高考化学一轮复习第6章化学反应与能量转化第2节电能转化为化学能电解学案鲁科版Word文档下载推荐.docx
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①电子:
从电源负极流出后,流向电解池阴极;
从电解池的阳极流向电源的正极。
②离子:
阳离子移向电解池的阴极,阴离子移向电解池的阳极。
③电流:
从电源的正极流出,流入阳极,再通过电解质溶液流入阴极,最后流向负极。
(5)两极放电(氧化或还原)顺序
①阴极:
阳离子放电顺序:
Ag+>
Fe3+>
Cu2+>
H+(酸)>
Fe2+>
Zn2+>
H+(水)>
Al3+>
Mg2+>
Na+>
Ca2+>
K+。
阳极:
金属(Au、Pt除外)电极>
S2->
I->
Br->
Cl->
OH->
含氧酸根离子。
①阴极不管是什么材料,电极本身都不反应,一定是溶液(或熔融的电解质)中的阳离子放电。
②阳极材料若是金属电极(Au、Pt除外),溶液中的阴离子不反应,电极金属失电子被氧化。
3.惰性电极的电解规律
(1)电解水型——含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐
①阴极反应式为4H++4e-===2H2↑,阳极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑,总反应方程式为2H2O
2H2↑+O2↑。
②电解度浓度变大,pH可能变大、变小或不变,可加H2O复原。
(2)电解电解质类型——无氧酸(如HCl),不活泼金属无氧酸盐(CuCl2)。
电解质浓度变小,加电解质本身复原。
(3)放H2生碱型——活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
①阴极反应式为2H++2e-===H2↑,阳极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑,总方程式为2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH-。
②溶液pH变大,加HCl(卤化氢)复原。
(4)放O2生酸型——不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)
①阴极反应式为2Cu2++4e-===2Cu,阳极反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O,总方程式为2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+。
②溶液pH变大,加CuO(金属氧化物)或CuCO3复原。
[应用体验]
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×
”)。
(1)电解质溶液导电与金属导电原理相同,均为化学变化。
( )
(2)原电池负极与电解池中连接电源负极的阴极均发生氧化反应。
(3)自发进行的氧化还原反应可设计成原电池,但任何反应均可设计成电解池。
(4)电解池工作时电子从电源的负极流出,流入阴极通过溶液到阳极,然后从阳极流出,流回电源正极。
(5)氯碱工业电解饱和食盐水的过程中,阴极附近产生NaOH。
(6)惰性电极电解Na2SO4溶液和Na2CO3溶液的过程中pH均不变。
(7)惰性电极电解足量CuSO4溶液,可以加入Cu(OH)2使溶液复原。
(8)用Cu作电极电解盐酸可发生Cu+2H+
Cu2++H2↑。
【提示】
(1)×
(2)×
(3)×
(4)×
(5)√ (6)×
(7)×
(8)√
[高考命题点突破]
命题点1 电极反应式和电解方程式的书写
1.用惰性电极电解2mol·
L-1NaCl和1mol·
L-1CuSO4的混合溶液,电解过程明显分两个阶段,写出每一阶段的电极反应和总反应式。
【答案】 电解第一阶段:
阳极得到Cl2、阴极得到单质Cu。
电极反应式分别为阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑,
阴极:
Cu2++2e-===Cu,总反应:
2Cl-+Cu2+
Cl2↑+Cu。
电解第二阶段:
阳极得到O2、阴极得到H2。
4OH--4e-===2H2O+O2↑,
4H++4e-===2H2↑,总反应:
2H2O
2.按要求书写方程式。
(1)用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式:
___________________________________________;
阴极反应式:
总反应式:
____________________________________________。
(2)用铁作电极电解NaOH溶液
_________________________________________;
(3)用Ag作电极电解稀盐酸
_______________________________;
__________________________________________________。
(4)以铝材为阳极,电解H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜
________________________________________;
__________________________________________;
_________________________________________。
(5)用Al作电极电解NaOH溶液
__________________________________________。
【答案】
(1)2Cl--2e-===Cl2↑
2H++2e-===H2↑
Mg2++2Cl-+2H2O
Mg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑
(2)Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2
Fe+2H2O
Fe(OH)2+H2↑
(3)2Ag+2Cl--2e-===2AgCl 2H++2e-===H2↑
2Ag+2H++2Cl-
2AgCl+H2↑
(4)2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+
6H++6e-===3H2↑
2Al+3H2O
Al2O3+3H2↑
(5)2Al-6e-+8OH-===2[Al(OH)4]- 6H2O+6e-===3H2↑+6OH-(或6H++6e-===3H2↑)
2Al+6H2O+2OH-
2[Al(OH)4]-+3H2↑
3.离子液体是一种室温熔融盐,为非水体系。
由有机阳离子、Al2Cl
和AlCl
组成的离子液体作电解液时,可在钢制品上电镀铝。
【导学号:
95160151】
钢制品应接电源的________极,已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应,阴极电极反应式为__________________________________。
若改用AlCl3水溶液作电解液,则阴极反应式为_________________________
________________________________________________________________。
【解析】 在钢制品上电镀铝,故钢制品应作阴极,与电源的负极相连;
因为电镀过程中“不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”,Al元素在熔融盐中以Al2Cl
形式存在,则电镀过程中负极上得到电子的反应是4Al2Cl
+3e-===Al+7AlCl
;
在水溶液中,得电子能力:
H+>
Al3+,故阴极上发生的反应是2H++2e-===H2↑。
【答案】 负 4Al2Cl
2H++2e-===H2↑
[易错防范] 电极反应式和电解方程式应注意下列问题
1做到“三看”,正确书写电极反应式
①一看电极材料,若是金属Au、Pt除外作阳极,金属一定被电解注:
Fe生成Fe2+。
②二看电解质,电解质是否参与电极反应。
③三看电解质状态,是熔融状态还是水溶液。
2规避“三个”失分点
①书写电解池中电极反应式时,一般以实际放电的离子表示,但书写总电解反应方程式时,弱电解质要写成分子式,且注明“通电”条件。
②要确保两极电子转移数目相同。
③电解水溶液时,应注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放电。
命题点2 电解原理及其规律
4.
图中X为电源,Y为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸,滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液,通电后Y中央的紫红色斑向d端扩散。
下列判断正确的是( )
【导学号:
95160152】
A.滤纸上c点附近会变红色
B.Cu电极质量减小,Pt电极质量增大
C.Z中溶液的pH先减小,后增大
D.溶液中的SO
向Cu电极定向移动
A [紫红色斑即MnO
向d端扩散,根据阴离子向阳极移动的原理,可知d端为阳极,即b为正极,a为负极,c为阴极,NaCl溶液中H+放电,产生OH-,c点附近会变红色,A正确;
电解硫酸铜溶液时,Pt为阳极,溶液中的OH-放电:
4OH--4e-===O2↑+2H2O,Cu为阴极,溶液中的Cu2+得电子,生成铜,总反应式为2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4,Pt电极附近生成H+,则SO
向Pt电极移动,B、D不正确;
随着电解的进行,Z中溶液变为硫酸溶液,继续电解则为电解水,硫酸浓度增大,pH减小,C不正确。
]
5.以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水,关于两个电解池反应的说法正确的是( )
95160153】
A.电解结束后,均可以加水恢复原溶液
B.电解结束后所得液体的pH相同
C.阴极反应式相同
D.通过相同电量时生成的气体总体积相等(同温同压)
C [A项,电解水,减少的为H2O,可加水复原,电解NaCl溶液,减少的可看作为Cl2和H2,应加HCl复原,故A错误;
B项,电解水溶液的pH不变,电解饱和氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气,pH变大,所以电解结束后所得液体的pH不相同,故B错误;
C项,以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水,阴极上都是2H++2e-===H2↑,所以阴极电极反应式相同,故C正确;
D项,设转移电子数为4mol,则依据电解方程式:
2H2↑+O2↑~4e-,电解水生成3mol气体,依据电解方程式:
2NaCl+2H2O
2NaOH+Cl2↑+H2↑~2e-,电解饱和食盐水生成4mol气体,故D错误。
[方法技巧] 阴、阳极的判断方法
1根据外接电源:
正极连阳极,负极连阴极。
2根据电流方向:
从阴极流出,从阳极流入。
3根据电子流向:
从阳极流出,从阴极流入。
4根据离子流向:
阴离子移向阳极,阳离子移向阴极。
5根据电极产物:
a.阳极:
电极溶解、逸出O2或极区变酸性或Cl2;
b.阴极:
析出金属、逸出H2或极区变碱性。
6根据反应类型:
阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。
考点2|电解原理的实际应用
(对应学生用书第118页)
1.电解饱和食盐水——氯碱工业
(1)电极反应
2Cl--2e-===Cl2↑(反应类型:
氧化反应)。
2H++2e-===H2↑(反应类型:
还原反应)。
检验阳极产物的方法是:
用湿润的KI淀粉试纸靠近阳极附近,若试纸变蓝,证明生成了Cl2。
电解时向食盐水中加酚酞,阴极附近溶液变红,说明该电极附近产生的物质为NaOH。
(2)电解方程式
化学方程式:
2NaOH+H2↑+Cl2↑;
离子方程式:
2Cl-+2H2O
2OH-+H2↑+Cl2↑。
(3)阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图
①阳离子交换膜的作用
阻止OH-进入阳极室与Cl2发生副反应:
2NaOH+Cl2===NaCl+NaClO+H2O,阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
②a、b、c、d加入或取出的物质分别是饱和食盐水、稀NaOH溶液、稀的食盐水、浓NaOH溶液;
X、Y分别是Cl2、H2。
2.电镀与电解精炼铜
电镀(Fe上镀Cu)
电解精炼铜
阳极
电极材料
Cu(或铜)
粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)
电极反应
Cu-2e-===Cu2+
Cu-2e-===Cu2+(主)
Zn-2e-===Zn2+
Fe-2e-===Fe2+
Ni-2e-===Ni2+
阴极
Fe
纯铜
Cu2++2e-===Cu
电解质溶液
含Cu2+的盐溶液
电解精炼铜时,粗铜中的Ag、Au等不反应,沉积在电解池底部形成阳极泥
注:
①镀层金属作阳极,待镀元件作阴极,电解质溶液含有镀层金属离子。
②电镀铜时,电解质溶液中c(Cu2+)不变;
电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2+)减小。
3.电冶金
冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属,必须用电解法。
(1)电解熔融氯化钠得到钠
(2)电解熔融Al2O3制Al
2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑
电极反应:
6O2--12e-===3O2↑;
4Al3++12e-===4Al。
冰晶石的作用是作Al2O3的助熔剂。
(1)电解熔融MgCl2冶炼镁,而不能电解熔融MgO冶炼镁,因MgO的熔点很高;
(2)电解熔融Al2O3冶炼铝,而不能电解AlCl3冶炼铝,因AlCl3是共价化合物,其熔融态不导电。
命题点1 电镀和电解精炼
1.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。
下列说法正确的是( )
95160154】
A.氯碱工业中,X电极上反应式是4OH--4e-===2H2O+O2↑
B.电解精炼铜时,Z溶液中的Cu2+浓度不变
C.在铁片上镀铜时,Y是纯铜
D.制取金属镁时,Z是熔融的氯化镁
D [氯碱工业中阳极是Cl-放电生成Cl2;
电解精炼铜时阳极粗铜溶解,阴极Cu2+放电析出Cu,溶液中Cu2+浓度变小;
铁片上镀铜时,阴极应该是铁片,阳极是纯铜。
2.粗铜的电解精炼如图所示。
(1)在粗铜的电解过程中,粗铜板应是图中电极________(填图中的字母);
在电极d上发生的电极反应式为_____________________________________
________________________________________________________________;
(2)若粗铜中还含有Au、Ag、Fe,则阳极的电极反应式为_________________,粗铜中的Au、Ag的存在形式和位置为______________________________,溶液中c(Cu2+)________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
【解析】 粗铜电解精炼时,粗铜作阳极与电源正极相连,所以粗铜板是图中电极c,d是阴极,发生的反应是Cu2++2e-===Cu,Au、Ag不如铜活泼,以单质的形式沉积在c(阳极)下方,Fe比铜活泼,以Fe2+的形式进入电解质溶液中。
【答案】
(1)c Cu2++2e-===Cu
(2)Fe-2e-===Fe2+、Cu-2e-===Cu2+ Au、Ag以单质的形式沉积在c电极的下方形成阳极泥 变小
命题点2 电解原理在物质制备、环境治理方面的应用
3.电解法制取有广泛用途的Na2FeO4,同时获得氢气:
Fe+2H2O+2OH-
FeO
+3H2↑,工作原理如图1所示。
装置通电后,铁电极附近生成紫红色FeO
,镍电极有气泡产生。
若氢氧化钠溶液浓度过高,铁电极区会产生红褐色物质。
已知:
Na2FeO4只在强碱性条件下稳定,易被H2还原。
(1)电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在________(填“阴极室”或“阳极室”)。
(2)电解过程中,需将阴极产生的气体及时排出,其原因是__________________________________________。
(3)c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2,任选M、N两点中的一点,分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因:
________________________________
【解析】
(1)根据电解总反应:
+3H2↑,结合阳极发生氧化反应知,阳极反应式为Fe-6e-+8OH-===FeO
+4H2O,结合阴极发生还原反应知,阴极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,则阳极室消耗OH-且无补充,故c(OH-)降低。
(2)结合题给信息“Na2FeO4易被氢气还原”知,阴极产生的氢气不能接触到Na2FeO4,故需及时排出。
(3)图示中随着c(NaOH)增大,c(Na2FeO4)先增大后减小,结合已知信息“Na2FeO4只在强碱性条件下稳定”知,M点c(Na2FeO4)低的原因是c(OH-)低,反应速率小且Na2FeO4稳定性差。
结合已知信息“若氢氧化钠溶液浓度过高,铁电极区会产生红褐色物质”知,N点c(Na2FeO4)低的原因是c(OH-)过高,铁电极上产生Fe(OH)3或Fe2O3,使Na2FeO4产率降低。
【答案】
(1)阳极室
(2)防止Na2FeO4与H2反应使产率降低 (3)M点:
c(OH-)低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢;
N点:
c(OH-)过高,铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成,使Na2FeO4产率降低
4.电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如下:
电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴阳两极均为惰性电极。
(1)A极为________,电极反应式为_________________________________
(2)B极为________,电极反应式为________________________________
【解析】 产生H2是因为H2O电离的H+在阴极上得电子,即6H2O+6e-===3H2↑+6OH-,所以B极为阴极,A极为阳极,电极反应式为CO(NH2)2+8OH--6e-===N2↑+CO
+6H2O。
【答案】
(1)阳极 CO(NH2)2+8OH--6e-===N2↑+CO
+6H2O
(2)阴极 6H2O+6e-===3H2↑+6OH-
电镀废水中常含有剧毒的Cr2O
。
该废水处理的一种方法是利用还原剂把Cr2O
还原成毒性较低的Cr3+,再加碱生成沉淀;
另一种方法是向废水中加入适量的NaCl,用Fe作电极进行电解。
下列说法错误的是( )
A.电解时,阳极反应式为Fe-2e-===Fe2+
B.电解过程中,阴极能产生氢气
C.电解过程中,Cr2O
被还原的离子方程式为Cr2O
+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O
D.电解过程中,阳极附近生成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀
D [电解法处理含铬废水的原理:
用Fe作电极进行电解,Fe被氧化生成Fe2+,Fe2+作还原剂把Cr2O
还原成毒性较低的Cr3+。
电解过程中,H+在阴极放电生成H2,使阴极附近溶液中的c(H+)<
c(OH-),溶液显碱性,反应生成的阳离子Fe3+、Cr3+迁移到阴极附近后与OH-结合转化成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀而除去。
5.用下图所示装置处理含CN-废水时,控制溶液pH为9~10,并加入NaCl,一定条件下电解,阳极产生的ClO-将CN-氧化为无害物质而除去。
铁电极为________(填“阴极”或“阳极”),阳极产生ClO-的电极反应为_____________
_______________________________________________________________。
【答案】 阴极 2OH-+Cl--2e-===ClO-+H2O
命题点3 隔膜在电化学中的应用
[典例导航]
(2016·
全国Ⅰ卷)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和SO
可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是( )
95160156】
A.通电后中间隔室的SO
离子向正极迁移,正极区溶液pH增大
B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C.负极反应为2H2O-4e-===O2+4H+,负极区溶液pH降低
D.当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.5mol的O2生成
[审题指导] 直流电场作用→图中的“-”极和“+”极就是阴极和阳极
SO
移向“+”极,Na+移向“-”极,―→ab为阳离子交换膜,cd为阴离子交换膜―→“-”极反应为2H++2e-===H2↑,pH增大;
“+”极反应为4OH--4e-===O2↑+2H2O,pH减小。
【答案】 B
(1)ab为________________(填“阴”或“阳”,后同)离子交换膜,cd为________离子交换膜。
(2)正极区的电极反应式为________,正极区的pH变________(填“大”或“小”),从平衡角度解释原因_________________________________________
_________________________________________________________________
【答案】
(1)阳 阴
(2)4OH--4e-===O2↑+2H2O 小 正极区溶液中存在H2OH++OH-,OH-放电,c(OH-)减小,上述平衡右移,使c(H+)>
c(OH-),且c(H+)逐渐增大,pH减小
[
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