第41讲 电解池的工作原理及其应用 2024高考化学一轮复习高频考点精讲（新教材新高考） 课件

这是一份第41讲 电解池的工作原理及其应用 2024高考化学一轮复习高频考点精讲（新教材新高考） 课件，共53页。PPT课件主要包含了复习目标，电解池及工作原理，考点一，必备知识，CuO，CuCl2，H2O，专项突破，电解原理的应用，考点二等内容，欢迎下载使用。
1.理解电解池的构成、工作原理，能书写电极反应式和总反应方程式。2.掌握氯碱工业、电解精炼、电镀、电冶金等的反应原理。
2.构建电解池模型(以电解CuCl2溶液为例)
电子和离子的移动方向(惰性电极)
3.电解规律(1)阳极放电规律①活性电极(除Au、Pt以外的金属材料作电极)，电极材料失电子，生成金属阳离子。②惰性电极(Pt、Au、石墨)，要依据阴离子的放电顺序加以判断。
阴极(与电极材料无关)：氧化性强的先放电，放电顺序如下：
注意　电解水溶液时，Al3＋、Mg2＋、Na＋、K＋不可能在阴极放电。
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，Fe作阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。若是惰性电极作阳极，放电顺序如下：
用惰性电极电解不同类型电解质溶液①电解水型
2H＋＋2e－===H2↑
2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑
Cu2＋＋2e－===Cu
③电解质和水均参与电解型
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
一、电解过程分析与溶液的复原方法1.用石墨作电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列叙述正确的是A.逸出气体的体积：A电极＜B电极B.一电极逸出无味气体，另一电极逸出有刺激性气 味气体C.A电极附近呈红色，B电极附近呈蓝色D.电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中， 充分搅拌后溶液呈中性
用惰性电极电解Na2SO4溶液，电极A为阴极，B为阳极。 、OH－移向B电极，在B电极OH－放电，产生O2，B电极附近c(H＋)＞c(OH－)，石蕊溶液变红，Na＋、H＋移向A电极，在A电极H＋放电产生H2，A电极附近c(OH－)＞c(H＋)，石蕊溶液变蓝，产生H2和O2的体积之比为2∶1，A、C项错误，D项正确。
2.(2023·武汉检测)用石墨作电极电解溶有物质的量之比为3∶1的NaCl和H2SO4的水溶液。根据反应产物，电解可明显分为三个阶段，下列叙述不正确的是A.电解的最后阶段为电解水B.阳极先逸出氯气后逸出氧气C.阴极逸出氢气D.电解过程中溶液的pH不断增大，最后pH为7
3.以惰性电极电解100 mL 0.05 ml·L－1 CuSO4溶液。(1)阳极产生56 mL(标准状况下)气体时，所得溶液的pH为____(不考虑溶液体积变化)，要使溶液恢复到电解前的状态，可加入______g的_____________________物质。
CuO(或0.62　CuCO3)
(2)继续通电电解，此时被电解的物质为____________，若加入0.1 ml Cu(OH)2可使溶液复原，则电路中转移的电子为______ml。
继续通电电解，电解质为H2SO4溶液，故实际被电解的物质为H2O；加入0.1 ml Cu(OH)2可使溶液复原，相当于加入0.1 ml CuO和0.1 ml H2O，故转移电子为(0.1×2＋0.1×2) ml＝0.4 ml。
(3)通电足够长时间，加入0.1 ml Cu2(OH)2CO3可使溶液复原，则电路中转移电子为______ml。
Cu2(OH)2CO3相当于2CuO·H2O·CO2，故转移电子为0.2 ml×2＋0.1 ml×2＝0.6 ml。
二、电极方程式的书写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)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜阳极反应式：________________________________；阴极反应式：____________________；总反应方程式：______________________________。
Mg2＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋Mg(OH)2↓
2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋　
(3)电解MnSO4溶液可制备MnO2，其阳极的电极反应式为________________________________________。(4)将用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：S2－－2e－===S；(n－1)S＋S2－=== 。
Mn2＋＋2H2O－2e－===
①写出电解时阴极的电极反应式：___________________________。②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式为______________________________。
2H2O＋2e－===H2↑＋
①Ce4＋从电解槽的_____(填字母)口流出，电极反应式：___________________。
Ce3＋－e－===Ce4＋
Ce4＋在阳极生成，从a口流出。
②写出阴极的电极反应式：___________________________________。
1.氯碱工业习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。(1)反应原理阳极：___________________ (______反应)。阴极：___________________________ (______反应)。总反应化学方程式：_______________________________________。总反应离子方程式：_____________________________________。注意　电解所用的食盐要精制。
(2)离子交换膜法的生产过程加入或流出的物质a、b、c、d分别是_________________、___________________、_______、___________；X、Y分别是____、____。
(3)阳离子交换膜的作用阻止______进入阳极室与Cl2发生副反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。(4)氯碱工业产品
H2O(含少量NaOH)
2.电镀　电解精炼(1)电镀①概念：利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。②目的：增强金属的抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。
Cu-2e-==Cu2+
Cu2++2e-==Cu
Cu－2e-==Cu2+、Zn－2e- ==Zn2+、Ni－2e- ==Ni2+
银、金、铂等金属不放电形成_______，在阴极只有Cu2＋放电，锌、铁、镍较活泼的金属阳离子______________________中，故能够将杂质除去。电解过程中，Cu2＋的浓度___________。
3.电冶金利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
2Na＋＋2e－===2Na
Mg2＋＋2e－===Mg
6O2－－12e－===3O2↑
4Al3＋＋12e－===4Al
1.在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极(　　)2.根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等(　　)3.电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变(　　)4.电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3，也可以电解熔融的MgO和AlCl3 (　　)
一、氯碱工业1.如图为电解饱和食盐水的装置，下列有关说法不正确的是A.左侧电极上发生氧化反应B.右侧生成的气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝C.电解一段时间后，B口排出NaOH溶液
2.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，以下对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是A.a为正极，b为负极；NaClO和NaClB.a为负极，b为正极；NaClO和NaClC.a为阳极，b为阴极；HClO和NaClD.a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
电解氯化钠溶液时，阳极是氯离子失电子生成氯气的过程，阴极是氢离子得电子生成氢气的过程，为使Cl2被完全吸收，一定要让氯气在d电极产生，所以d电极是阳极，c电极是阴极，即a为负极，b为正极，氯气和氢氧化钠反应生成的是氯化钠和次氯酸钠。
3.氯碱工业是高耗能产业，将电解池与燃料电池串联组合的新工艺可节能，装置图如图所示，下列叙述错误的是(注：假定空气中氧气的体积分数为20%)A.X为Cl2，Y为H2B.c%＞a%＞b%C.若生成标准状况下22.4 L X，则 消耗标准状况下空气56 LD.两池中阳离子交换膜均可以换为 阴离子交换膜
B池是燃料电池，电池右边通入除去CO2后的空气，发生还原反应为正极，左边通入H2，发生氧化反应为负极。燃料电池中正极O2得电子产生OH－，Na＋通过阳离子交换膜从左往右移动，反应后NaOH浓度增大，即c%>a%，负极H2失电子生成的H＋消耗OH－，所以a%>b%，则c%>a%>b%，B正确；根据得失电子守恒可得关系式：2Cl2～2H2～O2，n(O2)＝0.5n(Cl2)＝0.5 ml，所以n(空气)＝5n(O2)＝2.5 ml，则标准状况下V(空气)＝2.5 ml×22.4 L·ml－1＝56 L，C正确。
A池是电解池，从图中看出，左边加入精制饱和NaCl溶液流出稀NaCl溶液，左边电极放电产生氯气，是阳极，则右边电极是阴极，阴极上氢离子放电产生氢气；
二、电镀、电解精炼与电冶金4.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。下列叙述正确的是(已知氧化性：Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)A.阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===NiB.电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等C.电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2＋和Zn2＋D.电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt
电解时，阳极Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A项错误；因氧化性：Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，故阴极的电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解，而阴极质量增加是因为Ni析出，二者不相等，B项错误；电解后溶液中的阳离子除Fe2＋和Zn2＋外，还有Ni2＋和H＋，C项错误。
5.如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度Cu的装置示意图，下列叙述不正确的是A.电极A是粗铜，电极B是纯铜B.电路中通过1 ml电子，生成32 g铜C.溶液中 向电极A迁移D.膜B是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区
精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，根据装置图可知，电极A为粗铜，电极B为纯铜，A项正确；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，当电路中通过1 ml电子时，生成0.5 ml Cu，即生成32 g Cu，B项正确；
膜A为过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区，膜B为阳离子交换膜，D项错误。
6.研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法正确的是A.将熔融CaF2-CaO换成Ca(NO3)2溶液也可以达到相同目的B.阳极的电极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑C.在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量减少D.阴极的电极反应式为Ca－2e－===Ca2＋
由图可知，石墨为阳极，其电极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑，钛网是阴极，其电极反应式为Ca2＋＋2e－===Ca。将熔融CaF2-CaO换成Ca(NO3)2溶液，阴极上H＋放电，无法得到金属Ca；钙还原二氧化钛的化学方程式为2Ca＋TiO2===Ti＋2CaO，制备金属钛前后，CaO的总量不变。
7.电镀是材料表面处理中不可或缺的一部分，解答下列问题：(1)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是__________________________________________________________________。(2)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜。阳极反应式：______________________________；阴极反应式：__________________；总反应方程式：_____________________________。(3)用有机阳离子、 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，阴极反应式为_________________________________。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。
可补充溶液中消耗的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋浓度恒定
2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
6H＋＋6e－===3H2↑
1.(2022·广东，10)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中A.阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋ B.阴极上Al被氧化C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥 D.阳极和阴极的质量变化相等
阴极应该发生得电子的还原反应，Mg在阳极失电子生成Mg2＋，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3＋，B错误；阳极材料中的Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。
2.(2020·江苏，11)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是A.阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋B.金属M的活动性比Fe的活动性弱C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
阴极得电子，A错误；金属M失电子，其活动性应比铁强，B错误；M失去的电子流入钢铁设施表面，因积累大量电子而被保护，C正确；海水中所含电解质的浓度远大于河水中的，因此钢铁设施在海水中腐蚀的速率快，D错误。
3.(2021·全国乙卷，12)沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题， 通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。下列叙述错误的是A.阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2 的反应B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClOC.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气D.阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
根据题干信息分析可知，阳极区海水中的Cl－会优先失去电子生成Cl2，发生氧化反应，A正确；设置的装置为电解池原理，阳极区生成的Cl2与阴极区生成的OH－在管道中会发生反应生成NaCl、NaClO和H2O，其中NaClO具有强氧化性，可氧化灭杀附着的生物，B正确；因为H2是易燃性气体，所以阴极区生成的H2需及时通风稀释，安全地排入大气，以排除安全隐患，C正确；阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，会使海水中的Mg2＋沉淀积垢，所以阴极表面会形成Mg(OH)2等积垢，需要定期清理，D错误。
4.(2022·海南，9)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如图。下列有关说法正确的是A.在b电极上，N2被还原B.金属Ag可作为a电极的材料C.改变工作电源电压，反应速率不变D.电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不断减少
由装置示意图可知，b电极上N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，因此b为阴极，电极反应式为N2＋3H2O＋6e－===2NH3＋3O2－，a为阳极，电极反应式为2O2－－4e－===O2，据此分析解答。由分析可得，在b电极上，N2被还原，A正确；
a为阳极，若金属Ag作为a的电极材料，则金属Ag优先失去电子，B错误；改变工作电源的电压，导致电流大小改变，反应速率也会改变，C错误；电解过程中，阴极电极反应式为2N2＋6H2O＋12e－===4NH3＋6O2－，阳极电极反应式为6O2－－12e－===3O2，因此固体氧化物电解质中O2－不会减少，D错误。
5.(2022·北京，13)利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
下列说法不正确的是A.①中气体减少，推测是由于溶液中c(H＋)减少，且Cu覆盖铁电极，阻碍H＋与铁接触B.①中检测到Fe2＋，推测可能发生反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋=== Fe2＋＋CuC.随阴极析出Cu，推测②中溶液c(Cu2＋)减少，Cu2＋＋4NH3 [Cu(NH3)4]2＋平衡逆移D.②中Cu2＋生成[Cu(NH3)4]2＋，使得c(Cu2＋)比①中溶液的小，Cu缓慢析出，镀层更 致密