2018届一轮复习人教版电解原理及其应用学案

2018届一轮复习人教版电解原理及其应用学案

一、电解池 电解 使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。‎ 电解池(或电解槽)‎ ‎（1）定义 借助于电流引起氧化还原反应的装置，也就是把电能转化为化学能的装置。‎ ‎（2）阳极与阴极 阳极：与电源正极相连的电极叫阳极，发生氧化反应。‎ 阴极：与电源负极相连的电极叫阴极，发生还原反应。‎ ‎（3）电解池的构成条件 与直流电源相连的两个电极：阳极和阴极；电解质溶液(或熔融电解质)；形成闭合回路。‎ ‎（4）电解池的工作原理(以电解CuCl2溶液为例)‎ 电解池和原电池比较 电解池 原电池 定义 将电能转变为化学能的装置 将化学能转变为电能的装置 装置举例 形成条件 ‎①两个电极与直流电源相连 ‎②电解质溶液 ‎③形成闭合回路 ‎①活泼性不同的两电极(连接)‎ ‎②电解质溶液 ‎③形成闭合回路 ‎④能自发进行氧化还原反应 电极名称 阳极：与电源正极相连的极 阴极：与电源负极相连的极 负极：较活泼金属(电子流出的极)‎ 正极：较不活泼金属(或能导电的非金属)(电子流入的极)‎ 电极反应 阳极：溶液中的阴离子失电子，或电极金属失电子，发生氧化反应 阴极：溶液中的阳离子得电子，发生还原反应 负极：较活泼电极金属或阴离子失电子，发生氧化反应 正极：溶液中的阳离子或氧气得电子，发生还原反应 溶液中的离子移向 阴离子移向阳极，阳离子移向阴极 阴离子移向负极，阳离子移向正极 电子流向 电源负极阴极阳极电源正极 负极正极 实质 均发生氧化还原反应，两电极得失电子数相等 联系 原电池可以作为电解池的电源，二者共同形成闭合回路 电解池阴、阳极的判断 ‎（1）由电源的正、负极判断：与电源负极相连的是电解池的阴极；与电源正极相连的是电解池的阳极。‎ ‎（2）由电极现象确定：通常情况下，在电解池中某一电极若不断溶解或质量不断减少，则该电极发生氧化反应，为阳极；某一电极质量不断增加或电极质量不变，则该电极发生还原反应，为阴极。‎ ‎（3）由反应类型判断：失去电子发生氧化反应的是阳极；得到电子发生还原反应的是阴极。‎ 电解产物的判断 ‎（1）阳极产物的判断 首先看电极，若是活性电极(一般是除Au、Pt外的金属)，则电极材料本身失电子，电极被溶解形成阳离子进入溶液；若是惰性电极(如石墨、铂、金等)，则根据溶液中阴离子放电顺序加以判断。‎ 阳极放电顺序：‎ 金属(一般是除Au、Pt外)>S2−>I−>Br−>Cl−>OH−>含氧酸根>F−。‎ ‎（2）阴极产物的判断 直接根据溶液中阳离子放电顺序加以判断。阳离子放电顺序：‎ Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。‎ ‎（1）处理有关电解池两极产物的问题，一定要先看电极是活性电极还是惰性电极。活性电极在阳极放电，电极溶解生成相应的金属离子，此时阴离子在阳极不放电。对于惰性电极，则只需比较溶液中定向移动到两极的阴阳离子的放电顺序即可。‎ ‎（2）根据阳离子放电顺序判断阴极产物时，要注意下列三点：‎ ‎①阳离子放电顺序表中前一个c(H+)与其他离子的浓度相近，后一个c(H+)很小，来自水的电离；‎ ‎②Fe3+得电子能力大于Cu2+，但第一阶段只能被还原到Fe2+；‎ ‎③Pb2+、Sn2+、Fe2+、Zn2+控制一定条件(即电镀)时也能在水溶液中放电；Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+只有在熔融状态下放电。‎ 二、电解原理的应用 ‎1．电解饱和食盐水——氯碱工业 ‎（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)。‎ 检验阳极产物的方法是：用湿润的KI淀粉试纸靠近阳极附近，若试纸变蓝，证明生成了Cl2。电解时向食盐水中加酚酞，阴极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为NaOH。‎ ‎（2）电解方程式 化学方程式：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑‎ 离子方程式：2Cl−+2H2O2OH−+H2↑+Cl2↑‎ ‎2．电解精炼铜 电镀(Fe表面镀Cu)‎ 电解精炼铜 阳极 电极材料 镀层金属铜 粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)‎ 电极反应 Cu−2e−===Cu2+‎ Cu−2e−===Cu2+‎ Zn−2e−===Zn2+‎ Fe−2e−===Fe2+‎ Ni−2e−===Ni2+‎ 阴极 电极材料 待镀金属铁 纯铜 电极反应 Cu2++2e−===Cu 电解质溶液 含Cu2+的盐溶液 注：电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥 ‎3．电镀 利用电解原理，在金属表面上镀上一层其它金属或合金的过程叫电镀。‎ ‎①电极的连接：镀层金属或惰性电极做阳极，和外加电源的正极相连；镀件金属做阴极，和外加电源的负极相连。如铁上镀铜，铜(或石墨)做阳极，铁做阴极。学@科网 ‎②电镀液的选择：选择含有镀层金属离子的溶液做电镀液，如铁上镀铜，选择硫酸铜溶液做电镀液。‎ ‎③电极反应：阳极：Cu===Cu2+ +2e−，阴极：Cu2+ +2e−===Cu ‎④电镀的特点：若镀层金属做阳极，电镀过程中溶液中阳离子浓度不变；若用惰性电极做阳极，电镀过程中溶液中阳离子浓度减小。学*科网 电镀过程中，溶液中离子浓度不变；电解精炼铜时，由于粗铜中含有Zn、Fe、Ni等活泼金属，反应过程中失去电子形成阳离子存在于溶液中，而阴极上Cu2+被还原，所以电解精炼过程中，溶液中的阳离子浓度会发生变化。‎ ‎4．电冶金 冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属，必须用电解法。如电解熔融氯化钠得到钠时：‎ 注意：①电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解熔融MgO冶炼镁，因MgO的熔点很高；‎ ‎②电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，因AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电。‎ 考向一 电解规律的考查 典例1 四个电解装置都以Pt作电极，它们分别装着如下电解质溶液进行电解，电解一段时间后，测定其pH变化，所记录的结果正确的是 选项 A B C D 电解质溶液 HCl溶液 AgNO3溶液 KOH溶液 BaCl2溶液 pH变化 减小 增大 增大 不变 ‎【答案】C ‎1．用石墨作电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的 A．CuSO4　　　 B．H2O C．CuO D．CuSO4·5H2O 用惰性电极电解电解质溶液的规律 类型 电解质特点 实例 电极反应 电解方程式 电解 对象 电解质溶液的变化 电解质溶液复原的方法 阴极 阳极 含氧酸 H2SO4‎ ‎4H++4e−‎ ‎4OH−−4e− ‎2H2O 水 浓度增大 加水 电解 水型 2H2↑‎ ‎ 　　2H2O+O2↑‎ ‎2H2↑+O2↑‎ 可溶性强碱 NaOH 活泼金属含氧酸盐 KNO3‎ 电解电 解质型 无氧酸 HCl ‎2H++2e− H2↑‎ ‎2Cl−−2e− Cl2↑‎ ‎2HCl H2↑+Cl2↑‎ 电解质 浓度减小 加HCl 不活泼金属无氧酸盐 CuCl2‎ Cu2++2e− Cu ‎2Cl−−2e− Cl2↑‎ CuCl2‎ Cu+Cl2↑‎ 加CuCl2‎ 放H2‎ 生碱型 活泼金属无氧酸盐 NaCl ‎2H++2e− H2↑‎ ‎2Cl−−2e− Cl2↑‎ ‎2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑‎ 电解质 和水 生成新 电解质 加HCl 放O2‎ 生酸型 不活泼金属含氧酸盐 CuSO4‎ Cu2++2e− Cu ‎4OH−−4e− ‎2H2O+O2↑‎ ‎2CuSO4+2H2O2Cu+‎ ‎2H2SO4+O2↑‎ 电解质 和水 生成新 电解质 加CuO 考向二 电解原理的“常规”应用 典例1 金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知：氧化性Fe2+锌>铜>银发生氧化反应溶解，所以铁、锌、铜先后溶解反应变成离子，而银沉积形成阳极泥；纯铜作阴极与电源负极相连，发生还原反应Cu2++2e−Cu，有大量铜析出，所以①⑤错误。而电子只经过外电路，在电解池中是离子的相互移动，②错误；由于阳极失电子的有铁、锌、铜，阴极析出的只有铜，所以随着电解进行，铜离子的浓度逐渐减小，④正确，答案选D。‎ ‎9．【答案】（1）Cu2++2e− ===Cu A ‎（1）Cu+2H+===Cu2++H2↑‎ ‎（3）AgNO3 Ag N Zn−2e−===Zn2+ Cu−2e−===Cu2+‎ ‎（4）3.92‎ 板发生氧化反应，反应式为 Zn−2e−===Zn2+，Cu−2e−===Cu2+；‎ ‎（4）当装置A中Cu电极质量改变6.4 g时，n(Cu)=0.1 mol，则转移0.2 mol电子，装置D中n(NaCl)=0.1 mol，阳极首先发生2Cl−2e−===Cl2↑、其次发生4OH−4e−===2H2O+O2↑，则阳极首先生成0.05 mol Cl2，其次生成0.025 mol O2，阴极只发生2H++2e−===H2↑，生成0.1 mol H2，则总共生成0.175 mol气体，体积为0.175 mol×22.4 L/mol=3.92 L。‎ ‎【名师点睛】本题考查了原电池和电解池原理，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，难点是电极反应式的书写。在图中确定原电池和电解池是解得本题的关键，B和C装置形成原电池，锌作负极，铜作正极，正极上铜离子得电子生成铜，盐桥中的K+、Cl−的移动方向为K+移向正极，Cl−移向负极。‎ 直通高考 ‎1．【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。‎ ‎【名师点睛】本题考查电解原理的应用，如本题得到致密的氧化铝，说明铝作阳极，因此电极方程式应是2Al−6e−＋3H2OAl2O3＋6H＋，这就要求学生不能照搬课本知识，注意题干信息的挖掘，本题难度不大。‎ ‎2．【答案】A ‎【解析】A、此装置为电解池，总反应是N2＋3H22NH3，Pd电极b上是氢气发生反应，即氢气失去电子化合价升高，Pd电极b为阳极，故A说法错误；B、根据A选项分析，Pd电极a为阴极，反应式为N2＋6H＋＋6e−2NH3，故B说法正确；C、根据电解池的原理，阳离子在阴极上放电，即有阳极移向阴极，故C说法正确；D、根据装置图，陶瓷隔离N2和H2，故D说法正确。‎ ‎【名师点睛】本题考查电解原理，首先判断阴阳两极，阴极连接电源的负极，阴极上得到电子化合价降低，发生还原反应，阳极连接电源的正极，阳极上失去电子化合价升高，发生氧化反应，然后判断电极材料，惰性电极还是活动性金属作电极，活动性金属作阳极，活动性金属先失电子，如果是惰性材料作阳极，则是还原性强的阴离子先失电子，氧化性强的离子在阴极上得电子；电极反应式的书写是高考的热点，一般需要根据装置图完成，需要看清反应环境。‎ ‎3．【答案】B 应2H++2e− H2↑，一段时间后，Cu2+移动到m和n处，m、n处附近Cu2+浓度增大，发生反应Cu2++2e− Cu，m、n处能生成铜，D正确。‎ ‎4．【答案】B ‎【解析】本题考查电解池原理，意在考查考生运用所学知识分析、解决问题的能力。该装置为电解池。H2O在正(阳)极区放电，生成O2和H+，中间隔室中的阴离子 通过cd膜移向正(阳)极，故正(阳)极区得到H2SO4，当电路中通过1 mol电子时生成0.25 mol O2，正(阳)极区溶液pH减小，H2O在负(阴)极区放电，生成OH−和H2，负(阴)极区溶液pH增大，A、C、D项错误。H2O在负(阴)极区放电生成H2和OH−，中间隔室中的阳离子Na+通过ab膜移向负(阴)极，故负(阴)极区可得到NaOH，而正(阳)极区可得到H2SO4，故B项正确。学￥科网 ‎5．【答案】D 之比为2∶1，D项错误。‎ 为什么古人“三天打鱼，两天晒网”‎ 因为过去的渔网是用麻纤维织的，麻纤维吸水易膨胀，潮湿时易腐烂，所以渔网用上两三天后要晒两天，以延长渔网的寿命。现在用不着这样做了，因为现在一般选用尼龙纤维来编织渔网。尼龙纤维学名为聚酰胺纤维，聚酰胺纤维最突出的优点为耐磨，耐腐。‎