第6章-第2讲-电解池

第2讲电解池【2020·备考】最新考纲：1.理解电解池的构成、工作原理及应用。2.能书写电极反应和总反应方程式。核心素养：1.变化观念与平衡思想：认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；能多角度、动态地分析电解池中发生的反应，并运用电解池原理解决实际问题。2.科学精神与社会责任：肯定电解原理对社会发展的重大贡献，具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与电解有关的社会热点问题做出正确的价值判断。考点一电解原理（频数：★★★难度：★★☆）电解原理是电化学重要的理论基础，掌握好放电顺序，总结好电解规律，是解答好电解原理应用题的前提。另外对于设题方式多且灵活多变的实物图分析问题，应加以关注。1.电解定义电流2.能量转化形式3.电解池（2）电极名称及电极的反应式（如图）阳极2Cl－－2e－===Cl2↑阴极Cu2＋＋2e－===Cu（3）电子和离子的移动方向（惰性电极）4.电解过程1.不要忘记水溶液中的H＋和OH－，不要把H＋、OH－误加到熔融电解质中。2.最常用的放电顺序：阳极：活泼金属（一般指Pt、Au以外的金属）>Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋，但如果离子浓度相差十分悬殊，离子浓度大的也可以先放电，如理论上H＋的放电能力大于Zn2＋，由于溶液中c（Zn2＋）≥c（H＋），则先在阴极上放电的是Zn2＋，例如铁上镀锌时，放电顺序：Zn2＋>H＋。5.惰性电极电解电解质溶液的产物判断（图示）[速查速测]1.（易混点排查）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）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（

）

（3）电解时，电子的移动方向为：电源负极→阴极→阳极→电源正极（

）

（4）电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大（

）

（5）用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，加入Cu（OH）2可使电解质溶液恢复到电解前的情况（

）√××××2.（教材知识拓展题）要实现反应：Cu＋2HCl===CuCl2＋H2↑，设计了下列四个实验，你认为可行的是（）解析铜与盐酸不能直接发生反应，由于不是能自发进行的氧化还原反应，故不能设计成原电池，即A、B选项不符合；由于铜失去电子，故铜作阳极，与电源的正极相连，选项C符合。答案

C3.（探究思考题）用惰性电极电解2mol·L－1NaCl和1mol·L－1CuSO4的混合溶液，可看做两个电解阶段，试判断在两个阶段中阴、阳两极得到的产物是什么？并写出相应的电极反应式。第一阶段：阳极产物

，电极反应___________________________________；阴极产物

，电极反应_____________________________________________。第二阶段：阳极产物

，电极反应___________________________________。阴极产物

，电极反应______________________________________________。答案Cl2

2Cl－－2e－===Cl2↑Cu

Cu2＋＋2e－===CuO2

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑H2

4H＋＋4e－===2H2↑[A组基础知识巩固]1.下列装置的线路接通后，经过一段时间，溶液的pH明显减小的是（）答案D2.下图为直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是（）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味气体C.a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色D.a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色解析电解Na2SO4溶液时，a为阴极：4H＋＋4e－===2H2↑，b为阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；a极周围由于H＋放电溶液呈碱性，石蕊显蓝色，b极周围由于OH－放电溶液呈酸性，石蕊显红色。答案D3.（2018·河南豫南九校质量考评）如图所示，在一定电压下用惰性电极电解由等物质的量浓度的FeCl2、HCl组成的混合溶液。已知在此电压下，阴、阳离子根据放电能力顺序，都可能在阳极放电，下列分析正确的是（）A.C1电极上的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑B.C1电极处溶液首先变黄色C.C2电极上可依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑D.当C1电极上有2g物质生成时，就会有2NA个电子通过溶液发生转移解析

C1电极与电源的负极相连，作阴极，溶液中的H＋在阴极放电，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A错误；C1电极上H＋放电生成H2，C2电极与电源的正极相连，作阳极，Fe2＋的还原性强于Cl－，则依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑，故C2电极处溶液首先变黄色，B错误，C正确；电子只能通过导线传递，不能通过溶液传递，D错误。答案

C【原创总结】以惰性电极电解电解质溶液的类型和规律电解电解质型电解质形成的阴、阳离子放电，电解质电离形成的阴、阳离子要么是H＋、OH－，要么是放电顺序排在H＋、OH－之前的对应离子。无氧酸（如HCl），除HF外不活泼金属的无氧酸盐（如CuCl2），除氟化物外放H2生碱型阳离子为放电顺序排在H＋之后的金属阳离子；阴离子为放电顺序排在OH－之前的阴离子。活泼金属的无氧酸盐（如NaCl）放O2生酸型阳离子为放电顺序排在H＋之前的金属阳离子；阴离子为放电顺序排在OH－之后的阴离子。不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4）说明：请同学们写出上述实例中的半反应和总反应的离子方程式，并分析电解后溶液的pH变化。[B组考试能力过关]4.（海南高考）以石墨为电极，电解KI溶液（其中含有少量酚酞和淀粉）。下列说法错误的是（）A.阴极附近溶液呈红色 B.阴极逸出气体C.阳极附近溶液呈蓝色 D.溶液的pH变小答案D5.（北京高考）用石墨电极电解CuCl2溶液（见图）。下列分析正确的是（）A.a端是直流电源的负极B.通电使CuCl2发生电离C.阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－===CuD.通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体解析根据溶液中离子移动方向可知，U型管左侧电极是阴极，连接电源的负极，a端是电源的负极，A正确；通电使CuCl2发生电解，不是电离，B错误；阳极发生氧化反应，Cl－在阳极放电2Cl－－2e－===Cl2↑，C错误；Cl－发生氧化反应，在阳极放电生成Cl2，D错误。答案A6.（1）（2017·江苏高考）电解Na2CO3溶液，原理如图所示。阳极的电极反应式为_________________________________________________________________，

阴极产生的物质A的化学式为______________________________________。（2）（2015·山东高考）利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。利用如图所示装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为_________________________________________________________溶液（填化学式），阳极电极反应式为_________________________________，电解过程中Li＋向

电极迁移（填“A”或“B”）。（2）根据电解装置图，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，B极区产生H2，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，OH－与Li＋结合生成LiOH，所以B极区电解液应为LiOH溶液，B电极为阴极，则A电极应为阳极，阳极区电解液应为LiCl溶液，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。电解过程中，阳离子向阴极迁移，则Li＋向B电极迁移。考点二电解原理的应用（频数：★★★难度：★★☆）电解原理的综合应用是高考考查的重要内容，在掌握好电解原理基本应用的基础上，要特别关注电解在物质制备、污水处理等方面的拓展应用，在分析电解装置时，应注意半透膜的作用。1.电解饱和食盐水（1）电极反应阳极反应式：

（

反应）阴极反应式：

（

反应）2Cl－－2e－===Cl2↑氧化2H＋＋2e－===H2↑还原（3）应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气2.电解精炼铜粗铜

纯铜

3.电镀铜铜

待镀金属4.电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等6O2－－12e－===3O2↑4Al3＋＋12e－===4Al由于AlCl3为共价化合物熔融状态下不导电，所以电解冶炼铝时，电解的为熔点很高的氧化铝，为降低熔点，加入了助熔剂冰晶石（Na3AlF6）；而且电解过程中，阳极生成的氧气与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。

[速查速测]1.（易混点排查）正确的打“√”，错误的打“×”（1）电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c（Cu2＋）均保持不变（

）（2）电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料（

）（3）电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3（

）（4）电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料（

）（5）用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌（

）×××√×2.（教材改编题）（1）（LK选修4·P183改编）电解精炼铜时，如果转移0.04mol电子，阴极材料的质量将增加

g。（2）（RJ选修4·P834改编）电解饱和食盐水时，从阴极逸出2.24L氢气，从阳极逸出_______气体，逸出气体的体积为

L（在标准状况下，不考虑气体溶解）。1.282.24Cl23.（思维探究题）比较下列两种装置有哪些不同？（1）请分析两装置中各电极的质量变化？____________________________________________________________________。（2）请分析两装置中电解质溶液浓度的变化？____________________________________________________________________。答案（1）甲图中铜片质量减小，铁制品质量增加；乙图中粗铜质量减小，精铜质量增加（2）甲图中CuSO4溶液浓度几乎未变化，因为阳极溶解多少铜，阴极就析出多少铜；乙图中CuSO4溶液浓度逐渐变小，因为粗铜中混有Zn、Fe等杂质，放电后转化成Zn2＋、Fe2＋等离子，此时Cu2＋会转化为Cu，造成CuSO4溶液浓度减小[A组基础知识巩固]1.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是（）A.氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑B.电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变C.在铁片上镀铜时，Y是纯铜D.制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁解析氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，粗铜中混有Zn、Fe等杂质，放电后转化为Zn2＋、Fe2＋，阴极Cu2＋放电析出Cu，溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。答案D2.（物质制备）（2018·武汉市部分学校调研）在电解液不参与反应的情况下，采用电化学法还原CO2可制备ZnC2O4，原理如图所示。下列说法正确的是（）答案C3.（废气处理）（2018·湖南三湘名校教育联盟第三次大联考）[Fe（CN）6]3－可将气态废弃物中的硫化氢氧化为可利用的硫，自身被还原为[Fe（CN）6]4－。工业上常采用如图所示的电解装置，通电电解，然后通入H2S加以处理。下列说法不正确的是（）答案D【方法技巧】电化学中定量计算方法1.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。2.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。3.根据关系式计算

根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。

[B组考试能力过关]4.（2018·课标全国Ⅰ，13）最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：①EDTA­Fe2＋－e－===EDTA­Fe3＋②2EDTA­Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA­Fe2＋该装置工作时，下列叙述错误的是（）A.阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2OB.协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋SC.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低D.若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA­Fe3＋/EDTA­Fe2＋