第12講 電解池 -【暑假彎道超車】2023年新高二化學暑假講義、習題（原卷版）

學而優(yōu)教有方第12講電解池1.宏觀辨識與微觀探析：從宏觀和微觀的角度理解電解池中電子的移動、陰陽離子的移動、陰陽兩極上的反應及其變化、電流形成的過程和原理。2.證據(jù)推理與模型認知：建立對電解過程的系統(tǒng)分析認識的思維模型，理解電解的規(guī)律，會判斷電解的產(chǎn)物，會書寫電解的電極反應式和總反應式。建立電解應用問題的分析思維模型和電解相關(guān)計算的思維模型，加深對電解原理的理解和應用。3.變化觀念與平衡思想：通過對氯堿工業(yè)、電鍍、電解精煉銅、電冶金等原理的分析，認識電能與化學能之間的能量轉(zhuǎn)化。一、電解原理1.電解和電解池(1)電解：在電流作用下，電解質(zhì)在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應和還原反應的過程。(2)電解池：電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置。(3)電解池的構(gòu)成①有與電源相連的兩個電極。②電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))。③形成閉合回路。2.電解池的工作原理(1)電極名稱及電極反應式(電解CuCl2溶液為例)總反應式：CuCl2eq\o(=,\s\up7(電解))Cu＋Cl2↑(2)電解過程的三個流向①電子流向：電源負極→電解池陰極；電解池的陽極→電源的正極；②離子流向：陽離子→電解池的陰極，陰離子→電解池的陽極。③電流方向：電源正極→電解池陽極→電解質(zhì)溶液→陰極→負極。3.電極產(chǎn)物判斷(1)陽極產(chǎn)物的判斷①活性電極(除Au、Pt以外的金屬材料作電極)，電極材料失電子，生成金屬陽離子。②惰性電極(Pt、Au、石墨)，要依據(jù)陰離子的放電順序加以判斷。陰離子的放電順序：活潑電極＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根離子。S2－、I－、Br－、Cl－放電，產(chǎn)物分別是S、I2、Br2、Cl2；若OH－放電，則得到H2O和O2。(2)陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽離子放電順序進行判斷。陽離子放電順序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。①若金屬陽離子(Fe3＋除外)放電，則得到相應金屬單質(zhì)；若H＋放電，則得到H2。②放電順序本質(zhì)遵循氧化還原反應的優(yōu)先規(guī)律，即得(失)電子能力強的離子先放電。4.電極反應式、電解方程式的書寫(1)首先判斷陰、陽極，分析陽極材料是惰性電極還是活潑電極。(2)再分析電解質(zhì)水溶液的組成，找全離子并分陰離子、陽離子兩組(不要忘記水溶液中的H＋和OH－)。(3)然后排出陰、陽兩極的放電順序：陰極：陽離子放電順序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。陽極：活潑電極＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根離子。(4)分析電極反應，判斷電極產(chǎn)物，寫出電極反應式，要注意遵循原子守恒和電荷守恒。(5)最后寫出電解反應的總化學方程式或離子方程式，并注明“電解”條件?！咎貏e提醒】①陰極不管是什么材料，電極本身都不反應，一定是溶液(或熔融電解質(zhì))中的陽離子放電，注意離子導體(電解質(zhì))是水溶液還是非水狀態(tài)。②陽極材料不同，電極產(chǎn)物、電極反應式可能不同，最常用、最重要的放電順序為陽極：Cl－>OH－；陰極：Ag＋>Cu2＋>H＋。③電解水溶液時，K＋～Al3＋不可能在陰極放電，即不可能用電解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金屬。④書寫電解池中的電極反應式時，要以實際放電的離子表示，但書寫總電解反應方程式時，弱電解質(zhì)要寫成分子式。⑤電解質(zhì)溶液中未參與放電的離子是否與放電后生成的離子發(fā)生反應(離子共存)。⑥要確保兩極電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相同，且注明條件“電解”。5.陰、陽極的判斷方法(1)根據(jù)外接電源:正極接陽極,負極接陰極。(2)根據(jù)電流方向:從陰極流出,從陽極流入。(3)根據(jù)電子流向:從陽極流出,從陰極流入。(4)根據(jù)離子移向:陰離子移向陽極,陽離子移向陰極。(5)根據(jù)電極產(chǎn)物:陽極——電極溶解、逸出O2(或陽極區(qū)酸性增強)或Cl2;陰極——析出金屬、逸出H2(或陰極區(qū)堿性增強)。(6)根據(jù)反應類型:陽極發(fā)生氧化反應,陰極發(fā)生還原反應。6.用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律(1)電解溶劑水型電解質(zhì)類型電極反應式及總反應式電解質(zhì)溶液濃度溶液pH電解質(zhì)溶液復原含氧酸，如H2SO4陰極：4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－陽極：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋總反應式：2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2H2↑＋O2↑增大減小加水可溶性強堿，如NaOH增大活潑金屬含氧酸鹽，如KNO3不變(2)電解溶質(zhì)型電解質(zhì)類型電極反應式及總反應式電解質(zhì)溶液濃度溶液pH電解質(zhì)溶液復原無氧酸，如HCl陰極：2H＋＋2e－=H2↑陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑總反應式：2HCleq\o(=,\s\up7(電解))H2↑＋Cl2↑減小增大通入HCl氣體不活潑金屬無氧酸鹽，如CuCl2陰極：Cu2＋＋2e－=Cu陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑總反應式：CuCl2eq\o(=,\s\up7(電解))Cu＋Cl2↑加入CuCl2固體(3)電解溶質(zhì)和溶劑水型，生成H2和堿（析氫生堿型）：電解質(zhì)(水溶液)電極反應式及總反應式電解質(zhì)濃度溶液pH溶液復原活潑金屬的無氧酸鹽(如NaCl)陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－總反應式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－生成新電解質(zhì)增大通入HCl氣體(4)電解溶質(zhì)和溶劑水型，生成O2和酸（放氧生酸型）電解質(zhì)(水溶液)電極反應式及總反應式電解質(zhì)濃度溶液pH溶液復原不活潑金屬的含氧酸鹽[如CuSO4]陽極：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋陰極：2Cu2＋＋4e－=2Cu總反應式：2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Cu＋O2↑＋4H＋生成新電解質(zhì)減小加CuO或CuCO37．電解后溶液的復原規(guī)律用惰性電極電解下列酸、堿、鹽溶液，請?zhí)顚懴卤恚?1)電解H2O型電解質(zhì)H2SO4NaOHNa2SO4陽極反應式4OH－－4e－O2↑＋2H2O陰極反應式4H＋＋4e－2H2↑pH變化減小增大不變復原加入物質(zhì)加入H2O(2)電解電解質(zhì)型電解質(zhì)HClCuCl2陽極反應式2Cl－－2e－Cl2↑陰極反應式2H＋＋2e－H2↑Cu2＋＋2e－CupH變化增大復原加入物質(zhì)加入HCl加入CuCl2(3)電解質(zhì)和水都發(fā)生電解型電解質(zhì)NaClCuSO4陽極反應式2Cl－－2e－Cl2↑2H2O－4e－O2↑＋4H＋陰極反應式2H2O＋2e－H2↑＋2OH－2Cu2＋＋4e－2CupH變化增大減小復原加入物質(zhì)加入HCl加入CuO或CuCO3【特別提醒】電解后溶液的復原，從溶液中放出的氣體和生成的沉淀，按照原子個數(shù)比組成具體物質(zhì)再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原則。二、氯堿工業(yè)燒堿、氯氣都是重要的化工原料，習慣上把電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫做氯堿工業(yè)。1．電解飽和食鹽水的原理通電前：溶液中的離子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。通電后：①移向陽極的離子是Cl－、OH－，Cl－比OH－容易失去電子，被氧化成氯氣。陽極：2Cl－－2e－Cl2↑(氧化反應)。②移向陰極的離子是Na＋、H＋，H＋比Na＋容易得到電子，被還原成氫氣。其中H＋是由水電離產(chǎn)生的。陰極：2H2O＋2e－H2↑＋2OH－(還原反應)。③總反應：化學方程式為2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))H2↑＋Cl2↑＋2NaOH；離子方程式為2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))H2↑＋Cl2↑＋2OH－。2．氯堿工業(yè)生產(chǎn)流程工業(yè)生產(chǎn)中，電解飽和食鹽水的反應在離子交換膜電解槽中進行。①陽離子交換膜電解槽②陽離子交換膜的作用：只允許Na＋等陽離子通過，不允許Cl－、OH－等陰離子及氣體分子通過，可以防止陰極產(chǎn)生的氫氣與陽極產(chǎn)生的氯氣混合發(fā)生爆炸，也能避免氯氣與陰極產(chǎn)生的氫氧化鈉反應而影響氫氧化鈉的產(chǎn)量。3．氯堿工業(yè)產(chǎn)品及其應用(1)氯堿工業(yè)產(chǎn)品主要有NaOH、Cl2、H2、鹽酸、含氯漂白劑。(2)電解飽和食鹽水為原理的氯堿工業(yè)產(chǎn)品在有機合成、造紙、玻璃、肥皂、紡織、印染、農(nóng)藥、金屬冶煉等領(lǐng)域中廣泛應用。三、電鍍與電解精煉電鍍電解精煉銅示意圖電極反應陽極Cu－2e－=Cu2＋Zn－2e－=Zn2＋，Cu－2e－=Cu2＋陰極Cu2＋＋2e－=CuCu2＋＋2e－=Cu電解質(zhì)溶液的濃度變化CuSO4溶液的濃度不變CuSO4溶液的濃度變小【特別提醒】電解精煉銅時，陽極質(zhì)量減小，陰極質(zhì)量增加，溶液中的Cu2＋濃度減小。粗銅中不活潑的雜質(zhì)(金屬活動性順序中位于銅之后的銀、金等)，在陽極難以失去電子，當陽極上的銅失去電子變成離子之后，它們以金屬單質(zhì)的形式沉積于電解槽的底部，成為陽極泥。四、電冶金電解冶煉冶煉鈉冶煉鎂冶煉鋁電極反應陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：2Na＋＋2e－=2Na陽極：2Cl－2e－=Cl2↑陰極：Mg2＋＋2e－=Mg陽極：6O2－－12e－=3O2↑陰極：4Al3＋＋12e－=4Al總反應2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))2Na＋Cl2↑MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))Mg＋Cl2↑2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))4Al＋3O2↑【特別提醒】(1)氯堿工業(yè)所用的飽和食鹽水需要精制，除去NaCl中混有的Ca2＋、Mg2＋、SOeq\o\al(2－,4)。(2)電鍍銅時，電解質(zhì)溶液中c(Cu2＋)不變；電解精煉銅時，電解質(zhì)溶液中c(Cu2＋)減小。(3)電解熔融MgCl2冶煉鎂，而不能電解MgO冶煉鎂，是因為MgO的熔點很高；電解熔融Al2O3冶煉鋁，而不能電解AlCl3冶煉鋁，是因為AlCl3是共價化合物，其熔融態(tài)不導電。五、電化學有關(guān)計算1.計算依據(jù)——三個相等(1)同一原電池的正、負極的電極反應得、失電子數(shù)相等。(2)同一電解池的陰極、陽極電極反應中得、失電子數(shù)相等。(3)串聯(lián)電路中的各個電極反應得、失電子數(shù)相等。上述三種情況下，在寫電極反應式時，得、失電子數(shù)要相等，在計算電解產(chǎn)物的量時，應按得、失電子數(shù)相等計算。2.計算方法——三種常用方法(1)根據(jù)總反應式計算先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據(jù)總反應式列出比例式計算。(2)根據(jù)電子守恒計算①用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。②用于混合溶液中分階段電解的計算。(3)根據(jù)關(guān)系式計算根據(jù)得失電子守恒定律建立起已知量與未知量之間的橋梁，構(gòu)建計算所需的關(guān)系式。如以通過4mole-為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式:4e-~QUOTE(式中M為金屬,n為其離子的化合價數(shù)值)該關(guān)系式具有總攬電化學計算的作用和價值,熟記電極反應,靈活運用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學計算問題。提示：在電化學計算中，還常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C來計算電路中通過的電量。考點一電解及其裝置例1．以純堿溶液為原料，通過電解的方法可制備小蘇打，原理裝置圖如下：

上述裝置工作時，下列有關(guān)說法正確的是A．乙池電極接電池正極，氣體X為H2B．Na+由乙池穿過交換膜進入甲池C．甲池中只發(fā)生反應：D．NaOH溶液Z的濃度比NaOH溶液Y的小考點二電解規(guī)律及其應用例2．室溫下，用惰性電極電解下列物質(zhì)的稀溶液，其中pH增大的是A．NaOH B． C． D．考點三電解原理應用例3．下列關(guān)于電解原理應用的說法錯誤的是A．氯堿工業(yè)的電解槽需使用陽離子交換膜隔開兩極產(chǎn)物B．在鐵上鍍銅時，鐵作陰極C．鈉、鎂、鋁均可通過電解其熔融氯化物的方法冶煉得到D．電解精煉銅一段時間，電解質(zhì)溶液中c(Cu2+)略減小考點四電解的有關(guān)計算例4．按照要求回答下列問題：(1)通過電解廢舊鋰電池中的LiMn2O4可獲得難溶性的Li2CO3和MnO2，電解示意圖如圖(其中濾布的作用是阻擋固體顆粒，但離子可自由通過，電解過程中溶液的體積變化忽略不計)。①電極B發(fā)生的電極反應式為______。②電解一段時間后溶液中Mn2+濃度______(填“增大”“減小”或“不變”)。(2)用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2，將所得的Na2SO3溶液進行電解，可循環(huán)再生NaOH，同時得到H2SO4，其原理如圖所示(電極材料均為石墨)。①圖中A口產(chǎn)生的氣體為______，B口流出的物質(zhì)是______。②b電極表面發(fā)生的電極反應式為______。(3)Co是磁性合金的重要材料，也是維生素的重要組成元素。工業(yè)上可用如圖裝置制取單質(zhì)Co并獲得副產(chǎn)品鹽酸(A、B均為離子交換膜)。①A為______(填“陽”或“陰”)離子交換膜。②該電解池的總反應離子方程式為______。③若產(chǎn)品室中陰極質(zhì)量增加11.8g，則產(chǎn)品室增加的HCl的物質(zhì)的量為______。1．如圖所示，能實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為化學能的是A．鋅錳干電池 B．火力發(fā)電廠C．太陽能電池 D．六角螺栓鍍銅2．下列說法正確的是A．粗銅精煉時，純銅做陽極B．在鐵制品上鍍銀時，鐵制品作陰極，硝酸銀溶液作電鍍液C．鐵的吸氧腐蝕過程中正極反應為：D．電解飽和溶液，可制得金屬鈉3．通過火法冶金煉出的銅是粗銅，含有Fe、Zn、Ag、Au、Pt等雜質(zhì)，可利用電解法將粗銅提純。下列說法錯誤的是A．提純時粗銅作陰極B．用硫酸銅溶液作電解質(zhì)溶液C．陽極反應之一是Cu-2e-=Cu2+D．電解槽底部的陽極泥可作為提煉金、銀等貴重金屬的原料4．下列說法正確的是A．工業(yè)上通過電解熔融制備金屬鋁 B．電解精煉銅用粗銅作陽極C．加熱制備無水 D．吸熱反應只能在加熱條件下進行5．在原電池和電解池的電極上發(fā)生的反應，同屬氧化反應或同屬還原反應的有①原電池的正極和電解池的陽極所發(fā)生的反應；②原電池的正極和電解池的陰極所發(fā)生的反應③原電池的負極和電解池的陽極所發(fā)生的反應④原電池的負極和電解池的陰極所發(fā)生的反應A．①② B．①④ C．③④ D．②③6．在氯堿工業(yè)中，離子交換膜法電解飽和食鹽水示意圖如下，下列說法不正確的是A．電極A為陽極，發(fā)生氧化反應生成氯氣B．離子交換膜為陽離子交換膜C．溶液從d處出D．電解飽和食鹽水的離子方程式為：7．電化學工業(yè)的發(fā)展為改善人類需求起到非常重要的作用。下列說法錯誤的是A．粗銅精煉時，精銅電極應與電源正極相連B．電動汽車的推廣有利于改善大氣環(huán)境C．可利用電解工業(yè)制備一些活潑金屬單質(zhì)D．電鍍工業(yè)中鍍件應與電源的負極相連8．有關(guān)甲、乙、丙、丁四個圖示的敘述正確的是A．甲中Zn電極失去電子發(fā)生氧化反應，電子經(jīng)過溶液后，流向Ag電極B．乙中陰極反應式為C．丙中H+向Fe電極方向移動D．丁中電解開始時陽極產(chǎn)生黃綠色氣體9．下列關(guān)于金屬冶煉的說法中正確的是A．電解熔融氯化鋇制鋇 B．電解熔融氯化鋁制鋁C．工業(yè)上電解飽和食鹽水制鈉 D．工業(yè)上電解熔融氧化鎂制鎂10．下列關(guān)于電解池的敘述不正確的是A．若用鐵做陰極，則鐵不會被氧化 B．與電源負極相連的是電解池的陰極C．在電解池的陽極發(fā)生的是氧化反應 D．與電源正極相連的是電解池的陰極11．微生物電化學產(chǎn)甲烷法能將電化學法和生物還原法有機結(jié)合，裝置如圖所示(左側(cè)轉(zhuǎn)化為和，右側(cè)和轉(zhuǎn)化為)。有關(guān)說法正確的是

A．電源a端為負極B．該方法能實現(xiàn)二氧化碳零排放C．b電極的反應為：D．外電路中每通過，與a相連的電極將產(chǎn)生12．次磷酸是一元中強酸，工業(yè)上采用電滲析法制備，其工作原理如圖所示。下列敘述錯誤的是

A．M室發(fā)生的電極反應式為B．電解過程中N室溶液的pH逐漸增大C．裝置中a膜、b膜、c膜均為陽離子交換膜D．理論上M室和N室石墨電極上產(chǎn)生的氣體物質(zhì)的量之比為1∶213．如圖所示的裝置，甲中盛有CuSO4溶液，乙中盛有KI溶液，電解一段時間后，分別向C、D電極附近滴入淀粉溶液，D電極附近變藍。下列說法正確的是

A．E、F電極分別是陰極、陽極B．若甲池是電解精煉銅，則A電極為粗銅C．甲中Cu2+移向B電極D．若C電極為惰性電極，則電解后乙中溶液的pH增大14．現(xiàn)代膜技術(shù)可使某種離子具有單向通過能力，常用于電解池、原電池中。電解NaB(OH)4溶液可制備H3BO3，其工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是A．NaB(OH)4中B的化合價為+3價B．N室發(fā)生的電極反應式為2H2O+2e-=H2↑+2OH-C．去掉a膜，陽極區(qū)用稀硫酸作電解液，不影響H3BO3的純度D．a(chǎn)、c膜均為陽離子交換膜，b膜為陰離子交換膜15．如圖所示裝置中，a、b都是惰性電極，通電一段時間后，b極附近溶液呈紅色，下列說法錯誤的個數(shù)是①X是負極，Y是正極②若用右側(cè)裝置(電解液改為溶液)在鑰匙上鍍銅，則將鑰匙放在b處③溶液的酸性先增強，當銅電極有氣泡產(chǎn)生時，此后一段時間酸性會繼續(xù)增強④若用右側(cè)裝置(電解液改為溶液)精煉粗銅時，則將粗銅放在b處A．1個 B．2個 C．3個 D．4個16．間接電解法除N2O，其工作原理如圖所示，已知H2S2O4是一種弱酸。下列有關(guān)該裝置工作的說法正確的是A．b為直流電源的負極B．離子交換膜為陰離子交換膜C．電解池的陰極電極反應式為2H2SO3+2e-+2H+=H2S2O4+2H2OD．在吸收池中，H2S2O4被N2O還原為H2SO3從而實現(xiàn)循環(huán)使用17．在傳統(tǒng)的電解氯化氫回收氯氣技術(shù)的基礎(chǔ)上，科學家最近采用碳基電極材料