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考點(diǎn)十五 電解池知識(shí)點(diǎn)講解 一.　電解池工作原理及其應(yīng)用 1. 原電池、電解池的判定 先分析有無(wú)外接電源：有外接電源者為 ，無(wú)外接電源者可能為 ；然后依據(jù)原電池、電解池的形成條件、工作原理分析判定。 2. 電解電極產(chǎn)物的判斷： 要判斷電極反應(yīng)的產(chǎn)物，必須掌握離子的放電順序。判斷電極反應(yīng)的一般規(guī)律是： (1) 在陽(yáng)極上 ① 活性材料作電極時(shí)：金屬在陽(yáng)極失電子被氧化成陽(yáng)離子進(jìn)人溶液，陰離子不容易在電極上放電。 ② 用惰性電極(Pt、Au、石墨、鈦等)時(shí)， 溶液中陰離子的放電順序是：S2- >I- >Br- >Cl- >OH- >含氧酸根>F- (2) 在陰極上：無(wú)論是惰性電極還是活性電極都不參與電極反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的是溶液中的陽(yáng)離子。陽(yáng)離子在陰極上放電順序是： Ag+ > Fe3+ > Cu2+ > H+ （酸）> Pb2+ > Sn2+ > Fe2+ > Zn2+ > H+ （水）> Al3+ > Mg2+ >…… 3. 用惰性電極進(jìn)行溶液中的電解時(shí)各種變化情況分析 類 型 電極反應(yīng)特點(diǎn) 實(shí) 例 電解對(duì)象 電解質(zhì)濃度 pH 電解質(zhì)溶液復(fù)原 電解水型 陰：2H++2e－=H2↑ 陽(yáng)：4OH－－4e－=2H2O+O2↑ NaOH 水 ↑ ↑ 加水 H2SO4 水 ↑ ↓ 加水 Na2SO4 水 ↑ 不變 加水 分解電解質(zhì)型 電解質(zhì)電離出的陰陽(yáng)離子分別在兩極放電 HCl 電解質(zhì) ↓ ↑ 通HCl CuCl2 電解質(zhì) ↓ － 加CuCl2 放H2生堿型 陰極：H2O放H2生堿 陽(yáng)極：電解質(zhì)陰離子放電 NaCl 電解質(zhì) 和水 ↓ ↑ 通HCl 放O2生酸型 陰極：電解質(zhì)陽(yáng)離子放電 陽(yáng)極：H2O放O2生酸 CuSO4 電解質(zhì) 和水 ↓ ↓ 加CuO 典例1（2019屆內(nèi)蒙古赤峰二中高三上學(xué)期第二次月考）某化學(xué)課外活動(dòng)小組擬用鉛蓄電池進(jìn)行電絮凝凈水的實(shí)驗(yàn)探究，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，下列敘述正確的是 A． Y 的電極反應(yīng)： Pb－2e－ = Pb2+ B． 鉛蓄電池工作時(shí)SO42-向 Y 極移動(dòng) C． 電解池的反應(yīng)僅有2Al+6H2O=通電 2Al(OH)3+3H2↑ D． 每消耗 103.5 gPb ，理論上電解池陰極上有0.5 molH2生成 【答案】D 典例2（2019屆內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰第二中學(xué)高三上學(xué)期第二次月考）某化學(xué)課外活動(dòng)小組擬用鉛蓄電池進(jìn)行電絮凝凈水的實(shí)驗(yàn)探究，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，下列敘述正確的是 A． Y 的電極反應(yīng)： Pb－2e－ = Pb2+ B． 鉛蓄電池工作時(shí)SO42－向 Y 極移動(dòng) C． 電解池的反應(yīng)僅有2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2↑ D． 每消耗 103.5 gPb ，理論上電解池陰極上有0.5 molH2生成 【答案】D 二. 電解原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 1．電解精煉反應(yīng)原理(電解精煉銅) 陽(yáng)極(粗銅，含F(xiàn)e、Zn、C等)：Cu-2e—=Cu2+， 陰極(純銅)：Cu2++2e—=Cu 工作一段時(shí)間后，溶液中電解質(zhì)的成分CuSO4、ZnSO4、FeSO4 ，Cu2+的濃度減小。 2．電鍍池：鍍銅反應(yīng)原理 陽(yáng)極(純銅)：Cu-2e—=Cu2+，陰極(鍍件)：Cu2++2e—=Cu 溶液中的Cu2+濃度保持不變。 3．氯堿工業(yè)反應(yīng)原理 陽(yáng)極：2Cl—-2e—=Cl2↑，陰極：2H++2e—=H2↑ 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ 典例3（2019屆黑龍江省牡丹江市第一高級(jí)中學(xué)高三10月月考）H2S有劇毒，石油化工中常用以下方法處理石油煉制過(guò)程中產(chǎn)生的H2S廢氣。先將含H2S 的廢氣（其它成分不參與反應(yīng)）通入FeCl3溶液中，過(guò)濾后將溶液加入到以鐵和石墨棒為電極的電解槽中電解（如圖所示），電解后的溶液可以循環(huán)利用。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是（　?。? A． 過(guò)濾所得到沉淀的成分為S 和FeS B． 與外接電源a極相連的電極反應(yīng)為Fe2+﹣e﹣═Fe3+ C． 與外接電源b極相連的是鐵電極 D． 若有0.20mol 的電子轉(zhuǎn)移，得到氫氣2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況） 【答案】A 典例4（2018屆吉林省吉大附中高三第四次模擬考試）李克強(qiáng)總理在《2018年國(guó)務(wù)院政府工作報(bào)告》中強(qiáng)調(diào)“今年二氧化硫、氮氧化物排放量要下降3%。”因此，研究煙氣的脫硝(除NOx)、脫硫(除SO2)技術(shù)有著積極的環(huán)保意義。 （1）汽車的排氣管上安裝“催化轉(zhuǎn)化器”，其反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=-746.50kJmol-1。T℃時(shí)，將等物質(zhì)的量的NO和CO充入容積為2L的密閉容器中，若溫度和體積不變，反應(yīng)過(guò)程中(0~15min) NO的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖。 ①圖中a、b分別表示在相同溫度下，使用質(zhì)量相同但表面積不同的催化劑時(shí)，達(dá)到平衡過(guò)程中n (NO)的變化曲線，其中表示催化劑表面積較大的曲線是___________。（填“a”或“b”） ②T℃時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=_______________；平衡時(shí)若保持溫度不變，再向容器中充入CO、CO2各0.2 mol，則平衡將_________移動(dòng)。(填“向左”、“向右”或“不”) ③15min時(shí)，若改變外界反應(yīng)條件，導(dǎo)致n (NO)發(fā)生圖中所示變化，則改變的條件可能是_______________________________________________ (任答一條即可)。 （2）在催化劑作用下，用還原劑[如肼(N2H4)]選擇性地與NOx反應(yīng)生成N2和H2O。 已知200℃時(shí)：Ⅰ.3N2H4(g)=N2(g)+4NH3(g) ΔH1=-32.9 kJmol-1； II. N2H4(g)+H2(g) =2NH3(g) ΔH2=-41.8 kJmol-1。 ①寫(xiě)出肼的電子式：____________________。 ②200℃時(shí)，肼分解成氮?dú)夂蜌錃獾臒峄瘜W(xué)方程式為：_____________________________。 ③目前，科學(xué)家正在研究一種以乙烯作為還原劑的脫硝原理，其脫硝率與溫度、負(fù)載率(分子篩中催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù))的關(guān)系如下圖所示。 為達(dá)到最佳脫硝效果，應(yīng)采取的條件是_________________________________________。 （3）利用電解裝置也可進(jìn)行煙氣處理，如圖可將霧霾中的NO、SO2分別轉(zhuǎn)化為NH4+和SO42-，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為_(kāi)___________________________；物質(zhì)A是______________ (填化學(xué)式)。 【答案】 b 5 L/mol 不 增加CO的物質(zhì)的量濃度或減少生成物濃度或降溫等 N2H4(g)=N2(g)+2H2(g) ΔH=+50.7 kJmol-1 350℃左右、負(fù)載率3% SO2+ 2H2O-2e-=SO42-+4H+ H2SO4 (2) ①肼的電子式為；②根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)Ⅰ-2反應(yīng)Ⅱ即得N2H4(g)=N2(g)+ 2H2(g) ΔH=ΔH1-2ΔH2=+50.7 kJmol-1；③分析圖象信息可知，負(fù)載率過(guò)高或過(guò)低，脫硝率都不是最高的，而溫度過(guò)低或過(guò)高，脫硝率也不是最高的，只有在350℃左右，負(fù)載率為3.0%時(shí)脫硝率最高。 (3)根據(jù)題目敘述，結(jié)合裝置可知陽(yáng)極反應(yīng)物為SO2，生成物為SO42-，所以陽(yáng)極反應(yīng)式為SO2+ 2H2O-2e- =SO42-+4H+，而陰極反應(yīng)為NO+H++5e- =NH4++H2O，所以總反應(yīng)式為2NO+5SO2+8H2O==(NH4)2SO4+4H2SO4，由此反應(yīng)方程式可知，裝置中的物質(zhì)A是H2SO4。 三. 電化學(xué)計(jì)算的基本方法 原電池和電解池的計(jì)算包括兩極產(chǎn)物的定量計(jì)算、溶液pH的計(jì)算、相對(duì)原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)測(cè)定的計(jì)算、根據(jù)電荷量求產(chǎn)物的量與根據(jù)產(chǎn)物的量求電荷量等的計(jì)算。不論哪類計(jì)算，均可概括為下列三種方法： （1）根據(jù)電子守恒法計(jì)算：用于串聯(lián)電路、陰陽(yáng)兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電荷量等類型的計(jì)算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。 （2）根據(jù)總反應(yīng)式計(jì)算：先寫(xiě)出電極反應(yīng)式，再寫(xiě)出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計(jì)算。 （3）根據(jù)關(guān)系式計(jì)算：利用得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計(jì)算所需關(guān)系式。 典例5（2018屆廣西玉林高級(jí)中學(xué)高三化學(xué)模擬試題二）下列裝置由甲、乙兩部分組成（如圖所示），甲是將廢水中乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化為環(huán)境友好物質(zhì)形成的化學(xué)電源。當(dāng)電池工作時(shí)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（ ） A． 甲中H+透過(guò)質(zhì)子交換膜由左向右移動(dòng) B． M極電極反應(yīng)式：H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e-2CO2↑+N2↑+16H+ C． 一段時(shí)間后，乙中CuSO4溶液濃度基本保持不變 D． 當(dāng)N極消耗0.25 mol O2時(shí)，則鐵極增重16 g 【答案】D 典例6（2019屆四川省樂(lè)山沫若中學(xué)高三上學(xué)期入學(xué)考試）如圖所示為電化學(xué)降解NO。下列說(shuō)法中正確的是（ ） A． 鉛蓄電池的A極為陰極 B． 電解的過(guò)程中有H+從右池移動(dòng)到左池 C． 該電解池的陰極反應(yīng)為：2NO3- + 6H2O + 12e- ＝ N2↑ + 12OH- D． 若電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移1moL電子，則交換膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差為7.2g 【答案】D 四. 原電池、電解池、電鍍池的比較 原電池 電解池 電鍍池 定義 將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置 將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置 應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一層其它金屬的裝置。一種特殊的電解池 裝 置 舉 例 形 成 條 件 ①活動(dòng)性不同的兩電極(連接) ②電解質(zhì)溶液(電極插入其中并與電極自發(fā)反應(yīng)) ③形成閉合回路 ①兩電極接直流電源 ②兩電極插人電解質(zhì)溶液 ③形成閉合回路 ①鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬接電源負(fù)極 ②電鍍液必須含有鍍層金屬的離子 電 極 名 稱 負(fù)極：較活潑金屬； 正極：較不活潑金屬(或能導(dǎo)電的非金屬等) 陽(yáng)極：電源正極相連的電極 陰極：電源負(fù)極相連的電極 陽(yáng)極：鍍層金屬； 陰極：鍍件 電 子 流 向 負(fù)極正極 電源負(fù)極陰極 電源正極陽(yáng)極 電源負(fù)極陰極 電源正極陽(yáng)極 電 極 反 應(yīng) 負(fù)極（氧化反應(yīng)）：金屬原子失電子； 正極（還原反應(yīng)）：溶液中的陽(yáng)離子得電子 陽(yáng)極（氧化反應(yīng)）：溶液中的陰離子失電子，或金屬電極本身失電子； 陰極（還原反應(yīng)）：溶液中的陽(yáng)離子得電子 陽(yáng)極（氧化反應(yīng)）：金屬電極失電子； 陰極（還原反應(yīng)）：電鍍液中陽(yáng)離子得電子 離子流向 陽(yáng)離子：負(fù)極→正極（溶液中） 陰離子：負(fù)極←正極（溶液中） 陽(yáng)離子→陰極（溶液中） 陰離子→陽(yáng)極（溶液中） 陽(yáng)離子→陰極（溶液中） 陰離子→陽(yáng)極（溶液中） 典例7（2018屆山東省七校聯(lián)合體高三第二次聯(lián)考）某同學(xué)組裝了如圖所示的電化學(xué)裝置。電極I為Al，其他電極均為Cu，則（ ） A． 電極I發(fā)生還原反應(yīng) B． 電極II逐漸溶解 C． 電流方向：電極IV―→―→電極I D． 電極III的電極反應(yīng)：Cu2++2e-=Cu 【答案】C 典例8（2018屆廣東省七校聯(lián)合體高三第三次聯(lián)考）如圖所示，甲池的總反應(yīng)式為N2H4＋O2===N2＋2H2O。下列說(shuō)法正確的是 A． 乙池中Fe電極上發(fā)生氧化反應(yīng) B． 乙池中石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)可寫(xiě)為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C． 甲池溶液pH增大，乙池溶液pH減小 D． 甲池中每消耗0.1 mol N2H4乙池電極上則會(huì)析出6.4 g固體 【答案】B 典例9（2018屆云南省保山市高三畢業(yè)復(fù)習(xí)統(tǒng)一檢測(cè)一）如圖是一個(gè)化學(xué)過(guò)程的示意圖。已知甲池的總反應(yīng)式為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O 請(qǐng)回答： (1)甲池是________池，通入O2的電極作為_(kāi)_______極，電極反應(yīng)式為_(kāi)_________。 (2)乙池是________池，A電極名稱為_(kāi)_______極，電極反應(yīng)式為_(kāi)______________。乙池中的總反應(yīng)離子方程式為_(kāi)____________________________________________，溶液的pH________(填“增大”、“減小”或“不變”)。 (3)當(dāng)乙池中B(Ag)極的質(zhì)量增加5.40 g時(shí)，甲池中理論上消耗O2________mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。 【答案】 原電 正 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 電解 陽(yáng) 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋ 減小 280