【創(chuàng)新設(shè)計(jì)】高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第5節(jié) 電解原理及其應(yīng)用 大綱人教

第五節(jié)電解原理及其應(yīng)用

1.了解電解原理，學(xué)會(huì)判斷電解時(shí)電極產(chǎn)物，了解用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律及應(yīng)用。2.掌握電解原理及其應(yīng)用，電極產(chǎn)物的判斷，用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律及應(yīng)用。此類試題內(nèi)容主要包括：

(1)電解的原理和應(yīng)用；

(2)電極反應(yīng)式的書寫；

(3)電極產(chǎn)物的判斷。此考點(diǎn)屬于高考熱點(diǎn)，試題主要以選擇題形式出現(xiàn)，主要考查電解的有關(guān)概念以及電極反應(yīng)式的書寫和電極產(chǎn)物的判斷。復(fù)習(xí)目標(biāo)展示知識(shí)點(diǎn)1電解原理及電解池問題1：電解原理的理解？電解池的形成條件？電極反應(yīng)式的書寫？【思維延伸】電解時(shí)電極反應(yīng)式的書寫規(guī)律

(1)電極反應(yīng)：陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極與電源負(fù)極相連，且為惰性電極，本身不參與反應(yīng)，溶液中的陽離子得電子；陽極與電源正極相連，發(fā)生氧化反應(yīng)，若為活性電極，則本身參與反應(yīng)，若為惰性電極，則是溶液中的陰離子失電子。(2)書寫電極反應(yīng)式時(shí)應(yīng)注意①首看電極：主要是看陽極是何種類型的電極，若為活性電極，電極本身被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)。②再看離子：搞清電解質(zhì)溶液中存在哪些離子，根據(jù)放電順序，書寫電極反應(yīng)式。③水溶液中始終有H＋和OH－,放電順序中H＋、OH－之后的離子一般不參與電極反應(yīng)。知識(shí)點(diǎn)2電解原理的應(yīng)用問題2：電解原理的應(yīng)用實(shí)例有哪些？2．銅的精煉陽極(用粗銅)：Zn－2e－Zn2＋、Fe－2e－

Fe2＋、Ni－2e－Ni2＋，Cu－2e－Cu2＋另外，粗銅中的金、銀等金屬雜質(zhì)，因?yàn)槭ル娮幽芰Ρ菴u弱，難以在陽極失去電子變成陽離子溶解下來，而以陽極泥的形式沉積下來。陰極(用純銅)：Cu2＋＋2e－Cu電解質(zhì)溶液用

或

溶液。長時(shí)間電解后，電解質(zhì)溶液必須補(bǔ)充。CuSO4CuCl23．電鍍電鍍是一種特殊的電解,要求鍍件必須作陰極,鍍層金屬作陽極,含鍍層金屬離子的可溶性鹽溶液作電解質(zhì)溶液(作為電鍍液)。電鍍時(shí)，理論上電解質(zhì)溶液的濃度保持不變。4．電解法冶煉活潑金屬

Na、Mg、Al等活潑金屬都可用電解它們的熔融鹽或氧化物制得5．氯堿工業(yè)——電解飽和食鹽水制取燒堿和氯氣(1)原理：陽極(用石墨)：2Cl－－2e－Cl2↑陰極(用Fe)：2H＋＋2e－H2↑(2)飽和食鹽水的精制：電解前應(yīng)除去食鹽溶液中的Ca2＋、Mg2＋、等雜質(zhì)離子，加入試劑依次為過量NaOH溶液、過量BaCl2溶液、過量Na2CO3溶液、稀鹽酸(或?qū)⑦^量BaCl2溶液和過量NaOH溶液的順序互換)。(3)離子交換膜法制燒堿離子交換膜電解槽主要由陽極(用金屬鈦網(wǎng)制成，涂有鈦、釕等氧化物涂層)、陰極(由碳鋼網(wǎng)制成，上面涂有鎳涂層)、離子交換膜、電解槽框、導(dǎo)電銅棒等組成。1．陽極產(chǎn)物的判斷首先看電極，若是活性電極(除金、鉑外的金屬)，則電極材料本身失電子，電極被溶解形成陽離子進(jìn)入溶液；若是惰性電極(如石墨、鉑、金等)，則根據(jù)溶液中陰離子放電順序加以判斷，放電順序：陽極：金屬(除Au、Pt外)>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根離子>F－。2．陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)溶液中陽離子放電順序加以判斷、陽離子放電順序：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋?？键c(diǎn)1電解過程中電極產(chǎn)物的判斷(1)處理有關(guān)電解池兩極產(chǎn)物的問題，一定要先看電極，看電極是活性電極還是惰性電極?；钚噪姌O在陽極放電，電極溶解生成相應(yīng)的金屬離子，此時(shí)陰離子在陽極不放電。對(duì)于惰性電極，則只需比較溶液中定向移動(dòng)到兩極的陰、陽離子的放電順序即可。(2)根據(jù)陽離子放電順序判斷陰極產(chǎn)物時(shí)，要注意下列兩點(diǎn)：①Fe3＋得電子能力大于Cu2＋，但第一階段只能被還原為Fe2＋；②Pb2＋、Sn2＋、Fe2＋、Zn2＋控制一定條件(即電鍍)時(shí)也能在水溶液中放電；Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融狀態(tài)下放電。要點(diǎn)深化【例1】(上海市高考題)如圖是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極。則下列有關(guān)的判斷正確的是()

A．a(chǎn)為負(fù)極，b為正極B．a(chǎn)為陽極，b為陰極C．電解過程中，d電極質(zhì)量增加D．電解過程中，氯離子濃度不變

解析：在電解池中陽極失去電子，經(jīng)導(dǎo)線流向電源的正極，再從負(fù)極流出最后到達(dá)陰極，而電流方向剛好與電子的流向相反。因此，可判斷a是電源的正極，b是電源的負(fù)極，則c是電解池的陽極，Cl－

在陽極失去電子轉(zhuǎn)化為Cl2；d是電解池的陰極，產(chǎn)生Cu，電解過程中，d電極質(zhì)量增加。C

1．某電解池內(nèi)盛有CuSO4溶液，插入兩根電極，接通直流電源后，欲達(dá)到如下要求：①陽極質(zhì)量不變，②陰極質(zhì)量增加，③電解液pH減小，則應(yīng)選用的電極是題()A．陰陽兩極都有石墨B．銅作陽極，鐵作陰極C．鐵作陽極，銅作陰極D．鉑作陽極，銅作陰極

解析：由題給條件可知，陽極質(zhì)量不變，陽極材料必須用惰性電極而不能用非惰性金屬電極，陰極材料不限。

答案：AD變式練習(xí)考點(diǎn)2電解規(guī)律以惰性電極電解酸、堿、鹽的水溶液時(shí)變化規(guī)律分析如下表：類型電極反應(yīng)特點(diǎn)實(shí)例電解對(duì)象電解質(zhì)濃度pH使電解質(zhì)溶液復(fù)原電解水型陰：2H＋＋2e－H2↑陽：4OH－－4e－2H2O＋O2↑NaOH水增大增大水H2SO4水增大減小水Na2SO4水增大不變水電解電解質(zhì)型電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電HCl電解質(zhì)減小增大氯化氫CuCl2電解質(zhì)減小氯化銅放H2生堿型陰極：H2O放H2生成堿陽極：電解質(zhì)陰離子放電NaCl電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)增大氯化氫放O2生酸型陰極：電解質(zhì)陽離子放電陽極：H2O放O2生成酸CuSO4電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)減小氧化銅1．電解時(shí)電極附近溶液pH的變化(惰性電極)

(1)電極區(qū)域A．陰極H＋放電產(chǎn)生H2，陰極區(qū)域pH變大。B．陽極OH－放電產(chǎn)生O2，陽極區(qū)域pH變小。(2)電解質(zhì)溶液中①電解過程中，既產(chǎn)生H2，又產(chǎn)生O2,則原溶液呈酸性的pH變小，原溶液呈堿性的pH變大，原溶液呈中性的pH不變(濃度變大)。②電解過程中，無H2和O2產(chǎn)生，pH幾乎不變。③電解過程中，只產(chǎn)生H2，pH變大。④電解過程中，只產(chǎn)生O2，pH變小。要點(diǎn)深化2．電解后電解質(zhì)溶液的復(fù)原

用惰性電極電解時(shí),若要使電解后的溶液恢復(fù)到原狀態(tài)，應(yīng)遵循“缺什么加什么,缺多少加多少”的原則，一般加入陰極產(chǎn)物與陽極產(chǎn)物的化合物。【例2】如圖所示，下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述正確的是()a電極b電極X溶液實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象A石墨石墨CuCl2a電極質(zhì)量增加，b電極放出無色氣體BFe石墨KNO3a電極質(zhì)量增加，b電極放出無色氣體CFeCuCuSO4a電極質(zhì)量增加，b電極質(zhì)量減少D石墨石墨HCla電極放出無色氣體，b電極放出無色氣體解析：這是一個(gè)電解裝置，其中A、D選項(xiàng)中是惰性電極，且電解液都含有氯離子，所以b電極應(yīng)該放出黃綠色的氣體(氯氣)；B選項(xiàng)中的a電極質(zhì)量不變；C選項(xiàng)中所組成的電解池相當(dāng)于電鍍池，其中b電極的銅溶解，質(zhì)量減少，而a電極上析出銅，質(zhì)量增加。答案：C2．用惰性電極實(shí)現(xiàn)電解，下列說法正確的是()A．電解稀硫酸溶液，實(shí)質(zhì)上是電解水，故溶液pH不變B．電解稀氫氧化鈉溶液，要消耗OH－，故溶液pH減小C．電解硫酸鈉溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2D．電解氯化銅溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶1變式練習(xí)解析：電解稀H2SO4，實(shí)質(zhì)上是電解水，硫酸的物質(zhì)的量不變，但溶液體積減少，濃度增大，故溶液pH減小，A不正確；電解稀NaOH溶液，陽極消耗OH－，陰極消耗H＋，實(shí)質(zhì)也是電解水，NaOH溶液濃度增大,故溶液的pH增大，B不正確；電解Na2SO4溶液時(shí)，在陽極發(fā)生反應(yīng)：4OH－－4e－2H2O＋O2↑，在陰極發(fā)生反應(yīng)：4H＋＋4e－2H2↑，由于兩電極通過電量相等,故析出H2與O2的物質(zhì)的量之比為2∶1，C不正確；電解CuCl2溶液時(shí)，陰極反應(yīng)為Cu2＋＋2e－Cu，陽極反應(yīng)為2Cl－－2e－Cl2↑，兩極通過電量相等時(shí)，Cu和Cl2的物質(zhì)的量之比為1∶1，D正確。答案：D客觀題電解過程兩極產(chǎn)物的定量計(jì)算是高考的基本能力要求，正確理解電解原理，運(yùn)用得失電子守恒的方法，求解兩極產(chǎn)物的量是考查學(xué)生基本計(jì)算能力的題型?！究碱}一】將0.2molAgNO3、0.4molCu(NO3)2、0.6molKCl溶于水，配成100mL溶液，用惰性電極電解一段時(shí)間后，若在一極析出0.3molCu，此時(shí)在另一極上產(chǎn)生的氣體體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)為()A.4.48LB．5.6LC．6.72LD．7.84LB思路點(diǎn)撥：把三種物質(zhì)溶于水后,AgNO3和KCl之間發(fā)生反應(yīng),KCl剩余0.4mol。與放電有關(guān)的離子有：Cu2＋0.4molCl－0.4mol及H＋、OH－，陰極發(fā)生：Cu2＋＋2e－Cu，生成0.3molCu時(shí),通過電子0.6mol；陽極首先發(fā)生：2Cl－－2e－Cl2↑,當(dāng)0.4molCl－放電時(shí)，通過電子0.4mol，生成Cl20.2mol，陽極再發(fā)生：4OH－－4e－2H2O＋O2↑,根據(jù)陰陽兩極通過電子數(shù)相等得,再通過0.2mol電子時(shí)，生成O20.05mol，所以陽極共生成氣體0.25mol，即5.6L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。高分解密把不同的溶液混合后，首先要考慮它們之間能否反應(yīng)，其次要注意溶液體積的變化。解答本題很容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤是根據(jù)溶液中存在的離子及放電順序直接計(jì)算。主觀題電解原理在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，靈活運(yùn)用電解的知識(shí)分析判斷工業(yè)生產(chǎn)的原理和設(shè)計(jì)，是重要的考查方式，應(yīng)高度重視?！绢}型二】(12分)鋁和氫氧化鉀都是重要的工業(yè)產(chǎn)品。請(qǐng)回答：

(1)工業(yè)冶煉鋁的化學(xué)方程式是。

2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑

通電(2)鋁與氫氧化鉀溶液反應(yīng)的離子方程式是

，

2Al＋2OH－＋6H2O2[Al(OH)4]－＋3H2↑(3)工業(yè)品氫氧化鉀的溶液中含有某些含氧酸根雜質(zhì)，可用離子交換膜法電解提純。電解槽內(nèi)裝有陽離子交換膜(只允許陽離子通過)，其工作原理如下圖所示。①該電解槽的陽極反應(yīng)式是

。②通電開始后，陰極附近溶液pH會(huì)增大，請(qǐng)簡述原因

。③除去雜質(zhì)后的氫氧化鉀溶液從液體出口

(填寫“A”或“B”)導(dǎo)出。作答與批改實(shí)錄4OH－－4e－

2H2O＋O2↑H＋放電，促進(jìn)水的電離，c(OH－)增大B點(diǎn)評(píng)1．利用鋁和堿液反應(yīng)作為切入點(diǎn)。2．電解過程中溶液中各離子濃度的變化。3．注意利用電解原理分析。點(diǎn)撥離子交換膜法電解提純KOH時(shí),陽極反應(yīng)為：4OH－－4e－2H2O＋O2↑,陰極反應(yīng)為:4H2O＋4e－4OH－＋2H2↑。電解過程中陽極附近的K＋通過陽離子交換膜向陰極移動(dòng),含氧酸根離子不能通過離子交換膜。一段時(shí)間后,陰極附近K＋、OH－濃度變大,從B處(陰極區(qū))得到溶液，蒸發(fā)結(jié)晶后可得較純凈的KOH。1．(5分)能用電解原理說明的問題是()①電解是把電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能②電解是化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能③電解質(zhì)溶液導(dǎo)電是化學(xué)變化，金屬導(dǎo)電是物理變化④不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，通過電解的原理可以實(shí)現(xiàn)⑤任何溶液被電解時(shí)，必然導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)的發(fā)生

A.①②③④B．②③⑤C．③④D．①③④⑤

解析：從能量角度看，電解是把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的過程，故①對(duì)②錯(cuò)。電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程，必然伴隨著兩個(gè)電極上氧化—還原反應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)生成新的物質(zhì)，故③、⑤對(duì)。某些不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，通過電解的原理供給電能也可以實(shí)現(xiàn)，故④對(duì)。所以D選項(xiàng)符合題意。

答案：D2．(5分)(2008·上海卷)取一張用飽和NaCl溶液浸濕的pH試紙,兩根鉛筆芯作電極,接通直流電源,一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)a電極與試紙接觸處出現(xiàn)一個(gè)雙色同心圓，內(nèi)圓為白色，外圈呈淺紅色。則下列說法錯(cuò)誤的是()A．b電極是陰極B．a(chǎn)電極與電源的正極相連接C．電解過程中，水是氧化劑D．b電極附近溶液的pH變小解析：由題意知，外圈呈淺紅色，說明該處呈酸性：Cl2＋H2OHCl＋HClO，則a極上產(chǎn)生Cl2，a極為陽極，b極為陰極，故A、B項(xiàng)均正確；在2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑中，H2O作氧化劑，故C項(xiàng)正確；b極上由于H＋放電，使水的電離平衡正移,導(dǎo)致b極附近溶液中的OH－濃度增大，溶液的pH變大，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：D方法技巧：解答本題應(yīng)先根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷出a、b兩極的名稱，再根據(jù)電解NaCl溶液的有關(guān)知識(shí)對(duì)各項(xiàng)作出判斷。通電3．(5分)某溶液中含有兩種溶質(zhì)NaCl和H2SO4，它們的物質(zhì)的量之比為3∶1。用石墨作電極電解該混合溶液時(shí)，根據(jù)電極產(chǎn)物，可明顯分為三個(gè)階段。下列敘述不正確的是()A．陰極自始至終只析出H2B．陽極先析出Cl2，后析出O2C．電解最后階段為電解水D．溶液pH不斷增大，最后為7解析：解質(zhì)溶液中,n(Na+)∶n(Cl-)∶n(H+)∶n=3∶3∶2∶1，開始電解產(chǎn)生H2和Cl2，隨著產(chǎn)生H2和Cl2的同時(shí)，生成OH中和H2SO4，且OH過量，最后是電解水，因而最后溶液的pH>7，陰極只放出H2。三個(gè)階段分別相當(dāng)于電解HCl→NaCl→H2O。答案：D4．(5分)(2010·成都期末)以惰性電極電解CuSO4溶液。若陽極上產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量為0.0100mol，則陰極上析出Cu的質(zhì)