2019届一轮复习人教版电解池及其应用学案

2019届一轮复习人教版电解池及其应用学案

电解池及其应用 连线高考 本专题内容是每年高考的必考内容。它主要从电极反应、电解质溶液浓度变化、酸碱性变化、pH的大小及变化、阴阳离子移动的方向、析出物质的量等方面进行考查。从题型上看考查的形式有选择、填空、计算，从定性到定量、从判断到推理来多方面考查学生的各个方面的能力。‎ 重点、难点探源 一、 电解原理 ‎1、电解 使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。‎ 2、 电解池（也叫电解槽）‎ 把电能转变成化学能的装置。‎ ‎3、电解池的组成和工作原理（电解CuCl2溶液）‎ ‎⑴电流流向：正极→阳极→阴极→负极 ‎⑵阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。‎ 二、电解原理的应用 三、金属的防腐与防护 ‎1、化学腐蚀 金属跟接触的干燥气体（如O2、Cl2、SO2等）或非电解质液体（如石油）等直接发生化学反应而引起腐蚀。‎ ‎2、电化学腐蚀 ‎⑴概念：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。‎ ‎⑵分类（以铁的腐蚀为例）‎ 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 水膜性质 酸性较强 酸性很弱或呈中性 负极反应 Fe-2e-===Fe2+‎ 正极反应 ‎2H++2e-===H2↑‎ O2+2H2O+4e-===4OH-‎ 总反应 Fe+2H+===Fe2++H2↑‎ ‎2Fe+O2+2H20===2Fe(OH)2‎ 普遍性 吸氧腐蚀更普遍 ‎3、金属的防护 ‎⑴电化学防护 ‎①牺牲阳极的阴极保护法 ②外加电流的阴极保护法 ‎⑵其他 ‎①改变金属内部结构，如制成合金；②使金属与空气、水等物质隔离，如电镀、喷油漆等。‎ 追踪高考 ‎1．【2018新课标1卷】最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：‎ ‎①EDTA-Fe2+-e-＝EDTA-Fe3+‎ ‎②2EDTA-Fe3++H2S＝2H++S+2EDTA-Fe2+‎ 该装置工作时，下列叙述错误的是 A．阴极的电极反应：CO2+2H++2e-＝CO+H2O B．协同转化总反应：CO2+H2S＝CO+H2O+S C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低 D．若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+，溶液需为酸性 ‎【答案】C ‎【解析】该装置属于电解池，CO2在ZnO@石墨烯电极上转化为CO，发生得到电子的还原反应，为阴极，石墨烯电极为阳极，发生失去电子的氧化反应，则详解：A、CO2在ZnO@石墨烯电极上转化为CO，发生得到电子的还原反应，为阴极，电极反应式为CO2+H＋+2e－＝CO+H2O，A正确；B、根据石墨烯电极上发生的电极反应可知①+②即得到H2S－2e－＝2H＋+S，因此总反应式为CO2+H2S＝CO+H2O+S，B正确；C、石墨烯电极为阳极，与电源的正极相连，因此石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯电极上的高，C错误；D、由于铁离子、亚铁离子均易水解，所以如果采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需要酸性，D正确。答案选C。‎ ‎2．【2017新课标2卷】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H2SO4－H2C2O4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．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 ‎【答案】C ‎【解析】A、根据原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，故A说法正确；B、不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，故B说法正确；C、阴极应为阳离子得电子，根据离子放电顺序应是H＋放电，即2H＋＋2e−=H2↑，故C说法错误；D、根据电解原理，电解时，阴离子移向阳极，故D说法正确。‎ 指点迷津 一、电解产物的判断及有关反应方程式的书写 ‎1、电解时电极产物的判断 ‎2、电极反应式的书写 ‎⑴首先判断阴、阳极，分析电极材料，判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。杨纪伟金属活性电极时，电极材料放电。‎ ‎⑵再分析溶液中的离子种类，根据离子放电顺序，分析电极反应，并判断电极产物，写出电极反应式。‎ ‎⑶电解水溶液时，应注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放电反应。‎ ‎3、电解化学方程式的书写 ‎⑴必须在连接号上标明通电或电解。‎ ‎⑵只是电解质被电解，电解化学方程式中只写电解质及电解产物。 如电解CuCl2溶液：CuCl2Cu+ Cl2↑。‎ ‎⑶只有水被电解，只写水及电解产物即可。如电解稀硫酸、电解NaOH溶液、电解Na2SO4溶液时，化学方程式写为：2H2O2H2↑+O2↑。‎ ‎⑷电解质、水同时被电解，则都写进化学方程式。如电解饱和食盐水：2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH。‎ 二、电解规律及相关计算 ‎1、以惰性电极电解电解质溶液的类型 类型 电极反应特点 实例 电解 对象 电解质 浓度 pH 电解质溶液复原 电解水型 阴极：4H++4e-===2H2↑‎ 阳极：4OH--4e-===2H2O+O2↑‎ NaOH 水 增大 增大 加水 H2SO4‎ 水 增大 减小 加水 Na2SO4‎ 水 增大 不变 加水 电解电解质型 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 HCl 电解质 减小 增大 通氯化氢 CuCl2‎ 电解质 减小 加氯化铜 放H2生碱型 阴极：H2O放 H2生成碱 阳极：电解质阴离子放电 NaCl 电解质和水 生成新电解质 增大 通氯化氢 放O2生酸型 阴极：电解质阳离子放电 阳极：H2O放O2生成酸 CuSO4‎ 电解质和水 生成新电解质 减小 加氧化铜 ‎2、电解池中有关量的计算或判断 电解池中有关量的计算或判断主要包括以下几个方面：根据直流电源提供的电量求产物的量（析出固体的质量、产生气体的体积等）、溶液的pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。有如下解题方法：‎ 易错地带 一、电解产物的判断及有关反应方程式的书写 ‎1、判断电解产物、书写电极反应式以及分析电解质溶液的变化时首先要注意阳极是活性材料还是惰性材料。‎ ‎2、书写化学方程式时，应看清是电解的水溶液还是熔融电解质。‎ 二、电解规律及相关计算 ‎1、‎ 用惰性电极电解电解质溶液时，若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则，一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。‎ ‎2、电解过程中产生的H+或OH-，其物质的量等于转移电子的物质的量。‎ 强化突破 ‎1．如图所示的电化学装置，下列叙述不正确的是(　　)‎ A．a和b用导线连接，电子由铁经过导线流向碳 B．a和b用导线连接，铁电极的电极反应式为：Fe－2e－===Fe2＋‎ C．a、b分别连接直流电源正、负极，可以防止铁被腐蚀 D．a、b分别连接直流电源负、正极，电压足够大时，Na＋向铁电极移动 ‎2．常温下用惰性电极电解NaHSO4溶液，电解一段时间后，下列有关电解质溶液变化的说法正确的是(　　)‎ A．电解质溶液的浓度增大，pH减小 B．电解质溶液的浓度增大，pH增大 C．电解质溶液的浓度减小，pH减小 ‎ D．电解质溶液的浓度不变，pH不变 ‎3．用NaOH溶液吸收尾气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解再生循环脱硫，其原理如图，a、b离子交换膜将电解槽分成为三个区域，电极材料均为石墨。甲～戊分别代表生产中的原料或产品，其中丙为硫酸溶液。下列说法错误的是(　　)‎ A．图中a表示阳离子交换膜 B．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成 C．甲为NaOH溶液 D．阳极的电极反应式为SO＋H2O－2e－===SO＋2H＋‎ ‎4．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法，即保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体具有吸附作用，可吸附水中的污物而使其沉淀下来，起到净水的作用，其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．石墨电极上发生氧化反应 B．为增强污水的导电能力，可向污水中加入适量乙醇 C．根据图示，物质A为CO2‎ D．甲烷燃料电池中CO向空气一极移动 ‎5．研究电化学腐蚀及防护的装置如下图所示。下列有关说法错误的是(　　)‎ A．d为石墨，铁片腐蚀加快 B．d为石墨，石墨上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ C．d为锌块，铁片不易被腐蚀 D．d为锌块，铁片上电极反应为2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎6．一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．a为直流电源的正极 B．阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑‎ C．工作时，乙池中溶液的pH不变 D．若有1 mol离子通过A膜，理论上阳极生成0.25 mol气体 ‎7．LiOH和钴氧化物可用于制备锂离子电池正极材料。利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。下列说法不正确的是(　　)‎ A．B极区电解液为LiOH溶液 B．每产生标准状况下‎2.24 L氢气，就有0.1 mol阳离子通过交换膜进入阴极区 C．电解过程中Li＋向B电极迁移 D．阳极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎8．知识的梳理和感悟是有效学习的方法之一。某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题(显示的电极均为石墨)。‎ ‎（1）图1中，电解一段时间后，气球b中的气体是________(填化学式)，U形管________(填“左”或“右”)边的溶液变红。‎ ‎（2）利用图2制作一种环保型消毒液发生器，电解可制备“‎84”‎消毒液的有效成分，则c为电源的________极；该发生器中反应的总离子方程式为__________。‎ ‎（3）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上。该工艺的相关物质运输与转化关系如图3所示(其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过)。‎ ‎①燃料电池B中的电极反应式分别为 负极___________________________________________，‎ 正极___________________________________________。‎ ‎②分析图3可知，氢氧化钠的质量分数为a%、b%、c%，由大到小的顺序为 ‎___________________________________________。‎ ‎【参考答案】‎ ‎1．【解析】a和b用导线连接构成原电池，铁是负极，电子由铁经过导线流向碳，A正确；a和b用导线连接，铁电极的电极反应式为：Fe－2e－===Fe2＋，B正确；a、b分别连接直流电源正、负极，碳棒是阳极，铁电极是阴极，可以防止铁被腐蚀，C正确；a、b分别连接直流电源负、正极，碳棒是阴极，铁电极是阳极，电解池中阳离子Na＋向阴极碳电极移动，D错误。‎ ‎【答案】D ‎2．【解析】NaHSO4===Na＋＋H＋＋SO，溶液呈酸性，常温下用惰性电极电解NaHSO4溶液实质是电解水，因此NaHSO4溶液的浓度增大，c(H＋)增大，pH减小，故A项正确。‎ ‎【答案】A ‎3．【解析】从丙为硫酸可知，硫酸根来源于亚硫酸根放电，故a为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜，在阴极区应为水放电生成氢气和氢氧根离子，故甲为氢氧化钠；阳极应为亚硫酸根放电生成硫酸根，反应的电极反应式为SO－2e－＋H2O===2H＋＋SO。根据上述分析，图中a表示阳离子交换膜，A项正确；根据上述分析，阴极生成氢气，阳极生成硫酸，没有氧气放出，B项错误；根据上述分析，甲为NaOH溶液，C项正确；根项据上述分析，阳极的电极反应式为SO＋H2O－2e－===SO＋2H＋，故D正确。‎ ‎【答案】B ‎4．【解析】A项，甲烷燃料电池中，通入甲烷的电极是负极，与负极相连的石墨电极是阴极，阴极得电子发生还原反应，错误；B项，乙醇是非电解质，不能增强污水的导电能力，错误；C项，根据图示，甲烷燃料电池中用熔融碳酸盐作电解质，所以正极反应为2CO2＋O2＋4e－===2CO，物质A为CO2，正确；D项，在燃料电池中，阴离子移向负极，所以CO向甲烷一极移动，错误。‎ ‎【答案】C ‎5．【解析】A项，由于活动性：Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化变为Fe2＋进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时的速率快，正确；B项，d为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正确；C项，若d为锌块，则由于金属活动性：Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，正确；D项，d为锌块，由于电解质为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误。‎ ‎【答案】D ‎6．【解析】电解目的为制备高纯铬，则Cr电极应该是阴极，即a为直流电源的负极，A项错误；阴极反应式为Cr3＋＋3e－===Cr，B项错误；工作时，甲池中硫酸根移向乙池，丙池中氢离子移向乙池，乙池中硫酸浓度增大，溶液的pH减小，C项错误；若有1mol离子通过A膜，即丙池产生1mol氢离子，则理论上阳极生成0.25 mol氧气，D项正确。‎ ‎【答案】D ‎7．【解析】根据图知，B电极上有氢气生成，则B为电解池阴极，B电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，有氢氧根离子生成，所以B极区电解液为LiOH溶液，A极区电解质溶液为LiCl溶液，A项正确；每产生标准状况下‎2.24L氢气，有0.2 mol电子转移，根据电荷守恒知，有0.2 mol阳离子通过交换膜进入阴极区，B项错误；电解池工作时，电解质溶液中的阳离子向阴极移动，即电解过程中Li＋向B电极迁移，C项正确；A电极为阳极，电极上氯离子放电，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，D项正确。‎ ‎【答案】B ‎8．【解析】‎ ‎（1）图1中，根据电子流向知，左边电极是电解池阳极，右边电极是电解池阴极，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，所以气球a中气体是氯气，气球b中的气体是氢气，同时阴极附近有NaOH生成，溶液呈碱性，无色酚酞遇碱变红色，所以U形管右边溶液变红色。‎ ‎（2）利用图2制作一种环保型消毒液发生器，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时阴极有NaOH生成，氯气和氢氧化钠反应生成NaClO，次氯酸钠具有漂白性，为了使反应更充分，则下边电极生成氯气，上边电极附近有NaOH生成，上边电极生成氢气，为阴极，则c为负极，d为正极，其电池反应式为Cl－＋H2OClO－＋H2↑。‎ ‎（3）①B是燃料电池，右边电池中通入空气，左边原电池中通入气体Y，则Y是氢气，则电解池中左边电极是阳极，右边电极是阴极，阳极上氯离子放电，阴极上氢离子放电；燃料电池中通入氧化剂的电极是正极，通入氢气的电极是负极，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，负极、正极反应式分别为2H2－4e－＋4OH－===4H2O、O2＋4e－＋2H2O===4OH－。②图3电解池中加入NaOH目的是增大溶液导电性，通入电解池后生成氢氧化钠，所以加入的NaOH浓度小于出来的NaOH浓度；原电池中，正极上生成氢氧化钠，且其浓度大于加入的氢氧化钠，所以氢氧化钠浓度大小顺序是b%>a%>c%。‎ ‎【答案】（1）H2　右 ‎（2）负　Cl－＋H2OClO－＋H2↑‎ ‎（3）①2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ ‎②b%>a%>c%‎