2018届一轮复习鲁科版电能转化为化学能——电解 14页

电能转化为化学能——电解 考点一　电解的原理 ‎【基础知识梳理】‎ ‎1．电解定义 在__________作用下，电解质在两个电极上分别发生____________和____________的过程。‎ ‎2．能量转化形式 电能转化为__________。‎ ‎3．电解池 ‎(1)构成条件 ‎①有与________相连的两个电极。‎ ‎②______________(或__________)。‎ ‎③形成____________。‎ ‎(2)电极名称及电极反应式(如图)‎ ‎(3)电子和离子的移动方向 ‎4．阴阳两极上放电顺序 阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。离子的放电顺序取决于离子本身的性质即离子得失电子的能力，另外也与离子的浓度及电极材料有关。‎ ‎(1)阴极：阴极上放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。氧化性强的先放电，放电顺序：‎ ‎(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。‎ 若是惰性电极作阳极，则仅是溶液中的阴离子放电，常见离子的放电顺序是 特别提醒 一般情况下，离子按上述顺序放电，但如果离子浓度相差十分悬殊，离子浓度大的也可以先放电。如理论上H＋的放电能力大于Fe2＋、Zn2＋，但在电解浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶液中，由于溶液中c(Fe2＋)或c(Zn2＋)≥c(H＋)，则先在阴极上放电的是Fe2＋或Zn2＋，因此阴极上的主要产物为Fe或Zn；但在水溶液中，Al3＋、Mg2＋、Na＋等是不会在阴极上放电的。‎ 深度思考 ‎1．分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)。‎ ‎(1)电解水型 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极 方程式 电解 物质 总化学 方程式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 含氧酸(如H2SO4)‎ 阳极：________________________‎ ‎________________________‎ 阴极：____________________________________‎ ‎____________‎ H2O 增大 减小 加 ‎____‎ 强碱(如NaOH)‎ 增大 加 ‎____‎ 活泼金属的 含氧酸盐 ‎(如KNO3、‎ Na2SO4)‎ 不变 加 ‎____‎ 电解水型电解一段时间后，其电解质的浓度一定增大吗？举例说明。‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎(2)电解电解质型 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极 方程式 电解 物质 总化学 方程式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 无氧酸(如HCl)，‎ 除HF外 阳极：____________________________‎ 阴极：____________________________‎ 酸 ‎2HClH2↑＋Cl2↑‎ 减小 增大 通入 气体 不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)，除氟化物外 阳极：____________________________‎ 阴极：____________________________‎ 盐 CuCl2Cu＋Cl2↑‎ 加 固体 ‎(3)放H2生碱型 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极 方程式 电解 物质 总化学 方程式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 活泼金属的 无氧酸盐 ‎(如NaCl)‎ 阳极：‎ ‎_____________________________________________阴极：_____________________________________________‎ 水 和 盐 ‎2Cl－＋2H2O Cl2↑‎ ‎＋H2↑＋2OH－‎ 生成新 电解质 增大 通入 气体 要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？为什么？‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎(4)放O2生酸型 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极方程式 电解 物质 总化学方程式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)‎ 阳极：________________________________________________‎ 阴极：________________________________________________‎ 水 和 盐 生成 新电 解质 减 小 加____或____‎ ‎①要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？为什么？加入CuCO3为什么也可复原？‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎②若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98gCu(OH)2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为多少？‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎(5)通过以上分析，电解质溶液复原应遵循什么原则？‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎2．根据金属活动顺序表，Cu和稀H2SO4不反应，怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2?‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎【解题探究】‎ 题组一　电解规律的应用 ‎1．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(　　)‎ A．阳极反应式相同 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)‎ ‎2．用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是(　　)‎ A．AgNO3　CuCl2　Cu(NO3)2‎ B．KCl　Na2SO4　CuSO4‎ C．CaCl2　KOH　NaNO3‎ D．HCl　HNO3　K2SO4‎ 题组二　电极方程式及电极产物的判断 ‎3．(2016·北京理综，12)用石墨电极完成下列电解实验。‎ 实验一 实验二 装置 现象 a、d处试纸变蓝；b处变红，局部退色；c处无明显变化 两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生……‎ 下列对实验现象的解释或推测不合理的是(　　)‎ A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋‎ D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜 ‎4．按要求书写电极反应式和总反应方程式：‎ ‎(1)用惰性电极电解MgCl2溶液 阳极反应式：_______________________________________________________________；‎ 阴极反应式：_______________________________________________________________；‎ 总反应离子方程式：_________________________________________________________。‎ ‎(2)用Al作电极电解NaOH溶液 阳极反应式：_______________________________________________________________；‎ 阴极反应式：_______________________________________________________________；‎ 总反应离子方程式：_________________________________________________________。‎ ‎(3)用Al作阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜 阳极反应式：_______________________________________________________________；‎ 阴极反应式：_______________________________________________________________；‎ 总反应离子方程式：_________________________________________________________。‎ ‎5．(1)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。‎ 利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为________(填化学式)溶液，阳极电极反应式为______________________________________，‎ 电解过程中Li＋向________(填“A”或“B”)电极迁移。‎ ‎(2)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。‎ 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，则阴极产物为________。‎ 反思归纳 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)二看介质，介质是否参与电极反应。‎ ‎(3)三看是否有特殊信息，如4(3)目的是制取氧化铝，因而阳极产物不能是Al3＋，再如5(2)是非水体系，且不产生其他离子，因而离子只能在Al2Cl和AlCl之间转化。‎ 题组三　有关电化学的计算 ‎6．将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为(　　)‎ A．4×10－3mol·L－1 B．2×10－3mol·L－1‎ C．1×10－3mol·L－1 D．1×10－7mol·L－1‎ ‎7．500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是(　　)‎ A．原混合溶液中c(K＋)为0.2mol·L－1‎ B．上述电解过程中共转移0.2mol电子 C．电解得到的Cu的物质的量为0.05mol D．电解后溶液中c(H＋)为0.2mol·L－1‎ ‎8．(2016·莱芜一中月考)用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为(　　)‎ A．0.4mol B．0.5mol C．0.6mol D．0.8mol 练后反思 电化学综合计算的三种常用方法 ‎(1)根据总反应式计算 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。‎ ‎(2)根据电子守恒计算 ‎①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。‎ ‎②用于混合溶液中电解的分阶段计算。‎ ‎(3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。‎ 如以通过4mole－为桥梁可构建如下关系式：‎ ‎4e－～2Cl2(Br2、I2)～O2～2H2～2Cu～4Ag～M ‎　　　阳极产物　　　　　　阴极产物 ‎(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)‎ 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。‎ 提示　在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。‎ 考点二　电解原理在工业生产中的应用 ‎【基础知识梳理】‎ ‎1．氯碱工业 ‎(1)电极反应 阳极反应式：____________________________________________________________‎ ‎(________反应)‎ 阴极反应式：____________________________________________________________‎ ‎(________反应)‎ ‎(2)总反应方程式 ‎2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ ‎(3)氯碱工业生产流程图 ‎2．电镀 下图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：‎ ‎(1)镀件作________极，镀层金属银作________极。‎ ‎(2)电解质溶液是______________________________________________________________。‎ ‎(3)电极反应：‎ 阳极：________________________________________________________________________；‎ 阴极：________________________________________________________________________。‎ ‎(4)特点：________极溶解，________极沉积，电镀液的浓度________。‎ ‎3．电解精炼铜 ‎(1)电极材料：阳极为________；阴极为________。‎ ‎(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。‎ ‎(3)电极反应：‎ 阳极：__________________________________________________________________、‎ ‎________________________________________________________________________、‎ ‎________________________________________________________________________、‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 阴极：__________________________________________________________________。‎ ‎4．电冶金 利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。‎ ‎(1)冶炼钠 ‎2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑‎ 电极反应：‎ 阳极：________________________________________________________________________；‎ 阴极：________________________________________________________________________。‎ ‎(2)冶炼铝 ‎2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑‎ 电极反应：‎ 阳极：________________________________________________________________________；‎ 阴极：________________________________________________________________________。‎ 深度思考 正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎(1)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变(　　)‎ ‎(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料(　　)‎ ‎(3)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3(　　)‎ ‎(4)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料(　　)‎ ‎(5)用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌(　　)‎ ‎【解题探究】‎ 题组一　应用电解原理制备新物质 ‎1．下图为EFC剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是(　　)‎ A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑‎ B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－‎ C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动 D．石墨电极的质量不发生变化 ‎2．氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。‎ 完成下列填空：‎ ‎(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式：______________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)离子交换膜的作用为____________________________________________________、‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)精制饱和食盐水从图中________(选填“a”、“b”、“c”或“d”)位置补充，氢氧化钠溶液从图中________位置流出。‎ ‎3．(2016·北京市西城区高三上学期一模)利用下图所示装置电解制备NCl3(氯的化合价为＋1价)，其原理是 NH4Cl＋2HClNCl3＋3H2↑‎ ‎(1)b接电源的________(填“正”或“负”)极。‎ ‎(2)阳极反应式是____________________________________________________________。‎ 题组二　精炼和电镀 ‎4．电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是(　　)‎ A．电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极 B．粗铜与电源负极相连，发生氧化反应 C．阴极上发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu D．电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥 ‎5．以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是(　　)‎ A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程 B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系 C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率 D．镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用 题组三　应用电解原理治理污染 ‎6．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_____________________________________________‎ ‎____________________________________________________________________________。‎ ‎7．用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示(电极材料为石墨)。‎ ‎(1)图中a极要连接电源的________(填“正”或“负”)极，C口流出的物质是________。‎ ‎(2)SO放电的电极反应式为____________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________________________________。‎ ‎(3)电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因________________________________________________________________________。‎ 答案解析 考点一 基础知识梳理 ‎1．电流　氧化反应　还原反应 ‎2．化学能 ‎3．(1)①电源　②电解质溶液　熔融盐　③闭合回路 ‎(2)(从上到下，从左到右)阳极　氧化　2Cl－－2e－===Cl2‎ 阴极　还原　Cu2＋＋2e－===Cu 深度思考 ‎1．(1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　4H＋＋4e－===2H2↑　2H2OO2↑＋2H2↑　H2O　H2O　H2O不一定，如用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液，一段时间后会析出Na2SO4·10H2O晶体，剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液，此时浓度保持不变。‎ ‎(2)(从左到右，从上到下)2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎2Cl－－2e－===Cl2↑　Cu2＋＋2e－===CuHCl　CuCl2‎ ‎(3)2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑　HCl 不可以，因为电解NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2，所以应通入氯化氢气体，加入盐酸会引入过多的水。‎ ‎(4)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　2Cu2＋＋4e－===2Cu ‎2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋　CuO　CuCO3‎ ‎①不可以　因为电解CuSO4溶液时，尽管Cu2＋和OH－分别放电，按照电极反应式Cu2＋＋2e－===Cu、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，氢元素变成H2O仍然留在溶液中，只有Cu析出和O2逸出，且物质的量之比为2∶1，所以要让溶液复原，需要加CuO，而不能加Cu(OH)2。加入CuCO3时，CO2变为气体逸出，相当于加的是CuO。‎ ‎②4NA 解析　方法一：98gCu(OH)2的物质的量为1mol，相当于电解了1mol的CuSO4后，又电解了1mol的水，所以转移的电子数为2NA＋2NA＝4NA。‎ 方法二：可以认为整个电路中转移的电子数与Cu(OH)2的O2－失电子数相等，共4NA。‎ ‎(5)电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪些原子。‎ ‎2．Cu作阳极，C作阴极，稀H2SO4作电解质溶液，通入直流电就可以实现该反应。电解反应式为阳极：Cu－2e－===Cu2＋，阴极：2H＋＋2e－===H2↑。总反应式：Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑。‎ 解题探究 ‎1．C　2.B ‎3．B　[A项，a、d处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子剩余造成的，正确；B项，b处变红，局部退色，说明是溶液中的氯离子放电生成氯气同时与H2O反应生成HClO和H＋，Cl－－2e－＋H2O===HClO＋H＋，错误；C项，c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，正确；D项，实验一中ac形成电解池，bd形成电解池，所以实验二中形成3个电解池，n(右面)有气泡生成，为阴极产生氢气，n的另一面(左面)为阳极产生Cu2＋，Cu2＋在m的右面得电子析出铜，正确。]‎ ‎4．(1)2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)‎ Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑‎ ‎(2)2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－(或6H＋＋6e－===3H2↑)‎ ‎2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑‎ ‎(3)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋‎ ‎6H＋＋6e－===3H2↑‎ ‎2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑‎ ‎5．(1)LiOH　2Cl－－2e－===Cl2↑　B ‎(2)负　4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl　H2‎ ‎6．A　[根据2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，得：n(H＋)＝2n(H2SO4)＝2n(Cu)＝2×＝0.002mol，c(H＋)＝＝4×10－3mol·L－1。]‎ ‎7．A　[石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑。从收集到O2为2.24L可推知上述电解过程中共转移0.4mol电子，而在生成2.24LH2的过程中转移0.2mol电子，所以Cu2＋共得到0.4mol－0.2mol＝0.2mol电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO)，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4mol·L－1。]‎ ‎8．C 考点二 基础知识梳理 ‎1．(1)2Cl－－2e－===Cl2↑　氧化 ‎2H＋＋2e－===H2↑　还原 ‎2．(1)阴　阳　(2)AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液 ‎(3)Ag－e－===Ag＋　Ag＋＋e－===Ag　(4)阳　阴　不变 ‎3．(1)粗铜　纯铜 ‎(3)Zn－2e－===Zn2＋　Fe－2e－===Fe2＋‎ Ni－2e－===Ni2＋　Cu－2e－===Cu2＋‎ Cu2＋＋2e－===Cu ‎4．(1)2Cl－－2e－===Cl2↑　2Na＋＋2e－===2Na ‎(2)6O2－－12e－===3O2↑　4Al3＋＋12e－===4Al 深度思考 ‎(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×‎ 解题探究 ‎1．B　[电解质中的阴离子O2－、Cl－向阳极移动，由图示可知阴极生成O2、CO、CO2，所以电极反应为2O2－－4e－===O2↑，O2与石墨反应生成CO、CO2，A、C、D项错误，只有B项正确。]‎ ‎2．(1)2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－‎ ‎(2)能得到纯度更高的氢氧化钠溶液　阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生反应 ‎(3)a　d ‎3．(1)负　(2)3Cl－－6e－＋NH===NCl3＋4H＋‎ ‎4．C　5.C ‎6．阴极　2OH－＋Cl－－2e－===ClO－＋H2O ‎7．(1)负　硫酸 ‎(2)SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋‎ ‎(3)H2OH＋＋OH－，在阴极H＋放电生成H2，c(H＋)减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强 解析　根据Na＋、SO的移向判断阴、阳极。Na＋移向阴极区，a应接电源负极，b应接电源正极，其电极反应式分别为 阳极：SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ 所以从C口流出的是H2SO4，在阴极区，由于H＋放电，破坏水的电离平衡，c(H＋)减小，c(OH－)增大，生成NaOH，碱性增强，从B口流出的是浓度较大的NaOH溶液。‎