第三单元电能转化为化学能电解池

访仙中学高三化学一轮复习选修4《化学反应原理》专题1第三单元电能转化为化学能电解池第1页共8页第三单元电能转化为化学能电解池第1课时电解池的工作原理【考点解析】一、电解池的工作原理１．概念：电解池是把能转化为的装置。２．一般构成条件：①直流电源。②两个电极（Ag及其之前的金属作阳极时失电子）。③电解质溶液或熔融电解质（参与反应）④形成闭合回路。３．电极名称及电极反应。阴极：与电源极相连，离子流入，电子，发生反应。放电顺序：Na＋Zn2＋Pb2＋H＋Cu2＋Fe3＋Ag＋阳极：与电源极相连，离子流入，电子，发生反应。金属电极S2－I－Br－Cl－OH－含氧酸根４．电解CuCl2溶液的分析电极材料及存在离子电极反应电极现象阴极阳极总离子反应式总化学反应式闭合回路中电子从极流出，通过外电路流回到极；电流从极流出，通过外电路流回到极；电解质溶液中：阴离子（如Cl－）移向极，阳离子如（H+）移向极。例1．分别写出用惰性电极电解下列物质水溶液的电极方程式和总反应式。电解质电极存在的离子电极反应总反应式HCl阴极阳极CuCl2阴极阳极NaCl阴极阳极AgNO3阴极阳极KOH阴极阳极HNO3阴极阳极５．电解池的实验设计例２．设计实验实现Cu+H2SO4＝CuSO4+H2↑，画出装置图，写出电极反应方程式。访仙中学高三化学一轮复习选修4《化学反应原理》专题1第三单元电能转化为化学能电解池第2页共8页二、重要的电解工业生产：生产电极及材料存在的离子电极反应总反应式制Na阴极阳极制Mg阴极阳极制Al阴极阳极氯碱工业阴极阳极电解精炼铜阴极/阳极铁器件电镀铜阴极/阳极例3．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，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：Ni2++2e－＝NiB．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt例4．氨碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：依据上图，完成下列填空：（1）在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的化学方程式为，与电源负极相连的电极附近，溶液pH（选填“不变”“升高”或“下降”）。（2）工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质。精制过程发生反应的离子方程式为、。（3）如果粗盐中SO42－含量较高，必须添加钡试剂除去SO42－，该钡试剂可以是（选填A，B，C多选扣分)。A．Ba(OH)2B．Ba(NO3)2C．BaCl2（4）为有效除去Ca2+、Mg2+、SO42－，加入试剂的合理顺序为（选填A、B、C多选扣分）。A．先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂B．先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3C．先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3（5）脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过、冷却、（填写操作名称）除去NaCl。（6）在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，相应的化学方程式为。访仙中学高三化学一轮复习选修4《化学反应原理》专题1第三单元电能转化为化学能电解池第3页共8页《第1课时电解池的工作原理》练习１．依据下图判断，下列叙述正确的是（）A．I是原电池，Ⅱ是电镀装置B．I、Ⅱ装置中锌极上均发生氧化反应C．Ⅱ、Ⅲ装置中，铜极均发生氧化反应而溶解D．Ⅱ、Ⅲ装置中Cu2+浓度基本不变２．用惰性电极电解下列物质的水溶液，电解过程中，溶液的pH为升高、降低、不变的是（）A．NaCl、CuSO4、Na2SO4B．HCl、HNO3、K2SO4C．CaCl2、NaCl、KNO3D．AgNO3、CaCl2、Cu(NO3)2３．某电解池内盛有Cu(NO3)2溶液，插入两根电极，接通直流电源后，欲达到如下要求：①阳极质量不变；②阴极质量增加；③电解液pH减小，则应选用的电极是（）A．阴、阳两极都用石墨B．铜作阳极，铁作阴极C．铁作阳极，铜作阴极D．铂作阳极，铜作阴极４．某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是（）A．铅笔端作阳极，发生还原反应B．铂片端作阴极，发生氧化反应C．铅笔端有少量的氯气产生D．a点是负极，b点是正极５．关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是（）A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液。溶液呈棕色C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性６．下列描述中，不符合生产实际的是（）A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极C．电解饱和食盐水制烧碱。用涂镍碳钢网作阴极D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极７．在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是（）A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子８．如下图所示，A为电源，B为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸，C为盛有稀硫酸的电解槽，e、f为铂电极。接通电路后发现B上的c点显红色。试回答：（1）电源A上的b是什么极?。（2）写出B上的电极反应式和总反应的化学方程式：。（3）e、f电极上所产生的气体各是什么?，其体积比是多少?。访仙中学高三化学一轮复习选修4《化学反应原理》专题1第三单元电能转化为化学能电解池第4页共8页９．为了从含有FeCl3、FeCl2、CuCl2的废液中回收Cu，某研究性学习小组的同学们设计了两种方案：方案1：向废液中加入过量的铁粉，充分反应后，过滤。在所得滤渣中加入足量的盐酸，充分反应后，再过滤即得到铜。方案1中涉及的四种阳离子的氧化性由强到弱的顺序为；过滤操作时，需要用到的玻璃仪器是。方案2：在废液中加入适量盐酸调节溶液的pH=1，用铜和石墨作电极进行电解。当观察到阴极上有少量气泡产生时，即停止电解，这时要回收的Cu已全部析出。方案2中铜作极，所发生的电极反应为（若有多个电极反应，请按照反应发生的先后顺序全部写出）：，另一电极所发生的电极反应为。方案2在电极上直接回收到铜，操作上比方案1简便，但方案2也有不足之处，主要表现为：。10．用下图I所示装置通电10分钟后，去掉直流电源，连接成图Ⅱ所示装置，可观察到U型管左端铁电极表面析出白色胶状物质，U型管右端液面上升。（1）用装置I电解食盐水时，总反应的离子方程式为。为什么石墨电极上方得到气体的体积比铁电极上方得到气体的体积小得多?如果所用食盐水中含有MgCl2杂质，在电解过程中还可以观察到的现象是。（2）用装置Ⅱ进行实验时，有关电极反应式为：铁电极，石墨电极。11．（2006·北京理综）铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答：（1）工业冶炼铝的化学方程式是。（2）铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是。（3）工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜（只允许阳离子通过），其工作原理如下图所示。①该电解槽的阳极反应式是。②通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因：。③除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口（填写“A”或“B”）导出。访仙中学高三化学一轮复习选修4《化学反应原理》专题1第三单元电能转化为化学能电解池第5页共8页第2课时电解的相关计算【知识准备】１．原电池和电解池的计算包括两级产物的定量计算、溶液的pH计算，相对原子质量和阿伏伽德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。无论哪类计算，均可利用“电子得失守恒”，通过“转移电子数相等”，寻找关系式进行计算。。２．要注意电解的阶段性，如CuSO4溶液中，电解完Cu2+，继续通电时H+放电。３．串联电路中，阴阳极交叉排列，相同时间内，流过各处的电量相同。例．如下图所示，若电解5min时，测得铜电极的质量增加2.16g。试回答：（1）电源中X极是（填“正”或“负”）极。（2）通电5min时，B中共收集到224mL（标准状况）气体，溶液体积为200mL（电解前后溶液的体积变化忽略不计），则通电前c(CuSO4)。（3）若A中KCl溶液的体积也是200mL，则电解后溶液的pH＝。访仙中学高三化学一轮复习选修4《化学反应原理》专题1第三单元电能转化为化学能电解池第6页共8页【针对训练】１．按下图中甲装置进行实验，若图乙中横坐标x表示流入电极的电子的物质的量，下列叙述不正确的是（）A．E表示反应生成Cu的物质的量B．E表示反应消耗H2O的物质的量C．F表示反应生成H2SO4的物质的量D．F表示反应生成O2的物质的量２．在1LK2SO4、CuSO4的混合溶液中，c(SO42－)=2mol·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22.4L气体（标准状况），原溶液中c(K+)为（）A．0.5mol·L－1B．1mol·L－1C．1.5mol·L－1D．2mol·L－1３．某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3：1。用石墨作电极电解该混合溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是（）A．阴极自始至终只析出H2B．阳极先析出Cl2，后析出O2C．电解最后阶段为电解水D．溶液pH不断增大，最后为7４．在25℃时，将两个铂电极插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解。通电一段时间后，在阴极上逸出amol气体，同时有mgNa2SO4·10H2O晶体析出，若温度不变。此时剩余溶液中硫酸钠的质量分数是（）A．m/(m+18a)×100％B．m/(m+36a)×100％C．7100m/161(m+18a)％D．7100m/161(m+36a)％５．蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置。有一种蓄电池在充电和放电时发生的反应是：（1）若此蓄电池放电时，该电池某一电极发生还原反应的物质是（填序号）。A．NiO2B．FeC．Fe(OH)2D．Ni(OH)2（2）用此蓄电池分别电解以下两种溶液，假如电路中转移了0.02mole－，且电解池的电极均为惰性电极，试回答下列问题：①电解M(NO3)x溶液时某一电极增加了agM，则金属M的相对原子质量为（用含“a、x”的表达式表示）。②电解含有0.01molCuSO4和0.01molNaCl的混合溶液100mL，阳极产生的气体在标准状况下的体积是L；将电解后的溶液加水稀释至lL，此时溶液的pH=。访仙中学高三化学一轮复习选修4《化学反应原理》专题1第三单元电能转化为化学能电解池第7页共8页第3课时电解的规律例．分别以惰性电极电解下列电解质，分析填表。类型电解质特点实例电解方程式电解对象电解质溶液浓度变化溶液pH变化电解质溶液复原方法电解水含氧酸H2SO4可溶性强碱NaOH活泼金属含氧酸盐KNO3电解电解质无氧酸HCl不活泼金属无氧酸盐CuCl2/放氢生碱型活泼金属无氧酸盐NaCl放氧氢生酸型不活泼金属含氧酸盐CuSO4电解时溶液酸碱性“口诀”为：氢出碱增，氧出酸增，氢氧共出，“酸”酸、“碱”碱、“中”中。１．用石墨作电极电解下列溶液：①稀H2SO4②K2SO4溶液③CuCl2溶液④CuSO4溶液⑤KOH溶液（1）阴极、阳极都有气体产生，且体积比（相同条件下）为2：1的是（填序号），其阳极的电极反应式都是，阴极的电极反应式都是，总反应的化学方程式都是。（2）阴极、阳极都有气体产生，其中溶液pH变小的是，pH变大的是。（填序号）（3）一个电极析出金属，一个电极逸出气体，且溶液pH明显减小的是（填序号），其总反应的化学方程式是。２．用惰性电极电解某溶液时，发现两极只有H2和O2生成。则电解一段时间后，下列有关该溶液（与电解前同温度）的说法中，正确的有（）（1）该溶液的p