2018届一轮复习人教版电解池学案

2018届一轮复习人教版电解池学案

第六单元　化学反应与能量 第五课时　电解池 考纲解读：‎ 了解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和总反应方程式。‎ 考点一 电解原理 自主梳理：‎ ‎1．电解、电解池 ‎2．电解池的构成和工作原理 ‎(1)构成条件 ‎①有与外接直流电源相连的两个电极。‎ ‎②电解质溶液(或熔融电解质)。‎ ‎③形成闭合回路。‎ ‎(2)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)‎ ‎(3)电解池中电子、电流和离子的移向 ‎①电子：负极→阴极，阳极→正极 ‎②电流：正极→阳极→阴极→负极 ‎③离子：阳离子→阴极，阴离子→阳极 ‎(4)两极放电(氧化或还原)顺序 ‎①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：金属(Au、Pt除外)电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。‎ 注：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阳极材料若是金属电极(Au、Pt除外)，溶液中的阴离子不反应，电极金属失电子被氧化。‎ ‎【深度思考】‎ ‎1．填写下列表格(均为惰性电极)‎ ‎【答案】①4H＋＋4e－===2H2↑　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　H2O　减小　H2O ‎②Cu2＋＋2e－===Cu　2Br－－2e－===Br2　CuBr2　CuBr2‎ ‎③2H＋＋2e－===H2↑　2Cl－－2e－===Cl2↑　NaCl和H2O　增大　HCl ‎④2Cu2＋＋4e－===2Cu　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　CuSO4和H2O　减小　CuO ‎2．用铜作电极电解稀H2SO4溶液，阴、阳极反应式分为________________________、______________________，‎ 电解总离子方程式为_________________________________________。‎ ‎【答案】2H＋＋2e－===H2↑　Cu－2e－===Cu2＋　Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑‎ 例1、如图所示为用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是TiO2中的氧解离进入熔融盐中而得到钝钛。下列说法中正确的是(　　)‎ A．a极是正极，石墨极是阴极 B．反应后，石墨电极的质量不发生变化 C．电解过程中，O2－、Cl－均向a极移动 D．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－‎ ‎【答案】D ‎【解析】TiO2发生还原反应得到纯钛，故加入高纯TiO2的电极是电解池的阴极，a极是电源的负极，石墨极是阳极，A项错误；O2－在阳极发生氧化反应生成O2，高温下，石墨与O2反应生成CO、CO2，导致石墨质量减小，B项错误；电解过程中，阴离子向阳极(石墨极)移动，C项错误；TiO2中的氧解离进入熔融盐而得到纯钛，发生了还原反应，生成了Ti和O2－，D项正确。‎ ‎【发散类比1】某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是(　　) ‎ A．该装置将化学能转化为光能和电能 B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移 C．每生成1 mol O2，有‎44 g CO2被还原 D．a电极的反应为：3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O ‎【答案】B ‎【解析】结合装置图为电解装置，模拟“人工树叶”，故为电能转化为化学能，A项错误；b极连接电源的正极，为阳极，在电解池中H＋为阳离子，向a极(阴极)区移动，B项正确；右侧H2O →O2发生的是氧化反应，每生成1 mol O2，转移4 mol电子，C3H8O中碳元素的化合价是－2,3CO2→C3H8O，转移18 mol电子，故生成1 mol O2消耗2/3 mol CO2，C项错误；a电极发生的是还原反应：3CO2＋18H＋＋18e－===C3H8O＋5H2O，D项错误。‎ ‎【归纳总结】‎ 阴、阳极的判断方法 ‎(1)根据外接电源：正极连阳极，负极连阴极。‎ ‎(2)根据电流方向：从阴极流出，从阳极流入。‎ ‎(3)根据电子流向：从阳极流出，从阴极流入。‎ ‎(4)根据离子流向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。‎ ‎(5)根据电极产物：a.阳极：电极溶解、逸出O2(或极区变酸性)或Cl2；b.阴极：析出金属、逸出H2(或极区变碱性)。‎ 考点二 电极反应式和电解方程式的书写 例2、实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料，通过以下过程制备ClO2：‎ ‎(1)电解时的阴极反应式为___________________________，‎ 阳极反应式为_______________________________________，‎ 电解时发生反应的化学方程式为__________________________。‎ ‎(2)NaClO2溶液与NCl3溶液反应的化学方程式为_______________。‎ ‎【答案】(1)6H＋＋6e－===3H2↑　NH＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋ NH4Cl＋2HClNCl3＋3H2↑‎ ‎(2)6NaClO2＋NCl3＋3H2O===6ClO2＋NH3↑＋3NaCl＋3NaOH ‎【解析】(1)由图可知，电解NH4Cl和盐酸混合溶液得到H2和NCl3，结合质量守恒和得失电子守恒写出电解时反应的化学方程式为NH4Cl＋2HCl3H2↑＋NCl3。(2)由图可知，NCl3溶液中加入NaClO2溶液，得到ClO2和NH3及溶液X，N由＋3价降低为－3价，NaClO2中Cl由＋3价升高到＋4价，生成ClO2，Cl－未参与氧化还原反应，该反应的化学方程式为6NaClO2＋NCl3＋3H2O===6ClO2＋NH3↑＋3NaCl＋3NaOH。‎ ‎【发散类比2】电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。‎ 已知：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O 下列说法不正确的是(　　)。‎ A．右侧发生的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ B．电解结束时，右侧溶液中含IO C．电解槽内发生反应的总化学方程式：KI＋3H2OKIO3＋3H2↑‎ D．如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学反应不变 ‎【答案】D ‎【解析】左侧变蓝，说明左侧是阳极，I－在阳极放电，被氧化生成I2，因而右侧是阴极，只能是水电离的H＋放电被还原生成H2，其电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A项正确；OH－通过阴离子交换膜进入左侧与I2反应生成IO，IO又通过阴离子交换膜进入右侧，B项正确；电解KI的过程发生如下两个反应：①2I－＋2H2OI2＋2OH－＋H2↑；②3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O；①×3＋②即得总方程式，C项正确；如果将阴离子交换膜换成阳离子交换膜，阴极产生的OH－将不能到达阳极区，I2与OH－无法反应生成IO，因而D项错。‎ ‎【归纳总结】‎ ‎(1)做到“三看”，正确书写电极反应式 ‎①一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注：Fe生成Fe2＋)。‎ ‎②二看介质，介质是否参与电极反应。‎ ‎③三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。‎ ‎(2)规避“三个”失分点 ‎①书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。‎ ‎②要确保两极电子转移数目相同，且应注明条件“电解”。‎ ‎③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。‎ 考点二 电解原理的应用 ‎【自主梳理】‎ ‎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．电镀与电解精炼铜 注：①镀层金属作阳极，待镀元件作阴极，电解质溶液含有镀层金属离子。‎ ‎②电镀铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)不变；电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)减小。‎ ‎3．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：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。‎ ‎【深度思考】‎ ‎1．如何检验电解NaCl溶液的产物？‎ ‎【答案】阳极产物Cl2可以用湿润的淀粉KI试纸检验，阴极产物H2可以通过点燃检验，NaOH可以用酚酞试剂检验。‎ ‎2．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。‎ ‎(1)Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑可以设计成电解池，但不能设计成原电池(　　)‎ ‎(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料(　　)‎ ‎(3)根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等(　　)‎ ‎(4)电解是把电能转变成化学能(　　)‎ ‎(5)电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化(　　)‎ ‎(6)任何水溶液电解时，必将导致氧化还原反应(　　)‎ ‎【答案】(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√‎ 例3.一定条件下，利用如图所示装置可实现有机物苯(C6H6)到环己烷(C6H12)的转化。下列叙述错误的是(　　)‎ A．导线中电子移动方向为D →A B．生成目标产物的电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12‎ C．装置图右侧导出的气体是氧气 D．上述过程中电能转化为化学能 ‎【答案】A ‎【解析】根据题图可知，左侧发生苯转化为环己烷的反应，电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12，B项正确；左侧电极D上发生还原反应，电极D为阴极，则A为电源负极，导线中电子移动方向为电源负极A→电解池阴极D，A项错误；右侧电极E上发生氧化反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，导出的气体为氧气，C项正确；题中装置为电解池，电能转化为化学能，D项正确。‎ ‎【发散类比3】用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法中不正确的是(　　)‎ A．X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极 B．阳极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ C．图中的b>a D．该过程中的产品主要为H2SO4和H2‎ ‎【答案】B 例4.三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 ‎【答案】B ‎【解析】电解池中阴离子向正极移动，阳离子向负极移动，即SO离子向正极区移动，Na＋ 向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项错误，B项正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成，故D项错误。‎ ‎【发散类比4】电镀废水中常含有剧毒的Cr2O。该废水处理的一种方法是利用还原剂把Cr2O还原成毒性较低的Cr3＋，再加碱生成沉淀；另一种方法是向废水中加入适量的NaCl，用Fe作电极进行电解。下列说法错误的是(　　)‎ A．电解时，阳极反应式为Fe－2e－===Fe2＋‎ B．电解过程中，阴极能产生氢气 C．电解过程中，Cr2O被还原的离子方程式为Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O D．电解过程中，阳极附近生成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀 ‎【答案】D ‎【解析】电解法处理含铬废水的原理：用Fe作电极进行电解，Fe被氧化生成Fe2＋，Fe2＋作还原剂把Cr2O还原成毒性较低的Cr3＋。电解过程中，H＋在阴极放电生成H2，使阴极附近溶液中的c(H＋)

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