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(新課改省份專版)2022高考化學一輪復習 5.5 化學能與電能(3)電解原理及應用(過基礎)學案(含解析)

上傳人:xt****7 文檔編號:106852143 上傳時間:2022-06-14 格式:DOC 頁數(shù):8 大?。?59.50KB
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1、(新課改省份專版)2022高考化學一輪復習 5.5 化學能與電能(3)電解原理及應用(過基礎)學案(含解析) 1.電解池 (1)電解池:把電能轉化為化學能的裝置。 (2)構成條件 ①有與直流電源相連的兩個電極; ②電解質溶液(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) 總反應離子方程式:Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑ ①電極 陰極:與電源負極相連,得到電子,發(fā)生還原反應。 陽極:與電源正極相連,失去電子,發(fā)生氧化反應。 ②電子和離子的移動方向(惰性電極) [提醒]?、俳饘倩顒有皂樞蛑秀y以前的金屬(含銀)作電極時,由于

2、金屬本身可以參與陽極反應,稱為金屬電極或活性電極(如Zn、Fe、Cu、Ag等);金屬活動性順序中銀以后的金屬或非金屬作電極時,稱為惰性電極,主要有鉑(Pt)、石墨等。 ②電解時,在外電路中有電子通過,而在溶液中是靠離子移動導電,即電子不通過電解質溶液。 2.電極反應式的書寫步驟 [提醒]?、贂鴮戨娊獬氐碾姌O反應式時,可以用實際放電的離子表示,但書寫電解池的總反應時,弱電解質要寫成分子式。 如用惰性電極電解食鹽水時,陰極反應式為2H++2e-===H2↑(或2H2O+2e-===H2↑+2OH-);總反應離子方程式為2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑。 ②電解水溶液時,應

3、注意放電順序,位于H+、OH-之后的離子一般不參與放電。 ③Fe3+在陰極上放電時生成Fe2+而不是得到單質Fe。 3.惰性電極電解電解質溶液的四種類型 類型 電解質(水溶液) 電極反應式 總化學方程式或離子方程式 電解質溶液濃度 溶液pH 電解質溶液復原 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 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 減小 加CuO或CuCO3 [對點訓練] 1.如圖是一個石墨作電極,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電極附近呈藍色 D.電解一段時間后,將全部電解液轉移到同一燒杯中,充分攪拌后溶解呈中性 解析:選D A、B電極反應式分別為4H2O+4e-===2H2↑+4OH-、2H2O-4e-===O2↑+4H+,相同溫度和壓強下,A電極生成氣體體積大于B電極,A錯誤;陽極上生成O2,陰極上生成H2,O2和H2都是無色無味氣體,B錯誤;由電極反應式知,A電極附近溶液呈堿性,B電極附近溶液呈酸性,則A電極附近溶液呈藍色,B電極附近溶液呈紅色,

7、C錯誤;惰性電極電解稀的Na2SO4溶液,實際是電解水,將全部電解液轉移到同一燒杯中,充分攪拌后溶液呈中性,D正確。 2.用惰性電極電解下列各組中的三種電解質溶液,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溶液隨電解的進行,有酸產生,溶液pH降低;KCl、CaCl2溶液隨電解的進行,有堿產生,溶液p

8、H升高;CuCl2、HCl電解的電解質本身,溶液中CuCl2、HCl減少,對應的H+減少,溶液的pH升高;KOH、HNO3相當于電解H2O,電解質濃度增大,對應的堿溶液堿性更強,酸溶液酸性更強。 3.如圖所示,a、b、c、d均為石墨電極,通電進行電解,下列說法正確的是(  ) A.電路中電子流向:負極→d→c→b→a→正極 B.a、c兩極產生氣體的物質的量相等 C.SO向b電極移動,Cl-向c電極移動 D.通電后乙燒杯滴入酚酞溶液d極附近會變紅 解析:選D 電子只能在外電路中移動,故A錯誤;a極產生O2,c極產生Cl2,根據(jù)電子守恒O2~2Cl2~4e-,O2和Cl2的物質的量之比

9、為1∶2,故B錯誤;陰離子向陽極移動,a和c是陽極,所以SO向a電極移動,Cl-向c電極移動,故C錯誤;d極是陰極,電極反應式可表示為2H2O+2e-===H2↑+2OH-,所以滴入酚酞溶液d極附近會變紅,故D正確。 4.按要求書寫電極反應式和總反應式。 (1)用惰性電極電解AgNO3溶液 陽極反應式: ________________________________________________________; 陰極反應式:_________________________________________________________; 總反應離子方程式: _________

10、________________________________________。 (2)用惰性電極電解MgCl2溶液 陽極反應式:________________________________________________________________________; 陰極反應式:__________________________________________________________; 總反應離子方程式: ___________________________________________________。 (3)用Fe作電極電解NaCl溶液 陽極反應式:

11、______________________________________________________; 陰極反應式: _________________________________________________________; 總反應化學方程式: ___________________________________________________。 (4)用Al作電極電解NaOH溶液 陽極反應式: _________________________________________________________; 陰極反應式:____________________

12、_______________________________________; 總反應離子方程式: _______________________________________________。 (5)用Cu作電極電解HCl溶液 陽極反應式:_________________________________________________________; 陰極反應式:_________________________________________________________; 總反應離子方程式:_______________________________________

13、__。 (6)以鋁材為陽極,電解H2SO4溶液,鋁材表面形成氧化膜 陽極反應式: ________________________________________________________; 陰極反應式: _________________________________________________________; 總反應離子方程式: ____________________________________________________。 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↑ 知識點二 電解原理的應用 1.電解飽和食鹽水 (1)電極反應 陽極:2Cl--2e-===Cl2↑(反應類型:氧化反應), 陰極:2H++2e-===H2↑(反應類型:還原反應)。 (2)總反應式 總反應化學方程式: 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。 總反應離子方程式: 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(涂有鈦、釕等氧化物涂層) 陰極 碳鋼網 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陽極固體減少的質量和陰極析出固體的質量相等。 ②電鍍時,電解質溶液的濃度不變。 3.電解精煉銅 (1)電極材料:陽極為粗銅,陰極為純銅。 (2)電解質溶液:含Cu2+的鹽溶液。 (3)電極反應式 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,陽極減少的質量與陰極增加的質量不相等,電解質溶液的濃度減小。 ②粗銅中不活潑的雜質(金屬活動性順序中位于銅之后的銀、金等),在陽極難以失去電子,當陽極上的銅失去電子變成離子之后,它們以金屬單質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 [對點訓練] 1.利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產中的應用。下列說法正確的是(  ) A.氯堿工業(yè)中,X電極上反應式是4OH--4e-===2H2O+O2↑ B.電解精煉銅時,Z溶液中的Cu2+濃度不變 C.在鐵片上鍍銅時,Y是純銅 D.制取金屬鎂時,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,使得溶液中Cu2+濃

19、度變小;鐵片上鍍銅時,陰極應該是鐵片,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,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,電極反應依次為Zn-2e-===Zn

20、2+、Fe-2e-===Fe2+、Ni-2e-===Ni2+,A項錯誤;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,結合兩極轉移的電子數(shù)相等,陽極質量的減少量與陰極質量的增加量不相等,B項錯誤;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項錯誤。 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,電解質溶液一般為H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列敘述錯誤的是(  ) A.待加工鋁質工件為陽極 B.可選用不銹鋼網作為陰極 C.陰極的電極反應式為Al3++3e-===Al D.SO在電解過程中向陽極移動 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,即待加工鋁質工件為陽極,A正確;選用不銹鋼網作為陰極不會影響電極反應及總反應,故可選用不銹鋼網作為陰極,B正確;陰極的電極反應式為2H++2e-===H2↑,C不正確;電解過程中,陰離子向陽極移動,故SO在電解過程中向陽極移動,D正確。

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