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2019-2020年高考化學一輪復習 課時23 電解池及其應用考點過關 電解池的工作原理 【基礎梳理】 1. 定義 把　　　　轉化為　　　　的裝置。其中與電源　　　相連的電極稱為陽極，與電源　　　相連的電極稱為陰極。 2. 陽極材料 (1)惰性電極:由石墨、Ti、Pt、Au等導體構成，只起導電作用。 (2)活潑電極:電極材料參與反應。 3. 電極反應 (1)陽極反應(與外電源的　　極相連):發(fā)生　　電子的　　　反應;陰極反應(與外電源的　　極相連):發(fā)生　　電子的　　　反應。 (2)電子和離子的流向 ①電子從電源　　極流向電解池的　　極;從電解池的　　極流向電源的　　極。 ②陽離子移向電解池的　　極;陰離子移向電解池的　　極。(電子不會進入電解質溶液中，電解質溶液的導電是靠離子的流動形成的) 以電解氯化銅為例: 電極反應 陽極:2Cl--2e-Cl2↑ 陰極:Cu2++2e-Cu 總反應式:CuCl2Cu+Cl2↑ 4. 電極放電順序 (1)陽極產物的判斷 首先看電極材料，如果電極是活性電極(如金屬)，則　　　失電子，電極消耗被溶解，溶液中的陰離子不能失電子。如果電極是惰性電極(如石墨、Pt、Au)，則要看溶液中　　　的失電子能力，放電順序如下: (2)陰極上陽離子的放電順序(陰極放電的總是溶液中的陽離子，與電極材料無關) 注意:放電是指陰離子失去電子而陽離子得到電子的過程。 5. 用惰性電極電解不同溶液的比較 類 型 電極反應特點 實例 電解對象 電解質濃度 pH 電解液復原 電解 水型 陰:4H++4e-2H2↑ 陽:4OH--4e- 2H2O+O2↑ NaOH 水 增大 增大 水 H2SO4 水 增大 減小 水 Na2SO4 水 增大 不變 水 電解電解質型 電解質電離出的陰、陽離子分別在兩極放電 HCl 電解質 減小 增大 氯化氫 CuCl2 電解質 減小 增大 氯化銅 放H2 生堿型 陰極:H2O放H2生堿 陽極:電解質陰離子放電 NaCl 電解質 和水 生成新 電解質 增大 氯化氫 放O2 生酸型 陰極:電解質陽離子放電 陽極:H2O放O2生酸 CuSO4 電解質 和水 生成新 電解質 減小 CuO或 CuCO3 微課1　有關電極反應式及總反應式的書寫 (1)用惰性電極電解AgNO3溶液: 陽極反應式:　　　　　　　　　　　　　　;陰極反應式:　　　　　　　　　　　　　　; 總反應離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)用惰性電極電解MgCl2溶液 陽極反應式:　　　　　　　　　　　　　　;陰極反應式:　　　　　　　　　　　　　　; 總反應離子方程式:　 。 (3)用鐵作電極電解NaCl溶液 陽極反應式:　　　　　　　　　　　　　;陰極反應式:　　　　　　　　　　　　　　; 總反應離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)用銅作電極電解鹽酸 陽極反應式:　　　　　　　　　　　　　;陰極反應式:　　　　　　　　　　　　　; 總反應離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 [答案]　(1)2H2O-4e-O2↑+4H+　4Ag++4e-4Ag　4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+ (2)2Cl--2e-Cl2↑　2H2O+2e-2OH-+H2↑　Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑ (3)Fe-2e-Fe2+　2H2O+2e-2OH-+H2↑　Fe+2H2OFe(OH)2↓+H2↑ (4)Cu-2e-Cu2+　2H++2e-H2↑　Cu+2H+Cu2++H2↑ 【典型例題】 一、 電解池工作原理 (xx北京卷)用石墨電極電解CuCl2溶液(如右圖)。下列分析正確的是 (　　) A. a端是直流電源的負極 B. 通電使CuCl2發(fā)生電離 C. 陽極上發(fā)生的反應: Cu2++2e-Cu D. 通電一段時間后，在陰極附近觀察到黃綠色氣體 [答案]　A　 [解析]　用石墨電極電解CuCl2溶液時，Cu2+移向電解池的陰極，故a端是直流電源的負極，A項正確;CuCl2晶體溶于水時發(fā)生電離，與是否通電無關，B項錯誤;陽極上發(fā)生氧化反應，其電極反應式為2Cl--2e-Cl2↑，故通電一段時間后在陽極附近觀察到黃綠色氣體，C、D項錯誤。 題組訓練: 1. 下圖是鉛蓄電池充、放電時的工作示意圖，電解質是H2SO4溶液。電池反應為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。下列有關說法正確的是 (　　) A. K與N相接時，能量由電能轉化為化學能 B. K與N相接時，H+向負極區(qū)遷移 C. K與M連接時，所用電源的a極為負極 D. K與M相接時，陽極附近的pH逐漸增大 [答案]　C [解析]　K與N相接時，是原電池，Pb作負極，PbO2作正極，能量變化為化學能轉化為電能，故A錯誤;K與N相接時，是原電池，Pb作負極，PbO2作正極，氫離子移向正極，故B錯誤;K與M連接時，裝置是電解池，電解池中的Pb為陰極連接電源的負極，故C正確;K與M連接時，裝置是電解池，陽極是PbO2，電極反應過程中生成氫離子，pH減小，故D錯誤。 2. 用如右圖裝置實驗，下列敘述不正確的是 (　　) A. K與N連接時，組成原電池裝置 B. K與N連接時，石墨電極產生氣泡 C. K與M連接時，一段時間后溶液的pH減小 D. K與M連接時，石墨電極的反應為 2Cl--2e-Cl2↑ [答案]　C [解析]　K與N連接時，構成原電池，鐵為負極，石墨電極為正極:2H++2e-H2↑，A、B項正確;K與M連接時，組成電解池，石墨為陽極:2Cl--2e-Cl2↑，D正確;鐵為陰極，2H++2e-H2↑，消耗了H+，一段時間后，溶液的pH增大，C錯誤。 3. 下圖裝置中盛KOH溶液的部分是一個氫氧燃料電池，對此裝置的分析合理的是 (　　) A. 該裝置中Cu極為正極 B. 一段時間后鋅片質量減少 C. b極的電極反應式:H2-2e-+2OH-2H2O D. Cu極的電極反應式:Cu2++2e-Cu [答案]　C [解析]　本題由圖可知左半圖為原電池，右半圖為電解池。a極進氧氣得電子，為正極;b極進氫氣失電子，為負極;所以鋅極為陰極，銅極為陽極。 4. 電浮選凝聚法處理污水的原理如右圖所示。電解過程生成的膠體能使污水中的懸浮物凝聚成團而除去，電解時陽極也會產生少量氣體。下列說法正確的是 (　　) A. 可以用鋁片或銅片代替鐵片 B. 陽極產生的氣體可能是O2 C. 電解過程中H+向陽極移動 D. 若污水導電能力較弱，可加入足量硫酸 [答案]　B [解析]　該裝置中陽極上鐵失電子生成Fe2+，進一步生成的Fe3+在溶液中形成氫氧化鐵膠體，從而起到凝聚作用，因銅離子不能形成膠體，A錯;陽極上OH-可以失電子生成O2，B正確;電解過程中溶液中的陽離子向陰極移動，C錯;在污水中加入硫酸，氫氧化鐵膠體將無法形成，D錯。 二、 原電池與電解池的組合 某同學組裝了如下圖所示的電化學裝置，電極Ⅰ為Al，其他均為Cu，則 (　　) A. 電流方向:電極Ⅳ→G→電極Ⅰ B. 電極Ⅰ發(fā)生還原反應 C. 電極Ⅱ逐漸溶解 D. 電極Ⅲ的電極反應:Cu2++2e-Cu [答案]　A [解析]　由題意可知，該裝置中電極Ⅰ、Ⅱ是原電池的兩極，Ⅰ是負極，Ⅱ是正極，Ⅲ、Ⅳ是電解池的兩極，其中Ⅲ是陽極，Ⅳ是陰極，所以電流方向:電極Ⅳ→ →電極Ⅰ，正確;電極Ⅰ是原電池的負極，發(fā)生氧化反應，錯誤;電極Ⅱ是原電池的正極，發(fā)生還原反應，有Cu析出，錯誤;電極Ⅲ是陽極，發(fā)生氧化反應，電極反應是Cu-2e-Cu2+，錯誤。 按下圖裝置進行實驗，下列描述正確的是(N裝置中兩個電極均為石墨棒)(　　) A. C1上發(fā)生還原反應 B. M裝置中S移向Cu電極 C. 工作一段時間后裝置M和裝置N中溶液pH都變大 D. Cu電極與C2電極上的電極反應相同 [答案]　D [解析]　首先是電池的判斷:M裝置是原電池，N裝置是電解池。Zn電極為負極，Cu電極是正極;C1是陽極，C2是陰極。原電池中陰離子向負極移動，所以M裝置中S移向Zn電極。電解池中，陽極上發(fā)生氧化反應。工作一段時間后裝置M中因在銅極放出氫氣而使溶液的酸性減小(即pH變大)，而裝置N實際是電解水，隨著水的不斷消耗，硫酸的濃度會增大(即溶液的pH變小)。Cu電極是發(fā)生還原反應，放出氫氣，C2電極上也是發(fā)生還原反應，放出氫氣，D正確。 三、 電解后原電解質溶液濃度的恢復 用石墨作電極電解CuSO4溶液。通電一段時間后，欲使用電解液恢復到起始狀態(tài)，應向溶液中加入適量的 (　　) A. CuSO4　　　B. H2O C. CuO D. CuSO45H2O [答案]　C [解析]　用石墨作電極電解CuSO4溶液的電解方程式是2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑，根據缺什么補什么，選項C正確。 電解的應用 【基礎梳理】 1. 電冶、粗銅精煉 (1)電解熔融氯化鈉 陽極:　　　　　　　　　　　　　　　　 陰極:　　　　　　　　　　　　　　　　 總反應式:　　　　　　　　　　　　　　 (2)粗銅的精煉 陽極(粗銅):Cu-2e-Cu2+ 陰極(精銅):Cu2++2e-Cu 在電解精煉銅時，用　　　作陽極，用　　　作陰極，電解液用　　　　　。整個電解過程中銅鹽的濃度基本保持　　　　，但需要定時除去其中的雜質，即陽極泥(從陽極沉積下來的活潑性比銅差的金、銀等)。 2. 電鍍 (1)電鍍是應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他　　　　　的過程。電鍍是電解的一個重要應用。電鍍時，一般都是用鍍層金屬的可溶性鹽配成電鍍液，把鍍件作為　　　，與電源的　　極相連;鍍層金屬作　　　。 (2)特征:陽極本身溶解;電解液的總量、濃度、pH均不變。 (3)形成條件 ①電解時，鍍層金屬作陽極。 ②鍍件作陰極。 ③含鍍層金屬離子的電解質溶液作電鍍液。 ④外加直流電源。 微課2　電解飽和食鹽水(氯堿工業(yè)) 1. 反應原理: 電極反應式:陽極:2Cl--2e-Cl2↑;陰極:2H2O+2e-2OH-+H2↑。 總反應:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ 注意:電解所用的食鹽要精制。 2. 氯堿工業(yè)——離子交換膜法 電解生產的主要過程:NaCl從陽極區(qū)加入，H2O從陰極區(qū)加入。陰極H+放電，破壞了水的電離平衡，使OH-濃度增大，OH-和Na+形成NaOH溶液。 陽離子交換膜的作用:它只允許陽離子和水分子通過而阻止陰離子和氣體通過。這樣既防止了兩極產生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和陰極產生的NaOH反應生成NaClO而影響燒堿的質量。 【典型例題】 一、 電冶、粗銅精煉、電鍍 我國某大型電解銅生產企業(yè)，其冶煉工藝中銅、硫回收率達到97%、87%。下圖表示其冶煉加工的流程: 冶煉中的主要反應:Cu2S+O22Cu+SO2。 (1)煙氣中的主要廢氣是　　　　，從提高資源利用率和減排考慮，其綜合利用方式是制　　　　。 (2)電解法煉銅時，陽極是　　　　(填“純銅板”或“粗銅板”);粗銅中含有的金、銀以單質的形式在電解槽　　　　(填“陽極”或“陰極”)的槽底，陰極的電極反應式是　　　　　　　　。 (3)在精煉銅的過程中，電解質溶液中c(Fe2+)、c(Zn2+)會逐漸增大而影響進一步電解。 幾種物質的溶度積常數(Ksp): 物質 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Zn(OH)2 Cu(OH)2 Ksp 8.010-16 4.010-38 3.010-17 2.210-20 調節(jié)電解液的pH是除去雜質離子的常用方法。根據上表中溶度積數據判斷，含有等物質的量濃度的Fe2+、Zn2+、Fe3+、Cu2+的溶液，隨pH升高最先沉淀下來的離子是　　　　。 一種方案是先加入過量的H2O2，再調節(jié)pH到4左右。加入H2O2后發(fā)生反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　。 [答案]　(1)SO2　硫酸 (2)粗銅板　陽極　Cu2++2e-Cu (3)Fe3+　2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O [解析]　由冶煉中的主要反應:Cu2S+O22Cu+SO2，得知煙氣中的主要廢氣是SO2。其綜合利用方式是制硫酸;粗銅板是陽極，陽極發(fā)生氧化反應。陰極的電極反應式是Cu2++2e-Cu。 題組訓練: 5. 右圖是某同學用Cu在Fe片上鍍銅的實驗裝置，下列說法正確的是 (　　) A. Cu2+在A極被還原 B. 溶液藍色逐漸變淺 C. 銅片連接A極，鐵制品連接B極 D. A極和B極直接相連，銅片被氧化 [答案]　C [解析]　Fe片上鍍銅，銅作陽極，即A電極，鐵作陰極，即B電極，C項正確;Cu2+在B極被還原，A項錯誤;電解時銅離子的濃度不變，B項錯誤;A極和B極直接相連，構成原電池裝置，銅片作正極，銅片本身不參與反應，D項錯誤。 6. 下列敘述不正確的是 (　　) A. 電解法精煉銅時粗銅連接電源的正極 B. 船底鑲嵌鋅塊，鋅作負極，以防船體被腐蝕 C. 電解硫酸銅溶液，溶液的pH增大 D. 工業(yè)上電解飽和食鹽水的陽極反應: 2Cl--2e-Cl2↑ [答案]　C [解析]　電解硫酸銅溶液，陽極OH-放電，產生O2，所以溶液的pH下降。 7. 下列說法正確的是 (　　) A. 原電池工作，陰離子移向正極 B. 鐵片表面鍍鋅，鐵片接電源負極 C. 用Cu作電極電解H2O，陽極反應為 4OH--4e-2H2O+O2↑ D. 鉛蓄電池充電時陽極反應: PbSO4(s)+2e-Pb(s)+S(aq) [答案]　B [解析]　原電池工作時，負極帶正電，陰離子移向負極;B項正確。C項用Cu作電極電解H2O，陽極反應應該為Cu失去電子變成Cu2+;D項，陽極:PbSO4(s)-2e-+2H2O(l)PbO2(s)+S(aq)+4H+。 8. 利用電解法可將含有Fe、Zn、Ag、Pt等雜質的粗銅提純，下列敘述正確的是(　　) A. 電解時以精銅作陽極 B. 電解時陰極發(fā)生氧化反應 C. 粗銅連接電源負極，其電極反應是CuCu2++2e- D. 電解后，電解槽底部會形成含少量Ag、Pt等金屬的陽極泥 [答案]　D [解析]　電解精煉銅時，粗銅作陽極，精銅作陰極，故A、C錯;電解池中陰極發(fā)生還原反應，故B錯;比銅活潑性差的金屬形成陽極泥，故D正確。 二、 電解飽和食鹽水——氯堿工業(yè) (1)工業(yè)上用電解飽和食鹽水的方法制取燒堿和氫氣、氯氣。下圖是電解飽和食鹽水裝置的一部分，請將裝置補充完整，并標出陰、陽極和通電時溶液中離子移動的方向。 陰極反應式為　　　　　　　　;反應類型為　　　　　　　　(填“氧化反應”或“還原反應”)，總反應式為　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)氯堿工業(yè)中電解飽和食鹽水的原理示意圖如下圖所示: ①溶液A的溶質是　　 　　。 ②電解時用鹽酸控制陽極區(qū)溶液的pH在2~3，用化學平衡移動原理解釋鹽酸的作用:　　　　　　　　　　　　　　　　。 [答案]　(1) 2H++2e―H2↑　還原反應 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ (2)①NaOH?、诼葰馀c水反應:Cl2+H2OHCl+HClO，增大HCl的濃度可使平衡逆向移動，減少氯氣在水中的溶解，有利于氯氣的逸出 [解析]　(2)①陰極產生氫氣的同時生成氫氧化鈉。②氯氣與水反應是可逆反應，增大HCl的濃度可使平衡逆向移動，減少氯氣在水中的溶解，有利于氯氣逸出。 用圖1電池作電源，用圖2裝置電解飽和食鹽水(C1、C2均為石墨電極)。 　　 圖1 圖2 (1)該反應的離子方程式為　 。 (2)電解開始后，在電極　　　　(填“C1”或“C2”)的周圍先出現紅色。 (3)電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制氫氣的裝置示意圖如下: 電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰、陽兩極均為惰性電極。 ①A極為　　　　，電極反應式為　 　　　　　　　　　　。 ②B極的電極反應式為　 。 [答案]　(1)①2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑ ②C2 (2)①陽極　CO(NH2)2+8OH--6e-N2↑+C+6H2O　②6H2O+6e-3H2↑+6OH- [解析]　(2)H2產生是因為H2O電離的H+在陰極上得電子，即6H2O+6e-3H2↑+6OH-，所以B極為陰極，A極為陽極，A極電極反應式為CO(NH2)2-6e-+8OH-N2↑+C+6H2O，陽極反應式容易錯寫成4OH--4e-2H2O+O2↑。 　 可充電電池(以鉛蓄電池為例) (1)放電時是原電池的原理: 負極:Pb(s)-2e-+S(aq)PbSO4(s) 正極:PbO2(s)+2e-+S(aq)+4H+(aq)PbSO4(s)+2H2O(l) 總反應:PbO2(s)+2H2SO4(aq)+Pb(s)2PbSO4(s)+2H2O(l) (2)充電時是電解池原理: 陰極:PbSO4(s)+2e-Pb(s)+S(aq) 陽極:PbSO4(s)-2e-+2H2O(l)PbO2(s)+S(aq)+4H+ 總反應:2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 由上可看出放電時原電池的負極在充電時與外電源的負極相連，即變?yōu)殡娊獬氐年帢O;放電時原電池的正極在充電時與外電源的正極相連，即變?yōu)殡娊獬氐年枠O(電子流出)。