2019高考化学 第6章（化学反应与能量）第3节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 考点（1）电解原理讲与练（含解析）.doc

第六章化学反应与能量李仕才考点一电解原理 1电解定义在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。2能量转化形式电能转化为化学能。3电解池(1)构成条件有与电源相连的两个电极。电解质溶液(或熔融盐)。形成闭合回路。(2)电极名称及电极反应式(如图)(3)电子和离子的移动方向电子：从电源负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。4分析电解过程的思维程序(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H和OH)。(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序阴极：最常用的阳离子放电顺序：AgFe3Cu2H。阳极：活泼电极S2IBrClOH含氧酸根离子。(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。5惰性电极的电解规律判断正误(正确的打“”，错误的打“”)1电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。()2某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。()3电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。()4电解盐酸、硫酸等溶液，H放电，溶液的pH逐渐增大。()5电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应。()6用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后加入Cu(OH)2一定可使电解质溶液恢复到电解前状态。()1“电子不下水，离子不上岸”即：电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。2阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。3电解水溶液时，KAl3不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。4书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。一、电解原理和电解规律1如图中两烧杯盛有相同电解质溶液，X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加。b极板处有无色无味气体放出，符合这一情况的是()a电极b电极X电极溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨正极NaOHC银铁负极AgNO3D石墨铜正极NaNO3解析：由通电后a、b两极的现象知，X为负极，Y为正极，故B、D错误；b为阳极，A项中的阳极反应：4OH4e=O22H2O，C项中的阳极发生反应：Fe2e=Fe2，结合b极板处有无色无味气体放出，则A正确，C错误。答案：A2下图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是()A逸出气体的体积，a电极的小于b电极的B一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气体Ca电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色Da电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色解析：SO、OH移向b极，在b极OH放电，产生O2，b极附近c(H)c(OH)，石蕊溶液变红。Na、H移向a极，在a极H放电产生H2，a极附近c(OH)c(H)，石蕊溶液变蓝。所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体。A、B、C均错。答案：D3电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。已知：3I26OH=IO5I3H2O下列说法不正确的是()A右侧发生的电极反应式：2H2O2e=H22OHB电解结束时，右侧溶液中含有IOC电解槽内发生反应的总化学方程式：KI3H2OKIO33H2D如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学反应不变解析：本题考查电解基本原理，包括电极反应式的书写，电解总反应的判断等。根据题干信息可知，图中左侧为阳极，右侧为阴极。A项，图中右侧为阴极，发生还原反应，有H2生成，电极反应为2H2O2e=H22OH，正确；B项，电解过程中阳极生成的I2会被溶液中的OH消耗而生成IO，该阴离子可通过阴离子交换膜而进入右侧溶液，正确；C项，电解最终生成物为H2和KIO3，正确；D项，若用阳离子交换膜，则右侧生成的OH就不能进入左侧溶液中，也就阻止了I2与OH的反应，所以总反应不同，错误。答案：D4用惰性电极电解物质的量浓度为13的CuSO4和NaCl的混合溶液，可能发生的反应有()2Cu22H2O2Cu4HO2Cu22ClCuCl22Cl2H2O2OHH2Cl22H2O2H2O2A BC D解析：由放电顺序ClOHSO，Cu2HNa知，开始是Cl和Cu2分别在两极放电，此时相当于电解CuCl2溶液，故正确，错误；由n(Cu2)n(Cl)13，当Cu2全部放电，溶液中还有Cl，此时若继续电解，则是电解NaCl溶液，故正确；当Cl全部放电后再继续电解，则是电解Na2SO4和NaOH的混合溶液，其实质是电解水，故正确。答案：C5双隔膜电解池的结构示意简图如图所示，利用该装置可以电解硫酸钠溶液以制取硫酸和氢氧化钠，并得到氢气和氧气。对该装置及其原理判断正确的是()Aa气体为氢气，b气体为氧气BA溶液为氢氧化钠，B溶液为硫酸Cc隔膜为阳离子交换膜、d隔膜为阴离子交换膜D该电解反应的总方程式可以表示为2Na2SO46H2O2H2SO44NaOHO22H2解析：电解硫酸钠溶液的阴极反应为2H2e=H2，该极区水的电离被破坏，生成NaOH(B溶液)，阳极反应为4OH4e=2H2OO2，总反应方程式为2Na2SO46H2O2H2SO44NaOHO22H2，A、B项错误，D项正确；电解过程中，阳离子向阴极区移动，c膜应为阴离子交换膜，C项错误。答案：D6下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是()AHCl、CuCl2、Ba(OH)2BNaOH、CuSO4、H2SO4CNaOH、H2SO4、Ba(OH)2DNaBr、H2SO4、Ba(OH)2解析：电解质溶液电解时只生成氧气和氢气，相当于是电解水。根据电解时离子的放电顺序，当电解强含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐的溶液时均相当于电解水。答案：C7用惰性电极持续电解100 mL CuSO4溶液一段时间后，可以通过添加0.1 mol Cu(OH)2将溶液的量与浓度完全复原，则电解时电路中通过的电子为()A0.1 mol B0.2 molC0.4 mol D0.8 mol解析：根据题意知，通过添加0.1 mol Cu(OH)2将溶液的量与浓度完全复原，可知电解时Cu2放电完全，且电解了一部分水。由0.1 mol Cu(OH)2可知，电解时阴极产生了0.1 mol Cu和0.1 mol H2，结合电极反应式知，通过的电子为0.4 mol。答案：C8用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是()AAgNO3CuCl2Cu(NO3)2BKClNa2SO4CuSO4CCaCl2KOHNaNO3DHClHNO3K2SO4解析：电解KCl溶液生成KOH，pH升高，电解Na2SO4溶液，实质是电解水，pH不变，电解CuSO4溶液生成H2SO4，pH减小。答案：B9用石墨作电极完全电解含1 mol溶质X的溶液后，向溶液中加入一定量的物质Y能使电解液恢复到起始状态的是()选项X溶液物质YACuCl21 mol Cu(OH)2BKOH1 mol KOHCNa2SO41 mol H2SO4DAgNO30.5 mol Ag2O解析：电解CuCl2溶液的化学方程式为CuCl2CuCl2，所以电解后加CuCl2才能恢复原状；电解KOH溶液的化学方程式为2H2O2H2O2，电解后加水才能恢复原状；电解Na2SO4溶液的化学方程式为2H2O2H2O2，电解后加水能恢复原状；电解AgNO3溶液的化学方程式为4AgNO32H2O4AgO24HNO3，电解后加入0.5 mol Ag2O可恢复原状，故A、B、C错误，选D。答案：D10用如图甲装置电解一定量的CuSO4溶液，M、N为惰性电极。电解过程实验数据如图乙所示。x轴表示电解过程中转移电子的物质的量，y轴表示电解过程中产生气体的总体积。则下列说法不正确的是()A电解过程中N电极表面先有红色物质生成，后有气泡产生BA点所得溶液只需加入一定量的CuO固体就可恢复到起始状态CQ点时M、N两电极上产生的气体在相同条件下体积相同D若M电极材料换成Cu作电极，则电解过程中CuSO4溶液的浓度不变解析：N为电解池的阴极，根据放电顺序，首先Cu2得电子生成红色物质Cu，然后H得电子生成H2，A正确；根据图乙，OP段阴极发生Cu2得电子生成Cu的反应，P点后阴极H放电生成H2，阳极反应一直是OH失电子生成O2，所以P点以后相当于电解水，A点只加入CuO固体不能恢复到起始状态，B错误；由图乙可以看出，OP段电路通过a mol电子，阳极生成氧气体积为b L，PQ段又通过a mol电子，阳极生成氧气体积为b L，则到Q点时，阳极共生成氧气2b L，生成氢气为(4b2b) L2b L，C正确；若M电极材料换成Cu作电极，阳极上则是Cu失电子，阴极上Cu2得电子，所以电解过程中CuSO4溶液的浓度不变，D正确。答案：B二、电极反应式和电解总方程式的书写11电解尿素CO(NH2)2的碱性溶液制氢气的装置示意图如图：电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳两极均为惰性电极。(1)A极为_，电极反应式为_。(2)B极为_，电极反应式为_。解析：H2产生是因为H2O电离的H在阴极上得电子，即6H2O6e=3H26OH，所以B极为阴极，A极为阳极，电极反应式为CO(NH2)26e8OH=N2CO6H2O，阳极反应式容易错写成4OH4e=2H2OO2。答案：(1)阳极CO(NH2)28OH6e=N2CO6H2O(2)阴极6H2O6e=3H26OH12用石墨电极完成下列电解实验。下列对实验现象的解释或推测不合理的是()Aa、d处：2H2O2e=H22OHBb处：2Cl2e=Cl2Cc处发生了反应：Fe2e=Fe2D根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜解析：a、d处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子剩余造成的，故A项正确；b处变红，局部褪色，说明是溶液中的氢氧根和氯离子同时放电，故B项错误；c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，故C项正确；实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也相当于形成三个电解池(一个球两面为不同的两极)，m为电解池的阴极，另一球朝m的一面为阳极(n的背面)，故相当于电镀，即m上有铜析出，故D项正确。答案：B13用如图所示装置除去含CN、Cl废水中的CN时，控制溶液pH为910，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：Cl2OH2e=ClOH2OC阴极的电极反应式：2H2O2e=H22OHD除去CN的反应：2CN5ClO2H=N22CO25ClH2O解析：若铁作阳极，则铁失电子生成Fe2，则CN无法除去，故铁只能作阴极，A项正确；Cl要生成ClO，氯元素的化合价要升高，故在阳极发生氧化反应，又已知该溶液为碱性条件，B项正确；阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应，碱性条件下，H2O提供阳离子H，故C项正确；由于溶液是碱性条件，方程式中不能出现H，D项错误。答案：D电化学的有关计算1 计算类型原电池和电解池的计算主要包括以下几个方面：(1)根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)；(2)溶液pH的计算；(3)相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算；(4)产物的量与电荷量关系的计算。2 解题方法(1)根据总反应式计算先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。(2)根据电子守恒计算用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。用于混合溶液中电解的分阶段计算。(3)根据关系式计算据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。串联电路中各电极得失电子数相等，即电路中通过的电量(电子总数)相等。如以通过4 mol e为桥梁可构建如下关系式：该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。1将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为()A4103 molL1B2103 molL1C1103 molL1 D1107 molL1解析：阴极反应：Cu22e=Cu，增重0.064 g应是Cu的质量，设生成H的物质的量为x，根据总反应方程式：2Cu22H2O2CuO24H 264 g4 mol 0.064 gxx0.002 molc(H)4103 molL1。答案：A2两个惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解过程中阴极没有H2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)，电极上析出银的质量最大为()A27 mg B54 mgC106 mg D216 mg解析：首先结合离子放电顺序，弄清楚两极的反应：阳极：4OH4e=O22H2O；阴极：4Ag4e=4Ag，电解的总反应式为4AgNO32H2O4AgO24HNO3。由电解的总反应式可知，电解过程中生成的n(Ag)n(HNO3)n(H)(103 molL1106 molL1)0.5 L5104 mol，m(Ag)5104 mol108 gmol10.054 g54 mg。答案：B3500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)0.3 molL1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到气体1.12 L(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是()A原混合溶液中c(Na)0.2 molL1B电解后溶液中c(H)0.2 molL1C上述电解过程中共转移0.4 mol电子D电解后得到的Cu的物质的量为0.1 mol解析：阳极是阴离子放电(放电能力：OHNO)，根据题给信息，阳极一定是OH放电，生成0.05 mol氧气，转移0.2 mol电子；阴极离子放电能力：Cu2HNa，所以Cu2先放电，然后是H放电，阴极生成0.05 mol氢气时，转移0.1 mol电子，根据得失电子守恒知，Cu2转移0.1 mol电子，n(Cu2)0.05 mol。所以原溶液中nCu(NO3)20.05 mol，n(NO)0.3 molL10.5 L0.15 mol，n(NaNO3)0.05 mol。原混合溶液中c(Na)0.1 molL1，A项错误；结合以上分析及电解总方程式Cu22H2OCuH2O22H可知，生成0.05 mol Cu、0.05 mol O2、0.05 mol H2和0.1 mol H，电解后溶液中c(H)0.2 molL1，B项正确；D项错误；上述电解过程中共转移0.2 mol电子，C项错误。答案：B4用惰性电极电解一定浓度CuSO4溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则下列说法正确的是()A电解过程中阴极没有气体生成B电解过程中转移的电子的物质的量为0.4 molC原CuSO4溶液的浓度为0.1 molL1D电解过程中阳极收集气体体积为1.12 L(标准状况下)解析：加入0.1 mol Cu(OH)2相当于加入0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，故CuSO4电解完后还电解了部分水，阴极析出了0.1 mol Cu和0.1 mol H2，A错误；析出0.1 mol Cu转移电子0.2 mol，析出0.1 mol H2转移电子0.2 mol，故转移的电子的总物质的量为0.4 mol，B正确；原CuSO4溶液的物质的量为0.1 mol，不知溶液体积，无法求浓度，C错误；电解过程中阳极始终产生O2，根据转移的电子的总物质的量为0.4 mo