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

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。‎