考点20电解原理的应用

考点20电解原理的应用【核心考点梳理】一、电解饱和食盐水（氯碱工业）(1)概念：习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。(2)原理①通电前，氯化钠溶液中含有的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。通电时，移向阳极的离子是Cl－、OH－，移向阴极的离子是Na＋、H＋。②阳极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑；阴极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－；因H＋放电，促进了水的电离，使阴极区溶液显碱性。③电解的总反应式化学方程式为2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up8(电解))H2↑＋Cl2↑＋2NaOH；离子方程式为2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up8(电解))H2↑＋Cl2↑＋2OH－。(3)氯碱工业生产流程①离子交换膜电解槽②离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠溶液反应而影响氢氧化钠溶液的产量和质量。二、电镀(1)电镀的概念：利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。(2)某电镀铜实验装置(电镀池)如图所示。铜片为镀层金属，与直流电源的正极相连，作阳极；铁件为待镀金属，与直流电源的负极相连，作阴极；硫酸铜溶液为电镀液，含有镀层金属离子。(3)阳极反应式为Cu－2e－=Cu2＋；阴极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu。可观察到的现象是铁件表面镀一层红色的铜，铜片不断溶解。硫酸铜溶液浓度的变化是不变。电镀的特点是阳极参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。三、电解精炼铜(1)粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。电解池的构成是用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用硫酸铜溶液作电解质溶液。阳极反应式为Cu－2e－=Cu2＋、Zn－2e－=Zn2＋、Fe－2e－=Fe2＋等；阴极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu。(2)电解精炼铜的原理：粗铜中比铜活泼的金属锌、铁等，失去电子形成阳离子而溶解(残留在溶液中)；比铜不活泼的金属银、金等，以金属单质的形式沉积在电解槽的底部(形成阳极泥)；粗铜中的铜在纯铜上析出。阴极增重与阳极减重不相等。四、电冶金金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程，从它们的化合物中还原出来。如Mn＋＋ne－=M。电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠：阳极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑；阴极反应式为2Na＋＋2e－=2Na；总反应式为2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up8(电解))2Na＋Cl2↑。【核心归纳】1．2．电镀铜与精炼铜的比较电镀铜精炼铜能量转变电能转化为化学能电能转化为化学能阳极材料纯铜粗铜(含锌、银、金等杂质)阴极材料镀件纯铜阳极反应Cu－2e－=Cu2＋Zn－2e－=Zn2＋、Cu－2e－=Cu2＋等阴极反应Cu2＋＋2e－=CuCu2＋＋2e－=Cu电解质溶液及其变化硫酸铜溶液保持不变反应后硫酸铜溶液中混有Zn2＋等，Cu2＋浓度减小3．原电池、电解池、电镀池的判断方法(1)若装置中无外加电源，则该装置可能为原电池，然后根据原电池的构成条件进行分析判断。(2)若有外接直流电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池；当阴极为金属，阳极亦为金属且与电解质溶液中的金属阳离子属同种元素时，则为电镀池。(3)若多个单池相互串联，又有外接直流电源时，则与直流电源相连接的为电解池或电镀池。若无外接直流电源时，较活泼的金属电极为原电池的负极(电子输出极)，有关装置为原电池，其余为电镀池或电解池。【必备知识基础练】1．（2023上·浙江·高三校联考开学考试）关于下列物质工业制备的说法正确的是A．烧碱：通过Na2O与H2O反应来制备B．铝单质：通过电解AlCl3溶液来制备C．盐酸：H2与Cl2燃烧生成HCl溶于水制得D．粗硅：高温下用H2还原SiHCl3制得【答案】C【解析】A．工业制备烧碱，利用电解饱和食盐水得到，其反应2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，故A错误；B．工业冶炼金属铝单质，常电解熔融氧化铝，即2Al2O34Al+3O2↑，故B错误；C．氢气在氯气燃烧生成HCl，HCl溶于水得到盐酸，故C正确；D．粗硅制备是焦炭与二氧化硅反应，其反应为2C+SiO22CO+Si，得到粗硅，然后再与HCl反应得到SiHCl，最后与氢气反应生成Si，得到高纯度的硅，故D错误；答案为C。2．（2023上·北京顺义·高二校考期中）如图是模拟铁制品镀铜工艺的装置，下列说法正确的是A．a电极上发生还原反应B．b电极为铜C．电解质溶液可以是CusO4溶液D．电镀过程中，溶液中Cu2+浓度不断减小【答案】C【分析】由图可知，该装置为电镀池，与直流电源正极相连的a电极为铜，铜在阳极失去电子发生氧化反应生成铜离子，与负极相连的b电极为铁制品，铜铁离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜，电解质溶液为可溶性铜盐，电镀过程中，溶液中铜离子浓度不变。【解析】A．由分析可知，与直流电源正极相连的a电极为铜，铜在阳极失去电子发生氧化反应生成铜离子，故A错误；B．由分析可知，与负极相连的b电极为铁制品，故B错误；C．由分析可知，该装置为电镀池，电解质溶液为可溶性铜盐，可以是硫酸铜溶液，故C正确；D．由分析可知，电镀过程中，溶液中铜离子浓度不变，故D错误；故选C。3．（2022上·江苏苏州·高二常熟中学校考期中）下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是A．碱性氢氧燃料电池的负极反应式：B．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应式为：Cu2e=Cu2+C．用惰性电极电解饱和食盐水时，阴极的电极反应式为：D．在铁制品上镀银时，铁制品与电源正极相连，发生电极反应：Fe2e=Fe2+【答案】C【解析】A．在碱性氢氧燃料电池，通入燃料H2的电极为负极，负极上H2失去电子，产生的H+与OH结合生成H2O，则负极的电极反应式为：H22e+2OH=2H2O，A错误；B．粗铜精炼时，与电源正极相连的电极是阳极，阳极材料是粗铜，阳极的电极反应式主要为Cu2e=Cu2+，B错误；C．用惰性电极电解饱和食盐水时，阴极上H2O电离产生的H+得到电子被含有产生H2，则阴极的电极反应式为2H2O+2e=H2↑+2OH，C正确；D．在铁制品上镀银时，铁制品与电源负极相连作阴极，发生电极反应：Ag++e=Ag，D错误；故合理选项是C。4．（2024上·河北石家庄·高二石家庄精英中学阶段练习）利用电解法可将粗铜(含有Ag、Zn、Fe、Pt)提纯，下列叙述正确的是A．电解提纯时，精铜作阳极B．电解提纯时，可用硫酸铜溶液作电解质溶液C．电解提纯时，粗铜连接电源的负极，电极反应为Cu2++2e=CuD．电解提纯时，溶液中Ag+、Zn2+、Fe2+、Pt2+浓度均增大【答案】B【分析】电解精炼铜时，粗铜作阳极，铜和比铜活泼的Fe、Zn等在阳极放电，精铜作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e−＝Cu，据此作答。【解析】A．提纯时精铜作阴极，故A错误；B．精铜作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e−＝Cu，用硫酸铜溶液作电解质溶液，故B正确；C．粗铜作阳极，电极反应式为Cu−2e−═Cu2＋，故C错误；D．阳极发生反应有：Cu−2e−＝Cu2＋、Fe−2e−＝Fe2＋、Zn−2e−＝Zn2＋，活泼性比Cu弱金属Ag、Pt等金属在电解槽底部会形阳极泥，故D错误；故答案选B。5．（2023上·辽宁葫芦岛·高三校联考阶段练习）市场出售的“暖贴”中主要成分是铁粉、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等，“暖贴”用塑料袋密封，使用时从塑料袋中取出轻轻揉搓就会释放热量，用完后袋内有大量铁锈生成。下列说法正确的是A．“暖贴”工作时，氯离子移向负极B．铁锈具有磁性，常用作橡胶的黑色颜料C．“暖贴”工作时的能量变化与图示能量变化相符D．工业上钠的制取是通过电解氯化钠饱和溶液的方法【答案】A【分析】“暖贴”中铁粉构成原电池负极，炭粉构成原电池正极，NaCl溶液起电解质溶液作用，从而形成原电池。【解析】A．氯离子为阴离子，移向原电池的负极，A正确；B．铁锈的主要成分是氧化铁晶体，其颜色为红棕色，没有磁性，有磁性的是四氧化三铁，B错误；C．图示中稀盐酸和碳酸氢钠溶液的反应是吸热反应，而“暖贴”工作时放出大量热，二者能量变化不同，C错误；D．工业上钠的制取是通过电解熔融氯化钠的方法，D错误；故选A。6．（2023上·河南南阳·高二统考期中）下列有关电解原理应用的说法正确的是A．电解饱和食盐水时，阴极区减小B．电解法精炼铜时，若阴极质量增加，则阳极失去的电子数为C．氯化铝是一种电解质，工业上用电解氯化铝水溶液制备金属铝D．在铁制品上镀银时，铁制品与电源正极相连【答案】B【解析】A．电解饱和食盐水时，水分子在阴极得到电子发生还原反应生成生成氢气和氢氧根离子，阴极区溶液pH增大，故A错误；B．电解法精炼铜时，铜离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜，则由得失电子数目守恒可知，阴极生成3.2g铜时，阳极失去电子的数目为×2×NAmol—1=0.1NA，故B正确；C．氯化铝是共价化合物，熔融状态下不能导电，所以工业上用电解熔融氧化铝的方法制备金属铝，故C错误；D．在铁制品上镀银时，铁制品与电源负极相连做电镀池的阴极，故D错误；故选B。7．（2023上·陕西渭南·高二统考期中）化学用语是学习化学的重要工具。下列用来表示物质变化的化学用语中正确的是A．电解饱和食盐水时，阳极的电极反应为B．氢氧燃料电池的正极反应：C．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应为D．钢铁发生电化学腐蚀的负极反应：【答案】A【解析】A．电解饱和食盐水时，阳极氯离子失电子发生氧化反应，其电极反应为，A正确；B．碱性氢氧燃料电池的正极反应：，酸性氢氧燃料电池的正极反应，B错误；C．铜精炼时，粗铜连接电源正极，纯铜连接电源负极，阳极上电极反应式为，C错误；D．钢铁发生吸氧腐蚀时，铁作负极失电子发生氧化反应生成二价铁离子，电极反应为Fe﹣2e﹣═Fe2+，D错误。故选A。8．（2023上·陕西宝鸡·高三校联考阶段练习）由黄铜矿()制备精铜所涉及的过程如图所示。下列说法正确的是A．中铜的化合价为+2 B．FeO中铁元素仅具有还原性C．电解时粗铜与电源负极相连 D．每一步均涉及氧化还原反应【答案】D【解析】A．中铜的化合价为+1，A项错误；B．FeO中铁元素既有氧化性，又有还原性，B项错误；C．电解时粗铜与电源的正极相连，C项错误；D．每一步都有化合价升降，均涉及氧化还原反应，D项正确；答案选D。【关键能力提升练】9．（2023·全国·高三专题练习）工业上先后用下列方法制备金属钠：①用石墨作电极电解熔融氢氧化钠制钠。②铁与熔融氢氧化钠作用制钠：。③电解熔融氯化钠。下列有关说法正确的是A．电解熔融氢氧化钠制钠的反应为B．在电解熔融氯化钠的电解槽(如图)中，石墨为阳极，铁为阴极C．电解熔融氯化钠时，向阳极移动D．方法①与②制得等量的钠，两反应中转移的电子总数相等【答案】B【解析】A．电解熔融氢氧化钠时，生成钠、水和氧气，电池总反应为，故A错误；B．电解熔融氯化钠时，电解槽的阳极如果用活泼金属材料，则会导致电解时阳极放电而不是电解质中的阴离子放电，可用石墨作阳极，故B正确；C．电解熔融氯化钠时，钠离子向阴极移动，氯离子向阳极移动，故C错误；D．方法①中只有钠离子得电子，方法②中不仅有钠离子还有氢离子得电子，所以制得相等量的钠，两反应中转移的电子总数不相等，故D错误；故选：B。10．（2023上·河南·高二校联考阶段练习）用石墨作电极，电解溶液的装置如图，当电路中通过时，下列说法错误的是A．滴有酚酞的NaCl溶液变为红色B．通入44.8mLHCl，可使电解质溶液恢复到电解前的状态C．a试管中的气体体积略大于b试管中的D．A极的电极反应式仅为【答案】B【分析】石墨作电极，电解溶液，从装置图中分析A电极与电源负极相连为电解池阴极，发生电极反应为，a试管收集到，B电极与电源正极相连为电解池阳极，发生电极反应为，b试管收集到，总反应式为。【解析】A．电解溶液，有碱生成，溶液显碱性，滴有酚酞的溶液变为红色，A正确；B．未注明是否为标准状况下的44.8mLHCl气体体积，B错误；C．a试管收集到，b试管收集到，理论上产生的气体在相同条件下，体积相同，但反应过程中生成，与反应，使b试管收集到的略小于a试管收集到的，C正确；D．B电极先发生，完全放电后会发生，A电极的电极反应式仅为，D正确；答案选B。11．（2024上·河北石家庄·高二石家庄精英中学阶段练习）氯碱工业是高能耗产业，一种将电解池与燃料电池相结合的新工艺可以节能30%以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如图所示，下列说法中错误的是A．A池是电解池，B池是燃料电池B．X为Cl2，Y为H2C．NaOH溶液的浓度为a%>b%>c%D．该工艺设计的主要节能之处是燃料电池可以补充电解池消耗的电能【答案】C【分析】由图可知，A池为电解池，左侧电极为阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气X，右侧电极为阴极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气Y和氢氧根离子，钠离子通过阳离子交换膜由左向右移动；B池为燃料电池，左侧电极为负极，氢气在氢氧根离子作用下失去电子发生氧化反应生成水，右侧电极为正极，氧气和水在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，钠离子通过阳离子交换膜由左向右移动。【解析】A．由分析可知A池是电解池，B池是燃料电池，A正确；B．由分析可知，X为氯气、Y为氢气，B正确；C．由分析可知，燃料电池中，氢气在负极放电消耗氢氧根离子，则a%>b%，氧气在正极放电生成氢氧根离子，则c%>a%，则氢氧化钠溶液质量分数的大小为c%>a%>b%，C错误；D．该工艺设计的主要节能之处是燃料电池可以补充电解池消耗的电能，D正确；故答案选C。12．（2024上·湖北·高二校联考阶段练习）某科研小组用甲烷燃料电池制备Co(H2PO2)2，并获得副产品NaOH，其工作原理如图所示(已知：电解装置的电极材料分别为金属钴和不锈钢，H3PO2是一元弱酸)。下列有关说法正确的是A．M电极为不锈钢B．膜a、膜b均为阳离子交换膜C．电解过程中，原料室溶液pH减小D．消耗lmolCH4，理论上N极产生64gO2【答案】C【分析】根据图示可知，左侧为阳极室则M为阳极，阳极上Co失电子生成Co2+，Co2+向阴极移动，故通过阳离子交换膜进入产品室，但是不能通过膜b，因此膜b为阴离子交换膜，膜a为阳离子交换膜，原料室内的通过膜b进入产品室与Co2+结合生成Co(H2PO2)2，m为正极，N为阴极，阴极上H2O得电子生成氢气和氢氧根离子，原料室中的钠离子通过膜c进入阴极室与氢氧根离子结合生成NaOH，膜c为阳离子交换膜。【解析】A．根据分析可知，M电极为Co，A错误；B．根据分析可知，膜a、膜b分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜，B错误；C．水解使溶液呈碱性，电解过程中通过膜b进入产品室，导致原料室内浓度减小，则溶液中因水解生成的氢氧根离子浓度减小，溶液pH减小，C正确；D．N电极为阴极，水得电子生成氢气，不会生成氧气，D错误；故答案选C。13．（2023上·河北保定·高二河北定兴第三中学校联考期中）下列图示与对应的叙述相符的是(夹持装置已略去)A．铁勺上镀铜B．验证温度对化学反应平衡的影响C．粗铜的精炼D．中和反应反应热的测定A．A B．B C．C D．D【答案】B【解析】A．电镀时镀层金属在阳极，电源正极应与铜电极相连，故A错误；B．将装有等量的二氧化氮的两个圆底烧瓶如图分别置于冷水和热水中验证温度对化学反应平衡的影响，故B正确；C．精炼铜时，粗铜在阳极应与电源正极相连，故C错误；D．为了减少热量损失，应用玻璃搅拌器，故D错误；故选B。14．（2023·全国·高三专题练习）某小组同学认为，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。(1)该电解槽的阴极反应式为。此时通过阴离子交换膜的离子数(填“大于”、“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。(2)制得的氢氧化钾溶液从出口(填“A”、“B”、“C”或“D”)导出。(3)通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因。【答案】(1)2H2O+2e=H2↑+2OH小于(2)D(3)阴极发生的电极反应式为：2H2O+2e=H2↑+2OH，生成氢氧根离子，故附近溶液pH会增大【分析】要利用电解池制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠，则阴离子交换膜应通过硫酸根离子，A出来的是硫酸，阳离子交换膜应通过钾离子，D出来的是氢氧化钾，左侧阳极氢氧根离子被氧化生成氧气，右侧阴极氢离子被还原生成氢气。【解析】（1）阴极水电离的氢离子放电生成氢气：2H2O+2e=H2+2OH，为保持中间硫酸钾溶液呈电中性，阴离子交换膜通过一个硫酸根离子时，阳离子交换膜应同时通过2个钾离子，故答案为小于。（2）阴极产生氢气的同时也产生氢氧根离子，中间硫酸钾溶液中钾离子从阳离子交换膜向阴极移动，故氢氧化钾溶液从D口导出，C口导出的是氢气。（3）通电开始后，阴极发生的电极反应式为：2H2O+2e=H2↑+2OH，故附近溶液pH会增大。【学科素养拔高练】15．（2023上·河北沧州·高二校联考期中）电化学知识在我们的生产、生活中被广泛应用。回答下列问题：(1)如图1所示装置中，以稀土金属材料作惰性电极，在电极上分别通入甲烷和空气，其中固体电解质是掺杂了的固体，它在高温下能传导()。①电极的名称为，电极上的电极反应式为。②如图2所示用惰性电极电解100mL0.5mol⋅L溶液，电极上的电极反应式为，若要使电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入(填字母)。．

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．(2)利用图3所示的电解装置可制备少量的漂白液。①极为。②极反应式为