2020届一轮复习通用版6-5化学能与电能(3)电解原理及应用(过基础)学案

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2020届一轮复习通用版6-5化学能与电能(3)电解原理及应用(过基础)学案

第5课时 化学能与电能(3)——电解原理及应用(过基础)‎ 知识点一 电解原理 ‎1.电解池 ‎(1)电解池:把电能转化为化学能的装置。‎ ‎(2)构成条件 ‎①有与直流电源相连的两个电极;‎ ‎②电解质溶液(或熔融盐);‎ ‎③形成闭合回路。‎ ‎(3)工作原理(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)‎ 总反应离子方程式:Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑‎ ‎①电极 阴极:与电源负极相连,得到电子,发生还原反应。‎ 阳极:与电源正极相连,失去电子,发生氧化反应。‎ ‎②电子和离子的移动方向(惰性电极)‎ ‎[提醒] ①金属活动性顺序中银以前的金属(含银)作电极时,由于金属本身可以参与阳极反应,称为金属电极或活性电极(如Zn、Fe、Cu、Ag等);金属活动性顺序中银以后的金属或非金属作电极时,称为惰性电极,主要有铂(Pt)、石墨等。‎ ‎②电解时,在外电路中有电子通过,而在溶液中是靠离子移动导电,即电子不通过电解质溶液。‎ ‎2.电极反应式的书写步骤 ‎ ‎[提醒] ①书写电解池的电极反应式时,可以用实际放电的离子表示,但书写电解池的总反应时,弱电解质要写成分子式。‎ 如用惰性电极电解食盐水时,阴极反应式为2H++2e-===H2↑(或2H2O+2e-===H2↑+2OH-);总反应离子方程式为2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑。‎ ‎②电解水溶液时,应注意放电顺序,位于H+、OH-之后的离子一般不参与放电。‎ ‎③Fe3+在阴极上放电时生成Fe2+而不是得到单质Fe。‎ ‎3.惰性电极电解电解质溶液的四种类型 类型 电解质(水溶液)‎ 电极反应式 总化学方程式或离子方程式 电解质溶液浓度 溶液pH 电解质溶液复原 电解水型 含氧酸(如H2SO4)‎ 阳极:2H2O-4e-===O2↑+4H+‎ 阴极:4H++4e-===2H2↑‎ ‎2H2OO2↑+2H2↑‎ 增大 减小 加H2O 强碱(如NaOH)‎ 阳极:4OH--4e-===O2↑+2H2O 阴极:4H2O+4e-===2H2↑+4OH-‎ ‎2H2OO2↑+2H2↑‎ 增大 增大 加H2O 活泼金属的含氧酸盐(如K N O3、Na2SO4)‎ 阳极:4OH--4e-===O2↑+2H2O阴极:4H++4e-===2H2↑‎ ‎2H2OO2↑+2H2↑‎ 增大 不变 加H2O 电解电解质型 无氧酸(如HCl,除HF外)‎ 阳极:2Cl--2e-===Cl2↑‎ 阴极:2H++2e-===H2↑‎ ‎2HClCl2↑+H2↑‎ 减小 增大 通入HCl气体 不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2,氟化物除外)‎ 阳极:2Cl--2e-===Cl2↑‎ 阴极:Cu2++2e-===Cu CuCl2 Cu+Cl2↑‎ 减小 ‎—‎ 加CuCl2‎ 放H2生碱型 活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)‎ 阳极:2Cl--2e-===Cl2↑‎ 阴极:2H2O+2e-===H2↑+2OH-‎ ‎2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH-‎ 生成新电解质 增大 通入HCl气体 放O2生酸型 不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)‎ 阳极:2H2O-4e-===O2↑+4H+‎ 阴极:2Cu2++4e-===2Cu ‎2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+‎ 生成新电解质 减小 加CuO或CuCO3‎ ‎[对点训练]‎ ‎1.如图是一个石墨作电极,电解稀的Na2SO4溶液的装置,通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列有关叙述正确的是(  )‎ A.逸出气体的体积,A电极的小于B电极的 B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体 C.A电极附近呈红色,B电极附近呈蓝色 D.电解一段时间后,将全部电解液转移到同一烧杯中,充分搅拌后溶解呈中性 解析:选D A、B电极反应式分别为4H2O+4e-===2H2↑+4OH-、2H2O-4e-===O2↑+4H+,相同温度和压强下,A电极生成气体体积大于B电极,A错误;阳极上生成O2‎ ‎,阴极上生成H2,O2和H2都是无色无味气体,B错误;由电极反应式知,A电极附近溶液呈碱性,B电极附近溶液呈酸性,则A电极附近溶液呈蓝色,B电极附近溶液呈红色,C错误;惰性电极电解稀的Na2SO4溶液,实际是电解水,将全部电解液转移到同一烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性,D正确。‎ ‎2.用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液,在电解的过程中,溶液的pH依次为升高、不变、降低的是(  )‎ A.AgNO3  CuCl2   Cu(NO3)2‎ B.KCl Na2SO4 CuSO4‎ C.CaCl2 KOH NaNO3‎ D.HCl HNO3 K2SO4‎ 解析:选B AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4溶液随电解的进行,有酸产生,溶液pH降低;KCl、CaCl2溶液随电解的进行,有碱产生,溶液pH升高;CuCl2、HCl电解的电解质本身,溶液中CuCl2、HCl减少,对应的H+减少,溶液的pH升高;KOH、HNO3相当于电解H2O,电解质浓度增大,对应的碱溶液碱性更强,酸溶液酸性更强。‎ ‎3.如图所示,a、b、c、d均为石墨电极,通电进行电解,下列说法正确的是(  )‎ A.电路中电子流向:负极→d→c→b→a→正极 B.a、c两极产生气体的物质的量相等 C.SO向b电极移动,Cl-向c电极移动 D.通电后乙烧杯滴入酚酞溶液d极附近会变红 解析:选D 电子只能在外电路中移动,故A错误;a极产生O2,c极产生Cl2,根据电子守恒O2~2Cl2~4e-,O2和Cl2的物质的量之比为1∶2,故B错误;阴离子向阳极移动,a和c是阳极,所以SO向a电极移动,Cl-向c电极移动,故C错误;d极是阴极,电极反应式可表示为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,所以滴入酚酞溶液d极附近会变红,故D正确。‎ ‎4.按要求书写电极反应式和总反应式。‎ ‎(1)用惰性电极电解AgNO3溶液 阳极反应式: ________________________________________________________;‎ 阴极反应式:_________________________________________________________;‎ 总反应离子方程式: _________________________________________________。‎ ‎(2)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: ___________________________________________________。‎ ‎(3)用Fe作电极电解NaCl溶液 阳极反应式: ______________________________________________________;‎ 阴极反应式: _________________________________________________________;‎ 总反应化学方程式: ___________________________________________________。‎ ‎(4)用Al作电极电解NaOH溶液 阳极反应式: _________________________________________________________;‎ 阴极反应式:___________________________________________________________;‎ 总反应离子方程式: _______________________________________________。‎ ‎(5)用Cu作电极电解HCl溶液 阳极反应式:_________________________________________________________;‎ 阴极反应式:_________________________________________________________;‎ 总反应离子方程式:_________________________________________。‎ ‎(6)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: _________________________________________________________;‎ 总反应离子方程式: ____________________________________________________。‎ 答案:(1)2H2O-4e-===O2↑+4H+‎ ‎4Ag++4e-===4Ag ‎4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+‎ ‎(2)2Cl--2e-===Cl2↑‎ ‎2H2O+2e-+Mg2+===H2↑+Mg(OH)2↓‎ Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑‎ ‎(3)Fe-2e-===Fe2+ 2H2O+2e-===H2↑+2OH-‎ Fe+2H2OFe(OH)2↓+H2↑‎ ‎(4)2Al-6e-+8OH-===2AlO+4H2O ‎6H2O+6e-===3H2↑+6OH-‎ ‎2Al+2H2O+2OH-2AlO+3H2↑‎ ‎(5)Cu-2e-===Cu2+ 2H++2e-===H2↑‎ Cu+2H+Cu2++H2↑‎ ‎(6)2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+‎ ‎6H++6e-===3H2↑‎ ‎2Al+3H2OAl2O3+3H2↑‎ 知识点二 电解原理的应用 ‎1.电解饱和食盐水 ‎(1)电极反应 阳极:2Cl--2e-===Cl2↑(反应类型:氧化反应),‎ 阴极:2H++2e-===H2↑(反应类型:还原反应)。‎ ‎(2)总反应式 总反应化学方程式:‎ ‎2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。‎ 总反应离子方程式:‎ ‎2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑。‎ ‎(3)氯碱工业制烧碱、氢气和氯气 装置 离子交换膜电解槽 阳极 钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)‎ 阴极 碳钢网 阳离子交换膜 ‎①只允许阳离子通过,能阻止阴离子和气体通过 ‎②将电解槽隔成阳极室和阴极室 ‎2.电镀 应用电解原理,在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。‎ 实例——电镀铜 阳极(铜片):Cu-2e-===Cu2+‎ 阴极(待镀铁件):Cu2++2e-===Cu ‎[提醒 ] ①电镀时阳极固体减少的质量和阴极析出固体的质量相等。‎ ‎②电镀时,电解质溶液的浓度不变。‎ ‎3.电解精炼铜 ‎(1)电极材料:阳极为粗铜,阴极为纯铜。‎ ‎(2)电解质溶液:含Cu2+的盐溶液。‎ ‎(3)电极反应式 阳极:Zn-2e-===Zn2+ Fe-2e-===Fe2+ Ni-2e-===Ni2+、Cu-2e-===Cu2+;‎ 阴极:Cu2++2e-===Cu。‎ ‎[提醒] ①电解精炼铜时,阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等,电解质溶液的浓度减小。‎ ‎②粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等),在阳极难以失去电子,当阳极上的铜失去电子变成离子之后,它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部,成为阳极泥。‎ ‎4.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。‎ 总方程式 阳极、阴极反应式 冶炼钠 ‎2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑‎ ‎2Cl--2e-===Cl2↑、2Na++2e-===2Na 冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑‎ ‎2Cl--2e-===Cl2↑、Mg2++2e-===Mg 冶炼铝 ‎2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑‎ ‎6O2--12e-===3O2↑、4Al3++12e-===4Al ‎[对点训练]‎ ‎1.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,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 解析:选D 氯碱工业中阳极是Cl-放电生成Cl2;电解精炼铜时阳极粗铜溶解,阴极 Cu2+放电析出Cu,但是粗铜中含有锌、铁、镍等杂质,使得溶液中Cu2+浓度变小;铁片上镀铜时,阴极应该是铁片,阳极是纯铜。‎ ‎2.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是(已知:氧化性Fe2+Fe>Ni>Cu>Pt发生氧化反应,电极反应依次为Zn-2e-===Zn2+、Fe-2e-===Fe2+、Ni-2e-===Ni2+,A项错误;电解过程中,阳极Zn、Fe、Ni溶解,Cu、Pt沉积到电解槽底部,阴极只析出Ni,结合两极转移的电子数相等,阳极质量的减少量与阴极质量的增加量不相等,B项错误;Cu和Pt还原性比Ni弱,不能失去电子,以沉淀的形式沉积在电解槽底部,形成阳极泥,C项正确;电解后,溶液中存在的金属阳离子除了Fe2+、Zn2+外,还有Ni2+,D项错误。‎ ‎3.用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(  )‎ A.待加工铝质工件为阳极 B.可选用不锈钢网作为阴极 C.阴极的电极反应式为Al3++3e-===Al D.SO在电解过程中向阳极移动 解析:选C 用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,则铝制品为阳极,即待加工铝质工件为阳极,A正确;选用不锈钢网作为阴极不会影响电极反应及总反应,故可选用不锈钢网作为阴极,B正确;阴极的电极反应式为2H++2e-===H2↑,C不正确;电解过程中,阴离子向阳极移动,故SO在电解过程中向阳极移动,D正确。‎
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