第16講4.3電解池寒假班高二化學(xué)教材知識點精講練（滬科版2020）

第十六講電解池知識梳理考點一、電解池的工作原理1、電解池：一種將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。2、電解：電解是使電流通過電解質(zhì)溶液（或熔融的電解質(zhì)）而在陰、陽兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)過程。3、電解池反應(yīng)原理：陰極：與電源負(fù)極相連，本身不反應(yīng)，溶液中正離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)。陽極：與電源正極相連，發(fā)生氧化反應(yīng)，若是惰性中極，則是溶液中負(fù)離子失電子；若是非惰性電極，則電極本身失電子電子的流向：負(fù)極—陰極—陽極—正極電流的流向：正極—陽極—陰極—負(fù)極4、電解反應(yīng)中反應(yīng)物的判斷——放電順序⑴陰極A.陰極材料(金屬或石墨)總是受到保護(hù)。B.正離子得電子順序—金屬活動順序表的反表：K+<Ca2+<Na+<Mg2+<Al3+<Zn2+<Fe2+<Sn2+<Pb2+<(H+)<Cu2+<Hg2+<Ag+（正離子放電順序與濃度有關(guān)，并不絕對）⑵陽極A.陽極材料是惰性電極(C、Pt、Au、Ti等)時：負(fù)離子失電子：S2＞I＞Br＞Cl＞OH＞NO3等含氧酸根離子＞FB.陽極是活潑電極時：電極本身被氧化，溶液中的離子不放電。原電池和電解池的比較：裝置原電池電解池實例原理原電池的原理是氧化還原反應(yīng)中的還原劑失去的電子經(jīng)過導(dǎo)線傳遞給氧化劑，使氧化還原反應(yīng)分別在兩個電極上進(jìn)行使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰,陽兩極上引起氧化還原反應(yīng)的過程.形成條件①電極：兩種不同的導(dǎo)體相連；②電解質(zhì)溶液：能與電極反應(yīng)。①電源；②電極（惰性或非惰性）；③電解質(zhì)（水溶液或熔化態(tài)）。反應(yīng)類型自發(fā)的氧化還原反應(yīng)非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)電極名稱由電極本身性質(zhì)決定：正極：材料性質(zhì)較不活潑的電極；負(fù)極：材料性質(zhì)較活潑的電極。由外電源決定：陽極：連電源的正極；陰極：連電源的負(fù)極；電極反應(yīng)負(fù)極：Zn2e=Zn2+（氧化反應(yīng)）正極：2H++2e=H2↑（還原反應(yīng)）陰極：Cu2++2e=Cu（還原反應(yīng)）陽極：2Cl2e=Cl2↑（氧化反應(yīng)）電子流向負(fù)極(外電路)→正極陽極→電源正極陰極←電源負(fù)極電流方向正極(外電路)→負(fù)極陽極←電源正極陰極→電源負(fù)極能量轉(zhuǎn)化化學(xué)能→電能電能→化學(xué)能應(yīng)用①抗金屬的電化腐蝕；②實用電池。①電解食鹽水（氯堿工業(yè)）；②電鍍（鍍銅）；③電冶（冶煉Na、Mg、Al）；④精煉（精銅）。1．鋁硫二次電池是一種具有高能量密度、廉價原材料、有前途的替代儲能裝置，一種鋁硫電池如圖所示，M極為表面吸附了硫的活性電極，電解質(zhì)為K2A．放電時，鋁電極的電極反應(yīng)式為AlB．離子交換膜為陽離子交換膜C．充電時，M極為陽極，Al2D．充電時，每轉(zhuǎn)移1mol【答案】C【解析】A．由分析可知，放電時，鋁電極作負(fù)極，該電極的電極反應(yīng)式為Al?3B．充放電過程中鉀離子通過離子交換膜移動，故離子交換膜為陽離子交換膜，B正確；C．由分析可知，放電時M極為正極，故充電時，M極為陽極，電極反應(yīng)為：S22e=S，即S2被氧化，C錯誤；D．充電時，每轉(zhuǎn)移1mol電子，陰極電極反應(yīng)為：4Al2Cl故答案為：C。2．已知CaLiCoO2二次電池在充電時的反應(yīng)方程式為xCaA．閉合K1B．右側(cè)電極反應(yīng)的原理是鋰離子的嵌入與脫嵌C．閉合K2，Li1?xD．閉合K2，當(dāng)外電路轉(zhuǎn)移0.1mol【答案】C【解析】A．由分析可知，閉合K1，該電池為原電池，鈣電極為電池的負(fù)極，A正確；B．由分析可知，放電時，右側(cè)電極為正極，電極反應(yīng)式為Li1?xCoO2+xLi++xe?=LiCoO2，Li1?xC．由分析可知，閉合K2，該電池為電解池，Li1?xCoOD．閉合K2，當(dāng)外電路轉(zhuǎn)移0.1mol電子時，有0.1molLi+從右室通過鋰離子導(dǎo)體膜遷移到左室，左室電解質(zhì)中有故答案為：C?？键c二、電解原理的應(yīng)用電解原理的應(yīng)用（1）、銅的電解精煉陽極（粗銅棒）：Cu－2e－＝Cu2＋陰極（精銅棒）：Cu2＋＋2e－＝Cu電解質(zhì)溶液：含銅離子的可溶性電解質(zhì)分析：因為粗銅中含有金、銀、鋅、鐵、鎳等雜質(zhì)，電解時，比銅活潑的鋅、鐵、鎳會在陽極放電形成正離子進(jìn)入溶液中，Zn－2e－=Zn2+、Fe－2e－=Fe2+、Ni－2e－=Ni2+，F(xiàn)e2+、Zn2+、Ni2+不會在陰極析出，最終留存溶液中，所以電解質(zhì)溶液的濃度、質(zhì)量、pH均會改變。還原性比銅差的銀、金等不能失去電子，它們以單質(zhì)的形式沉積在電解槽溶液中，成為陽極泥。陽極泥可再用于提煉金、銀等貴重金屬。（2）、電鍍陽極（鍍層金屬）：Cu－2e－＝Cu2＋陰極（鍍件）：Cu2＋＋2e－＝Cu電鍍液：含鍍層金屬的電解質(zhì)分析：因為由得失電子數(shù)目守恒可知，陽極放電形成的Cu2＋離子和陰極Cu2＋離子放電的量相等，所以電解質(zhì)溶液的濃度、質(zhì)量、pH均不會改變。注意：A、電鍍是電解的應(yīng)用。電鍍是以鍍層金屬為陽極，待鍍金屬制品為陰極，含鍍層金屬離子為電鍍液。B、電鍍過程的特點：犧牲陽極；電鍍液的濃度（嚴(yán)格說是鍍層金屬離子的濃度）保持不變；在電鍍的條件下，水電離產(chǎn)生的H+、OH—一般不放電。（3）電解飽和食鹽水——氯堿工業(yè)氯堿工業(yè)所得的NaOH、Cl2、H2都是重要的化工生產(chǎn)原料，進(jìn)一步加工可得多種化工產(chǎn)品，涉及多種化工行業(yè)，如：有機合成、醫(yī)藥、農(nóng)藥、造紙、紡織等，與人們的生活息息相關(guān)。陽極：石墨或金屬鈦2Cl――2e＝Cl2↑陰極：鐵網(wǎng)2H＋＋2e＝H2↑電解質(zhì)溶液：飽和食鹽水總方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑分析：在飽和食鹽水中接通直流電源后，溶液中帶負(fù)電的OH—和Cl—向陽極移動，由于Cl—比OH—容易失去電子，在陽極被氧化成氯原子，氯原子結(jié)合成氯分子放出；溶液中帶正電的Na+和H+向陰極移動，由于H+比Na+容易失去電子，在陰極被還原成氫原子，氫原子結(jié)合成氫分子放出；在陰極上得到NaOH。（1）飽和食鹽水的精制：原因：除去NaCl中的MｇCl2、Na2SO4等雜質(zhì)，防止生成氫氧化鎂沉淀影響溶液的導(dǎo)電性，防止氯化鈉中混有硫酸鈉影響燒堿的質(zhì)量。試劑加入的順序：先加過量的BaCl2和過量的NaOH（順序可換），再加入過量的Na2CO3，過濾，加鹽酸調(diào)節(jié)pH為7。（2）隔膜的作用：防止氫氣和氯氣混合發(fā)生爆炸；防止氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)影響燒堿的質(zhì)量。（4）、電解法冶煉活潑金屬：（1）電解熔融的氯化鈉制金屬鈉：2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑（2）電解熔融的氯化鎂制金屬鎂：MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑（3）電解熔融的氧化鋁制金屬鋁：2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑分析：在金屬活動順序表中K、Ca、Na、Mg、Al等金屬的還原性很強，這些金屬都很容易失電子，因此不能用一般的方法和還原劑使其從化合物中還原出來，只能用電解其化合物熔融狀態(tài)方法來冶煉。注意：電解熔融NaCl和飽和NaCl溶液的區(qū)別；不能用MgO替代MgCl2的原因；不能用AlCl3替代Al2O3的原因3．全釩液流電池是一種活性物質(zhì)循環(huán)流動的液態(tài)電池，以溶解于一定濃度硫酸中的不同價態(tài)的釩離子為電極反應(yīng)的活性物質(zhì)，基本工作原理示意圖如下：(1)硫酸是鉛酸蓄電池的電解質(zhì)，在鉛酸蓄電池中負(fù)極的電極反應(yīng)式是。(2)全釩液流電池放電時，左槽溶液顏色逐漸由黃變藍(lán)，則電極b的電極反應(yīng)式是，若有0.2mol電子轉(zhuǎn)移，質(zhì)子交換膜左側(cè)電解液質(zhì)量(填“增加”或“減少”)，質(zhì)量為。(3)全釩液流電池充電時，電極a應(yīng)連接電源的極，電極反應(yīng)式為?！敬鸢浮?1)Pb—2e—＋SO42-(2)V2+—e—=V3+增加0.2g(3)正VO2＋＋H2O—e—=VO2+＋2H【解析】（1）鉛酸蓄電池中鉛為原電池的負(fù)極，硫酸根離子作用下鉛失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫酸鉛，電極反應(yīng)式為Pb—2e—＋SO42-=PbSO4，故答案為：Pb—2e—＋SO4（2）由分析可知，電極b為負(fù)極，V2+在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成V3+，電極反應(yīng)式為V2+—e—=V3+，電極a是原電池的正極，酸性條件下VO2+在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成VO2＋，電極反應(yīng)式為VO2+＋2H＋+2e—=VO2＋＋H2O，則有0.2mol電子轉(zhuǎn)移時，有0.4mol氫離子通過質(zhì)子交換膜移向左側(cè)溶液中，所以質(zhì)子交換膜左側(cè)電解液質(zhì)量增加質(zhì)量為0.4mol×1g/mol=0.4g，故答案為：V2+—e—=V（3）由分析可知，充電時，與直流電源正極相連的a電極為陽極，水分子作用下VO2＋在陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成VO2+和氫離子，電極反應(yīng)式為VO2＋＋H2O—e—=VO2+＋2H＋，故答案為：正；VO2＋＋H2O—e—=VO2+4．完成下列問題：(1)取一塊打磨過的生鐵片，在其表面滴一滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食鹽水，放置一段時間后，生鐵片上出現(xiàn)如圖所示“斑痕”，其邊緣為紅色，中心區(qū)域為藍(lán)色，在兩色環(huán)交界處出現(xiàn)鐵銹，生鐵片發(fā)生腐蝕，邊緣區(qū)的電極反應(yīng)式為。(2)區(qū)分晶體和非晶體最可靠的方法是。(3)以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極反應(yīng)式為。(4)以多孔鉑為電極，如圖裝置中A、B口分別通入CH3CH2OH和O2構(gòu)成乙醇燃料電池，則b電極是(填“正極”或“負(fù)極”)，該電池的負(fù)極的電極反應(yīng)式為用該燃料電池作為電源進(jìn)行電解，將兩個鉑電極插入500mLCuSO4溶液中進(jìn)行電解，通電一定時間后，某一電極增重0.064g(設(shè)電解時該電極無氫氣析出，且不考慮水解和溶液體積變化)，此時溶液中氫離子濃度約為。(5)利用人工光合作用可將CO2轉(zhuǎn)化為甲酸，反應(yīng)原理為2CO2＋2H2O=2HCOOH＋O2，裝置如圖所示：①電極2的電極反應(yīng)式是。②在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，當(dāng)產(chǎn)生22.4LO2時，理論上電極1室液體質(zhì)量變化g。(學(xué)法題)書寫電極反應(yīng)式時應(yīng)注意哪些問題。【答案】(1)吸氧O2+2H2O+4e=4OH(2)X射線衍射實驗(3)2Al6e+3H2O=Al2O3+6H+(4)正極CH3CH2OH12e+16OH=2CO32-+11H2O4×103(5)CO2+2H＋+2e－=HCOOH36兩電極得失電子數(shù)目相等；書寫電極反應(yīng)式時要保證電荷守恒、元素守恒等【解析】（1）生鐵片邊緣處為紅色，說明生成了OH，生鐵片發(fā)生吸氧腐蝕，電極方程式為：O2+2H2O+4e=4OH。（2）區(qū)分晶體和非晶體最可靠的方法是對固體進(jìn)行X射線衍射實驗。（3）以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極Al失去電子生成Al2O3，根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒配平電極方程式為：2Al6e+3H2O=Al2O3+6H+。（4）燃料電池中B口通入O2，b劑為正極，負(fù)極CH3CH2OH得到電子生成CO32-，根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒配平電極方程式為：CH3CH2OH12e+16OH=2CO32-+11H2O。設(shè)生成硫酸的物質(zhì)的量為xmol，由方程式2CuSO4+2H2O通電2Cu+2H2SO4+O2↑，xmol2mol=158g0.064g，解得x=0.001mol，n(H+)=0.001mol×2=