2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版考点34电解池的工作原理学案

2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版考点34电解池的工作原理学案

考点34　电解池的工作原理 知识条目 必考要求 加试要求 ‎1.电解池的概念 b ‎2.电解CuCl2溶液的原理及电极反应式 b ‎3.电解池的构成条件 b ‎4.原电池、电解池的判断 c ‎5.电解池的构造与工作原理 b ‎6.电解池的电极反应式与电解反应方程式 b ‎1．电解池 在直流电的作用下，在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫电解。‎ 把电能转化为化学能的装置叫电解池。‎ ‎2．构成电解池的条件 ‎(1)有与直流电源相连的两个电极。其中与电源的正极相连的电极叫作阳极，与电源的负极相连的电极叫作阴极。‎ ‎(2)电解质溶液(或熔融盐)。‎ ‎(3)形成闭合回路。‎ ‎3．电解原理(以石墨电极电解CuCl2溶液为例)‎ ‎(1)电极名称及电极反应式(如图)‎ ‎(2)电子和离子的移动方向 ‎4．分析电解过程的思维程序 ‎(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。‎ ‎(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。‎ ‎(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序 阴极：阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋‎ 阳极：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子 特别提醒：①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。②最常用、最重要的放电顺序：阳极：Cl－＞OH－；阴极：Ag＋＞Cu2＋＞H＋。③电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。‎ ‎(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。‎ ‎(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。‎ ‎5．原电池和电解池 ‎(1)原电池和电解池的原理比较 装置类别 原电池 电解池 原理 使氧化还原反应中电子的转移做定向移动，从而形成电流 使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程 装置特点 将化学能转变成电能 将电能转变成化学能 实例 电极名称 负极 正极 阴极 阳极 反应类型 氧化反应 还原反应 还原反应 氧化反应 反应特征 自发的氧化还原反应(主动)‎ 借助电流(被动)‎ 电极判断 由电极本身决定 正极：流入电子 负极：流出电子 由外电源决定 阳极：连电源正极 阴极：连电源负极 电子流向 负极→外电路→正极 电源负极→电解池阴极；电解池阳极→电源正极 离子移动 阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 阳离子向阴极移动 阴离子向阳极移动 ‎(2)原电池和电解池的判断 ‎①先分析有无外接电源，无外接电源的可能为原电池，然后用原电池的构成条件判断确定。‎ ‎②有外接电源的为电解池。其中，当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同时，则为电镀池；其余情况为电解池。‎ ‎【例1】　‎ 如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极，则下列有关判断正确的是(　　)‎ A．a为负极，b为正极 B．a为阳极，b为阴极 C．电解过程中，d电极质量增加 D．电解过程中，氯离子浓度不变 ‎【解析】　电流从电源的正极流出，故a为正极，b为负极；c为阳极，d为阴极。电解时，因Cu2＋移向阴极d，在阴极放电析出Cu，故d电极质量增加；Cl－移向阳极c，在阳极放电逸出Cl2，导致溶液中Cl－浓度降低。‎ ‎【答案】　C ‎【提炼】　电解池的两个电极名称叫阴、阳极，由外加电源决定，与电源正极相连的是阳极。若阳极材料是惰性电极，电极反应则为溶液中的阴离子放电，而阴离子放电顺序为S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子；若阳极为活性电极，则材料本身失电子。阴极材料不论是活性还是惰性，电极反应均为溶液中的阳离子放电，放电顺序为Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。‎ ‎【例2】　某小组为研究电化学原理，设计了甲、乙、丙三种装置(C1、C2、C3均为石墨)。下列叙述正确的是(　　)‎ A．甲、丙中化学能转化为电能，乙中电能转化为化学能 B．C1、C2分别是阳极、阴极；锌片、铁片上都发生氧化反应 C．C1上和C3上放出的气体相同，铜片上和铁片上放出的气体也相同 D．甲中溶液的pH逐渐增大，丙中溶液的pH逐渐减小 ‎【解析】　甲为原电池，乙、丙为电解池，故A项错误。铁片为电解池的阴极，发生还原反应，故B项错误。C1和C3均为电解池的阳极，都是溶液中的Cl－放电，都放出Cl2，铜片为原电池的正极，是表面的阳离子(H＋)放电，产生H2，铁片为电解池的阴极，也是H＋放电，产生H2，故C项正确。甲池经过反应后，稀硫酸被消耗，导致c(H＋)减小，pH增大，而丙池电解氯化钠溶液生成氢氧化钠，故pH增大，所以D项错误。‎ ‎【答案】　C ‎【提炼】　判断装置是原电池还是电解池，主要看有无外加电源，如有则为电解池，根据电解池的工作原理来判断。原电池的负极和电解池的阳极均发生氧化反应，原电池的正极和电解池的阴极均发生还原反应。‎ ‎【例3】　如图所示，下列叙述正确的是(　　)‎ A．Y为阴极，发生还原反应 B．X为正极，发生氧化反应 C．Y与滤纸接触处有氧气生成 D．X与滤纸接触处变红色 ‎【解析】　从题图中可以看出，左边的装置为原电池而右边的装置为电解池。根据原电池原理，较活泼的一极作原电池的负极，所以Zn为负极，Cu为正极。再根据电解原理，Y与Zn片相连为阴极，X与Cu片相连为阳极，Y极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)；X极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(氧化反应)。Y极上H＋放电，同时产生了OH－，呈碱性，使酚酞溶液呈红色。‎ ‎【答案】　A ‎【提炼】　当两个电池串联，且没有外加电源时，其中一个就是电源，将化学能转化成电能，而另一个则是电解池。原电池的负极与电解池的阴极相连，原电池的正极与电解池的阳极相连。‎ ‎【例4】　用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一物质中(括号内)，溶液能与原来溶液完全一样的是(　　)‎ A．CuCl2[CuSO4] B．NaOH[NaOH]‎ C．NaCl[HCl] D．CuSO4[Cu(OH)2]‎ ‎【解析】　A．惰性电极电解氯化铜溶液，电极生成物是氯气、铜，所以需要加入的是氯化铜，故A错误；B.惰性电极电解氢氧化钠溶液，实质是电解水，加入的应该是水，故B错误；C.电解氯化钠溶液生成氢气、氯气和氢氧化钠溶液，需要加入的是HCl，故C正确；‎ D.惰性电极电解硫酸铜溶液，生成物是铜、氧气和硫酸，所以需要加入的是氧化铜或碳酸铜，加入氢氧化铜会多加水，故D错误。‎ ‎【答案】　C ‎【提炼】　电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪种原子。‎ ‎【例5】　三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是(　　)‎ A．通电后中间隔室的SO离子向正极迁移，正极区溶液pH增大 B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C．负极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，负极区溶液pH降低 D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成 ‎【解析】　A项，阴离子向阳极(即正极区)移动，氢氧根离子放电，pH减小，故A项错误；C项，负极即为阴极，发生还原反应，氢离子得电子生成氢气，故C项错误；D项，每生成1 mol氧气转移4 mol电子，当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成，故D项错误。故选B。‎ ‎【答案】　B ‎【提炼】　在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室，通电时，氢氧根离子在阳极区放电生成水和氧气，考虑电荷守恒，两膜中间的硫酸根离子会进入正极区，与氢离子结合成硫酸；氢离子在阴极得电子生成氢气，考虑电荷守恒，两膜中间的钠离子会进入负极区，与氢氧根离子结合成氢氧化钠，故可以得到NaOH和H2SO4产品。‎