解，溶液中的陰離子不能失電子。如果電極是惰性電極(如石墨、Pt、Au)，則要看溶液中　　　的失電子能力，放電順序如下: (2)陰極上陽離子的放電順序(陰極放電的總是溶液中的陽離子，與電極材料無關(guān)) 注意:放電是指陰離子失去電子而陽離子得到電子的過程。 5. 用惰性電極電解不同溶液的比較 類 型 電極反應(yīng)特點(diǎn) 實(shí)例 電解對象 電解質(zhì)濃度 pH 電解液復(fù)原 電解 水型 陰:4H++4e-2H2↑ 陽:4OH--4e- 2H2O+O2↑ NaOH 水 增大 增大 水 H2SO4 水 增大 減小 水 Na2SO4 水 增大 不變 水 電解電解質(zhì)型 電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電 HCl 電解質(zhì) 減小 增大 氯化氫 CuCl2 電解質(zhì) 減小 增大 氯化銅 放H2 生堿型 陰極:H2O放H2生堿 陽極:電解質(zhì)陰離子放電 NaCl 電解質(zhì) 和水 生成新 電解質(zhì) 增大 氯化氫 放O2 生酸型 陰極:電解質(zhì)陽離子放電 陽極:H2O放O2生酸 CuSO4 電解質(zhì) 和水 生成新 電解質(zhì) 減小 CuO或 CuCO3 微課1　有關(guān)電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式的書寫 (1)用惰性電極電解AgNO3溶液: 陽極反應(yīng)式:　　　　　　　　　　　　　　;陰極反應(yīng)式:　　　　　　　　　　　　　　; 總反應(yīng)離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)用惰性電極電解MgCl2溶液 陽極反應(yīng)式:　　　　　　　　　　　　　　;陰極反應(yīng)式:　　　　　　　　　　　　　　; 總反應(yīng)離子方程式:　 。 (3)用鐵作電極電解NaCl溶液 陽極反應(yīng)式:　　　　　　　　　　　　　;陰極反應(yīng)式:　　　　　　　　　　　　　　; 總反應(yīng)離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)用銅作電極電解鹽酸 陽極反應(yīng)式:　　　　　　　　　　　　　;陰極反應(yīng)式:　　　　　　　　　　　　　; 總反應(yīng)離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 [答案]　(1)2H2O-4e-O2↑+4H+　4Ag++4e-4Ag　4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+ (2)2Cl--2e-Cl2↑　2H2O+2e-2OH-+H2↑　Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑ (3)Fe-2e-Fe2+　2H2O+2e-2OH-+H2↑　Fe+2H2OFe(OH)2↓+H2↑ (4)Cu-2e-Cu2+　2H++2e-H2↑　Cu+2H+Cu2++H2↑ 【典型例題】 一、 電解池工作原理 (xx北京卷)用石墨電極電解CuCl2溶液(如右圖)。下列分析正確的是 (　　) A. a端是直流電源的負(fù)極 B. 通電使CuCl2發(fā)生電離 C. 陽極上發(fā)生的反應(yīng): Cu2++2e-Cu D. 通電一段時(shí)間后，在陰極附近觀察到黃綠色氣體 [答案]　A　 [解析]　用石墨電極電解CuCl2溶液時(shí)，Cu2+移向電解池的陰極，故a端是直流電源的負(fù)極，A項(xiàng)正確;CuCl2晶體溶于水時(shí)發(fā)生電離，與是否通電無關(guān)，B項(xiàng)錯(cuò)誤;陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為2Cl--2e-Cl2↑，故通電一段時(shí)間后在陽極附近觀察到黃綠色氣體，C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。 題組訓(xùn)練: 1. 下圖是鉛蓄電池充、放電時(shí)的工作示意圖，電解質(zhì)是H2SO4溶液。電池反應(yīng)為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。下列有關(guān)說法正確的是 (　　) A. K與N相接時(shí)，能量由電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 B. K與N相接時(shí)，H+向負(fù)極區(qū)遷移 C. K與M連接時(shí)，所用電源的a極為負(fù)極 D. K與M相接時(shí)，陽極附近的pH逐漸增大 [答案]　C [解析]　K與N相接時(shí)，是原電池，Pb作負(fù)極，PbO2作正極，能量變化為化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故A錯(cuò)誤;K與N相接時(shí)，是原電池，Pb作負(fù)極，PbO2作正極，氫離子移向正極，故B錯(cuò)誤;K與M連接時(shí)，裝置是電解池，電解池中的Pb為陰極連接電源的負(fù)極，故C正確;K與M連接時(shí)，裝置是電解池，陽極是PbO2，電極反應(yīng)過程中生成氫離子，pH減小，故D錯(cuò)誤。 2. 用如右圖裝置實(shí)驗(yàn)，下列敘述不正確的是 (　　) A. K與N連接時(shí)，組成原電池裝置 B. K與N連接時(shí)，石墨電極產(chǎn)生氣泡 C. K與M連接時(shí)，一段時(shí)間后溶液的pH減小 D. K與M連接時(shí)，石墨電極的反應(yīng)為 2Cl--2e-Cl2↑ [答案]　C [解析]　K與N連接時(shí)，構(gòu)成原電池，鐵為負(fù)極，石墨電極為正極:2H++2e-H2↑，A、B項(xiàng)正確;K與M連接時(shí)，組成電解池，石墨為陽極:2Cl--2e-Cl2↑，D正確;鐵為陰極，2H++2e-H2↑，消耗了H+，一段時(shí)間后，溶液的pH增大，C錯(cuò)誤。 3. 下圖裝置中盛KOH溶液的部分是一個(gè)氫氧燃料電池，對此裝置的分析合理的是 (　　) A. 該裝置中Cu極為正極 B. 一段時(shí)間后鋅片質(zhì)量減少 C. b極的電極反應(yīng)式:H2-2e-+2OH-2H2O D. Cu極的電極反應(yīng)式:Cu2++2e-Cu [答案]　C [解析]　本題由圖可知左半圖為原電池，右半圖為電解池。a極進(jìn)氧氣得電子，為正極;b極進(jìn)氫氣失電子，為負(fù)極;所以鋅極為陰極，銅極為陽極。 4. 電浮選凝聚法處理污水的原理如右圖所示。電解過程生成的膠體能使污水中的懸浮物凝聚成團(tuán)而除去，電解時(shí)陽極也會產(chǎn)生少量氣體。下列說法正確的是 (　　) A. 可以用鋁片或銅片代替鐵片 B. 陽極產(chǎn)生的氣體可能是O2 C. 電解過程中H+向陽極移動 D. 若污水導(dǎo)電能力較弱，可加入足量硫酸 [答案]　B [解析]　該裝置中陽極上鐵失電子生成Fe2+，進(jìn)一步生成的Fe3+在溶液中形成氫氧化鐵膠體，從而起到凝聚作用，因銅離子不能形成膠體，A錯(cuò);陽極上OH-可以失電子生成O2，B正確;電解過程中溶液中的陽離子向陰極移動，C錯(cuò);在污水中加入硫酸，氫氧化鐵膠體將無法形成，D錯(cuò)。 二、 原電池與電解池的組合 某同學(xué)組裝了如下圖所示的電化學(xué)裝置，電極Ⅰ為Al，其他均為Cu，則 (　　) A. 電流方向:電極Ⅳ→G→電極Ⅰ B. 電極Ⅰ發(fā)生還原反應(yīng) C. 電極Ⅱ逐漸溶解 D. 電極Ⅲ的電極反應(yīng):Cu2++2e-Cu [答案]　A [解析]　由題意可知，該裝置中電極Ⅰ、Ⅱ是原電池的兩極，Ⅰ是負(fù)極，Ⅱ是正極，Ⅲ、Ⅳ是電解池的兩極，其中Ⅲ是陽極，Ⅳ是陰極，所以電流方向:電極Ⅳ→ →電極Ⅰ，正確;電極Ⅰ是原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，錯(cuò)誤;電極Ⅱ是原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，有Cu析出，錯(cuò)誤;電極Ⅲ是陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)是Cu-2e-Cu2+，錯(cuò)誤。 按下圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，下列描述正確的是(N裝置中兩個(gè)電極均為石墨棒)(　　) A. C1上發(fā)生還原反應(yīng) B. M裝置中S移向Cu電極 C. 工作一段時(shí)間后裝置M和裝置N中溶液pH都變大 D. Cu電極與C2電極上的電極反應(yīng)相同 [答案]　D [解析]　首先是電池的判斷:M裝置是原電池，N裝置是電解池。Zn電極為負(fù)極，Cu電極是正極;C1是陽極，C2是陰極。原電池中陰離子向負(fù)極移動，所以M裝置中S移向Zn電極。電解池中，陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)。工作一段時(shí)間后裝置M中因在銅極放出氫氣而使溶液的酸性減小(即pH變大)，而裝置N實(shí)際是電解水，隨著水的不斷消耗，硫酸的濃度會增大(即溶液的pH變小)。Cu電極是發(fā)生還原反應(yīng)，放出氫氣，C2電極上也是發(fā)生還原反應(yīng)，放出氫氣，D正確。 三、 電解后原電解質(zhì)溶液濃度的恢復(fù) 用石墨作電極電解CuSO4溶液。通電一段時(shí)間后，欲使用電解液恢復(fù)到起始狀態(tài)，應(yīng)向溶液中加入適量的 (　　) A. CuSO4　　　B. H2O C. CuO D. CuSO45H2O [答案]　C [解析]　用石墨作電極電解CuSO4溶液的電解方程式是2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑，根據(jù)缺什么補(bǔ)什么，選項(xiàng)C正確。 電解的應(yīng)用 【基礎(chǔ)梳理】 1. 電冶、粗銅精煉 (1)電解熔融氯化鈉 陽極:　　　　　　　　　　　　　　　　 陰極:　　　　　　　　　　　　　　　　 總反應(yīng)式:　　　　　　　　　　　　　　 (2)粗銅的精煉 陽極(粗銅):Cu-2e-Cu2+ 陰極(精銅):Cu2++2e-Cu 在電解精煉銅時(shí)，用　　　作陽極，用　　　作陰極，電解液用　　　　　。整個(gè)電解過程中銅鹽的濃度基本保持　　　　，但需要定時(shí)除去其中的雜質(zhì)，即陽極泥(從陽極沉積下來的活潑性比銅差的金、銀等)。 2. 電鍍 (1)電鍍是應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他　　　　　的過程。電鍍是電解的一個(gè)重要應(yīng)用。電鍍時(shí)，一般都是用鍍層金屬的可溶性鹽配成電鍍液，把鍍件作為　　　，與電源的　　極相連;鍍層金屬作　　　。 (2)特征:陽極本身溶解;電解液的總量、濃度、pH均不變。 (3)形成條件 ①電解時(shí)，鍍層金屬作陽極。 ②鍍件作陰極。 ③含鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液作電鍍液。 ④外加直流電源。 微課2　電解飽和食鹽水(氯堿工業(yè)) 1. 反應(yīng)原理: 電極反應(yīng)式:陽極:2Cl--2e-Cl2↑;陰極:2H2O+2e-2OH-+H2↑。 總反應(yīng):2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ 注意:電解所用的食鹽要精制。 2. 氯堿工業(yè)——離子交換膜法 電解生產(chǎn)的主要過程:NaCl從陽極區(qū)加入，H2O從陰極區(qū)加入。陰極H+放電，破壞了水的電離平衡，使OH-濃度增大，OH-和Na+形成NaOH溶液。 陽離子交換膜的作用:它只允許陽離子和水分子通過而阻止陰離子和氣體通過。這樣既防止了兩極產(chǎn)生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和陰極產(chǎn)生的NaOH反應(yīng)生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。 【典型例題】 一、 電冶、粗銅精煉、電鍍 我國某大型電解銅生產(chǎn)企業(yè)，其冶煉工藝中銅、硫回收率達(dá)到97%、87%。下圖表示其冶煉加工的流程: 冶煉中的主要反應(yīng):Cu2S+O22Cu+SO2。 (1)煙氣中的主要廢氣是　　　　，從提高資源利用率和減排考慮，其綜合利用方式是制　　　　。 (2)電解法煉銅時(shí)，陽極是　　　　(填“純銅板”或“粗銅板”);粗銅中含有的金、銀以單質(zhì)的形式在電解槽　　　　(填“陽極”或“陰極”)的槽底，陰極的電極反應(yīng)式是　　　　　　　　。 (3)在精煉銅的過程中，電解質(zhì)溶液中c(Fe2+)、c(Zn2+)會逐漸增大而影響進(jìn)一步電解。 幾種物質(zhì)的溶度積常數(shù)(Ksp): 物質(zhì) Fe(OH)2 Fe(OH)3 Zn(OH)2 Cu(OH)2 Ksp 8.010-16 4.010-38 3.010-17 2.210-20 調(diào)節(jié)電解液的pH是除去雜質(zhì)離子的常用方法。根據(jù)上表中溶度積數(shù)據(jù)判斷，含有等物質(zhì)的量濃度的Fe2+、Zn2+、Fe3+、Cu2+的溶液，隨pH升高最先沉淀下來的離子是　　　　。 一種方案是先加入過量的H2O2，再調(diào)節(jié)pH到4左右。加入H2O2后發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為　　　　　　　　　　　。 [答案]　(1)SO2　硫酸 (2)粗銅板　陽極　Cu2++2e-Cu (3)Fe3+　2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O [解析]　由冶煉中的主要反應(yīng):Cu2S+O22Cu+SO2，得知煙氣中的主要廢氣是SO2。其綜合利用方式是制硫酸;粗銅板是陽極，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。陰極的電極反應(yīng)式是Cu2++2e-Cu。 題組訓(xùn)練: 5. 右圖是某同學(xué)用Cu在Fe片上鍍銅的實(shí)驗(yàn)裝置，下列說法正確的是 (　　) A. Cu2+在A極被還原 B. 溶液藍(lán)色逐漸變淺 C. 銅片連接A極，鐵制品連接B極 D. A極和B極直接相連，銅片被氧化 [答案]　C [解析]　Fe片上鍍銅，銅作陽極，即A電極，鐵作陰極，即B電極，C項(xiàng)正確;Cu2+在B極被還原，A項(xiàng)錯(cuò)誤;電解時(shí)銅離子的濃度不變，B項(xiàng)錯(cuò)誤;A極和B極直接相連，構(gòu)成原電池裝置，銅片作正極，銅片本身不參與反應(yīng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 6. 下列敘述不正確的是 (　　) A. 電解法精煉銅時(shí)粗銅連接電源的正極 B. 船底鑲嵌鋅塊，鋅作負(fù)極，以防船體被腐蝕 C. 電解硫酸銅溶液，溶液的pH增大 D. 工業(yè)上電解飽和食鹽水的陽極反應(yīng): 2Cl--2e-Cl2↑ [答案]　C [解析]　電解硫酸銅溶液，陽極OH-放電，產(chǎn)生O2，所以溶液的pH下降。 7. 下列說法正確的是 (　　) A. 原電池工作，陰離子移向正極 B. 鐵片表面鍍鋅，鐵片接電源負(fù)極 C. 用Cu作電極電解H2O，陽極反應(yīng)為 4OH--4e-2H2O+O2↑ D. 鉛蓄電池充電時(shí)陽極反應(yīng): PbSO4(s)+2e-Pb(s)+S(aq) [答案]　B [解析]　原電池工作時(shí)，負(fù)極帶正電，陰離子移向負(fù)極;B項(xiàng)正確。C項(xiàng)用Cu作電極電解H2O，陽極反應(yīng)應(yīng)該為Cu失去電子變成Cu2+;D項(xiàng)，陽極:PbSO4(s)-2e-+2H2O(l)PbO2(s)+S(aq)+4H+。 8. 利用電解法可將含有Fe、Zn、Ag、Pt等雜質(zhì)的粗銅提純，下列敘述正確的是(　　) A. 電解時(shí)以精銅作陽極 B. 電解時(shí)陰極發(fā)生氧化反應(yīng) C. 粗銅連接電源負(fù)極，其電極反應(yīng)是CuCu2++2e- D. 電解后，電解槽底部會形成含少量Ag、Pt等金屬的陽極泥 [答案]　D [解析]　電解精煉銅時(shí)，粗銅作陽極，精銅作陰極，故A、C錯(cuò);電解池中陰極發(fā)生還原反應(yīng)，故B錯(cuò);比銅活潑性差的金屬形成陽極泥，故D正確。 二、 電解飽和食鹽水——氯堿工業(yè) (1)工業(yè)上用電解飽和食鹽水的方法制取燒堿和氫氣、氯氣。下圖是電解飽和食鹽水裝置的一部分，請將裝置補(bǔ)充完整，并標(biāo)出陰、陽極和通電時(shí)溶液中離子移動的方向。 陰極反應(yīng)式為　　　　　　　　;反應(yīng)類型為　　　　　　　　(填“氧化反應(yīng)”或“還原反應(yīng)”)，總反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)氯堿工業(yè)中電解飽和食鹽水的原理示意圖如下圖所示: ①溶液A的溶質(zhì)是　　 　　。 ②電解時(shí)用鹽酸控制陽極區(qū)溶液的pH在2~3，用化學(xué)平衡移動原理解釋鹽酸的作用:　　　　　　　　　　　　　　　　。 [答案]　(1) 2H++2e―H2↑　還原反應(yīng) 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ (2)①NaOH?、诼葰馀c水反應(yīng):Cl2+H2OHCl+HClO，增大HCl的濃度可使平衡逆向移動，減少氯氣在水中的溶解，有利于氯氣的逸出 [解析]　(2)①陰極產(chǎn)生氫氣的同時(shí)生成氫氧化鈉。②氯氣與水反應(yīng)是可逆反應(yīng)，增大HCl的濃度可使平衡逆向移動，減少氯氣在水中的溶解，有利于氯氣逸出。 用圖1電池作電源，用圖2裝置電解飽和食鹽水(C1、C2均為石墨電極)。 　　 圖1 圖2 (1)該反應(yīng)的離子方程式為　 。 (2)電解開始后，在電極　　　　(填“C1”或“C2”)的周圍先出現(xiàn)紅色。 (3)電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制氫氣的裝置示意圖如下: 電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰、陽兩極均為惰性電極。 ①A極為　　　　，電極反應(yīng)式為　 　　　　　　　　　　。 ②B極的電極反應(yīng)式為　 。 [答案]　(1)①2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑ ②C2 (2)①陽極　CO(NH2)2+8OH--6e-N2↑+C+6H2O?、?H2O+6e-3H2↑+6OH- [解析]　(2)H2產(chǎn)生是因?yàn)镠2O電離的H+在陰極上得電子，即6H2O+6e-3H2↑+6OH-，所以B極為陰極，A極為陽極，A極電極反應(yīng)式為CO(NH2)2-6e-+8OH-N2↑+C+6H2O，陽極反應(yīng)式容易錯(cuò)寫成4OH--4e-2H2O+O2↑。 　 可充電電池(以鉛蓄電池為例) (1)放電時(shí)是原電池的原理: 負(fù)極:Pb(s)-2e-+S(aq)PbSO4(s) 正極:PbO2(s)+2e-+S(aq)+4H+(aq)PbSO4(s)+2H2O(l) 總反應(yīng):PbO2(s)+2H2SO4(aq)+Pb(s)2PbSO4(s)+2H2O(l) (2)充電時(shí)是電解池原理: 陰極:PbSO4(s)+2e-Pb(s)+S(aq) 陽極:PbSO4(s)-2e-+2H2O(l)PbO2(s)+S(aq)+4H+ 總反應(yīng):2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 由上可看出放電時(shí)原電池的負(fù)極在充電時(shí)與外電源的負(fù)極相連，即變?yōu)殡娊獬氐年帢O;放電時(shí)原電池的正極在充電時(shí)與外電源的正極相連，即變?yōu)殡娊獬氐年枠O(電子流出)。