届一轮复习鲁科版 电能转化为化学能电解 学案.docx
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届一轮复习鲁科版电能转化为化学能电解学案
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
2HCl
H2↑+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
CuCl2
Cu+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-1B.2×10-3mol·L-1
C.1×10-3mol·L-1D.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.0.4molB.0.5mol
C.0.6molD.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+2H2O
2NaOH+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+2HCl
NCl3+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
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