第16讲4.3电解池寒假班高二化学教材知识点精讲练（沪科版2020）

第十六讲电解池知识梳理考点一、电解池的工作原理1、电解池：一种将电能转化为化学能的装置。2、电解：电解是使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极发生氧化还原反应过程。3、电解池反应原理：阴极：与电源负极相连，本身不反应，溶液中正离子得电子发生还原反应。阳极：与电源正极相连，发生氧化反应，若是惰性中极，则是溶液中负离子失电子；若是非惰性电极，则电极本身失电子电子的流向：负极—阴极—阳极—正极电流的流向：正极—阳极—阴极—负极4、电解反应中反应物的判断——放电顺序⑴阴极A.阴极材料(金属或石墨)总是受到保护。B.正离子得电子顺序—金属活动顺序表的反表：K+<Ca2+<Na+<Mg2+<Al3+<Zn2+<Fe2+<Sn2+<Pb2+<(H+)<Cu2+<Hg2+<Ag+（正离子放电顺序与浓度有关，并不绝对）⑵阳极A.阳极材料是惰性电极(C、Pt、Au、Ti等)时：负离子失电子：S2＞I＞Br＞Cl＞OH＞NO3等含氧酸根离子＞FB.阳极是活泼电极时：电极本身被氧化，溶液中的离子不放电。原电池和电解池的比较：装置原电池电解池实例原理原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经过导线传递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行使电流通过电解质溶液而在阴,阳两极上引起氧化还原反应的过程.形成条件①电极：两种不同的导体相连；②电解质溶液：能与电极反应。①电源；②电极（惰性或非惰性）；③电解质（水溶液或熔化态）。反应类型自发的氧化还原反应非自发的氧化还原反应电极名称由电极本身性质决定：正极：材料性质较不活泼的电极；负极：材料性质较活泼的电极。由外电源决定：阳极：连电源的正极；阴极：连电源的负极；电极反应负极：Zn2e=Zn2+（氧化反应）正极：2H++2e=H2↑（还原反应）阴极：Cu2++2e=Cu（还原反应）阳极：2Cl2e=Cl2↑（氧化反应）电子流向负极(外电路)→正极阳极→电源正极阴极←电源负极电流方向正极(外电路)→负极阳极←电源正极阴极→电源负极能量转化化学能→电能电能→化学能应用①抗金属的电化腐蚀；②实用电池。①电解食盐水（氯碱工业）；②电镀（镀铜）；③电冶（冶炼Na、Mg、Al）；④精炼（精铜）。1．铝硫二次电池是一种具有高能量密度、廉价原材料、有前途的替代储能装置，一种铝硫电池如图所示，M极为表面吸附了硫的活性电极，电解质为K2A．放电时，铝电极的电极反应式为AlB．离子交换膜为阳离子交换膜C．充电时，M极为阳极，Al2D．充电时，每转移1mol【答案】C【解析】A．由分析可知，放电时，铝电极作负极，该电极的电极反应式为Al−3B．充放电过程中钾离子通过离子交换膜移动，故离子交换膜为阳离子交换膜，B正确；C．由分析可知，放电时M极为正极，故充电时，M极为阳极，电极反应为：S22e=S，即S2被氧化，C错误；D．充电时，每转移1mol电子，阴极电极反应为：4Al2Cl故答案为：C。2．已知CaLiCoO2二次电池在充电时的反应方程式为xCaA．闭合K1B．右侧电极反应的原理是锂离子的嵌入与脱嵌C．闭合K2，Li1−xD．闭合K2，当外电路转移0.1mol【答案】C【解析】A．由分析可知，闭合K1，该电池为原电池，钙电极为电池的负极，A正确；B．由分析可知，放电时，右侧电极为正极，电极反应式为Li1−xCoO2+xLi++xe−=LiCoO2，Li1−xC．由分析可知，闭合K2，该电池为电解池，Li1−xCoOD．闭合K2，当外电路转移0.1mol电子时，有0.1molLi+从右室通过锂离子导体膜迁移到左室，左室电解质中有故答案为：C。考点二、电解原理的应用电解原理的应用（1）、铜的电解精炼阳极（粗铜棒）：Cu－2e－＝Cu2＋阴极（精铜棒）：Cu2＋＋2e－＝Cu电解质溶液：含铜离子的可溶性电解质分析：因为粗铜中含有金、银、锌、铁、镍等杂质，电解时，比铜活泼的锌、铁、镍会在阳极放电形成正离子进入溶液中，Zn－2e－=Zn2+、Fe－2e－=Fe2+、Ni－2e－=Ni2+，Fe2+、Zn2+、Ni2+不会在阴极析出，最终留存溶液中，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均会改变。还原性比铜差的银、金等不能失去电子，它们以单质的形式沉积在电解槽溶液中，成为阳极泥。阳极泥可再用于提炼金、银等贵重金属。（2）、电镀阳极（镀层金属）：Cu－2e－＝Cu2＋阴极（镀件）：Cu2＋＋2e－＝Cu电镀液：含镀层金属的电解质分析：因为由得失电子数目守恒可知，阳极放电形成的Cu2＋离子和阴极Cu2＋离子放电的量相等，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均不会改变。注意：A、电镀是电解的应用。电镀是以镀层金属为阳极，待镀金属制品为阴极，含镀层金属离子为电镀液。B、电镀过程的特点：牺牲阳极；电镀液的浓度（严格说是镀层金属离子的浓度）保持不变；在电镀的条件下，水电离产生的H+、OH—一般不放电。（3）电解饱和食盐水——氯碱工业氯碱工业所得的NaOH、Cl2、H2都是重要的化工生产原料，进一步加工可得多种化工产品，涉及多种化工行业，如：有机合成、医药、农药、造纸、纺织等，与人们的生活息息相关。阳极：石墨或金属钛2Cl――2e＝Cl2↑阴极：铁网2H＋＋2e＝H2↑电解质溶液：饱和食盐水总方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑分析：在饱和食盐水中接通直流电源后，溶液中带负电的OH—和Cl—向阳极移动，由于Cl—比OH—容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出；溶液中带正电的Na+和H+向阴极移动，由于H+比Na+容易失去电子，在阴极被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子放出；在阴极上得到NaOH。（1）饱和食盐水的精制：原因：除去NaCl中的MｇCl2、Na2SO4等杂质，防止生成氢氧化镁沉淀影响溶液的导电性，防止氯化钠中混有硫酸钠影响烧碱的质量。试剂加入的顺序：先加过量的BaCl2和过量的NaOH（顺序可换），再加入过量的Na2CO3，过滤，加盐酸调节pH为7。（2）隔膜的作用：防止氢气和氯气混合发生爆炸；防止氯气和氢氧化钠反应影响烧碱的质量。（4）、电解法冶炼活泼金属：（1）电解熔融的氯化钠制金属钠：2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑（2）电解熔融的氯化镁制金属镁：MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑（3）电解熔融的氧化铝制金属铝：2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑分析：在金属活动顺序表中K、Ca、Na、Mg、Al等金属的还原性很强，这些金属都很容易失电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用电解其化合物熔融状态方法来冶炼。注意：电解熔融NaCl和饱和NaCl溶液的区别；不能用MgO替代MgCl2的原因；不能用AlCl3替代Al2O3的原因3．全钒液流电池是一种活性物质循环流动的液态电池，以溶解于一定浓度硫酸中的不同价态的钒离子为电极反应的活性物质，基本工作原理示意图如下：(1)硫酸是铅酸蓄电池的电解质，在铅酸蓄电池中负极的电极反应式是。(2)全钒液流电池放电时，左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝，则电极b的电极反应式是，若有0.2mol电子转移，质子交换膜左侧电解液质量(填“增加”或“减少”)，质量为。(3)全钒液流电池充电时，电极a应连接电源的极，电极反应式为。【答案】(1)Pb—2e—＋SO42-(2)V2+—e—=V3+增加0.2g(3)正VO2＋＋H2O—e—=VO2+＋2H【解析】（1）铅酸蓄电池中铅为原电池的负极，硫酸根离子作用下铅失去电子发生氧化反应生成硫酸铅，电极反应式为Pb—2e—＋SO42-=PbSO4，故答案为：Pb—2e—＋SO4（2）由分析可知，电极b为负极，V2+在负极失去电子发生氧化反应生成V3+，电极反应式为V2+—e—=V3+，电极a是原电池的正极，酸性条件下VO2+在正极得到电子发生还原反应生成VO2＋，电极反应式为VO2+＋2H＋+2e—=VO2＋＋H2O，则有0.2mol电子转移时，有0.4mol氢离子通过质子交换膜移向左侧溶液中，所以质子交换膜左侧电解液质量增加质量为0.4mol×1g/mol=0.4g，故答案为：V2+—e—=V（3）由分析可知，充电时，与直流电源正极相连的a电极为阳极，水分子作用下VO2＋在阳极失去电子发生氧化反应生成VO2+和氢离子，电极反应式为VO2＋＋H2O—e—=VO2+＋2H＋，故答案为：正；VO2＋＋H2O—e—=VO2+4．完成下列问题：(1)取一块打磨过的生铁片，在其表面滴一滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食盐水，放置一段时间后，生铁片上出现如图所示“斑痕”，其边缘为红色，中心区域为蓝色，在两色环交界处出现铁锈，生铁片发生腐蚀，边缘区的电极反应式为。(2)区分晶体和非晶体最可靠的方法是。(3)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极反应式为。(4)以多孔铂为电极，如图装置中A、B口分别通入CH3CH2OH和O2构成乙醇燃料电池，则b电极是(填“正极”或“负极”)，该电池的负极的电极反应式为用该燃料电池作为电源进行电解，将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064g(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。(5)利用人工光合作用可将CO2转化为甲酸，反应原理为2CO2＋2H2O=2HCOOH＋O2，装置如图所示：①电极2的电极反应式是。②在标准状况下，当产生22.4LO2时，理论上电极1室液体质量变化g。(学法题)书写电极反应式时应注意哪些问题。【答案】(1)吸氧O2+2H2O+4e=4OH(2)X射线衍射实验(3)2Al6e+3H2O=Al2O3+6H+(4)正极CH3CH2OH12e+16OH=2CO32-+11H2O4×103(5)CO2+2H＋+2e－=HCOOH36两电极得失电子数目相等；书写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒等【解析】（1）生铁片边缘处为红色，说明生成了OH，生铁片发生吸氧腐蚀，电极方程式为：O2+2H2O+4e=4OH。（2）区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验。（3）以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极Al失去电子生成Al2O3，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：2Al6e+3H2O=Al2O3+6H+。（4）燃料电池中B口通入O2，b剂为正极，负极CH3CH2OH得到电子生成CO32-，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：CH3CH2OH12e+16OH=2CO32-+11H2O。设生成硫酸的物质的量为xmol，由方程式2CuSO4+2H2O通电2Cu+2H2SO4+O2↑，xmol2mol=158g0.064g，解得x=0.001mol，n(H+)=0.001mol×2=