《(新課改省份專版)2022高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 5.5 化學(xué)能與電能(3)電解原理及應(yīng)用(過基礎(chǔ))學(xué)案(含解析)》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(新課改省份專版)2022高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 5.5 化學(xué)能與電能(3)電解原理及應(yīng)用(過基礎(chǔ))學(xué)案(含解析)(8頁珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、(新課改省份專版)2022高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 5.5 化學(xué)能與電能(3)電解原理及應(yīng)用(過基礎(chǔ))學(xué)案(含解析)
1.電解池
(1)電解池:把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。
(2)構(gòu)成條件
①有與直流電源相連的兩個(gè)電極;
②電解質(zhì)溶液(或熔融鹽);
③形成閉合回路。
(3)工作原理(以惰性電極電解CuCl2溶液為例)
總反應(yīng)離子方程式:Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑
①電極
陰極:與電源負(fù)極相連,得到電子,發(fā)生還原反應(yīng)。
陽極:與電源正極相連,失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng)。
②電子和離子的移動(dòng)方向(惰性電極)
[提醒]?、俳饘倩顒?dòng)性順序中銀以前的金屬(含銀)作電極時(shí),由于
2、金屬本身可以參與陽極反應(yīng),稱為金屬電極或活性電極(如Zn、Fe、Cu、Ag等);金屬活動(dòng)性順序中銀以后的金屬或非金屬作電極時(shí),稱為惰性電極,主要有鉑(Pt)、石墨等。
②電解時(shí),在外電路中有電子通過,而在溶液中是靠離子移動(dòng)導(dǎo)電,即電子不通過電解質(zhì)溶液。
2.電極反應(yīng)式的書寫步驟
[提醒]?、贂鴮戨娊獬氐碾姌O反應(yīng)式時(shí),可以用實(shí)際放電的離子表示,但書寫電解池的總反應(yīng)時(shí),弱電解質(zhì)要寫成分子式。
如用惰性電極電解食鹽水時(shí),陰極反應(yīng)式為2H++2e-===H2↑(或2H2O+2e-===H2↑+2OH-);總反應(yīng)離子方程式為2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑。
②電解水溶液時(shí),應(yīng)
3、注意放電順序,位于H+、OH-之后的離子一般不參與放電。
③Fe3+在陰極上放電時(shí)生成Fe2+而不是得到單質(zhì)Fe。
3.惰性電極電解電解質(zhì)溶液的四種類型
類型
電解質(zhì)(水溶液)
電極反應(yīng)式
總化學(xué)方程式或離子方程式
電解質(zhì)溶液濃度
溶液pH
電解質(zhì)溶液復(fù)原
電解水型
含氧酸(如H2SO4)
陽極:2H2O-4e-===O2↑+4H+
陰極:4H++4e-===2H2↑
2H2OO2↑+2H2↑
增大
減小
加H2O
強(qiáng)堿(如NaOH)
陽極:4OH--4e-===O2↑+2H2O
陰極:4H2O+4e-===2H2↑+4OH-
2H2O
4、O2↑+2H2↑
增大
增大
加H2O
活潑金屬的含氧酸鹽(如K N O3、Na2SO4)
陽極:4OH--4e-===O2↑+2H2O陰極:4H++4e-===2H2↑
2H2OO2↑+2H2↑
增大
不變
加H2O
電解電解質(zhì)型
無氧酸(如HCl,除HF外)
陽極:2Cl--2e-===Cl2↑
陰極:2H++2e-===H2↑
2HClCl2↑+H2↑
減小
增大
通入HCl氣體
不活潑金屬的無氧酸鹽(如CuCl2,氟化物除外)
陽極:2Cl--2e-===Cl2↑
陰極:Cu2++2e-===Cu
CuCl2 Cu+Cl2↑
減小
—
加
5、CuCl2
放H2生堿型
活潑金屬的無氧酸鹽(如NaCl)
陽極:2Cl--2e-===Cl2↑
陰極:2H2O+2e-===H2↑+2OH-
2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH-
生成新電解質(zhì)
增大
通入HCl氣體
放O2生酸型
不活潑金屬的含氧酸鹽(如CuSO4)
陽極:2H2O-4e-===O2↑+4H+
陰極:2Cu2++4e-===2Cu
2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+
生成新電解質(zhì)
減小
加CuO或CuCO3
[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練]
1.如圖是一個(gè)石墨作電極,電解稀的Na2SO4溶液的裝置,通電后在石墨電極A和B附近分別滴加一滴
6、石蕊溶液。下列有關(guān)敘述正確的是( )
A.逸出氣體的體積,A電極的小于B電極的
B.一電極逸出無味氣體,另一電極逸出刺激性氣味氣體
C.A電極附近呈紅色,B電極附近呈藍(lán)色
D.電解一段時(shí)間后,將全部電解液轉(zhuǎn)移到同一燒杯中,充分?jǐn)嚢韬笕芙獬手行?
解析:選D A、B電極反應(yīng)式分別為4H2O+4e-===2H2↑+4OH-、2H2O-4e-===O2↑+4H+,相同溫度和壓強(qiáng)下,A電極生成氣體體積大于B電極,A錯(cuò)誤;陽極上生成O2,陰極上生成H2,O2和H2都是無色無味氣體,B錯(cuò)誤;由電極反應(yīng)式知,A電極附近溶液呈堿性,B電極附近溶液呈酸性,則A電極附近溶液呈藍(lán)色,B電極附近溶液呈紅色,
7、C錯(cuò)誤;惰性電極電解稀的Na2SO4溶液,實(shí)際是電解水,將全部電解液轉(zhuǎn)移到同一燒杯中,充分?jǐn)嚢韬笕芤撼手行?,D正確。
2.用惰性電極電解下列各組中的三種電解質(zhì)溶液,在電解的過程中,溶液的pH依次為升高、不變、降低的是( )
A.AgNO3 CuCl2 Cu(NO3)2
B.KCl Na2SO4 CuSO4
C.CaCl2 KOH NaNO3
D.HCl HNO3 K2SO4
解析:選B AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4溶液隨電解的進(jìn)行,有酸產(chǎn)生,溶液pH降低;KCl、CaCl2溶液隨電解的進(jìn)行,有堿產(chǎn)生,溶液p
8、H升高;CuCl2、HCl電解的電解質(zhì)本身,溶液中CuCl2、HCl減少,對(duì)應(yīng)的H+減少,溶液的pH升高;KOH、HNO3相當(dāng)于電解H2O,電解質(zhì)濃度增大,對(duì)應(yīng)的堿溶液堿性更強(qiáng),酸溶液酸性更強(qiáng)。
3.如圖所示,a、b、c、d均為石墨電極,通電進(jìn)行電解,下列說法正確的是( )
A.電路中電子流向:負(fù)極→d→c→b→a→正極
B.a(chǎn)、c兩極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量相等
C.SO向b電極移動(dòng),Cl-向c電極移動(dòng)
D.通電后乙燒杯滴入酚酞溶液d極附近會(huì)變紅
解析:選D 電子只能在外電路中移動(dòng),故A錯(cuò)誤;a極產(chǎn)生O2,c極產(chǎn)生Cl2,根據(jù)電子守恒O2~2Cl2~4e-,O2和Cl2的物質(zhì)的量之比
9、為1∶2,故B錯(cuò)誤;陰離子向陽極移動(dòng),a和c是陽極,所以SO向a電極移動(dòng),Cl-向c電極移動(dòng),故C錯(cuò)誤;d極是陰極,電極反應(yīng)式可表示為2H2O+2e-===H2↑+2OH-,所以滴入酚酞溶液d極附近會(huì)變紅,故D正確。
4.按要求書寫電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。
(1)用惰性電極電解AgNO3溶液
陽極反應(yīng)式: ________________________________________________________;
陰極反應(yīng)式:_________________________________________________________;
總反應(yīng)離子方程式: _________
10、________________________________________。
(2)用惰性電極電解MgCl2溶液
陽極反應(yīng)式:________________________________________________________________________;
陰極反應(yīng)式:__________________________________________________________;
總反應(yīng)離子方程式: ___________________________________________________。
(3)用Fe作電極電解NaCl溶液
陽極反應(yīng)式:
11、______________________________________________________;
陰極反應(yīng)式: _________________________________________________________;
總反應(yīng)化學(xué)方程式: ___________________________________________________。
(4)用Al作電極電解NaOH溶液
陽極反應(yīng)式: _________________________________________________________;
陰極反應(yīng)式:____________________
12、_______________________________________;
總反應(yīng)離子方程式: _______________________________________________。
(5)用Cu作電極電解HCl溶液
陽極反應(yīng)式:_________________________________________________________;
陰極反應(yīng)式:_________________________________________________________;
總反應(yīng)離子方程式:_______________________________________
13、__。
(6)以鋁材為陽極,電解H2SO4溶液,鋁材表面形成氧化膜
陽極反應(yīng)式: ________________________________________________________;
陰極反應(yīng)式: _________________________________________________________;
總反應(yīng)離子方程式: ____________________________________________________。
答案:(1)2H2O-4e-===O2↑+4H+
4Ag++4e-===4Ag
4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+
(2
14、)2Cl--2e-===Cl2↑
2H2O+2e-+Mg2+===H2↑+Mg(OH)2↓
Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑
(3)Fe-2e-===Fe2+ 2H2O+2e-===H2↑+2OH-
Fe+2H2OFe(OH)2↓+H2↑
(4)2Al-6e-+8OH-===2AlO+4H2O
6H2O+6e-===3H2↑+6OH-
2Al+2H2O+2OH-2AlO+3H2↑
(5)Cu-2e-===Cu2+ 2H++2e-===H2↑
Cu+2H+Cu2++H2↑
(6)2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+
6H++6e-=
15、==3H2↑
2Al+3H2OAl2O3+3H2↑
知識(shí)點(diǎn)二 電解原理的應(yīng)用
1.電解飽和食鹽水
(1)電極反應(yīng)
陽極:2Cl--2e-===Cl2↑(反應(yīng)類型:氧化反應(yīng)),
陰極:2H++2e-===H2↑(反應(yīng)類型:還原反應(yīng))。
(2)總反應(yīng)式
總反應(yīng)化學(xué)方程式:
2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。
總反應(yīng)離子方程式:
2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑。
(3)氯堿工業(yè)制燒堿、氫氣和氯氣
裝置
離子交換膜電解槽
陽極
鈦網(wǎng)(涂有鈦、釕等氧化物涂層)
陰極
碳鋼網(wǎng)
陽離子交換膜
①只允許陽離子通過,能阻止陰離子和氣體通過
16、
②將電解槽隔成陽極室和陰極室
2.電鍍
應(yīng)用電解原理,在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。
實(shí)例——電鍍銅
陽極(銅片):Cu-2e-===Cu2+
陰極(待鍍鐵件):Cu2++2e-===Cu
[提醒 ]?、匐婂儠r(shí)陽極固體減少的質(zhì)量和陰極析出固體的質(zhì)量相等。
②電鍍時(shí),電解質(zhì)溶液的濃度不變。
3.電解精煉銅
(1)電極材料:陽極為粗銅,陰極為純銅。
(2)電解質(zhì)溶液:含Cu2+的鹽溶液。
(3)電極反應(yīng)式
陽極:Zn-2e-===Zn2+ Fe-2e-===Fe2+ Ni-2e-===Ni2+、Cu-2e-===Cu2+;
陰極:Cu2
17、++2e-===Cu。
[提醒]?、匐娊饩珶掋~時(shí),陽極減少的質(zhì)量與陰極增加的質(zhì)量不相等,電解質(zhì)溶液的濃度減小。
②粗銅中不活潑的雜質(zhì)(金屬活動(dòng)性順序中位于銅之后的銀、金等),在陽極難以失去電子,當(dāng)陽極上的銅失去電子變成離子之后,它們以金屬單質(zhì)的形式沉積于電解槽的底部,成為陽極泥。
4.電冶金
利用電解熔融鹽(或氧化物)的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。
總方程式
陽極、陰極反應(yīng)式
冶煉鈉
2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑
2Cl--2e-===Cl2↑、2Na++2e-===2Na
冶煉鎂
MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑
2Cl--2e-===Cl2
18、↑、Mg2++2e-===Mg
冶煉鋁
2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
6O2--12e-===3O2↑、4Al3++12e-===4Al
[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練]
1.利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。下列說法正確的是( )
A.氯堿工業(yè)中,X電極上反應(yīng)式是4OH--4e-===2H2O+O2↑
B.電解精煉銅時(shí),Z溶液中的Cu2+濃度不變
C.在鐵片上鍍銅時(shí),Y是純銅
D.制取金屬鎂時(shí),Z是熔融的氯化鎂
解析:選D 氯堿工業(yè)中陽極是Cl-放電生成Cl2;電解精煉銅時(shí)陽極粗銅溶解,陰極Cu2+放電析出Cu,但是粗銅中含有鋅、鐵、鎳等雜質(zhì),使得溶液中Cu2+濃
19、度變小;鐵片上鍍銅時(shí),陰極應(yīng)該是鐵片,陽極是純銅。
2.金屬鎳有廣泛的用途,粗鎳中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等雜質(zhì),可用電解法制備高純度的鎳,下列敘述正確的是(已知:氧化性Fe2+Fe>Ni>Cu>Pt發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)依次為Zn-2e-===Zn
20、2+、Fe-2e-===Fe2+、Ni-2e-===Ni2+,A項(xiàng)錯(cuò)誤;電解過程中,陽極Zn、Fe、Ni溶解,Cu、Pt沉積到電解槽底部,陰極只析出Ni,結(jié)合兩極轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等,陽極質(zhì)量的減少量與陰極質(zhì)量的增加量不相等,B項(xiàng)錯(cuò)誤;Cu和Pt還原性比Ni弱,不能失去電子,以沉淀的形式沉積在電解槽底部,形成陽極泥,C項(xiàng)正確;電解后,溶液中存在的金屬陽離子除了Fe2+、Zn2+外,還有Ni2+,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
3.用電解氧化法可以在鋁制品表面形成致密、耐腐蝕的氧化膜,電解質(zhì)溶液一般為H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列敘述錯(cuò)誤的是( )
A.待加工鋁質(zhì)工件為陽極
B.可選用不銹鋼網(wǎng)作為陰極
C.陰極的電極反應(yīng)式為Al3++3e-===Al
D.SO在電解過程中向陽極移動(dòng)
解析:選C 用電解氧化法可以在鋁制品表面形成致密、耐腐蝕的氧化膜,則鋁制品為陽極,即待加工鋁質(zhì)工件為陽極,A正確;選用不銹鋼網(wǎng)作為陰極不會(huì)影響電極反應(yīng)及總反應(yīng),故可選用不銹鋼網(wǎng)作為陰極,B正確;陰極的電極反應(yīng)式為2H++2e-===H2↑,C不正確;電解過程中,陰離子向陽極移動(dòng),故SO在電解過程中向陽極移動(dòng),D正確。