2019届一轮复习人教版电解及其应用学案 13页

电解及其应用 ‎【知识梳理】‎ 一、电解：‎ ‎1.电解定义：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。‎ ‎2.能量转化形式：电能转化为化学能。‎ ‎3.电解池 ‎（1）定义：借助氧化还原反应，把电能转化为化学能的装置。‎ ‎（2）构成条件：a、直流电源 ； b、与电源相连的两极；‎ c、电解质溶液或熔融的电解质； d、闭合回路。 ‎ ‎（3）电极名称及电极反应 ‎ 阳极：与电源正极相连，发生氧化反应 阴极：与电源负极相连，发生还原反应 ‎（4）工作原理：电极反应方程式（以电解CuCl2溶液为例）‎ ‎（5） 电解质溶液放电顺序：‎ 阳极放电顺序： 活泼金属电极 > S 2- > SO32- > I - > Br - > Cl - > OH – >(含氧酸根离子）> F-‎ 阴极放电顺序： Ag+ > Hg2+ > Fe3+ > Cu2+ > H+(酸) > Pb2+ > Sn2 + > Fe2+ > Zn2+ > H+( 水) ‎ ‎（6）电子和离子的移动方向 归纳总结 电解规律(用惰性电极电解)‎ 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极方程式 被电解的物质 总化学方程式或离子方程式 电解质浓度 溶液pH 电解质溶液复原 含氧酸(如H2SO4)‎ 阳极：‎ 阴极：‎ 强碱(如NaOH)‎ 阳极：‎ 阴极：‎ 活泼金属的含氧酸盐 阳极：‎ 阴极：‎ 无氧酸(HF除外)‎ 阳极：‎ 阴极：‎ 不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)除氟化物外 阳极：‎ 阴极：‎ 活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)‎ 阳极：‎ 阴极：‎ 不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)‎ 阳极：‎ 阴极：‎ 二、电解的应用 ‎1．电解精炼铜：‎ ‎①装置 粗铜板作阳极，与直流电源正极相连；‎ 纯铜作阴极，与直流电源负极相连；‎ 用CuSO4 作电解液。‎ ‎②原理： 阴极：Cu2++2e-=Cu 阳极：Zn-2e-=Zn2+ Ni-2e-=Ni2+ Cu-2e-=Cu2+ ‎ 阳极泥：含Ag、Au等不活泼金属；‎ 电解液：溶液中CuSO4浓度基本不变 ‎③电解铜的特点：纯度高、导电性好。‎ ‎2．电镀：‎ ‎①概念：利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或合金的过程。‎ 将待镀金属与电源负极相连作阴极；‎ ‎②方法： 镀层金属与电源正极相连作阳极；‎ ‎ 用含镀层金属离子的电解质溶液配成电镀液。‎ ‎③装置：(如右图) ‎ ‎④原理：阳极 Cu-2e-=Cu2+ ；阴极 Cu2++2e-=Cu ‎3．氯碱工业：‎ ‎①装置：‎ ‎②组成：阳极、阴极、离子交换膜、‎ 电解槽、导电铜棒等.‎ 阳极：金属钛网（涂有钌氧化物）；‎ 阴极：碳钢网（涂有Ni涂层）‎ 阳离子交换膜：只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体分子通过；‎ ‎③粗盐水精制：‎ a.加入稍过量的NaOH溶液。‎ b.加入稍过量BaCl2溶液（其中a、b顺序可以交换。） c.加入稍过量的Na2CO3溶液。‎ d.过滤（除去Mg(OH)2、Fe(OH)3、BaSO4、CaCO3、BaCO3及 泥沙等）；‎ e.在滤液中加适量盐酸（除去过量的CO32-，调节溶液的pH）； f.通过阳离子交换树脂（除去残留的微量Ca2+、Mg2+等离子）‎ ‎①阴极上有气泡产生；‎ ‎④现象： ②阳极有刺激性气体产生，能使湿润的淀粉KI试纸变蓝；‎ ‎③滴加酚酞，阴极区附近溶液变红，有碱生成。‎ ‎⑤：阴极： 2H++2e-=H2↑(还原反应)电解 阳极： 2Cl--2e-=Cl2↑(氧化反应)‎ 总反应：2NaCl +2H2 O ===== 2NaOH +Cl2↑+H2↑‎ ‎4. 电冶金：利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。‎ ‎(1)冶炼钠： 。‎ 电极反应：阳极： ；阴极： 。‎ ‎(2)冶炼铝： 。‎ 电极反应：阳极： ；阴极： 。‎ 三．原电池、电解池、电镀池比较 原电池 电解池 电镀池 特点 化学能转变成电能 电能转变成化学能 一种特殊的电解池 装 置 形 成 条 件 ‎①活性不同的两极 ‎②电解质溶液 ‎③形成闭合回路 ‎④自发的氧化还原反应 ‎①电极 ‎②电解质溶液 ‎③形成闭合回路 ‎④直流电源 ‎①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极 ‎②电镀液必须含有镀层金属的离子 电 极 名 称 负极：较活泼金属；‎ 正极：较不活泼金属(或导电的非金属等)‎ 阳极：与正极相连 阴极：与负极相连 阳极：镀层金属；‎ 阴极：镀件 电 极 反 应 负极（氧化反应）：‎ 金属原子失电子；‎ 正极（还原反应）：‎ 溶液中的阳离子得电子 阳极（氧化反应）：通常是溶液中的阴离子失电子，或金属电极本身失电子；‎ 阴极（还原反应）：通常是溶液中的阳离子得电子 阳极（氧化反应）：金属电极失电子；‎ 阴极（还原反应）：电镀液中阳离子得电子 电 子 流 向 负极正极 电源负极阴极 电源正极阳极 电源负极阴极 电源正极阳极 ‎【归纳总结】‎ 电化学定量计算的三种方法 ‎1.计算类型 原电池和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、产物的量与电量关系的计算等。‎ ‎2.方法技巧 ‎(1)根据电子守恒计算 用于串联电路中阴阳两极产物、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出比例式计算。‎ ‎(3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。‎ 如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：‎ ‎4e－～2Cl2(Br2、I2)～O2～2H2～2Cu～4Ag～M ‎　　　 阳极产物　　　　　 阴极产物 ‎(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)‎ ‎【典型例题】‎ ‎1．利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。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，Z溶液中的Cu2＋浓度不变 C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜 D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁 ‎2．使用氯化钠作原料可以得到多种产品。‎ ‎（1）实验室用惰性电极电解100 mL 0.1 mol·L－1 NaCl溶液，若阴阳两极均得到112 mL气体(标准状况)，则所得溶液的物质的量浓度是__________(忽略反应前后溶液体积的变化)。‎ ‎（2）某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置。对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是________(填字母序号)。‎ A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl ‎（3）实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。某同学利用上图装置，只更换一个电极，通过电解法制取较纯净的Fe(OH)2沉淀，且较长时间不变色。该同学换上的电解材料是__________(用元素符号表示)，总的反应式是______________________________。‎ ‎3．‎ 某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，槽中盛放含铬废水，原理示意图如下，下列说法不正确的是 (　　) ‎ A．A为电源正极 B．阳极区溶液中发生的氧化还原反应为：‎ Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O C．阴极区附近溶液pH降低 D．若不考虑气体的溶解，当收集到H2 13.44 L(标准状况)时，有0.1 mol Cr2O被还原 ‎4．电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如下：‎ 电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳两极均为惰性电极。‎ ‎(1)A极为________，电极反应式为_____________________________________。‎ ‎(2)B极为________，电极反应式为_____________________________________。‎ ‎5．用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如图所示。(电极材料为石墨)‎ ‎(1)图中a极要连接电源的(填“正”或“负”)________极，C口流出的物质是________。‎ ‎(2)SO放电的电极反应式为____________。‎ ‎(3)电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因________。‎ ‎【随堂练习】‎ ‎1．下列关于电解原理的叙述正确的是 (　 　)‎ A．为防止轮船腐蚀，将轮船的外壳与外电源的负极相连 B．在锌片上镀铜，用氯化锌溶液作电镀液 C．电解氯化钠溶液制备氢气和氯气时，用铁作阳极 D．用电解法精炼铜时，在阴极上可析出铁 ‎2．下列电解质溶液用惰性电极进行电解时，一段时间后，溶液的pH增大的是 (　 　)‎ A．稀碳酸钠溶液 B．硫酸钠溶液 C．稀硫酸 D．硫酸铜溶液 ‎3．用惰性电极电解下列溶液一小段时间后，加入一定量的另一种物质(括号内)，溶液能与原来溶液完全一样的是 (　 　)‎ A．CuSO4[Cu(OH)2] B．NaOH(NaOH)‎ C．NaCl(NaCl) D．CuCl2(CuCl2)‎ ‎4．如图为将CO2电催化还原为碳氢化合物的工作示意图，用一种钾盐的水溶液作电解质。下列说法中不正确的是 (　 　)‎ A．工作时，铜片作阴极 B．工作时，K＋向铜片电极移动 C．工作时，铂片上的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋‎ D．若CxHy为C2H4，则生成1 mol C2H4的同时可生成2 mol O2‎ ‎5．把物质的量均为0.1 mol的CuCl2和H2SO4溶于水制成100 mL的混合溶液，用石墨作电极电解，并收集两电极所产生的气体，一段时间后在两极收集到的气体在相同条件下体积相同。则下列描述正确的是 (　 　)‎ A．电路中共转移0.6NA个电子 ‎ B．阳极得到的气体中O2的物质的量为0.2 mol C．阴极质量增加3.2 g ‎ D．电解后剩余溶液中硫酸的浓度为1 mol·L－1‎ ‎6．某兴趣小组以废弃的易拉罐、漂白粉、氢氧化钠等为原料制造了一种新型环保电池，并进行相关实验，如图所示。电池的总反应方程式为：‎ ‎2Al＋3ClO－＋2OH－===3Cl－＋2AlO＋H2O。下列说法正确的是 (　 　)‎ A．电池的负极反应式为ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－‎ B．当有0.1 mol Al完全溶解时，流经电解液的电子数为1.806×1023个 C．往滤纸上滴加酚酞试液，b极附近颜色变红 D．b极附近会生成蓝色固体 ‎7．下列图示中关于铜电极的连接错误的是 (　 　)‎ ‎8．用石墨作电极电解2 mol·L-1NaCl和1 mol·L-1MgSO4混合溶液时，下列曲线合理的是 ( )‎ pH ‎9．两个惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解过程中阴极没有H2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)，电极上析出银的质量最大为 (　 　)‎ A.27 mg B.54 mg C.106 mg D.216 mg ‎10．(2012福建)将右图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是 （ ）‎ A．Cu电极上发生还原反应 B．电子沿ZnabCu路径流动 C．片刻后甲池中c（SO42−）增大 D．片刻后可观察到滤纸b点变红色 ‎11．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是 (　 　)‎ A．原混合溶液中c(K＋)为0.2 mol·L－1 ‎ B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子 C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol ‎ D．电解后溶液中c(H＋)为0.2 mol·L－1‎ ‎12．将等物质的量浓度的CuSO4和NaCl等体积混合后，用石墨电极进行电解，电解过程中，溶液pH 随时间t变化的曲线如图所示，则下列说法错误的是 (　 　)‎ A．阳极先析出Cl2，后析出O2，阴极先产生Cu，后析出H2‎ B．AB段阳极只产生Cl2，阴极只产生Cu C．BC段表示在阴极上是H＋放电产生了H2‎ D．CD段相当于电解水 ‎13．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 + M = NiOOH + MH。已知：6NiOOH + NH3 + H2O + OH－ =6 Ni(OH)2 + NO2－‎ 下列说法正确的是（ ） ‎ A．NiMH 电池放电过程中，正极的电极反应式为：NiOOH + H2O + e－= Ni(OH)2 + OH－‎ B．充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移 C．充电过程中阴极的电极反应式：H2O + M + e－= MH + OH－，H2O中的H被M还原 D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液 ‎14．已知：锂离子电池的总反应为LixC＋Li1－xCoO2 C＋LiCoO2，锂硫电池的总反应2Li＋S Li2S,有关上述两种电池说法正确的是(　 　) ‎ A．锂离子电池放电时， Li＋向负极迁移 B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应 C．理论上两种电池的比能量相同 D．下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电 Fe ‎ C ‎ K1 ‎ K2 ‎ 饱和NaCl溶液 ‎ G ‎15．如图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U型管中，下列分析正确的是（ ）‎ A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋+2e—→H2↑‎ B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高 C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法 D．K2闭合，电路中通过0.002 NA个电子时，两极共产生 ‎0.001 mol气体 ‎16、某同学组装了图4所示的电化学装置，电极ⅠAl，其它均为Cu，则（ ）‎ A．电流方向：电极Ⅳ→A→电极Ⅰ B．电极Ⅰ发生还原反应 C．电极Ⅱ逐渐溶解 D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2+ + 2e- = Cu ‎ ‎17、化学在环境保护中趁着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。‎ ‎(1) 催化反硝化法中，H2能将NO3—还原为N2，25℃时，反应进行10min，溶液的pH由7变为12。‎ ‎①N2的结构式为 。‎ ‎②上述反应离子方程式为 ，其平均反应速率v(NO3—)为 mol ∙L—1 ∙min—1‎ ‎③还原过程中可生成中间产物NO2—，写出3种促进NO2—水解的方法 ‎ 。‎ ‎(2)电化学降解NO3—的原理如下图所示。‎ ‎①电源正极为 (填“A”或“B”)，阴极反应式为 。‎ ‎②若电解过程中转移了2m ol电子，则膜两侧电解液的质量变化差(△m左－△m右)为 g。‎ ‎18、直接排放含SO2的烟气会形成胶雨，危害环境。利用钠碱循环法可脱除烟气中的SO2，当吸收液的pH降至约为6时，满送至电解槽再生。再生示意图如下:‎ ‎①HSO3−在阳极放电的电极反应式是 。‎ ‎②当阴极室中溶液PH升至8以上时，吸收液再生并循环利用。简述再生原理:‎ ‎ 。‎ ‎ ‎ ‎19、 人工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如图：‎ ‎①电源的负极为 （填“A”或“B”）．‎ ‎②阳极室中发生的反应依次为 。‎ ‎③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将 ；若两极共收集到气体13.44L（标准状况），则除去的尿素为 g（忽略气体的溶解）．‎ 参考答案 ‎【归纳整理】‎ 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极方程式 被电解的物质 总化学方程式或离子方程式 电解质浓度 溶液pH 电解质溶液复原 含氧酸(如H2SO4)‎ 阳极：‎ ‎4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑‎ 水 ‎2H2OO2↑＋2H2↑‎ 增大 减小 加H2O 强碱(如NaOH)‎ 阳极：‎ ‎4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑‎ 水 ‎2H2OO2↑＋2H2↑‎ 增大 增大 加H2O 活泼金属的含氧酸盐 阳极：‎ ‎4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑‎ 水 ‎2H2OO2↑＋2H2↑‎ 增大 不变 加H2O 无氧酸(HF除外)‎ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ 酸 ‎2HClCl2↑＋H2↑‎ 减小 增大 通入HCl气体 不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)除氟化物外 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 盐 CuCl2Cu＋Cl2↑‎ 减小 加CuCl2‎ 活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)‎ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ 水和盐 ‎2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－‎ 生成新电解质 增大 通入HCl气体 不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)‎ 阳极：‎ ‎4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu 水和盐 ‎2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋‎ 生成新电解质 减小 加CuO或CuCO3‎ ‎4、电冶金：利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。‎ ‎(1)冶炼钠：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑‎ 电极反应：阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极：2Na＋＋2e－===2Na。‎ ‎(2)冶炼铝：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑‎ 电极反应：阳极：6O2－－12e－===3O2↑；阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。‎ ‎【典型例题】‎ ‎1、D ‎2、(1)0.1 mol·L－1　 (2)B (3)Fe　Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑‎ ‎3、C ‎4、(1)阳极　CO(NH2)2＋8OH－－6e－===N2↑＋CO＋6H2O　‎ ‎(2)阴极　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－或2H++2e— =H2↑‎ ‎5、(1)负　硫酸 (2)SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋(3)H2O H＋＋OH－，在阴极 H＋放电生成H2，c(H＋)减小，水的电离平衡正向移动，碱性。‎ ‎【随堂练习】‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎10‎ ‎11‎ ‎12‎ ‎13‎ ‎14‎ ‎15‎ ‎16‎ A A D D A C C D B A A C A B B A ‎17、（1）①N≡N ‎ ‎②2NO3-+5H2N2+2OH-+4H2O 0.001 ‎ ‎③加酸，升高温度，加水 ‎ （2）①A， 2NO3-+6H2O+10e-＝N2+12OH- ②14.4‎ ‎18、　HSO3－＋H2O－2e－=3H＋＋SO42　。H+在阴极得电子生成H2，溶液中的c (H+)降低，促使HSO3－电离生成SO32－，且Na＋进入阴极室，吸收液得以再生。‎ ‎19、B； 2Cl－－2e－ == Cl2↑ ； CO(NH2)2 ＋3Cl2＋H2O == N2＋CO2＋6HCl ‎ 不变，7.2‎