考点19电解池的工作原理（原卷版）

考点19电解池的工作原理【核心考点梳理】一、电解池的工作原理1．电解：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。2．电解池：将电能转化为化学能的装置。3．电解池的电极名称阴极：与直流电源负极相连的电极，发生还原反应；阳极：与直流电源正极相连的电极，发生氧化反应。4．电解池的构成条件(1)具有直流电源；(2)两个电极(阴极、阳极)；(3)电解质溶液或熔融电解质；(4)形成闭合回路。5．电子和离子移动方向(1)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。(2)离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。6．以惰性电极电解CuCl2溶液实验现象实验结论电流表指针发生偏转说明电解质溶液导电，形成闭合回路与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质析出金属铜与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝产生了氯气实验原理分析：(1)氯化铜溶液中存在的离子有Cu2＋、Cl－、H＋、OH－，通电前这些离子在溶液中作自由运动。(2)通电时在电场的作用下，溶液中自由运动的离子作定向运动，即Cl－、OH－趋向a极，Cu2＋、H＋趋向b极。(3)a极电极反应式是2Cl－－2e－=Cl2↑，b极电极反应式是Cu2＋＋2e－=Cu，总反应式是Cu2＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up8(电解))Cu＋Cl2↑。二、酸、碱、盐溶液电解规律(惰性电极)电解质及类别电极反应式电解物质pH变化溶液复原方法电解水型H2SO4含氧酸阳极：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O阴极：4H＋＋4e－=2H2↑H2O减小加入H2ONaOH强碱增大Na2SO4活泼金属的含氧酸盐不变电解电解质型HCl无氧酸阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：2H＋＋2e－=H2↑HCl增大加入HClCuCl2不活泼金属的无氧酸盐阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－=CuCuCl2－加入CuCl2放H2生碱型NaCl活泼金属的无氧酸盐阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：2H＋＋2e－=H2↑NaCl、H2O增大加入HCl放O2生酸型CuSO4不活泼金属的含氧酸盐阳极：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O阴极：2Cu2＋＋4e－=2CuCuSO4、H2O减小加入CuO或CuCO3【核心归纳】1．(1)金属活动性顺序中银前面的金属(含银)作电极时，由于金属本身可以参与阳极反应，称为金属电极或活性电极(如Zn、Fe、Cu、Ag等)；金属活动性顺序中银以后的金属或非金属作电极时，称为惰性电极，主要有铂(Pt)、石墨等。(2)电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是靠离子移动导电，即电子不通过电解质溶液。2．电解池的阴、阳极的判断方法3．电解时电极产物的判断【必备知识基础练】1．（2023上·河北保定·高二河北定兴第三中学校联考期中）(红色)是一种导体材料，基于绿色化学理念设计的制取的电解池示意图如图所示，下列说法正确的是A．若电源为铅蓄电池，电池工作时，Cu电极应与铅蓄电池的Pb电极相连B．电池工作时，电解质溶液中的往石墨电极移动C．电池工作时，每转移电子，此时两电极的质量相差(假设起始时两电极质量相同)D．电池工作时，在石墨电极附近滴入几滴紫色石蕊试液，可观察到该电极附近的溶液变红2．（2023上·吉林通化·高二校考阶段练习）铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：，下列有关该电池的说法不正确的是A．电池的电解质溶液为碱性溶液，阳离子向正极移动B．电池放电时，负极反应为C．电池充电过程中，阴极附近溶液的降低D．电池充电时，阳极反应为3．（2023上·北京海淀·高二北理工附中校考期中）高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：下列叙述不正确的是()A．放电时锌做负极B．充电时氢氧化铁被氧化C．充电时阳极附近溶液的碱性减弱D．放电时每转移3mole，有2molFeO被还原4．（2023上·河北邯郸·高二校联考阶段练习）保险粉又称连二亚硫酸钠，可用作纺织工业的漂白剂、脱色剂、脱氯剂。工业上用电解溶液得到(如图所示，M、N均为惰性电极)，下列说法正确的是A．M电极上的电极反应式为B．为强电解质，为弱电解质C．b为电源负极，N电极上发生氧化反应D．该电解池工作时，能量的转化形式为化学能转化为电能5．（2023上·辽宁沈阳·高二东北育才学校校考阶段练习）实验装置如图所示。接通电源后，用碳棒(、)作笔，在浸有饱和NaCl溶液和石蕊溶液的湿润试纸上同时写字，端的字迹呈白色。下列结论不正确的是A．a为电源的正极B．端的字迹呈蓝色C．电流方向为：D．碳棒的电极反应式为2H+2e=H2↑【关键能力提升练】6．（2024上·辽宁抚顺·高二校联考期末）氟离子电池工作示意图如图所示，其中充电时F从乙电极移向甲电极，下列有关该电池的说法正确的是A．充电时，乙电极上发生氧化反应B．放电时，甲电极上的电极反应式为BiF33e=Bi+3FC．充电时，每转移0.2mol电子，乙电极的质量减小3.8gD．该电池放电时，能量的转化形式仅有电能转化为化学能7．（2024上·河北石家庄·高二石家庄精英中学阶段练习）以惰性电极电解100mL0.05mol/LCuSO4溶液，若不考虑溶液的体积变化，当阳极产生56mL(标准状况下)气体时，下列叙述错误的是A．阴极电极反应式为Cu2++2e=CuB．所得溶液的pH=1C．要使溶液恢复到电解前的状态，可加入0.4g的CuOD．通电足够长时间，加入0.1molCu2(OH)2CO3可使溶液复原，则电路中转移电子为0.4mol8．（2023上·福建厦门·高二厦门一中校考阶段练习）设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是A．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸B．装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大C．乙室电极反应式为D．若甲室减少200mg，乙室增加400mg，则此时已进行过溶液转移9．（2023上·福建南平·高二福建省南平市高级中学校考期中）利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图所示。下列说法正确的是A．a极反应：CH4－8e－+4O2－=CO2+2H2OB．A膜和C膜均为阴离子交换膜，B膜为阳离子交换膜C．可用铁电极替换阳极的石墨电极D．a极上通入2.24L甲烷，理论上产品室可新增0.4molCa(H2PO4)210．（2023上·河北衡水·高二衡水市第二中学校考期中）用惰性电极电解一定量的溶液，实验装置如图甲。电解过程中的实验数据如图乙，横坐标表示电解过程中转移电子的物质的量，纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况下)。下列说法错误的是A．a极为电解池的阴极，b极为电解池的阳极B．曲线0~P段表示的体积变化，曲线P~Q段表示和混合气体的体积变化C．从0~Q过程中收集到的混合气体的平均摩尔质量为D．电解完成后，要想使电解液恢复原来的浓度和体积，可加入11．（2023上·陕西西安·高二西安中学校考阶段练习）如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2=N2＋2H2O。下列说法不正确的是A．乙池中Fe电极上发生还原反应B．乙池中石墨电极上的反应为2H2O－4e－=4H+＋O2↑C．甲池溶液pH增大，乙池溶液pH减小D．甲池中每消耗0.1molN2H4，乙池电极上则会析出12.8g固体12．（2023上·四川遂宁·高二射洪中学校考阶段练习）最近《化学学报》报道了用聚环氧乙烷电解质基的高压固态锂离子电池，锂离子在该电解质基中有较好的传递效率，同时具有较好的安全性，正极材料为Li1－aMnxFeyPO4/LiMnxFeyPO4，Li1－aMnxFeyPO4中Mn，Fe元素均为+2价，电池结构示意图如下。下列说法错误的是A．正极材料Li1－aMnxFeyPO4中，若x+y=1.2，则α=0.4B．充电时，阴极反应为：Li1－aMnxFeyPO4+aLi++ae－=LiMnxFeyPO4C．放电时，当外电路转移0.2mol电子，理论上负极质量减少1.4gD．放电时总反应：Li1－aMnxFeyPO4+aLi=LiMnxFeyPO413．（2023上·北京海淀·高二北京市八一中学校考期中）某同学使用石墨电极，在不同电压(x)下电解pH=1，0.1mol/L的FeCl2溶液，实验记录如不(a、b代表电压数值)序号电压/V阳极现象检验阳极产物IX>a电极附近出现黄色，有气泡产生有Fe3+、有Cl2Ⅱa>x≥b电极附近出现黄色，无气泡产生有Fe3+、无Cl2b>x≥0无明显变化无Fe3+、无Cl2下列说法中，不正确的是A．I中阳极附近的溶液可使KI淀粉试纸变蓝B．由Ⅱ中阳极现象不能说明该电压下C1在阳极是否放电C．Ⅱ中出现黄色可能是因为Fe2+有还原性，在阳极放电产生Fe3+D．增加pH=1，0.1mol/L的NaCl溶液做对照实验进一步验证Cl在阳极是否放电14．（2023上·河北衡水·高二衡水市第二中学校考期中）电化学在生产、生活和科学研究中应用十分广泛，认识和研究化学能与电能相互转化的原理和规律具有极其重要的意义。回答下列问题：(1)图1为某锌锰干电池的基本构造图。该碱性锌锰干电池的总反应式为，该电池工作时负极的电极反应式为。(2)工业上用硫化镍()作为电极材料冶炼镍。如图2所示，电解时，硫化镍中的硫元素以单质形态沉积在某电极附近，镍元素以形态进入电解液中，纯镍为(填“阳极”或“阴极”)。写出阳极的电极反应式：。(3)全钒液流电池是化学储能领域的一个研究热点，储能容量大、使用寿命长。利用该电池电解处理含的废水制备硝酸和氨水的原理如图3所示，a，b、c、d电极均为惰性电极。①全钒液流电池放电时，a电极反应式为，电子的流向由(填“a→导线→d”或“d→导线→a”)。②隔膜2为交换膜(填“阴离子”或“阳离子”)，装置B中q口流出液中主要的溶质为(填化学式)，d电极的电极反应式为。③当装置A中有通过质子交换膜时，则装置B中产生气体的总体积为L(标准状况下)。【学科素养拔高练】15．（2023上·北京丰台·高二统考期中）电化学原理在污染治理方面有着重要的作用。Ⅰ.煤在直接燃烧前要进行脱硫处理。采用电解法脱硫的基本原理如图所示，利用电极反应将Mn2+转化为Mn3+，Mn3+再将煤中的含硫物质(主要成分是FeS2)氧化为Fe3+和SO：

已知：两电极为完全相同的惰性电极。回答下列问题：(1)M为电源的(填“正极”或“负极”)。(2)电解池工作时，观察到R电极上有无色气体产生，写出电极反应式。(3)电解池工作时，混合液中SO的物质的量(填“变大”、“变小”或“不变”)。(4)电解过程中，混合溶液中的pH将(填“变大”、“变小”或“不变”)，理由是。Ⅱ.电解还原法处理酸性含铬废水：以铁板做阴、阳极，电解含铬废水，示意如图。(5)电解开始时，A极上主要发生的电极反应式为。(6)产生的Fe2+将Cr2O还原为Cr3+的离子方程式为。(7)随着电解的进行，阳极铁板会发生钝化，表面形成FeO•Fe2O3的钝化膜，使电解池不能正常工作。将阴极铁板与阳极铁板交