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1、2022年高中化學 電解池知識精講 人教實驗版選修4
【本講教育信息】
一. 教學內(nèi)容:
電解池
二. 重點、難點:
電解原理及其應用既是重點,也是難點
三. 具體內(nèi)容:
1. 電解原理
(1)裝置
(2)現(xiàn)象
(3)電極反應
(4)電解定義
(5)電極的判斷和選擇
(6)電子流向
(7)離子放電順序
2. 電解的幾種情況與pH變化
(1)氯化銅溶液電解
(2)鹽酸電解
(3)硫酸鉀溶液電解
(4)溴化鈣溶液電解
(5)硫酸銅溶液、以銅為電極的電解
3. 電解原理的應用
(1)氯堿工業(yè)
(2)電鍍
(3)銅的電解精煉
(4)鋁的
2、冶煉
(5)鈉的冶煉
4. 原電池、電解池的對比
5. pH變化的判斷
【典型例題】
[例1] 實驗室用鉛蓄電池作電源電解飽和食鹽水制取氯氣,已知鉛蓄電池放電時發(fā)生如下反應:負極Pb+SO42-=PbSO4+2e-正極PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O,今若制Cl20.050 mol,這時電池內(nèi)消耗H2SO4的物質(zhì)的量至少是( )
A. 0.025 mol B. 0.050 mol C. 0.10 mol D. 0.20 mol
答案:C
解析:根據(jù)電源和電解池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相同來解題。
[例2] 下圖各容器中盛有海
3、水,鐵在其中被腐蝕時,由快到慢的順序是( )
A. ④>②>①>③ B. ②>①>③>④
C. ④>②>③>① D. ③>②>④>①
答案:A
解析:考察原電池、電解池中金屬電極的消耗情況比較。
[例3] 近年來,加“碘”食鹽較多的使用了碘酸鉀(KIO3),碘酸鉀在工業(yè)上可用電解法制取。以石墨和不銹鋼為電極,以KI溶液為電解液,在一定條件下電解,反應方程式為:
。下列有關(guān)說法正確的是( )
A. 電解時,石墨作陰極,不銹鋼作陽極
B. 電解時,陽極反應是:I – – 6e – + 3H2O = IO3 – + 6H+
C. 溶
4、液調(diào)節(jié)至強酸性,對生產(chǎn)有利
D. 電解前后溶液的pH幾乎不變
答案:BD
解析:考察基本電解原理的應用。
[例4] ① 某同學用碳棒、銅棒和稀硫酸為原材料,實現(xiàn)了在通常條件下不能發(fā)生的反應:Cu+H2SO4(稀)=CuSO4+H2↑。請在右邊畫出能夠?qū)嶒炦@一反應的裝置圖。② 某同學在做一定條件下銅與稀硫酸的反應實驗時,看到碳棒上有氣泡產(chǎn)生,但銅棒卻沒有被腐蝕。請你分析其原因: 。
答案:②兩極與電源的正負極接反了,或銅棒接電源的負極了等。
解析:考察對于電解原理的分析。
[例5] 在下圖用石墨作電極的電解池中,
5、放入500mL含一種溶質(zhì)的某藍色溶液進行電解,觀察到A電極表面有紅色的固態(tài)物質(zhì)生成,B電極有無色氣體生成;當溶液中的原有溶質(zhì)完全電解后,停止電解,取出A電極,洗滌、干燥、稱量、電極增重1.6g。請回答下列問題:
(1)A接的是電源的 極,B是該裝置 。
(2)寫出電解時反應的總離子方程式 。
(3)電解后溶液的pH為 ;要使電解后溶液恢復到電解前的狀態(tài),則需加入 ,其質(zhì)量為 。(假設電解前后溶液的體積不變)
答案:(1)負極;陽極;(2)2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+
6、 (3)1;CuO,2g
解析:考察電解池中離子放電順序的應用。
[例6] 用惰性電極電解M(NO3)x的水溶液,當陰極增重ag,陽極同時產(chǎn)生bLO2(STP),從而知M的相對分子質(zhì)量為( )
A.(22.4ax)/b B.(11.2ax)/b C.(5.6ax)/b D.(2.5ax)/b
答案:C
解析:考察電解池中電極反應的基本判斷。
[例7] 用鉑電極電解x下列溶液一段時間后,再加入一定量的某物質(zhì)(括號內(nèi)),能與原來溶液濃度一樣的是( )
A. (CuCO3) B. NaOH(NaOH)
7、C. NaCl(HCl) D.CuSO4 []
答案:AC
解析:考察溶液的復原方法。
[例8] 從H+、Cu2+、Na+、SO42-、Cl-五種離子中恰當?shù)亟M成電解質(zhì),按下列要求進行電解:
(1)以石墨為電極進行電解,使電解質(zhì)質(zhì)量減少,水質(zhì)量不變,可采用的電解質(zhì)是__________________
(2)以石墨為電極進行電解,使電解質(zhì)質(zhì)量不變,水質(zhì)量減少,可采用的電解質(zhì)是________________
(3)以碳棒為陽極,鐵棒為陰極進行電解,使電解質(zhì)和水的質(zhì)量都減少,可采用的電解質(zhì)是______________________
答案:(1)H
8、Cl、CuCl2 (2)NaHSO4、Na2SO4、H2SO4 (3)NaCl、CuSO4
解析:考察電解中根據(jù)放電離子的選擇來確定物質(zhì)。
【模擬試題】(答題時間:30分鐘)
1. 某種蓄電池的充放電過程可表示為:Fe+NiO2+2H2O,該電池充電時,陽極是 ,電極反應式為 。
2. 將質(zhì)量分數(shù)為0.052(5.2%)的NaOH溶液1 L(密度為1.06 g·cm-3)用鉑電極電解,當溶液中NaOH的質(zhì)量分數(shù)改變了0.010(1.0%)時停止電解,則此時溶液中應符合的關(guān)系是( )
NaOH的質(zhì)量分數(shù)
陽極析出物的質(zhì)量(g)
9、陰極析出物的質(zhì)量(g)
A
0.062
19
152
B
0.062
152
19
C
0.042
1.2
9.4
D
0.042
9.4
1.2
3. 電鍍和電解精煉的原理來源于電解,但與通常意義上的電解又有所不同。
(1)電鍍時,須用鍍層金屬作 極,鍍件作 極,電鍍液中含有 。 電鍍過程中,電鍍液中金屬離子濃度理論上保持不變。
(2)電解精煉制高純度金屬時,須用粗金屬作 極,純金屬作 極,電解液中含該金屬的離子。
4. 下列關(guān)于銅電極的敘述不正確的是( )
A. 銅鋅原電池中銅是正極
10、
B. 用電解法精煉粗銅時粗銅作陽極
C. 在鍍件上電鍍銅時,用金屬銅作陽極
D. 電解稀硫酸制H2、O2時銅作陽極
5. 可以將反應Zn+Br2 = ZnBr2設計成蓄電池,下列4個電極反應
① Br2 + 2e-= 2Br- ② 2Br--2e-= Br2
③ Zn – 2e-= Zn2+ ④ Zn2+ +2e-= Zn
其中表示充電時的陽極反應和放電時的負極反應的分別是( )
A. ②和③ B. ②和① C. ③和① D. ④和①
6. 用鉑電極電解下列物質(zhì)的水溶液,工作一段時間后溶液pH變小的是( )
A. 稀硫酸
11、 B. Na2SO4 C. AgNO3 D. KI
7. 石墨作電極電解下列溶液,陰陽兩極產(chǎn)生的氣體體積比為2:1,且電解液pH增大的是( )
A. KCl B. NaOH C. Na2SO4 D. H2SO4
8. 工業(yè)上為了處理含有Cr2O72-酸性工業(yè)廢水,采用下面的處理方法:往工業(yè)廢水中加入適量的NaCl,以Fe為電極進行電解,經(jīng)過一段時間,有和沉淀生成,工業(yè)廢水中鉻(Cr)的含量已低于排放標準。請回答下列問題:
(1)電極反應式:陽極___________,陰極_____________
(2)寫出Cr2O72
12、-變?yōu)镃r3+的離子方程式______________
(3)工業(yè)廢水pH升高的原因_________________________
(4)____(填“能”或“不能”)改用石墨電極,原因______________
9. 用質(zhì)量為100g 的銅作電極電解AgNO3溶液,電解一段時間后,兩極的質(zhì)量相差28g,此時兩極質(zhì)量分別是:陽極________________ ,陰極________________
10. 關(guān)于銅電極的敘述正確的是( )
A. 銅鋅原電池中銅是正極
B. 用電解法精練粗銅時,粗銅作陰極
C. 在鍍件上電鍍銅時,可用
13、金屬銅作陽極
D. 電解稀硫酸制 H2、O2時銅作陽極
11. 同一電路分別電解足量CuCl2溶液和AgNO3溶液,如果析出64g銅,則可析出銀的質(zhì)( )
A. 108g B. 54g C. 216g D. 64g
12. 同一電路串聯(lián)四個電解槽,分別電解以下四種物質(zhì)的水溶液,陰極析出物質(zhì)質(zhì)量最多的是( )
A. CuSO4 B. C. KNO3 D. NaO
【試題答案】
1. ;+2OH--2e-=NiO2+2H2O
2. B 3. (1)陽;陰;鍍層金屬離子;(2)陽;陰
14、。 4. D 5. A 6. AC 7. B
8.(1)Fe-2e-=Fe2+;2H++2e-=H2↑
(2)Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++14H2O 陰極反應消耗H+,溶液中的氧化還原反應也消耗H+,使溶液pH升高。
(3)不能;若用石墨做電極,則無法產(chǎn)生還原劑Fe2+,使Cr2O72-還原為Cr3+,變成沉淀除去
9. 93.6g;121.6g 10. AC 11. C 12. A
【試題解析】
1. 二次電池的放電過程是原電池原理,充電過程是電解池原理,所以陽極是還原劑,發(fā)生氧化反應。
2. 根據(jù)離子放電
15、順序,NaOH溶液中放電的是H+和OH-,相當于水在減少,所以溶液應變濃,同時陽極是OH-放電,產(chǎn)生O2,是H2質(zhì)量的8倍。
4. 因為要產(chǎn)生氫氣和氧氣,必須用惰性電極作陽極,否則將是銅在陽極放電,不能產(chǎn)生氧氣。
5. 鋅和溴的反應為自發(fā)的氧化還原反應,是放電時的原電池原理,所以發(fā)生氧化反應的鋅為負極,而充電時是逆向反應,且陽極發(fā)生氧化反應。
6. A中是H+和OH-放電,酸溶液變濃,pH減??;B中是H+和OH-放電,中性溶液中pH不變;C中是Ag+和OH-放電,堿性減弱,pH減?。籇中是H+和I-放電,酸性減弱,pH變大。
7. 所有選項的陰極放電離子都是H+,所以陽極產(chǎn)生氣體必須是
16、每生成1mol氣體,轉(zhuǎn)移4mol電子,才能保證2:1的關(guān)系,所以應為O2,OH-放電;BCD都是電解水,所以只有堿性溶液,才能使pH升高。
9. 每有1mol銅反應,則同時生成2mol銀,質(zhì)量差為(64+108×2)=280,所以質(zhì)量差為28g,說明有0.1mol銅反應掉,質(zhì)量剩93.6g,0.2mol銀生成,質(zhì)量為100+21.6=121.6g。
10. B中粗銅應作陽極,參加反應,變成離子,和雜質(zhì)分開;D中銅作陽極,銅失電子反應,不能產(chǎn)生O2。
11. 根據(jù)串聯(lián)電路中,電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相同,生成64g銅,轉(zhuǎn)移2mol電子,所以生成2mol銀。
12. 考察不同陽離子放電情況,BCD中都是H+放電,A中是銅離子放電,所以質(zhì)量最大。