《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（1）電解原理講與練（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（1）電解原理講與練（含解析）.doc（15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 考點一　電解原理　 1．電解定義 在電流作用下，電解質在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應和還原反應的過程。 2．能量轉化形式 電能轉化為化學能。 3．電解池 (1)構成條件 ①有與電源相連的兩個電極。 ②電解質溶液(或熔融鹽)。 ③形成閉合回路。 (2)電極名稱及電極反應式(如圖) (3)電子和離子的移動方向 ①電子：從電源負極流向電解池的陰極；從電解池的陽極流向電源的正極。 ②離子：陽離子移向電解池的陰極；陰離子移向電解池的陽極。 4．分析電解過程的思維程序 (1)首先判斷陰、陽極，分析陽極材料是惰性電極還是活潑電極。 (2)再分析電解質水溶液的組成，找全離子并分陰、陽兩組(不要忘記水溶液中的H＋和OH－)。 (3)然后排出陰、陽兩極的放電順序 陰極：最常用的陽離子放電順序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋。 陽極：活潑電極>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根離子。 (4)分析電極反應，判斷電極產物，寫出電極反應式，要注意遵循原子守恒和電荷守恒。 (5)最后寫出電解反應的總化學方程式或離子方程式。 5．惰性電極的電解規(guī)律 判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“”) 1．電解質溶液的導電過程就是電解質溶液被電解的過程。(　√　) 2．某些不能自發(fā)進行的氧化還原反應，通過電解可以實現(xiàn)。(　√　) 3．電解CuCl2溶液，陰極逸出的氣體能夠使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{色。(　　) 4．電解鹽酸、硫酸等溶液，H＋放電，溶液的pH逐漸增大。(　　) 5．電解時，電解液中陽離子移向陽極，發(fā)生還原反應。(　　) 6．用惰性電極電解CuSO4溶液一段時間后加入Cu(OH)2一定可使電解質溶液恢復到電解前狀態(tài)。(　　) 1．“電子不下水，離子不上岸” 即：電解時，在外電路中有電子通過，而在溶液中是依靠離子定向移動形成電流，即電子本身不會通過電解質溶液。 2．陰極不管是什么材料，電極本身都不反應，一定是溶液(或熔融電解質)中的陽離子放電。 3．電解水溶液時，K＋～Al3＋不可能在陰極放電，即不可能用電解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金屬。 4．書寫電解池中電極反應式時，要以實際放電的離子表示，但書寫總電解反應方程式時，弱電解質要寫成分子式。 一、電解原理和電解規(guī)律 1．如圖中兩燒杯盛有相同電解質溶液，X、Y分別是直流電源的兩極，通電后發(fā)現(xiàn)a極板質量增加。b極板處有無色無味氣體放出，符合這一情況的是(　　) a電極 b電極 X電極 溶液 A 鋅 石墨 負極 CuSO4 B 石墨 石墨 正極 NaOH C 銀 鐵 負極 AgNO3 D 石墨 銅 正極 NaNO3 解析：由通電后a、b兩極的現(xiàn)象知，X為負極，Y為正極，故B、D錯誤；b為陽極，A項中的陽極反應：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，C項中的陽極發(fā)生反應：Fe－2e－===Fe2＋，結合b極板處有無色無味氣體放出，則A正確，C錯誤。 答案：A 2．下圖為直流電源電解稀Na2SO4水溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加幾滴石蕊溶液。下列實驗現(xiàn)象描述正確的是(　　) A．逸出氣體的體積，a電極的小于b電極的 B．一電極逸出無味氣體，另一電極逸出刺激性氣體 C．a電極附近呈紅色，b電極附近呈藍色 D．a電極附近呈藍色，b電極附近呈紅色 解析：SO、OH－移向b極，在b極OH－放電，產生O2，b極附近c(H＋)>c(OH－)，石蕊溶液變紅。Na＋、H＋移向a極，在a極H＋放電產生H2，a極附近c(OH－)>c(H＋)，石蕊溶液變藍。所以產生的氣體體積a電極的大于b電極的；兩種氣體均為無色無味的氣體。A、B、C均錯。 答案：D 3．電解裝置如圖所示，電解槽內裝有KI及淀粉溶液，中間用陰離子交換膜隔開。在一定的電壓下通電，發(fā)現(xiàn)左側溶液變藍色，一段時間后，藍色逐漸變淺。 已知：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O 下列說法不正確的是(　　) A．右側發(fā)生的電極反應式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．電解結束時，右側溶液中含有IO C．電解槽內發(fā)生反應的總化學方程式：KI＋3H2OKIO3＋3H2↑ D．如果用陽離子交換膜代替陰離子交換膜，電解槽內發(fā)生的總化學反應不變 解析：本題考查電解基本原理，包括電極反應式的書寫，電解總反應的判斷等。根據(jù)題干信息可知，圖中左側為陽極，右側為陰極。A項，圖中右側為陰極，發(fā)生還原反應，有H2生成，電極反應為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，正確；B項，電解過程中陽極生成的I2會被溶液中的OH－消耗而生成IO，該陰離子可通過陰離子交換膜而進入右側溶液，正確；C項，電解最終生成物為H2和KIO3，正確；D項，若用陽離子交換膜，則右側生成的OH－就不能進入左側溶液中，也就阻止了I2與OH－的反應，所以總反應不同，錯誤。 答案：D 4．用惰性電極電解物質的量濃度為1∶3的CuSO4和NaCl的混合溶液，可能發(fā)生的反應有(　　) ①2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑ ②Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑ ③2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑ ④2H2O2H2↑＋O2↑ A．①②③ B．①②④ C．②③④ D．②④ 解析：由放電順序Cl－>OH－>SO，Cu2＋>H＋>Na＋知，開始是Cl－和Cu2＋分別在兩極放電，此時相當于電解CuCl2溶液，故②正確，①錯誤；由n(Cu2＋)∶n(Cl－)＝1∶3，當Cu2＋全部放電，溶液中還有Cl－，此時若繼續(xù)電解，則是電解NaCl溶液，故③正確；當Cl－全部放電后再繼續(xù)電解，則是電解Na2SO4和NaOH的混合溶液，其實質是電解水，故④正確。 答案：C 5．雙隔膜電解池的結構示意簡圖如圖所示，利用該裝置可以電解硫酸鈉溶液以制取硫酸和氫氧化鈉，并得到氫氣和氧氣。對該裝置及其原理判斷正確的是(　　) A．a氣體為氫氣，b氣體為氧氣 B．A溶液為氫氧化鈉，B溶液為硫酸 C．c隔膜為陽離子交換膜、d隔膜為陰離子交換膜 D．該電解反應的總方程式可以表示為2Na2SO4＋6H2O 2H2SO4＋4NaOH＋O2↑＋2H2↑ 解析：電解硫酸鈉溶液的陰極反應為2H＋＋2e－===H2↑，該極區(qū)水的電離被破壞，生成NaOH(B溶液)，陽極反應為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，總反應方程式為2Na2SO4＋6H2O2H2SO4＋4NaOH＋O2↑＋2H2↑，A、B項錯誤，D項正確；電解過程中，陽離子向陰極區(qū)移動，c膜應為陰離子交換膜，C項錯誤。 答案：D 6．下列各組中，每種電解質溶液電解時只生成氫氣和氧氣的是(　　) A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2 B．NaOH、CuSO4、H2SO4 C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2 解析：電解質溶液電解時只生成氧氣和氫氣，相當于是電解水。根據(jù)電解時離子的放電順序，當電解強含氧酸、強堿、活潑金屬含氧酸鹽的溶液時均相當于電解水。 答案：C 7．用惰性電極持續(xù)電解100 mL CuSO4溶液一段時間后，可以通過添加0.1 mol Cu(OH)2將溶液的量與濃度完全復原，則電解時電路中通過的電子為(　　) A．0.1 mol B．0.2 mol C．0.4 mol D．0.8 mol 解析：根據(jù)題意知，通過添加0.1 mol Cu(OH)2將溶液的量與濃度完全復原，可知電解時Cu2＋放電完全，且電解了一部分水。由0.1 mol Cu(OH)2可知，電解時陰極產生了0.1 mol Cu和0.1 mol H2，結合電極反應式知，通過的電子為0.4 mol。 答案：C 8．用惰性電極電解下列各組中的三種電解質溶液，在電解的過程中，溶液的pH依次為升高、不變、降低的是(　　) A．AgNO3　CuCl2　Cu(NO3)2 B．KCl　Na2SO4　CuSO4 C．CaCl2　KOH　NaNO3 D．HCl　HNO3　K2SO4 解析：電解KCl溶液生成KOH，pH升高，電解Na2SO4溶液，實質是電解水，pH不變，電解CuSO4溶液生成H2SO4，pH減小。 答案：B 9．用石墨作電極完全電解含1 mol溶質X的溶液后，向溶液中加入一定量的物質Y能使電解液恢復到起始狀態(tài)的是(　　) 選項 X溶液 物質Y A CuCl2 1 mol Cu(OH)2 B KOH 1 mol KOH C Na2SO4 1 mol H2SO4 D AgNO3 0.5 mol Ag2O 解析：電解CuCl2溶液的化學方程式為CuCl2Cu＋Cl2↑，所以電解后加CuCl2才能恢復原狀；電解KOH溶液的化學方程式為2H2O2H2↑＋O2↑，電解后加水才能恢復原狀；電解Na2SO4溶液的化學方程式為2H2O2H2↑＋O2↑，電解后加水能恢復原狀；電解AgNO3溶液的化學方程式為4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3，電解后加入0.5 mol Ag2O可恢復原狀，故A、B、C錯誤，選D。 答案：D 10．用如圖甲裝置電解一定量的CuSO4溶液，M、N為惰性電極。電解過程實驗數(shù)據(jù)如圖乙所示。x軸表示電解過程中轉移電子的物質的量，y軸表示電解過程中產生氣體的總體積。則下列說法不正確的是(　　) A．電解過程中N電極表面先有紅色物質生成，后有氣泡產生 B．A點所得溶液只需加入一定量的CuO固體就可恢復到起始狀態(tài) C．Q點時M、N兩電極上產生的氣體在相同條件下體積相同 D．若M電極材料換成Cu作電極，則電解過程中CuSO4溶液的濃度不變 解析：N為電解池的陰極，根據(jù)放電順序，首先Cu2＋得電子生成紅色物質Cu，然后H＋得電子生成H2，A正確；根據(jù)圖乙，OP段陰極發(fā)生Cu2＋得電子生成Cu的反應，P點后陰極H＋放電生成H2，陽極反應一直是OH－失電子生成O2，所以P點以后相當于電解水，A點只加入CuO固體不能恢復到起始狀態(tài)，B錯誤；由圖乙可以看出，OP段電路通過a mol電子，陽極生成氧氣體積為b L，PQ段又通過a mol電子，陽極生成氧氣體積為b L，則到Q點時，陽極共生成氧氣2b L，生成氫氣為(4b－2b) L＝2b L，C正確；若M電極材料換成Cu作電極，陽極上則是Cu失電子，陰極上Cu2＋得電子，所以電解過程中CuSO4溶液的濃度不變，D正確。 答案：B 二、電極反應式和電解總方程式的書寫 11．電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制氫氣的裝置示意圖如圖： 電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰陽兩極均為惰性電極。 (1)A極為________，電極反應式為__________________。 (2)B極為________，電極反應式為________________________________________________。 解析：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，電極反應式為CO(NH2)2－6e－＋8OH－===N2↑＋CO＋6H2O，陽極反應式容易錯寫成4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。 答案：(1)陽極　CO(NH2)2＋8OH－－6e－===N2↑＋CO＋6H2O (2)陰極　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－ 12．用石墨電極完成下列電解實驗。 下列對實驗現(xiàn)象的解釋或推測不合理的是(　　) A．a、d處：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．b處：2Cl－－2e－===Cl2↑ C．c處發(fā)生了反應：Fe－2e－===Fe2＋ D．根據(jù)實驗一的原理，實驗二中m處能析出銅 解析：a、d處試紙變藍，說明溶液顯堿性，是溶液中的氫離子得到電子生成氫氣，氫氧根離子剩余造成的，故A項正確；b處變紅，局部褪色，說明是溶液中的氫氧根和氯離子同時放電，故B項錯誤；c處為陽極，鐵失去電子生成亞鐵離子，故C項正確；實驗一中ac形成電解池，db形成電解池，所以實驗二中也相當于形成三個電解池(一個球兩面為不同的兩極)，m為電解池的陰極，另一球朝m的一面為陽極(n的背面)，故相當于電鍍，即m上有銅析出，故D項正確。 答案：B 13．用如圖所示裝置除去含CN－、Cl－廢水中的CN－時，控制溶液pH為9～10，陽極產生的ClO－將CN－氧化為兩種無污染的氣體，下列說法不正確的是(　　) A．用石墨作陽極，鐵作陰極 B．陽極的電極反應式：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O C．陰極的電極反應式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D．除去CN－的反應：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O 解析：若鐵作陽極，則鐵失電子生成Fe2＋，則CN－無法除去，故鐵只能作陰極，A項正確；Cl－要生成ClO－，氯元素的化合價要升高，故在陽極發(fā)生氧化反應，又已知該溶液為堿性條件，B項正確；陽離子在電解池的陰極得電子發(fā)生還原反應，堿性條件下，H2O提供陽離子H＋，故C項正確；由于溶液是堿性條件，方程式中不能出現(xiàn)H＋，D項錯誤。 答案：D 　電化學的有關計算 1 計算類型 原電池和電解池的計算主要包括以下幾個方面： (1)根據(jù)直流電源提供的電量求產物的量(析出固體的質量、產生氣體的體積等)； (2)溶液pH的計算； (3)相對原子質量和阿伏加德羅常數(shù)的計算； (4)產物的量與電荷量關系的計算。 2 解題方法 (1)根據(jù)總反應式計算 先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據(jù)總反應式列出比例式計算。 (2)根據(jù)電子守恒計算 ①用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產物、正負兩極產物、相同電量等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉移的電子數(shù)相等。 ②用于混合溶液中電解的分階段計算。 (3)根據(jù)關系式計算 據(jù)得失電子守恒關系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計算所需的關系式。串聯(lián)電路中各電極得失電子數(shù)相等，即電路中通過的電量(電子總數(shù))相等。 如以通過4 mol e－為橋梁可構建如下關系式： 該關系式具有總攬電化學計算的作用和價值，熟記電極反應式，靈活運用關系式便能快速解答常見的電化學計算問題。 1．將兩個鉑電極插入500 mL CuSO4溶液中進行電解，通電一定時間后，某一電極增重0.064 g(設電解時該電極無氫氣析出，且不考慮水解和溶液體積變化)，此時溶液中氫離子濃度約為(　　) A．410－3 molL－1　　　　 B．210－3 molL－1 C．110－3 molL－1 D．110－7 molL－1 解析：陰極反應：Cu2＋＋2e－===Cu，增重0.064 g應是Cu的質量，設生成H＋的物質的量為x，根據(jù)總反應方程式： 2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ 　　　　　　　 　264 g　　4 mol 　　　　　　　 　0.064 g　　x x＝0.002 mol c(H＋)＝＝410－3 molL－1。 答案：A 2．兩個惰性電極插入500 mL AgNO3溶液中，通電電解。當電解液的pH從6.0變?yōu)?.0時(設電解過程中陰極沒有H2放出，且電解液在電解前后體積變化可以忽略不計)，電極上析出銀的質量最大為(　　) A．27 mg B．54 mg C．106 mg D．216 mg 解析：首先結合離子放電順序，弄清楚兩極的反應：陽極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；陰極：4Ag＋＋4e－===4Ag，電解的總反應式為4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3。由電解的總反應式可知，電解過程中生成的n(Ag)＝n(HNO3)＝n(H＋)＝(10－3 molL－1－10－6 molL－1)0.5 L≈510－4 mol，m(Ag)＝510－4 mol108 gmol－1＝0.054 g＝54 mg。 答案：B 3．500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.3 molL－1，用石墨作電極電解此溶液，當通電一段時間后，兩極均收集到氣體1.12 L(標準狀況下)，假定電解后溶液體積仍為500 mL，下列說法正確的是(　　) A．原混合溶液中c(Na＋)＝0.2 molL－1 B．電解后溶液中c(H＋)＝0.2 molL－1 C．上述電解過程中共轉移0.4 mol電子 D．電解后得到的Cu的物質的量為0.1 mol 解析：陽極是陰離子放電(放電能力：OH－>NO)，根據(jù)題給信息，陽極一定是OH－放電，生成0.05 mol氧氣，轉移0.2 mol電子；陰極離子放電能力：Cu2＋>H＋>Na＋，所以Cu2＋先放電，然后是H＋放電，陰極生成0.05 mol氫氣時，轉移0.1 mol電子，根據(jù)得失電子守恒知，Cu2＋轉移0.1 mol電子，n(Cu2＋)＝0.05 mol。所以原溶液中n[Cu(NO3)2]＝0.05 mol，n(NO)＝0.3 molL－10.5 L＝0.15 mol，n(NaNO3)＝0.05 mol。原混合溶液中c(Na＋)＝0.1 molL－1，A項錯誤；結合以上分析及電解總方程式Cu2＋＋2H2OCu＋H2↑＋O2↑＋2H＋可知，生成0.05 mol Cu、0.05 mol O2、0.05 mol H2和0.1 mol H＋，電解后溶液中c(H＋)＝＝0.2 molL－1，B項正確；D項錯誤；上述電解過程中共轉移0.2 mol電子，C項錯誤。 答案：B 4．用惰性電極電解一定濃度CuSO4溶液，通電一段時間后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢復到電解前的濃度和pH。則下列說法正確的是(　　) A．電解過程中陰極沒有氣體生成 B．電解過程中轉移的電子的物質的量為0.4 mol C．原CuSO4溶液的濃度為0.1 molL－1 D．電解過程中陽極收集氣體體積為1.12 L(標準狀況下) 解析：加入0.1 mol Cu(OH)2相當于加入0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，故CuSO4電解完后還電解了部分水，陰極析出了0.1 mol Cu和0.1 mol H2，A錯誤；析出0.1 mol Cu轉移電子0.2 mol，析出0.1 mol H2轉移電子0.2 mol，故轉移的電子的總物質的量為0.4 mol，B正確；原CuSO4溶液的物質的量為0.1 mol，不知溶液體積，無法求濃度，C錯誤；電解過程中陽極始終產生O2，根據(jù)轉移的電子的總物質的量為0.4 mol，產生O2體積為2.24 L(標準狀況下)，D錯誤。 答案：B 5．如圖所示，通電5 min后，電極5的質量增加2.16 g，請回答下列問題： (1)a為電源的______(填“正”或“負”)極，C池是________池。A池陽極的電極反應為________，C池陰極的電極反應為________。 (2)如果B池中共收集到224 mL氣體(標準狀況)且溶液體積為200 mL(設電解過程中溶液體積不變)，則通電前溶液中Cu2＋的物質的量濃度為________。 (3)如果A池溶液是200 mL足量的食鹽水(電解過程溶液體積不 變)，則通電后，溶液的pH為________。 解析：根據(jù)已知條件通電5 min后，電極5的質量增加2.16 g，說明電極5作陰極，銀離子放電，電極反應為Ag＋＋e－===Ag，轉移電子的物質的量為0.02 mol，同時可知電極6作陽極，與電源的正極相連。同時可得a是負極，b是正極，電極1、3、5作陰極，電極2、4、6作陽極。由此可得(1)中答案。 (2)B池中電解總反應為2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋ 2H2SO4，若轉移0.02 mol電子時只收集到O2(只電解溶質)，則根據(jù)關系式2CuSO4～O2～4e－可得n(O2)＝0.005 mol，體積為112 mL(標準狀況)<224 mL，說明溶質CuSO4已耗完，然后電解水。設整個過程消耗CuSO4 x mol，H2O y mol，則有2x＋2y＝0.02，x＋y＝0.01，解得x＝y(tǒng)＝0.005 mol，則c(CuSO4)＝0.025 molL－1。 (3)由于A池中電解液足量，A池中只發(fā)生反應2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，根據(jù)關系式NaOH～e－，生成的n(NaOH)＝0.02 mol，則c(NaOH)＝＝0.1 molL－1，即溶液的pH＝13。 答案：(1)負　電解　2Cl－－2e－===Cl2↑　Ag＋＋e－===Ag (2)0.025 molL－1　(3)13