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2022年高中化學(xué) 電解池知識(shí)精講 人教實(shí)驗(yàn)版選修4

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1、2022年高中化學(xué) 電解池知識(shí)精講 人教實(shí)驗(yàn)版選修4 【本講教育信息】 一. 教學(xué)內(nèi)容: 電解池 二. 重點(diǎn)、難點(diǎn): 電解原理及其應(yīng)用既是重點(diǎn),也是難點(diǎn) 三. 具體內(nèi)容: 1. 電解原理 (1)裝置 (2)現(xiàn)象 (3)電極反應(yīng) (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(yīng)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(duì)比 5. pH變化的判斷 【典型例題】 [例1] 實(shí)驗(yàn)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(shí)發(fā)生如下反應(yīng):負(fù)極Pb+SO42-=PbSO4+2e-正極PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O,今若制Cl20.050 mol,這時(shí)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(lái)解題。 [例2] 下圖各容器中盛有海

3、水,鐵在其中被腐蝕時(shí),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(lái),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(yīng)方程式為: 。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是( ) A. 電解時(shí),石墨作陰極,不銹鋼作陽(yáng)極 B. 電解時(shí),陽(yáng)極反應(yīng)是:I – – 6e – + 3H2O = IO3 – + 6H+ C. 溶

4、液調(diào)節(jié)至強(qiáng)酸性,對(duì)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(yīng)用。 [例4] ① 某同學(xué)用碳棒、銅棒和稀硫酸為原材料,實(shí)現(xiàn)了在通常條件下不能發(fā)生的反應(yīng):Cu+H2SO4(?。紺uSO4+H2↑。請(qǐng)?jiān)谟疫叜?huà)出能夠?qū)嶒?yàn)這一反應(yīng)的裝置圖。② 某同學(xué)在做一定條件下銅與稀硫酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí),看到碳棒上有氣泡產(chǎn)生,但銅棒卻沒(méi)有被腐蝕。請(qǐng)你分析其原因: 。 答案:②兩極與電源的正負(fù)極接反了,或銅棒接電源的負(fù)極了等。 解析:考察對(duì)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(lán)色溶液進(jìn)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(wú)色氣體生成;當(dāng)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(chēng)量、電極增重1.6g。請(qǐng)回答下列問(wèn)題: (1)A接的是電源的 極,B是該裝置 。 (2)寫(xiě)出電解時(shí)反應(yīng)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(fù)到電解前的狀態(tài),則需加入 ,其質(zhì)量為 。(假設(shè)電解前后溶液的體積不變) 答案:(1)負(fù)極;陽(yáng)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(yīng)用。 [例6] 用惰性電極電解M(NO3)x的水溶液,當(dāng)陰極增重ag,陽(yáng)極同時(shí)產(chǎn)生bLO2(STP),從而知M的相對(duì)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(yīng)的基本判斷。 [例7] 用鉑電極電解x下列溶液一段時(shí)間后,再加入一定量的某物質(zhì)(括號(hào)內(nèi)),能與原來(lái)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(fù)原方法。 [例8] 從H+、Cu2+、Na+、SO42-、Cl-五種離子中恰當(dāng)?shù)亟M成電解質(zhì),按下列要求進(jìn)行電解: (1)以石墨為電極進(jìn)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(jìn)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(yáng)極,鐵棒為陰極進(jìn)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(lái)確定物質(zhì)。 【模擬試題】(答題時(shí)間:30分鐘) 1. 某種蓄電池的充放電過(guò)程可表示為:Fe+NiO2+2H2O,該電池充電時(shí),陽(yáng)極是 ,電極反應(yīng)式為 。 2. 將質(zhì)量分?jǐn)?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(dāng)溶液中NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)改變了0.010(1.0%)時(shí)停止電解,則此時(shí)溶液中應(yīng)符合的關(guān)系是( ) NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 陽(yáng)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(lái)源于電解,但與通常意義上的電解又有所不同。 (1)電鍍時(shí),須用鍍層金屬作 極,鍍件作 極,電鍍液中含有 。 電鍍過(guò)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(shí),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(shí)粗銅作陽(yáng)極 C. 在鍍件上電鍍銅時(shí),用金屬銅作陽(yáng)極 D. 電解稀硫酸制H2、O2時(shí)銅作陽(yáng)極 5. 可以將反應(yīng)Zn+Br2 = ZnBr2設(shè)計(jì)成蓄電池,下列4個(gè)電極反應(yīng) ① Br2 + 2e-= 2Br-   ② 2Br--2e-= Br2   ③ Zn – 2e-= Zn2+  ④ Zn2+ +2e-= Zn 其中表示充電時(shí)的陽(yáng)極反應(yīng)和放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)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(shí)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(yáng)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(jìn)行電解,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,有和沉淀生成,工業(yè)廢水中鉻(Cr)的含量已低于排放標(biāo)準(zhǔn)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題: (1)電極反應(yīng)式:陽(yáng)極___________,陰極_____________ (2)寫(xiě)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(shí)間后,兩極的質(zhì)量相差28g,此時(shí)兩極質(zhì)量分別是:陽(yáng)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(shí),粗銅作陰極 C. 在鍍件上電鍍銅時(shí),可用

13、金屬銅作陽(yáng)極 D. 電解稀硫酸制 H2、O2時(shí)銅作陽(yáng)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(gè)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(yáng);陰;鍍層金屬離子;(2)陽(yáng);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(yīng)消耗H+,溶液中的氧化還原反應(yīng)也消耗H+,使溶液pH升高。 (3)不能;若用石墨做電極,則無(wú)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(guò)程是原電池原理,充電過(guò)程是電解池原理,所以陽(yáng)極是還原劑,發(fā)生氧化反應(yīng)。 2. 根據(jù)離子放電

15、順序,NaOH溶液中放電的是H+和OH-,相當(dāng)于水在減少,所以溶液應(yīng)變濃,同時(shí)陽(yáng)極是OH-放電,產(chǎn)生O2,是H2質(zhì)量的8倍。 4. 因?yàn)橐a(chǎn)生氫氣和氧氣,必須用惰性電極作陽(yáng)極,否則將是銅在陽(yáng)極放電,不能產(chǎn)生氧氣。 5. 鋅和溴的反應(yīng)為自發(fā)的氧化還原反應(yīng),是放電時(shí)的原電池原理,所以發(fā)生氧化反應(yīng)的鋅為負(fù)極,而充電時(shí)是逆向反應(yīng),且陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)。 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??;D中是H+和I-放電,酸性減弱,pH變大。 7. 所有選項(xiàng)的陰極放電離子都是H+,所以陽(yáng)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(yīng)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(yīng),則同時(shí)生成2mol銀,質(zhì)量差為(64+108×2)=280,所以質(zhì)量差為28g,說(shuō)明有0.1mol銅反應(yīng)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(yīng)作陽(yáng)極,參加反應(yīng),變成離子,和雜質(zhì)分開(kāi);D中銅作陽(yáng)極,銅失電子反應(yīng),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(yáng)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。

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