2017高考化学电解池专题辅导讲义无答案

2017高考化学电解池专题辅导讲义无答案

高考化学电化学辅导讲义 授课主题 电解池原理及应用 教学目的 1、 掌握原电池的原理，并能在实际题型中正确分析。‎ 2、 能够熟练的书写电解池的电极方程式，记住离子放电顺序。‎ 3、 熟悉常见的电解池原理实际应用 教学重难点 电极方程式的书写 教学内容 一、本节知识点讲解一（电解池工作原理）‎ ‎1．电解原理 电解：①定义：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。‎ ‎②特点。A．电解是最强有力的氧化还原手段，是不可逆(填“可逆”或“不可逆”)的。‎ B．从本质上看，电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程。‎ ‎2．电解的定义 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叫做电解。电解时使用的电离必须是直流电。在电解过程中，电能转化成化学能。‎ ‎3．电解池 ‎(1)电解池的定义 将电能转化为化学能的装置叫做电解池，电解池又叫做电解槽。‎ ‎(2)电解池的构造 ‎①直流电源；②两个固体电极；③电解质溶液或熔融电解质；④形成闭合回路。‎ ‎(3)工作原理(以惰性电极电解氯化铜为例)。‎ A．实验装置：‎ B．电池总反应：CuCl2Cl2↑＋Cu。‎ C．电解池中离子的定向移动：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。‎ ‎(4)电解池工作原理 通电时电子从电源的负极出发，流向电解池的阴极，在该电极上，阳离子获得电子发生还原反应；与此同时，阴离子在阳极上失去电子发生氧化反应，失去的电子再从电解池的阳极流向电源的正极，从而在两部分导体中形成闭合回路。‎ 由上述分析可知：电解质溶液的导电过程必须有阴阳离子参加反应，电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程。‎ ‎(5)电解池与原电池比较 电解池 原电池 原理 电能转化为化学能 化学能转化为电能 构成 阴极、阳极、电解质溶液、电源 正极、负极、电解质溶液、盐桥 电极反应 阳极发生氧化反应 阴极发生还原反应 负极发生氧化反应 正极发生还原反应 反应是否自发 非自发的氧化还原反应 自发的氧化还原反应 ‎4.电解时阴、阳两极物质的放电顺序 ‎(1)阳极物质的放电顺序 ‎①首先要看电极材料；‎ ‎②如果阳极材料是活性电极(金属活动性顺序中银以前的金属，包括银)，则电解时电极材料失电子，电极不断消耗。溶液中的阴离子不能失电子。‎ ‎③如果是惰性电极(如Pt、Au、石墨等)，应根据溶液中阴离子的放电(失电子)顺序加以判断。阴离子的放电顺序为S2－>I－>Br－>Cl－>SO32->OH－>含氧酸根离子(SO、NO等)>F－。‎ 即：活性阳极(金属)>无氧酸根离子>OH－>含氧酸根离子>F－。‎ ‎(2)阴极物质的放电顺序 阴极物质的放电顺序与电极材料无关，直接根据溶液中阳离子的放电(得电子)顺序进行判断。阳离子的放电顺序为Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(H＋浓度较大时，由酸提供)>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(H＋浓度较小时，由水电离提供)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋，即在水溶液中，活泼金属的阳离子(K＋、Ca2＋、Na＋、Mg ‎2＋、Al3＋等)不可能放电析出金属。‎ 特别提示 ‎①离子放电顺序还与离子浓度有关。如果离子浓度相差悬殊的情况下，离子浓度大的有可能先放电。H＋的放电能力大于Fe2＋、Zn2＋，但在电解浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶液时，由于溶液中c(Fe2＋)或c(Zn2＋)≫c(H＋)，则先在阴极上放电的是Fe2＋或Zn2＋。因此，阴极上的主要产物则为Fe和Zn，工业上镀锌就是利用这个原理。‎ ‎②最常用、最重要的放电顺序是：‎ 阳极：M(金属电极)>Cl－>OH－，阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。‎ ‎③最常见的电极产物：阳极有Mn＋、Cl2、O2；阴极有Ag、Cu、H2‎ ‎1．用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)。‎ ‎(1)电解水型 电解质(水溶液)‎ 电极方程式 电解物质 总化学方程式 电解质浓度 溶液pH 溶液复原 含氧酸(如H2SO4)‎ 阳极：‎ ‎4OH－－4e－===O2↑＋2H2O[1][来源:1ZXXK]‎ 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑[来源:学+科+网]‎ H2O[来源:Z#xx#k.Com][来源:Zxxk.Com]‎ ‎2H2OO2↑＋2H2↑[来源:学。科。网Z。X。X。K][来源:学+科+网Z+X+X+K][来源:Z,xx,k.Com]‎ 增大[来源:Z|xx|k.Com]‎ 减小 加H2O 强碱(如NaOH)‎ 增大 加H2O 活泼金属的 含氧酸盐 ‎(如KNO3、‎ Na2SO4)‎ 不变 加H2O ‎(2)电解电解质型 电解质(水溶液)‎ 电极方程式 电解物质 总化学方程式 电解质浓度 溶液pH 溶液复原 无氧酸(如HCl)，除HF外 阳极：‎ ‎2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ 酸 ‎2HClH2↑＋Cl2↑‎ 减小 增大 通入HCl气体 阳极：‎ 盐 CuCl2 加CuCl2‎ 不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)，除氟化物外 ‎2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu Cu＋Cl2↑‎ 固体 ‎(3)放H2生碱型 电解质(水溶液)‎ 电极方程式 电解物质 总化学方程式 电解质浓度 溶液pH 溶液复原 活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)‎ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ 水和盐 ‎2Cl－＋2H2O Cl2↑＋H2↑＋2OH－‎ 生成新电解质 增大 通入HCl气体 ‎(4)放O2生酸型 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极方程式 电解物质 总化学方程式 电解质浓度 溶液pH 溶液复原 不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)‎ 阳极：‎ ‎4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu 水和盐 ‎2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋‎ 生成新电解质 减小 加CuO或CuCO3‎ ‎①电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？在放H2生碱型的电解中，若滴入酚酞试液，哪一极附近溶液变红？‎ ‎②要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？‎ ‎③若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98 g Cu(OH)2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为多少？‎ ‎(5)通过以上分析，电解质溶液复原应遵循什么原则？‎ ‎2．根据金属活动顺序表，Cu和稀H2SO4不反应，怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2?‎ 例题解析 ‎【例题1】利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。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 ‎【例题2】工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ 已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解 ②氧化性：Ni2＋(高浓度)＞H＋＞Ni2＋(低浓度)‎ A．碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O B．电解过程中，B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小 C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变 巩固练习 ‎【练习1】在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2O—CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是（ ）‎ A．X是电源的负极 B．阴极的反应式是：H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉ、CO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉ‎ C．总反应可表示为：H2O＋CO2H2＋CO＋O2‎ D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1︰1‎ ‎【练习2】电解硫酸钠溶液生产硫酸和烧碱的装置如图所示，其中阴极和阳极均为惰性电极。测得同温同压下，气体甲与气体乙的体积比约为1∶2，下列有关说法正确的是 ‎(说明：阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过)‎ A．a电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑‎ B．产物丙为硫酸 C．d为阴离子交换膜 D．Na2SO4溶液浓度增大 ‎【练习3】用惰性电极电解足量的下列溶液，一段时间后停止电解，向溶液中加入一定质量的另一种物质（括号内），能使溶液完全复原的是( )‎ A．CuCl2( H2O) B. NaOH(Na2O) C．CuSO4( CuO) D. NaCl( NaOH)‎ ‎ 本知识点小结 四、当堂检测 ‎ ‎1、在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2OCO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A．X是电源的负极 B．阴极的电极反应式是H2O＋2e－===H2＋O2－、CO2＋2e－===CO＋O2－‎ C．总反应可表示为H2O＋CO2H2＋CO＋O2‎ D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1‎ ‎2、某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示，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 ‎3、用下图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是(　　)‎ A．用石墨作阳极，铁作阴极 B．阳极的电极反应式：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O C．阴极的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O 五、家庭作业 ‎1、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SO42－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SO42－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2 H2O－4e–=O2+4H+，负极区溶液pH降低 D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成。‎ ‎2、500mLKNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中c（NO3－）为6.0mol•L－1，用石墨电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收到22.4L气体（标准状况），假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是（ ）‎ A．原混合溶液中c（K＋）为4mol/L B．电解后加入1molCu（OH）2可使溶液复原 C．电解后溶液中c（H＋）为8mol/L D．原溶液中c（Cu2＋）为1mol/L ‎3、如下图所示，其中甲池的总反应式为2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O。下列说法正确的是（ ）‎ A．甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化为电能的装置 B．甲池通入CH3OH的电极反应式为CH3OH-6e-+2H2O=CO32-+8H+‎ C．反应一段时间后．向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度 D．甲池中消耗280mL(标准伏况下)O2，此时丙池中理论上最多产生1．45g固体