考點14電解池2022-2023學年上海市高二化學考點歸納與測試（滬科版2020選擇性必修1）（原卷版）

考點14電解池【核心考點梳理】原電池裝置通過自發(fā)進行的氧化還原反應實現(xiàn)化學能轉(zhuǎn)化為電能。在人類生產(chǎn)、生活中，有些物質(zhì)常常需要通過電解反應實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為化學能。在本節(jié)中，我們將介紹電解原理及其在材料加工、化學品生產(chǎn)以及金屬表面處理等方面的應用。一、電解池1、電解池：一種將電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置。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)生氧化還原反應過程。3、電解池反應原理：陰極：與電源負極相連，本身不反應，溶液中正離子得電子發(fā)生還原反應。陽極：與電源正極相連，發(fā)生氧化反應，若是惰性中極，則是溶液中負離子失電子；若是非惰性電極，則電極本身失電子電子的流向：負極—陰極—陽極—正極電流的流向：正極—陽極—陰極—負極電解CuCl2溶液電解不僅可以在溶液中進行，還可以在熔融電解質(zhì)中進行。4、電解反應中反應物的判斷——放電順序⑴陰極A.陰極材料(金屬或石墨)總是受到保護。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，并不絕對）⑵陽極A.陽極材料是惰性電極(C、Pt、Au、Ti等)時：負離子失電子：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中的還原劑失去的電子經(jīng)過導線傳遞給氧化劑，使氧化還原反應分別在兩個電極上進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的過程.形成條件①電極：兩種不同的導體相連；②電解質(zhì)溶液：能與電極反應。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)）。反應類型自發(fā)的氧化還原反應非自發(fā)的氧化還原反應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：連電源的負極；電極反應負極：Zn2e=Zn2+（氧化反應）正極：2H++2e=H2↑（還原反應）陰極：Cu2++2e=Cu（還原反應）陽極：2Cl2e=Cl2↑（氧化反應）電子流向負極(外電路)→正極陽極→電源正極陰極←電源負極電流方向正極(外電路)→負極陽極←電源正極陰極→電源負極能量轉(zhuǎn)化化學能→電能電能→化學能應用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）。二、電解原理的應用（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）、電鍍電鍍是應用電解原理在某些金屬或非金屬制品表面鍍上其他金屬或合金薄層的方法。電鍍的主要目的是增強金屬的抗腐蝕能力，同時也可以增加美觀和表面硬度等。因此，鍍層金屬通常是一些在空氣或溶液中比較穩(wěn)定、抗腐蝕能力強的金屬或合金，如鉻、鎳、銀、黃銅等。電鍍時，通常把待鍍的金屬制品作為陰極，把鍍層金屬作為陽極，用含有鍍層金屬離子的溶液作為電解質(zhì)溶液。通直流電時，陽極上鍍層金屬失去電子形成正離子，進入溶液中；陰極區(qū)，鍍層金屬正離子得到電子在待鍍的金屬表面被還原，形成一層均勻、光潔而致密的鍍層。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。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。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。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影響燒堿的質(zhì)量。電解法冶煉活潑金屬：（4）電冶金大多數(shù)金屬以化合態(tài)存在于礦石中，金屬的冶煉就是將化合態(tài)的金屬元素還原為單質(zhì)。鈉、鈣、鎂、鋁等活潑金屬正離子的氧化性很弱，無法用還原劑將它們從化合物中還原出來，故一般采用電解法來冶煉。電解法是工業(yè)冶煉金屬的一種重要方法，例如，電解熔融氯化鈉可以得到金屬鈉。電解熔融的氯化鈉制金屬鈉：2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑通電后，Na+在陰極得到電子，被還原成金屬鈉：

陰極：Na++e=NaCl—在陽極失去電子，被氧化成氯氣：

陽極：2Cl——2e=Cl2↑電解熔融的氯化鎂制金屬鎂：MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑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?！竞诵臍w納】原電池、電解池與電鍍池的對比【必備知識基礎練】如圖是工業(yè)電解飽和食鹽水的裝置示意圖，下列有關說法不正確的是(

)A.裝置中的離子交換膜只能讓正離子通過，不能讓負離子通過

B.裝置中出口①處的物質(zhì)是氫氣，出口②處的物質(zhì)是氯氣

C.除去雜質(zhì)后的氫氧化鈉溶液從出口B處導出

D.轉(zhuǎn)移0.8mol電子時產(chǎn)生氫氣8.96L(標準狀況)按如圖甲裝置進行實驗，若乙中橫坐標x表示流入電極的電子的物質(zhì)的量，下列敘述不正確的是(

)甲

乙A.E表示生成銅的物質(zhì)的量 B.E表示反應消耗水的物質(zhì)的量

C.F表示反應生成氧氣的物質(zhì)的量 D.F表示生成硫酸的物質(zhì)的量電絮凝的反應原理是以鋁、鐵等合金金屬作為主電極，借助外加脈沖高電壓作用產(chǎn)生電化學反應，把電能轉(zhuǎn)化為化學能，以犧牲陽極金屬電極產(chǎn)生金屬正離子絮凝劑，通過凝聚、浮除、還原和氧化分解將污染物從水體中分離，從而達到凈化水體的目的。下列說法正確的是(

)A.右極為陽極，左極為陰極

B.電子從右極經(jīng)電解液流入左極

C.每產(chǎn)生1mol?O2，整個電解池中理論上轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4NA

D.若鐵為陽極，則陽極的電極反應式為Fe-2e-【關鍵能力提升練】

全釩液流電池充電時間短，續(xù)航能力強，其工作原理如圖1所示，反應的離子方程式為。以此電池電解Na2SO3溶液(電極材料為石墨)，可再生NaOH，同時得到H2SOA.電解Na2SO3溶液時，a極與電池負極相連，圖1中H+從右向左遷移

B.電解時b極的電極反應式為SO32-+近日，科學家發(fā)表了高溫二氧化碳電解發(fā)展報告，利用固體氧化物電解池將CO2和H2O轉(zhuǎn)化為合成氣并聯(lián)產(chǎn)高純度O2A.X極為電源正極

B.當有2mol電子流向a極時，產(chǎn)生0.5mol?O2

C.b極的電極反應式：CO2+2H三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場的作用下，兩膜中間下列敘述正確的是(

)A.通電后中間隔室的SO42-向正極遷移，正極區(qū)溶液pH增大

B.該法在處理含Na2SO4廢水時可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品

C.負極反應為2500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)=6.0mol?L-1，用石墨作電極電解此A.原混合溶液中c(K+)為2mol?L-1

B.上述電解過程中共轉(zhuǎn)移6mol電子

C.電解得到的Cu的物質(zhì)的量為(1)二甲醚直接燃料電池具有啟動快、效率高等優(yōu)點，其能量密度高于甲醇直接燃料電池(5.93kW·h·kg-1)。若電解質(zhì)為酸性，二甲醚直接燃料電池的負極反應為

，一個二甲醚分子經(jīng)過電化學氧化，可以產(chǎn)生

個電子的電荷量；該電池的理論輸出電壓為1.20?V，能量密度E=

(列式計算。能量密度=電池輸出電能/(2)一定條件下，如圖所示裝置可實現(xiàn)有機物的電化學儲氫(忽略其他有機物)。①導線中電子移動方向為

。(用A、D表示)②生成目標產(chǎn)物的電極反應式為

。③該儲氫裝置的電流效率η=

。(η=生成目標產(chǎn)物消耗的電子數(shù)轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)×100％【學科素養(yǎng)拔高練】如圖所示，其中甲池的總反應式為：2CH3OH+3O2A.甲池是電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置，乙、丙池是化學能轉(zhuǎn)化電能的裝置

B.甲池通入CH3OH的電極反應為CH3OH-6e-+2H2O=CO32-+8

我國成功研制的新型可充電AGDIB電池(鋁-石墨雙離子電池)采用石墨、鋁鋰合金作為電極材料，以常規(guī)鋰鹽和碳酸酯溶劑為電解液。電池反應式為CxPF6+LiA.B為負極，放電時鋁失電子

B.充電時A電極反應式為Cx-e-+PF6-=C

利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應用。下列說法正確的是(

)A.氯堿工業(yè)中，X電極上反應式是4OH--4e-=2H2O+O2↑

B.電解精煉銅時，某地海水中主要離子的含量如下表，現(xiàn)利用“電滲析法”進行淡化，技術原理如圖所示(兩端為惰性電極，陽膜只允許正離子通過，陰膜只允許負離子通過)。下列有關說法錯誤的是A.甲室的電極反應式為：2Cl--2e-=?Cl2↑

B.淡化過程中易在戊室形成水垢

C.乙室和丁室中部分離子的濃度增大，淡水的出口為如圖所示，某同學設計一個甲醚(C2H6O，在空氣中燃燒產(chǎn)物為CO2和H2O)(1)寫出負極的電極反應式______________________．(2)鐵電極為____(填“陽極”或“陰極”)，石墨電極(C)的電極反應式為_______．(3)如果粗銅中含有鋅、銀等雜質(zhì)，丙裝置中反應一段時間，硫酸銅溶液濃度將______(填“增大”“減小”或“不變”)．(4)若在標準狀況下，有2.24L氧氣參加反應，則丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量為_____．假設乙裝置中氯化鈉溶液足夠多，若在標準狀況下，有224mL氧氣參加反應，則乙裝置中正離子交換膜左側(cè)溶液質(zhì)量將________(填“增大”“減小”或“不變”)，且變化了___克。(5)若將乙裝置中鐵電極與石墨電極位置互換，其他裝置不變，此時乙裝置中發(fā)生的總反應式為______________。下圖是乙醇燃料電池工作時的示意圖，乙池中M、N兩個電極的材料是石墨和鐵中的一種，工作時M、N兩個電極的質(zhì)量都不減少，請回答：(1)甲池中通入乙醇的鉑電極名稱是

，通入O2的鉑電極反應式為