《2019高考化學 第6章（化學反應與能量）第3節(jié) 電解池 金屬的電化學腐蝕與防護 考點（2）電解原理的應用 多池組合裝置講與練（含解析）.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019高考化學 第6章（化學反應與能量）第3節(jié) 電解池 金屬的電化學腐蝕與防護 考點（2）電解原理的應用 多池組合裝置講與練（含解析）.doc（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第六章　化學反應與能量 李仕才 考點二　電解原理的應用　多池組合裝置 　 1．電解飽和食鹽水 (1)電極反應 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑(反應類型：氧化反應)， 陰極：2H＋＋2e－===H2↑(反應類型：還原反應)。 (2)總反應方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 離子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 (3)應用：氯堿工業(yè)制燒堿、氫氣和氯氣 陽極：鈦網(wǎng)(涂有鈦、釕等氧化物涂層)。 陰極：碳鋼網(wǎng)。 陽離子交換膜： ①只允許陽離子通過，能阻止陰離子和氣體通過。 ②將電解槽隔成陽極室和陰極室。 2．電解精煉銅 3．電鍍銅 4．電冶金 利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。 判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“”) 1．用銅作陽極、石墨作陰極電解CuCl2溶液時，陽極電極反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑。(　　) 2．電解MgCl2溶液所發(fā)生反應的離子方程式為： 2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。(　　) 3．氯堿工業(yè)用陽離子交換膜把陰極室和陽極室分開。(　√　) 4．Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑可以設計成電解池，但不能設計成原電池。(　√　) 5．粗銅電解精煉時，若電路中通過2 mol e－，陽極減少64 g。(　　) 6．電解冶煉鎂、鋁可電解熔融的MgO和AlCl3。(　　) 1．粗銅中含有的相對活潑的物質也會失去電子，不活潑的金、鉑形成陽極泥，而溶液中只有Cu2＋得到電子生成Cu，故c(Cu2＋)將減小，并且陰極增重質量，不等于陽極減小的質量。 2．電鍍時，陽極(鍍層金屬)失去電子的數(shù)目跟陰極鍍層金屬離子得到電子的數(shù)目相等，因此電鍍液的濃度保持不變。 3．陽離子交換膜(以電解NaCl溶液為例)，只允許陽離子(Na＋)通過，而阻止陰離子(Cl－、OH－)和分子(Cl2)通過，這樣既能防止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影響燒堿質量。 一、電解原理的常規(guī)應用 1.利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產中的應用。下列說法正確的是(　　) A．氯堿工業(yè)中，X電極上反應式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ B．電解精煉銅時，Z溶液中的Cu2＋濃度不變 C．在鐵片上鍍銅時，Y是純銅 D．制取金屬鎂時，Z是熔融的氯化鎂 解析：氯堿工業(yè)中陽極是Cl－放電生成Cl2；電解精煉銅時陽極粗銅溶解，陰極Cu2＋放電析出Cu，但是粗銅中含有鋅、鐵、鎳等雜質，使得溶液中Cu2＋濃度變??；鐵片上鍍銅時，陰極應該是鐵片，陽極是純銅。 答案：D 2．某同學用下圖所示裝置進行銅的電解精煉實驗(粗銅中有鋅、鐵、鎳、銀等雜質，部分導線未畫出)，下列說法正確的是(　　) A．a應與c相連接，b應與d相連接 B．電解一段時間，b與d兩極析出物質的物質的量相等 C．電解一段時間，b極附近溶液的pH降低 D．電解過程中，Y裝置中Cu2＋的濃度始終不變 解析：A.X池中Zn為負極接Y池的純銅，Cu為正極接Y池的粗銅，故A錯誤；B.b極電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，d極電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu，所以電解一段時間后，b、d兩極析出物質的物質的量相同，故B正確；C.b極電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，電解后pH升高，故C錯誤；D.Y池中c極電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋，F(xiàn)e－2e－===Fe2＋，Cu－2e－===Cu2＋，d極電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu，故D錯誤。 答案：B 3．下列關于如圖所示裝置的說法，正確的是(　　) A．①裝置中陰極處產生的氣體能夠使?jié)駶橩I淀粉試紙變藍 B．②裝置中待鍍鐵制品應與電源正極相連 C．③裝置中電子由b極流向a極 D．④裝置中的離子交換膜可以避免生成的Cl2與NaOH溶液反應 解析：①裝置是電解池，陰極是溶液中陽離子得到電子發(fā)生還原反應，應是銅離子得到電子生成銅，故A錯誤；②裝置待鍍制品和電源負極相連作電解池的陰極，故B錯誤；③裝置是原電池，電子流向是從負極經導線流向正極，即從a極流向b極，故C錯誤；④裝置中的離子交換膜允許Na＋通過，OH－、Cl－不能通過，可以避免生成的Cl2與NaOH溶液反應，故D正確。 答案：D 4．金屬鎳有廣泛的用途，粗鎳中含有Fe、Zn、Cu、Pt等雜質，可用電解法制得高純度的鎳。下列敘述中正確的是(已知：氧化性Fe2＋Fe2＋>Zn2＋，故陰極反應為Ni2＋＋2e－===Ni，可見，陽極質量減少是因為Zn、Fe、Ni溶解，而陰極質量增加是因為析出Ni，B錯誤；電解后溶液中的陽離子除Fe2＋和Zn2＋外，還有Ni2＋、H＋，C錯誤。 答案：D 二、電解原理的創(chuàng)新應用 5．某化工廠利用原電池原理處理廢水并淡化海水。工作示意圖如下。下列說法正確的是(　　) A．電極a在裝置中作正極 B．裝置中膜A是陽離子交換膜 C．電極b的電極反應式是2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O D．若有機物表示為C4H8O2，每轉移10 mol電子，電極a上產生22.4 L CO2(標準狀況) 解析：在電極a上，有機物被氧化為CO2，該電極上發(fā)生氧化反應，則電極a為原電池的負極，A項錯誤；NO在電極b上被還原為無毒氣體N2，則電極b為原電池的正極，其電極反應式為2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，C項正確；電極b上消耗溶液中的陽離子，故海水中的陽離子通過膜B(陽離子交換膜)進正極室，而海水中的陰離子透過膜A(陰離子交換膜)進入負極室，B項錯誤；C4H8O2中的C為－1價，轉移10 mol電子時，電極a上產生2 mol CO2氣體，D項錯誤。 答案：C 6．某工廠采用電解法處理含鉻廢水，耐酸電解槽用鐵板作陰、陽極，槽中盛放含鉻廢水，原理示意圖如下，下列說法不正確的是(　　) A．A為電源正極 B．陽極區(qū)溶液中發(fā)生的氧化還原反應為Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O C．陰極區(qū)附近溶液pH降低 D．若不考慮氣體的溶解，當收集到H2 13.44 L(標準狀況)時，有0.1 mol Cr2O被還原 解析：根據(jù)圖示，A作陽極，B作陰極，電極反應式為 陽極：Fe－2e－===Fe2＋ 陰極：2H＋＋2e－===H2↑ 然后，Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O 由于在陰極區(qū)c(H＋)減小，所以pH增大。根據(jù)6H2～6Fe2＋～Cr2O得，當有13.44 L(標準狀況)H2放出時，應有0.1 mol Cr2O被還原。 答案：C 7．以鉻酸鉀為原料，電化學法制備重鉻酸鉀的實驗裝置示意圖如下： 下列說法不正確的是(　　) A．在陰極室，發(fā)生的電極反應為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ B．在陽極室，通電后溶液逐漸由黃色變?yōu)槌壬?，是因為陽極區(qū)H＋濃度增大，使平衡2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O向右移動 C．該制備過程總反應的化學方程式為4K2CrO4＋4H2O2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑ D．測定陽極液中K和Cr的含量，若K與Cr的物質的量之比(nK/nCr)為d，則此時鉻酸鉀的轉化率為1－ 解析：觀察實驗裝置，陰極反應為4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑，陽極反應為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，陽極室OH－放電，導致H＋濃度增大，使平衡2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O右移，從而在陽極區(qū)得到K2Cr2O7，故A、B、C正確；D項，設最初陽極室中的K2CrO4為1 mol，通電后轉化的K2CrO4為x mol，依題意有2(1－x)＋2＝d1，x＝2－d，K2CrO4的轉化率為100%，故D項錯誤。 答案：D 　多池串聯(lián)裝置的分析 解答該類試題，透徹理解電化學原理是基礎，準確判斷電池種類是關鍵，靈活利用電子守恒是處理數(shù)據(jù)的法寶。具體可按以下三個步驟進行： 第一步：準確判斷電池類型 (1)直接判斷 非常直觀明顯的裝置，如燃料電池、鉛蓄電池等在電路中，則其他裝置為電解池。如下圖中，A為原電池，B為電解池。 (2)根據(jù)電池中的電極材料和電解質溶液判斷 原電池一般是兩種不同的金屬電極或一個為金屬電極另一個碳棒做電極；而電解池則一般都是兩個惰性電極，如兩個鉑電極或兩個碳棒。原電池中的電極材料和電解質溶液之間能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應，電解池的電極材料一般不能和電解質溶液自發(fā)反應。如圖中，B為原電池，A為電解池。 (3)根據(jù)電極反應現(xiàn)象判斷 在某些裝置中根據(jù)電極反應或反應現(xiàn)象可判斷電極，并由此判斷電池類型，如圖。 若C極溶解，D極上析出Cu，B極附近溶液變紅，A極上放出黃綠色氣體，則可知乙是原電池，D是正極，C是負極；甲是電解池，A是陽極，B是陰極。B、D極發(fā)生還原反應，A、C極發(fā)生氧化反應。 第二步：利用相關概念進行分析判斷 在確定了原電池和電解池后，利用有關概念作分析和判斷，如電極的判斷、電極反應方程式的書寫、實驗現(xiàn)象的描述、溶液中離子的移動方向、pH的變化及電解質溶液的恢復等。只要按照各自的規(guī)律分析即可。 第三步：利用守恒進行數(shù)據(jù)處理 原電池和電解池綜合裝置的有關計算的根本依據(jù)就是電子轉移的守恒，分析時要注意兩點：①串聯(lián)電路中各處電流相等；②并聯(lián)電路中總電流等于各支路電流之和。在此基礎上分析處理其他各種數(shù)據(jù)。 1．如圖，a、b是石墨電極，通電一段時間后，b極附近溶液顯紅色。下列說法正確的是(　　) A．X極是電源負極，Y極是電源正極 B．a極的電極反應是2Cl－－2e－===Cl2↑ C．電解過程中CuSO4溶液的pH逐漸增大 D．Pt極上有6.4 g Cu析出時，b極產生2.24 L(標準狀況)氣體 解析：a、b是石墨電極，通電一段時間后，b極附近溶液顯紅色，依據(jù)電解質溶液為氯化鈉的酚酞溶液，判斷b電極是陰極，Y為電源負極，X為電源正極，故A錯誤；a電極是氯離子失電子發(fā)生的氧化反應，電極反應為2Cl－－2e－===Cl2↑，故B正確；電解過程中CuSO4溶液中的氫氧根離子在陽極Pt電極失電子生成氧氣，溶液中銅離子在Cu電極得到電子析出銅，溶液中氫離子濃度增大，溶液的pH逐漸減小，故C錯誤；電解過程中CuSO4溶液中的氫氧根離子在陽極Pt電極失電子生成氧氣，溶液中銅離子在Cu電極得到電子析出銅，故D錯誤。 答案：B 2．燒杯A中盛入0.1 molL－1的H2SO4溶液，燒杯B中盛放0.1 molL－1的CuCl2溶液(兩種溶液均足量)，裝置如圖所示，下列說法不正確的是(　　) A．A中Fe極質量減少，C極有氣體產生 B．A為電解池，B為原電池 C．當A燒杯中產生0.1 mol氣體時，B燒杯中產生氣體的物質的量也為0.1 mol D．經過一段時間，B燒杯中溶液的pH增大 解析：構成A裝置的是活動性不同的電極、電解質溶液，兩極形成了閉合的回路，所以A為原電池裝置，且A為B的電解提供電能。電極反應式分別為(燒杯A中)C正極：2H＋＋2e－===H2↑，F(xiàn)e負極：Fe－2e－===Fe2＋。(燒杯B中)陰極：Cu2＋＋2e－===Cu，陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑。燒杯B中電解氯化銅，銅離子濃度減小，水解程度減小，pH增大。 答案：B 3．某同學按下圖所示的裝置進行實驗。A、B為兩種常見金屬，它們的硫酸鹽可溶于水，當K閉合時，Y極上產生黃綠色氣體。下列分析正確的是(　　) A．溶液中c(A2＋)減小 B．B極的電極反應：B－2e－===B2＋ C．Y電極上有Cl2產生，發(fā)生還原反應 D．反應初期，X電極周圍出現(xiàn)白色膠狀沉淀 解析：根據(jù)Y極有黃綠色氣體生成，Y極電極反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑，即Y為電解池的陽極，B為原電池的正極，A為原電池的負極。故A極的電極反應為A－2e－===A2＋，溶液中c(A2＋)增大，A錯誤；B極為正極，發(fā)生還原反應，B錯誤；右邊U形管中最初為電解AlCl3溶液，X電極為H＋放電，c(H＋)減小，c(OH－)增大，且Al3＋移向X極，因此會產生Al(OH)3白色膠狀沉淀，D正確。 答案：D 4．某興趣小組的同學用下圖所示裝置研究有關電化學的問題。當閉合該裝置的電鍵時，觀察到電流計的指針發(fā)生了偏轉。 請回答下列問題： (1)甲池為________(填“原電池”“電解池”或“電鍍池”)，通入CH3OH電極的電極反應為________。 (2)乙池中A(石墨)電極的名稱為________(填“正極”“負極”“陰極”或“陽極”)，總反應式為________。 (3)當乙池中B極質量增加5.40 g時，甲池中理論上消耗O2的體積為________mL(標準狀況)，丙池中________極析出________g銅。 (4)若丙中電極不變，將其溶液換成NaCl溶液，電鍵閉合一段時間后，甲中溶液的pH將________(填“增大”“減小”或“不變”)；丙中溶液的pH將________(填“增大”“減小”或“不變”)。 解析：(1)甲池為原電池，通入CH3OH的電極為負極，電極反應為CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。 (2)乙池中為用惰性電極電解AgNO3溶液，其中A作陽極，B作陰極，總反應為4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3。 (3)根據(jù)各電極上轉移的電子相同，則n(Ag)＝4n(O2)＝2n(Cu)，故V(O2)＝22.4 L＝0.28 L＝280 mL，m(Cu)＝64 g＝1.60 g。 (4)若丙中電極不變，將其溶液換成NaCl溶液，根據(jù)丙中總反應2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，溶液pH增大，而甲中總反應為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，溶液pH減小。 答案：(1)原電池　CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O (2)陽極　4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3 (3)280　D　1.60 (4)減小　增大