第25讲 电解原理的应用 （学生版）【暑假弯道超车】2024年新高二化学暑假讲义+习题（人教版2019选择性必修1）

第25讲电解原理的应用1.变化观念与平衡思想：通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。2.证据推理与模型认知：建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。一、电解饱和食盐水烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做。1．电解饱和食盐水的原理通电前：溶液中的离子是。通电后：①移向阳极的离子是，比容易失去电子，被氧化成。阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑(反应)。②移向阴极的离子是，比容易得到电子，被还原成。其中H＋是由水电离产生的。阴极：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－(反应)。③总反应：化学方程式为；离子方程式为。2．氯碱工业生产流程工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。(1)阳离子交换膜电解槽(2)阳离子交换膜的作用：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与阳极产生混合发生爆炸，也能避免与阴极产生的反应而影响氢氧化钠的产量。3．氯碱工业产品及其应用(1)氯碱工业产品主要有等。(2)电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。二、电镀电冶金1．电镀与电解精炼电镀是一种利用原理在某些金属表面镀上一薄层其他或的加工工艺。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。电镀电解精炼装置阳极材料镀层金属阴极材料镀件金属阳极反应阴极反应溶液变化Cu2＋浓度Cu2＋浓度，金、银等金属沉积形成阳极泥2.电冶金(1)金属冶炼的本质：使矿石中的获得电子变成的过程。如Mn＋＋ne－=M。(2)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的电极反应式：阳极：；阴极：；总反应：2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑。【归纳总结】(1)电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。(2)电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。三、电解原理在物质制备中的应用1.多室电解池制备物质原理电解原理常用于物质的制备，具有反应条件温和、反应试剂纯净和生产效率高等优点，电解原理能使许多不能自发的反应得以实现。工业上常用多室电解池制备物质，多室电解池是利用离子交换膜的，即允许带某种电荷的通过而限制带相反电荷的离子通过，将电解池分为两室、三室、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。2.多室电解池的分析思路四、电化学原理在污染治理中的应用利用电化学原理把空气、水中的污染物去除或把有毒物质变为无毒或低毒物质，具有易于控制、无污染或少污染、高度灵活性和经济性等优点。考点01电解原理的应用【例1】如图是电解饱和食盐水的装置，a、b为石墨电极。下列判断正确的是A．a为正极，b为负极 B．a极上有氯气放出C．b极上发生氧化反应 D．b极附近溶液显酸性【变式1-1】在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子【变式1-2】以粗铜和碳棒作电极，硫酸铜溶液为电解质溶液电解精炼铜。下列叙述错误的是A．与电源正极相连的是粗铜B．阴极发生反应：C．通电过程中，溶液中向发生氧化反应的电极移动D．通电一段时间，电解质溶液中不变考点02电解的有关计算【例2】以铬酸钾(K2CrO4)为原料，电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7)的实验装置示意图如图。下列说法正确的是A．在阳极放电，发生氧化反应B．装置中的离子交换膜为阴离子交换膜C．在阴极发生的电极反应为：2H2O+2e-=2OH-+H2↑D．当电路中有0.4mol电子转移时，标况下产生气体的总体积为4.48L【变式2-1】二氧化碳的再利用是实现温室气体减排的重要途径之一、在稀H2SO4溶液中利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，其原理如图所示，下列说法错误的是A．左侧电极上的电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+B．离子交换膜为阳离子交换膜C．一段时间后，阴极区溶液质量会减少D．若阴极只生成0.15molCO和0.25molC2H4，则电路中转移电子的物质的量为3.3mol【变式2-2】用电解法制备高纯金属铬和硫酸的原理如图所示。下列说法正确的是

A．b为直流电源的负极B．A膜是阳离子交换膜，B膜是阴离子交换膜C．阴极电极反应式为2H＋＋2e-=H2↑D．若有1mol离子通过A膜，理论上阳极生成0.5mol气体考点03电解原理在物质制备中的应用【例3】环氧乙烷()可用于生产乙二醇。电化学合成环氧乙烷()的装置如图所示：已知：下列说法错误的是A．Pt电极接电源正极B．制备1mol环氧乙烷，Ni电极区产生2molH2C．Pt电极区的反应方程式为：CH2=CH2+Br2+H2O→HOCH2CH2BrD．电解完成后，将阳极区和阴极区溶液混合才可得到环氧乙烷【变式3-1】利用电沉积法制备纳米级金属镍，具有制备晶体性能独特操作方法简便等优点，电解装置如图所示，下列说法错误的是A．电解时，A室发生的电极反应为B．电解一段时间后，B室中氯化钠溶液的质量分数减小C．为了提高电沉积效率，一段时间后，可向C室中补充溶液D．电解时，C室中的Cl－经过阴离子交换膜进入B室【变式3-2】工业上处理含的酸性工业废水用Fe为电极进行电解；经过一段时间有和沉淀产生；过滤回收沉淀，废水达到排放标准。下列说法错误的是A．电解时阴极的电极反应式为B．转变成的离子反应方程式为C．两极都能用Cu电极来代替Fe电极D．实验时若加入适量的电解效果更好考点04电化学综合考查【例4】工业上利用双极膜电渗析法制取盐酸和氢氧化钠的装置如下图所示。图中的双极膜中间层中的电离为和，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列有关说法错误的是A．N表示阴离子交换膜B．甲室流出的为氢氧化钠溶液C．电解总反应：D．相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法更环保【变式4-1】利用甲醇燃料电池电解溶液、溶液，装置如图所示：已知甲醇电池总反应式为。下列说法正确的是A．甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化为电能的装置B．反应一段时间后，向乙池中加入一定量能使溶液恢复到原浓度C．甲池通入的电极反应式为D．甲池中消耗280mL，此时丙池中理论上最多产生1.45g固体【变式4-2】电解精炼铜的废液中含有大量的Cu2+和SO，下图为用双膜三室电沉积法采用惰性电极回收废液中铜的装置示意图。下列说法错误的是A．电极b为阴极B．a极发生反应的电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑C．交换膜n为阴离子交换膜D．若浓缩室得到1L0.5mol/L的Na2SO4溶液，则阴极可回收12.8g铜(不考虑副反应)1．下列图示中关于铜电极的连接错误的是A．铜锌原电池B．电解精炼铜C．在镀件上镀铜D．电解氯化铜溶液2．电解与日常生活密切相关，下列符合生产实际的是A．电解熔融的氯化铝制取金属铝 B．在镀件上镀锌时，用锌作阴极C．电解法精炼粗铜时，用纯铜作阳极 D．电解饱和食盐水制烧碱时，用涂镍碳钢网作阴极3．下列描述中，不符合生产实际的是A．电解熔融的氯化镁制取金属镁，用铁作阳极B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极C．工业上电解饱和食盐水制烧碱，用阳离子交换膜阻止OH-移向阳极D．在镀件上电镀铜，用铜作阳极4．粗铜中含有少量的Zn、Fe、Ag、Au等，采用电解法提纯，下列说法错误的是A．可用硫酸铜溶液作电解质溶液B．粗铜与电源的正极相连C．在精炼过程中，Ag、Au沉积于阳极底部D．在精炼过程中，阳极、阴极的质量变化量相等5．用惰性电极进行电解，下列说法正确的是A．电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液不变B．电解稀溶液，要消耗，故溶液减小C．电解溶液，在阴极上和阳极上生成气体产物的物质的量之比为D．电解溶液，在阴极上和阳极上生成产物的物质的量之比为6．利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯。下列叙述中正确的是A．电解时以精铜作阳极B．电解时阴极上发生的反应为C．粗铜连接电源的负极，其电极反应为D．电解后，电解槽底部会形成含有少量Ag、Pt等金属的阳极泥7．欲在金属表面镀银，应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中，选用的阳极金属和电镀液均正确的是A．Ag和AgCl溶液 B．Ag和AgNO3溶液C．Fe和AgNO3溶液 D．Pt和Ag2SO4溶液8．某化学兴趣小组利用如图装置在铁棒表面镀上一层铜，下列有关的判断正确的是A．a为阳极、b为阴极 B．c为铁棒、d为铜棒C．电子流向从b→d→c→a D．溶液中Cu2+向d极移动9．以纯碱溶液为原料，通过电解的方法可制备小苏打，原理装置图如下：装置工作时，下列有关说法正确的是A．乙池电极接电池正极，气体X为H2B．Na+由乙池穿过交换膜进入甲池C．NaOH溶液Z比NaOH溶液Y浓度大D．甲池电极反应：4-4e－+2H2O=4+O2↑10．如图是某课题组设计的一种利用电解原理制取H2O2并用来处理工业废氨水的装置。为了不影响H2O2的产量，需向废氨水中加入适量硝酸调节溶液的pH约为5。下列说法正确的是（

）A．阴极的电极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑B．阳极的电极反应式为O2+2H++2e-=H2O2C．处理废氨水的过程中所发生的反应为3H2O2+2NH3•H2O=8H2O+N2↑D．工作过程中阳极附近溶液的pH逐渐增大11．用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中各项所列对应关系均正确的一项是选项X极实验前U形管中液体通电后现象及结论A负极CuCl2溶液b管中有气体逸出B负极NaOH溶液溶液pH降低C正极Na2SO4溶液U形管两端滴入酚酞后，a管中呈红色D正极AgNO3溶液b管中电极反应式是12．用如图所示装置，可由乙二醛制备乙二酸，反应原理+2Cl2+2H2O→+4HCl。下列说法正确的是A．该装置将化学能转化为电能B．Pt1电极的反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-C．盐酸除起增强溶液导电性的作用，还提供Cl-参与电极反应D．理论上每得到0.1mol乙二酸，将有0.2molH+从右室迁移到左室13．实验室用石墨电极电解含有酚酞的饱和NaCl溶液，装置如右图所示，下列说法不正确的是A．a极为电解池的阳极B．a极发生的电极反应为：2Cl--2e-=Cl2↑C．在电场作用下Cl-、OH-向阴极移动D．b极酚酞变红的原因是：H+放电，导致H2O⇌H++OH-正向移动，c(OH-)＞c(H+)14．根据反应2CrO＋2H＋＋H2O，用惰性电极电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7。下列说法不正确的是A．a连接电源负极B．b极反应式为