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2019-2020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（?。紺uSO4+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，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+ （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） 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）HCl、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 gcm－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） 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 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 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－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。 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?。籅中是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+1082）=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。