（新課改省份專版）2022高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 5.5 化學(xué)能與電能（3）電解原理及應(yīng)用（過基礎(chǔ)）學(xué)案（含解析）

（新課改省份專版）2022高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 5.5 化學(xué)能與電能（3）電解原理及應(yīng)用（過基礎(chǔ)）學(xué)案（含解析） 1．電解池 (1)電解池：把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。 (2)構(gòu)成條件 ①有與直流電源相連的兩個(gè)電極； ②電解質(zhì)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(yīng)離子方程式：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑ ①電極 陰極：與電源負(fù)極相連，得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。 陽極：與電源正極相連，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。 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(shí)，由于金屬本身可以參與陽極反應(yīng)，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(shí)，稱為惰性電極，主要有鉑(Pt)、石墨等。 ②電解時(shí)，在外電路中有電子通過，而在溶液中是靠離子移動導(dǎo)電，即電子不通過電解質(zhì)溶液。 2．電極反應(yīng)式的書寫步驟 [提醒]?、贂鴮戨娊獬氐碾姌O反應(yīng)式時(shí)，可以用實(shí)際放電的離子表示，但書寫電解池的總反應(yīng)時(shí)，弱電解質(zhì)要寫成分子式。 如用惰性電極電解食鹽水時(shí)，陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)；總反應(yīng)離子方程式為2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 ②電解水溶液時(shí)，應(yīng)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(shí)生成Fe2＋而不是得到單質(zhì)Fe。 3．惰性電極電解電解質(zhì)溶液的四種類型 類型 電解質(zhì)(水溶液) 電極反應(yīng)式 總化學(xué)方程式或離子方程式 電解質(zhì)溶液濃度 溶液pH 電解質(zhì)溶液復(fù)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(qiáng)堿(如NaOH) 陽極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 陰極：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 2H2OO2↑＋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(zhì)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(zhì) 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(zhì) 減小 加CuO或CuCO3 [對點(diǎn)訓(xùn)練] 1.如圖是一個(gè)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附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列有關(guān)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(lán)色 D．電解一段時(shí)間后，將全部電解液轉(zhuǎn)移到同一燒杯中，充分?jǐn)嚢韬笕芙獬手行? 解析：選D　A、B電極反應(yīng)式分別為4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，相同溫度和壓強(qiáng)下，A電極生成氣體體積大于B電極，A錯(cuò)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(cuò)誤；由電極反應(yīng)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(lán)色，B電極附近溶液呈紅色，C錯(cuò)誤；惰性電極電解稀的Na2SO4溶液，實(shí)際是電解水，將全部電解液轉(zhuǎn)移到同一燒杯中，充分?jǐn)嚢韬笕芤撼手行?，D正確。 2．用惰性電極電解下列各組中的三種電解質(zhì)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(jìn)行，有酸產(chǎn)生，溶液pH降低；KCl、CaCl2溶液隨電解的進(jìn)行，有堿產(chǎn)生，溶液pH升高；CuCl2、HCl電解的電解質(zhì)本身，溶液中CuCl2、HCl減少，對應(yīng)的H＋減少，溶液的pH升高；KOH、HNO3相當(dāng)于電解H2O，電解質(zhì)濃度增大，對應(yīng)的堿溶液堿性更強(qiáng)，酸溶液酸性更強(qiáng)。 3.如圖所示，a、b、c、d均為石墨電極，通電進(jìn)行電解，下列說法正確的是(　　) A．電路中電子流向：負(fù)極→d→c→b→a→正極 B．a(chǎn)、c兩極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)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(cuò)誤；a極產(chǎn)生O2，c極產(chǎn)生Cl2，根據(jù)電子守恒O2～2Cl2～4e－，O2和Cl2的物質(zhì)的量之比為1∶2，故B錯(cuò)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(cuò)誤；d極是陰極，電極反應(yīng)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(yīng)式和總反應(yīng)式。 (1)用惰性電極電解AgNO3溶液 陽極反應(yīng)式： ________________________________________________________； 陰極反應(yīng)式：_________________________________________________________； 總反應(yīng)離子方程式： _________________________________________________。 (2)用惰性電極電解MgCl2溶液 陽極反應(yīng)式：________________________________________________________________________； 陰極反應(yīng)式：__________________________________________________________； 總反應(yīng)離子方程式： ___________________________________________________。 (3)用Fe作電極電解NaCl溶液 陽極反應(yīng)式： ______________________________________________________； 陰極反應(yīng)式： _________________________________________________________； 總反應(yīng)化學(xué)方程式： ___________________________________________________。 (4)用Al作電極電解NaOH溶液 陽極反應(yīng)式： _________________________________________________________； 陰極反應(yīng)式：___________________________________________________________； 總反應(yīng)離子方程式： _______________________________________________。 (5)用Cu作電極電解HCl溶液 陽極反應(yīng)式：_________________________________________________________； 陰極反應(yīng)式：_________________________________________________________； 總反應(yīng)離子方程式：_________________________________________。 (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(yīng)式： ________________________________________________________； 陰極反應(yīng)式： _________________________________________________________； 總反應(yīng)離子方程式： ____________________________________________________。 答案：(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 4Ag＋＋4e－===4Ag 4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋ (2)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－===3H2↑ 2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑ 知識點(diǎn)二　電解原理的應(yīng)用 1．電解飽和食鹽水 (1)電極反應(yīng) 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑(反應(yīng)類型：氧化反應(yīng))， 陰極：2H＋＋2e－===H2↑(反應(yīng)類型：還原反應(yīng))。 (2)總反應(yīng)式 總反應(yīng)化學(xué)方程式： 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 總反應(yīng)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(wǎng)(涂有鈦、釕等氧化物涂層) 陰極 碳鋼網(wǎng) 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 ②將電解槽隔成陽極室和陰極室 2．電鍍 應(yīng)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(shí)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(shí)陽極固體減少的質(zhì)量和陰極析出固體的質(zhì)量相等。 ②電鍍時(shí)，電解質(zhì)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(zhì)溶液：含Cu2＋的鹽溶液。 (3)電極反應(yīng)式 陽極：Zn－2e－===Zn2＋ Fe－2e－===Fe2＋ Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋； 陰極：Cu2＋＋2e－===Cu。 [提醒]?、匐娊饩珶掋~時(shí)，陽極減少的質(zhì)量與陰極增加的質(zhì)量不相等，電解質(zhì)溶液的濃度減小。 ②粗銅中不活潑的雜質(zhì)(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(dāng)陽極上的銅失去電子變成離子之后，它們以金屬單質(zhì)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(yīng)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↑、Mg2＋＋2e－===Mg 冶煉鋁 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 6O2－－12e－===3O2↑、4Al3＋＋12e－===4Al [對點(diǎn)訓(xùn)練] 1.利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。下列說法正確的是(　　) A．氯堿工業(yè)中，X電極上反應(yīng)式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ B．電解精煉銅時(shí)，Z溶液中的Cu2＋濃度不變 C．在鐵片上鍍銅時(shí)，Y是純銅 D．制取金屬鎂時(shí)，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(shí)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(zhì)，使得溶液中Cu2＋濃度變??；鐵片上鍍銅時(shí)，陰極應(yīng)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(zhì)，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＋<Ni2＋<Cu2＋)(　　) A．陽極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為Ni2＋＋2e－===Ni B．電解過程中，陽極質(zhì)量的減少量與陰極質(zhì)量的增加量一定相等 C．電解后，電解槽底部的陽極泥中含有Cu和Pt D．電解后，溶液中存在的金屬陽離子只有Fe2＋和Zn2＋ 解析：選C　電解法制備高純度的鎳，粗鎳作為陽極，金屬按還原性順序Zn>Fe>Ni>Cu>Pt發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)依次為Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋，A項(xiàng)錯(cuò)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(jié)合兩極轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等，陽極質(zhì)量的減少量與陰極質(zhì)量的增加量不相等，B項(xiàng)錯(cuò)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(xiàng)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(xiàng)錯(cuò)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(zhì)溶液一般為H2SO4­H2C2O4混合溶液。下列敘述錯(cuò)誤的是(　　) A．待加工鋁質(zhì)工件為陽極 B．可選用不銹鋼網(wǎng)作為陰極 C．陰極的電極反應(yīng)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(zhì)工件為陽極，A正確；選用不銹鋼網(wǎng)作為陰極不會影響電極反應(yīng)及總反應(yīng)，故可選用不銹鋼網(wǎng)作為陰極，B正確；陰極的電極反應(yīng)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。