1、1第六章 化学反应与能量李仕才第 三 节 电 解 池 金 属 的 电 化 学 腐 蚀 与 防 护 考点二 电解原理的应用 多池组合装置1电解饱和食盐水(1)电极反应阳极：2Cl 2e =Cl2(反应类型：氧化反应)，阴极：2H 2e =H2(反应类型：还原反应)。(2)总反应方程式：2NaCl2H 2O 2NaOHH 2Cl 2。= = = = =电 解 离子方程式：2Cl 2H 2O 2OH H 2Cl 2。= = = = =电 解 (3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气阳极：钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)。阴极：碳钢网。阳离子交换膜：只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。将电解槽隔成阳
2、极室和阴极室。22电解精炼铜3电镀铜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。3判断正误(正确的打“” ，错误的打“”)1用铜作阳极、石墨作阴极电解 CuCl2溶液时，阳极电极反应式为2Cl 2e =Cl2。( )2电解 MgCl2溶液所发生反应的离子方程式为：2Cl 2H 2O Cl2H 22OH 。( )= = = = =电 解 3氯碱工业用阳离子交换膜把阴极室和阳极室分开。( )4CuH 2SO4=CuSO4H 2可以设计成电解池，但不能设计成原电池。( )5粗铜电解精炼时，若电路中通过 2 mol e ，阳极减少 64 g。( )6电解冶炼镁、铝可电解熔融
3、的 MgO 和 AlCl3。( )1粗铜中含有的相对活泼的物质也会失去电子，不活泼的金、铂形成阳极泥，而溶液中只有 Cu2 得到电子生成 Cu，故 c(Cu2 )将减小，并且阴极增重质量，不等于阳极减小的质量。42电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。3阳离子交换膜(以电解 NaCl 溶液为例)，只允许阳离子(Na )通过，而阻止阴离子(Cl 、OH )和分子(Cl 2)通过，这样既能防止 H2和 Cl2混合爆炸，又能避免 Cl2和 NaOH 溶液作用生成 NaClO 影响烧碱质量。一、电解原理的常规应用1.利用如图所示装置模拟电
4、解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是( )A氯碱工业中，X 电极上反应式是 4OH 4e =2H2OO 2B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 是熔融的氯化镁解析：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，但是粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，使得溶液中 Cu2 浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。答案：D2某同学用下图所示装置进行铜的电解精炼实验(粗铜中有锌、铁、镍、银等杂质，部分导线未画出)，下列说法正确的是( )5Aa 应与 c 相连接，b 应与 d 相连接B电解
5、一段时间，b 与 d 两极析出物质的物质的量相等C电解一段时间，b 极附近溶液的 pH 降低D电解过程中，Y 装置中 Cu2 的浓度始终不变解析：A.X 池中 Zn 为负极接 Y 池的纯铜，Cu 为正极接 Y 池的粗铜，故 A 错误；B.b 极电极反应式为 2H 2e =H2，d 极电极反应式为 Cu2 2e =Cu，所以电解一段时间后，b、d 两极析出物质的物质的量相同，故 B 正确；C.b 极电极反应式为2H 2e =H2，电解后 pH 升高，故 C 错误；D.Y 池中 c 极电极反应式为Zn2e =Zn2 ，Fe2e =Fe2 ，Cu2e =Cu2 ，d 极电极反应式为Cu2 2e =C
6、u，故 D 错误。答案：B3下列关于如图所示装置的说法，正确的是( )A装置中阴极处产生的气体能够使湿润 KI 淀粉试纸变蓝B装置中待镀铁制品应与电源正极相连C装置中电子由 b 极流向 a 极D装置中的离子交换膜可以避免生成的 Cl2与 NaOH 溶液反应解析：装置是电解池，阴极是溶液中阳离子得到电子发生还原反应，应是铜离子得到电子生成铜，故 A 错误；装置待镀制品和电源负极相连作电解池的阴极，故 B 错误；装置是原电池，电子流向是从负极经导线流向正极，即从 a 极流向 b 极，故 C 错误；装置中的离子交换膜允许 Na 通过，OH 、Cl 不能通过，可以避免生成的 Cl2与 NaOH 溶液反
7、应，故 D 正确。答案：D4金属镍有广泛的用途，粗镍中含有 Fe、Zn、Cu、Pt 等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知：氧化性 Fe2 Fe2 Zn2 ，故阴极反应为 Ni2 2e =Ni，可见，阳极质量减少是因为 Zn、Fe、Ni溶解，而阴极质量增加是因为析出 Ni，B 错误；电解后溶液中的阳离子除 Fe2 和 Zn2 外，还有 Ni2 、H ，C 错误。答案：D二、电解原理的创新应用5某化工厂利用原电池原理处理废水并淡化海水。工作示意图如下。下列说法正确的是( )A电极 a 在装置中作正极B装置中膜 A 是阳离子交换膜C电极 b 的电极反应式是 2NO 10e 12
8、H =N26H 2O 3D若有机物表示为 C4H8O2，每转移 10 mol 电子，电极 a 上产生 22.4 L CO2(标准状况)解析：在电极 a 上，有机物被氧化为 CO2，该电极上发生氧化反应，则电极 a 为原电池的负极，A 项错误；NO 在电极 b 上被还原为无毒气体 N2，则电极 b 为原电池的正极， 3其电极反应式为 2NO 10e 12H =N26H 2O，C 项正确；电极 b 上消耗溶液中的阳 3离子，故海水中的阳离子通过膜 B(阳离子交换膜)进正极室，而海水中的阴离子透过膜A(阴离子交换膜)进入负极室，B 项错误；C 4H8O2中的 C 为1 价，转移 10 mol 电子时
9、，电极 a 上产生 2 mol CO2气体，D 项错误。答案：C6某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，槽中盛放含铬废水，原理示意图如下，下列说法不正确的是( )7AA 为电源正极B阳极区溶液中发生的氧化还原反应为Cr2O 6Fe 2 14H =2Cr3 6Fe 3 7H 2O27C阴极区附近溶液 pH 降低D若不考虑气体的溶解，当收集到 H2 13.44 L(标准状况)时，有 0.1 mol Cr2O 被27还原解析：根据图示，A 作阳极，B 作阴极，电极反应式为阳极：Fe2e =Fe2阴极：2H 2e =H2然后，Cr 2O 6Fe 2 14H =2Cr3 6Fe 3
10、7H 2O27由于在阴极区 c(H )减小，所以 pH 增大。根据 6H26Fe 2 Cr 2O 得，当有 13.44 27L(标准状况)H 2放出时，应有 0.1 mol Cr2O 被还原。27答案：C7以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下：下列说法不正确的是( )A在阴极室，发生的电极反应为 2H2O2e =2OH H 2B在阳极室，通电后溶液逐渐由黄色变为橙色，是因为阳极区 H 浓度增大，使平衡2CrO 2H Cr 2O H 2O 向右移动24 27C该制备过程总反应的化学方程式为84K2CrO44H 2O 2K2Cr2O74KOH2H 2O 2= = = = =通
11、电 D测定阳极液中 K 和 Cr 的含量，若 K 与 Cr 的物质的量之比(n K/nCr)为 d，则此时铬酸钾的转化率为 1d2解析：观察实验装置，阴极反应为 4H2O4e =4OH 2H 2，阳极反应为2H2O4e =4H O 2，阳极室 OH 放电，导致 H 浓度增大，使平衡2CrO 2H Cr 2O H 2O 右移，从而在阳极区得到 K2Cr2O7，故 A、B、C 正确；D 项，24 27设最初阳极室中的 K2CrO4为 1 mol，通电后转化的 K2CrO4为 x mol，依题意有 2(1x) 2d1，x2d，K 2CrO4的转化率为 100%，故 D 项错误。x2 2 d1答案：D
12、多池串联装置的分析解答该类试题，透彻理解电化学原理是基础，准确判断电池种类是关键，灵活利用电子守恒是处理数据的法宝。具体可按以下三个步骤进行：第一步：准确判断电池类型(1)直接判断非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如下图中，A 为原电池，B 为电解池。(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断原电池一般是两种不同的金属电极或一个为金属电极另一个碳棒做电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图中，B 为原电池，A 为电解池。9(3
13、)根据电极反应现象判断在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型，如图。若 C 极溶解，D 极上析出 Cu，B 极附近溶液变红，A 极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D 是正极，C 是负极；甲是电解池，A 是阳极，B 是阴极。B、D 极发生还原反应，A、C 极发生氧化反应。第二步：利用相关概念进行分析判断在确定了原电池和电解池后，利用有关概念作分析和判断，如电极的判断、电极反应方程式的书写、实验现象的描述、溶液中离子的移动方向、pH 的变化及电解质溶液的恢复等。只要按照各自的规律分析即可。第三步：利用守恒进行数据处理原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转
14、移的守恒，分析时要注意两点：串联电路中各处电流相等；并联电路中总电流等于各支路电流之和。在此基础上分析处理其他各种数据。1如图，a、b 是石墨电极，通电一段时间后，b 极附近溶液显红色。下列说法正确的是( )10AX 极是电源负极，Y 极是电源正极Ba 极的电极反应是 2Cl 2e =Cl2C电解过程中 CuSO4溶液的 pH 逐渐增大DPt 极上有 6.4 g Cu 析出时，b 极产生 2.24 L(标准状况)气体解析：a、b 是石墨电极，通电一段时间后，b 极附近溶液显红色，依据电解质溶液为氯化钠的酚酞溶液，判断 b 电极是阴极，Y 为电源负极，X 为电源正极，故 A 错误；a 电极是氯离
15、子失电子发生的氧化反应，电极反应为 2Cl 2e =Cl2，故 B 正确；电解过程中 CuSO4溶液中的氢氧根离子在阳极 Pt 电极失电子生成氧气，溶液中铜离子在 Cu 电极得到电子析出铜，溶液中氢离子浓度增大，溶液的 pH 逐渐减小，故 C 错误；电解过程中CuSO4溶液中的氢氧根离子在阳极 Pt 电极失电子生成氧气，溶液中铜离子在 Cu 电极得到电子析出铜，故 D 错误。答案：B2烧杯 A 中盛入 0.1 molL1 的 H2SO4溶液，烧杯 B 中盛放 0.1 molL1 的 CuCl2溶液(两种溶液均足量)，装置如图所示，下列说法不正确的是( )AA 中 Fe 极质量减少，C 极有气体
16、产生BA 为电解池，B 为原电池C当 A 烧杯中产生 0.1 mol 气体时，B 烧杯中产生气体的物质的量也为 0.1 molD经过一段时间，B 烧杯中溶液的 pH 增大11解析：构成 A 装置的是活动性不同的电极、电解质溶液，两极形成了闭合的回路，所以 A 为原电池装置，且 A 为 B 的电解提供电能。电极反应式分别为(烧杯 A 中)C 正极：2H 2e =H2，Fe 负极： Fe2e =Fe2 。(烧杯 B 中 )阴极：Cu 2 2e =Cu，阳极：2Cl 2e =Cl2。烧杯 B 中电解氯化铜，铜离子浓度减小，水解程度减小，pH 增大。答案：B3某同学按下图所示的装置进行实验。A、B 为
17、两种常见金属，它们的硫酸盐可溶于水，当 K 闭合时，Y 极上产生黄绿色气体。下列分析正确的是( )A溶液中 c(A2 )减小BB 极的电极反应：B2e =B2CY 电极上有 Cl2产生，发生还原反应D反应初期，X 电极周围出现白色胶状沉淀解析：根据 Y 极有黄绿色气体生成，Y 极电极反应式为 2Cl 2e =Cl2，即 Y 为电解池的阳极，B 为原电池的正极，A 为原电池的负极。故 A 极的电极反应为A2e =A2 ，溶液中 c(A2 )增大，A 错误；B 极为正极，发生还原反应，B 错误；右边 U形管中最初为电解 AlCl3溶液，X 电极为 H 放电，c(H )减小，c(OH )增大，且 A
18、l3 移向X 极，因此会产生 Al(OH)3白色胶状沉淀，D 正确。答案：D4某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流计的指针发生了偏转。请回答下列问题：(1)甲池为_(填“原电池” “电解池”或“电镀池”)，通入 CH3OH 电极的电极12反应为_。(2)乙池中 A(石墨)电极的名称为_(填“正极” “负极” “阴极”或“阳极”)，总反应式为_。(3)当乙池中 B 极质量增加 5.40 g 时，甲池中理论上消耗 O2的体积为_mL(标准状况)，丙池中_极析出_g 铜。(4)若丙中电极不变，将其溶液换成 NaCl 溶液，电键闭合一段时间后，甲中溶液的
19、 pH将_(填“增大” “减小”或“不变”)；丙中溶液的 pH 将_(填“增大” “减小”或“不变”)。解析：(1)甲池为原电池，通入 CH3OH 的电极为负极，电极反应为CH3OH6e 8OH =CO 6H2O。23(2)乙池中为用惰性电极电解 AgNO3溶液，其中 A 作阳极，B 作阴极，总反应为4AgNO32H 2O 4AgO 24HNO 3。= = = = =电 解 (3)根据各电极上转移的电子相同，则 n(Ag)4n(O 2)2n(Cu)，故 V(O2) 22.4 L0.28 L280 mL，m(Cu) 64 g1.60 g。14 5.40108 12 5.40108(4)若丙中电极不变，将其溶液换成 NaCl 溶液，根据丙中总反应 2NaCl2H 2O2NaOHH 2Cl 2，溶液 pH 增大，而甲中总反应为= = = = =电 解 2CH3OH3O 24KOH= =2K2CO3 6H2O，溶液 pH 减小。答案：(1)原电池 CH 3OH6e 8OH =CO 6H 2O23(2)阳极 4AgNO 32H 2O 4AgO 24HNO 3= = = = =电 解 (3)280 D 1.60(4)减小 增大
