1、专题三元素及其化合物 第12讲 电解及应用 高考总复习大二轮 化 学 考纲考向素养考纲要求热点考向核心素养(1)理解电解池的构成、工作原理及应用(2)能书写电极反应式和总方程式电解池原理及应用宏观辨识与微观探析：从宏观和微观相结合的视角理解电解池的工作原理及电极和电解质溶液中发生的反应。科学态度与社会责任：利用电能转化成化学能进行物质的制备、提纯和污水的处理等，具有理论联系实际的观念，有将化学成果应用于生产、生活的意识，提出制备和处理污水的实验方案。1一念对错(正确的划“”，错误的划“”)(1)电解 CuCl2 溶液，阴极逸出的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。()(2)电解 NaCl 溶液得
2、到 22.4 L H2(标准状况)，理论上需要转移NA 个电子。()(3)电解冶炼镁、铝通常电解 MgCl2 和 Al2O3，也可以电解 MgO和 AlCl3。()(4)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。()(5)电 解 MgCl2 溶 液 所 发 生 反 应 的 离 子 方 程 式 为 2Cl 2H2O=电解 Cl2H22OH。()(6)CuH2SO4=CuSO4H2可以设计成电解池，但不能设计成原电池。()(7)电解时，电子流动路径是：负极外电路阴极溶液阳极正极()(8)电离 电解 电镀 电泳 电化学腐蚀等过程需要通电才能进行()(9)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀
3、的氧化膜，电解质溶液一般为 H2SO4H2C2O4 混合溶液，待加工铝质工件为阳极。()(10)亚磷酸钠(Na2HPO3)溶液电渗析法制备 H3PO3(亚磷酸)的原理如图所示，膜、均为 CM，阳极的电极反应式为：2H2O4e=4HO2。()(11)用铂电极电解 100 mL HNO3 与 AgNO3 的混合液，通电一段时间后，两极均收集到 2.24 L 气体(标准状况)，则原混合液中 Ag的物质的量浓度为 2 mol/L()2(1)用惰性电极电解足量 CuSO4 溶液、NaCl 溶液要恢复至原状态需分别加入_、_。(2)用 化 学 方 程 式 表 示 氯 碱 工 业、Al 的 制 备 原 理：
4、_、_。(3)电解精炼铜、电镀铜的阴、阳极材料分别为_。(4)若用该电解装置原理保护铁闸门，应将铁闸门与电源的_相连；若采用牺牲阳极的阴极保护法保护铁闸门，利用的原理是_，应把铁闸门作_极。答案：(1)CuO HCl(2)2NaCl2H2O=电解 2NaOHH2Cl22Al2O3(熔融)=电解冰晶石4Al3O2(3)电解精炼铜的阳极：粗铜；阴极：精铜；电镀铜的阳极：铜；阴极：镀件(4)负极 原电池原理 原电池的正考点 电解原理及应用真题引领1(2018全国卷)最近我国科学家设计了一种 CO2H2S 协同转化装置，实现对天然气中 CO2 和 H2S 的高效去除。装置如图所示，其中电极分别为 Zn
5、O石墨烯(石墨烯包裹的 ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：EDTA-Fe2e=EDTA-Fe32EDTA-Fe3H2S=2HS2EDTA-Fe2该装置工作时，下列叙述错误的是()A阴极的电极反应：CO22H2e=COH2OB协同转化总反应：CO2H2S=COH2OSC石墨烯上的电势比 ZnO石墨烯上的低D若采用 Fe3/Fe2取代 EDTA-Fe3/EDTA-Fe2，溶液需为酸性解析：C 该装置是电解装置，石墨烯为阳极，接电源正极电势高；ZnO石墨烯为阴极，接电源负极电势低，则石墨烯上的电势高于 ZnO石墨烯，C 错误；D 项，溶液若为碱性或中性，Fe3会生成 Fe(OH)3 沉淀，正
6、确。由题图可知，电解时阴极反应为 CO22H2e=COH2O；A 正确；将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为 CO2H2S=COH2OS。B 项正确。2(2018全国，(3)KIO3 也可采用“电解法”制备，装置如图所示。写出电解时阴极的电极反应式_。电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_，其迁移方向是_。与“电解法”相比，“KClO3 氧化法”的主要不足之处有_(写出一点)。解析：阴极是 H2O 得电子，电极反应式为：2H2O2e=2OHH2；电解时通过阳离子交换膜的离子是 K，其迁移方向为阳极区阴极区，即由 ab；“KClO3 氧化法”的不足之处在于产生了污染环境的有毒气体 Cl2。答案
7、：2H2O2e=2OHH2 K 由 a 到 b 产生 Cl2 易污染环境等3(2017天津高考节选)某混合物浆液含 Al(OH)3、MnO2 和少量 Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使 Na2CrO4 不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置如图所示，使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。用惰性电极电解时，CrO 24 能从浆液中分离出来的原因是_，分离后含铬元素的粒子是_；阴极室生成的物质为_(写化学式)。解析：在直流电源的作用下，Na移向阴极，CrO24 通过阴离子膜向阳极室移动，脱离浆液；分离后含铬元素的粒子是 CrO24 和Cr2O27；由于阴极是溶液中的 H
8、得电子生成氢气，所以阴极室生成的物质为 NaOH 和 H2。答案：在直流电源作用下，CrO24 通过阴离子膜向阳极室移动，脱离浆液 CrO24 和 Cr2O27 NaOH 和 H2知能必备1悟透电解池工作原理(阳极为惰性电极)示意图2正确判断电极产物(1)阳极产物的判断阳极产物的判断有层次性，第一，要看电极材料，如果是活性电极作阳极，则阳极直接参与反应，电极材料失电子。(如电解精炼铜和电镀)，活泼阳极的氧化产物必须根据题目的信息确定。如：CuCu2、CuO、Cu2O 等 FeFe2、FeO24 AlAl2O3、Al(OH)3、AlO2、Al3等第二，如果是惰性电极，取决于阴离子的失电子能力，其
9、放电顺序为 SO23 S2IBrClOH电极反应式：如：SO23 H2O2e=SO24 2H2Cl2e=Cl22H2O4e=4HO2水提供OH4OH4e=2H2OO2碱或H2O提供OH(2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：AgHg2Fe3Cu2H(酸)Pb2Fe2Zn2H(水)。电极反应式如：Cu22e=Cu2H2e=H2酸提供或H2O提供H2H2O2e=H22OHH2O提供H3“串联”类电池的解题方法(1)题组训练题组 1 电解原理1用石墨作电极电解 KCl 和 CuSO4 混合溶液(等体积混合)，电解过程中溶液 pH 随时间 t 的变化如图所示，下列说法正确的是()Aab
10、段 H被还原，溶液的 pH 增大Bcd 段相当于电解水Cc 点时加入适量 CuCl2 固体，电解液可恢复至原来浓度D原溶液中 KCl 和 CuSO4 的物质的量浓度之比为 21解析：B 用惰性电极电解等体积的 KCl 和 CuSO4 混合溶液，阴极上离子放电顺序是 Cu2H，阳极上离子放电顺序是 ClOH。电解过程分三段：阳极上电极反应式为 2Cl2e=Cl2，阴极上电极反应式为 Cu22e=Cu，铜离子浓度减小，水解得到的氢离子浓度减小，溶液 pH 升高；阳极上电极反应式为 2H2O4e=4HO2，阴极发生反应 Cu22e=Cu，反应中生成硫酸，溶液 pH 降低；阳极上电极反应式为 2H2O
11、4e=4HO2，阴极上电极反应式为 2H2e=H2，实质是电解水，溶液中硫酸浓度增大，pH 继续降低。ab 段由于铜离子浓度减小，水解得到的氢离子浓度减小，溶液 pH 升高，铜离子被还原，A 项错误；由上述分析可知，cd 段相当于电解水，B 项正确；电解至 c 点时，溶液中溶质为硫酸、硫酸钾，往电解液中加入适量 CuCl2 固体，不能使电解液恢复至原来的浓度，C 项错误；图像中具体数量关系未知，不能计算原混合溶液中 KCl 和 CuSO4 的浓度之比，且若物质的量浓度之比为 21，则无 bc 段，D 项错误。题组 2 利用电解原理制备物质2C2H4 及 C2H2 等均可用适当的羧酸盐采用 Ko
12、lbe 电解法得到。如图为制取 C2H2 的电解装置，该装置工作时，下列说法中错误的是()A电能转变为化学能B阴极周围溶液的 pH 不断升高C电极 a 上发生：2eHCCH2CO2D制取乙烯可用 CH3COOK 溶液作阳极电解液解析：D A.该装置为电解池，是电能转变为化学能，A 正确；B.阴极与电源的负极相连，电解溶液中的阳离子发生还原反应，故阴极的电极反应式为：2H2O2e=H22OH，周围溶液的 pH 不断升高，B 正确；C.电极 a 是阳极，失去电子，发生氧化反应，阳极的电极反应式为：2eHCCH2CO2，C 正确；制取乙烯应该用 CH2COOKCH2COOK 溶液做阳极电解液，D 错
13、误。3电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法，其原理如图所示。已知海水中含 Na、Cl、Ca2、Mg2、SO24 等离子，电极为惰性电极。下列叙述中正确的是()AA 膜是阳离子交换膜(只允许阳离子通过)B通电后，海水中阴离子往 b 电极处移动C通电后，a 电极的电极反应式为 4OH4e=O22H2OD通电后，b 电极上产生无色气体，溶液中出现少量白色沉淀解析：D 由电源正、负极可知 a、b 分别为阳、阴极，电解池中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，所以 A、B 两项均错误；阳极是 Cl失电子，C 项错误；阴极发生反应 2H2e=H2，溶液中 OH浓度增大，与 Mg2反应生成 Mg(O
14、H)2 沉淀，D 项正确。题组 3 利用电解原理治理污水4工业酸性废水中的 Cr2O27 可转化为 Cr3除去，实验室用电解法模拟该过程，结果如下表所示(实验开始时溶液体积为 50 mL，Cr2O27 的起始浓度、电压、电解时间均相同)。下列说法中，不正确的是()实验电解条件阴、阳极均为石墨阴、阳极均为石墨，滴加 1 mL 浓硫酸阴极为石墨，阳极为铁，滴加 1 mL 浓硫酸Cr2O27 的去除率/%0.92212.757.3A.对比实验可知，降低溶液 pH 可以提高 Cr2O27 的去除率B实验中，Cr2O27 在阴极放电的电极反应式是 Cr2O27 6e14H=2Cr37H2OC实验中，Cr
15、2O27 的去除率提高的原因是阳极产物还原Cr2O27D实验中，理论上电路中每通过 3 mol 电子，就有 0.5 mol Cr2O27 被还原解析：D 对比实验，这两个实验中只有溶液酸性强弱不同，其他外界因素都相同，则溶液的 pH 越小，Cr2O27 的去除率越大，A 项正确；实验中，Cr2O27 在阴极上得电子发生还原反应，电极反应式为 Cr2O27 6e14H=2Cr37H2O，B 项正确；实验中阳极铁失去电子转化为 Fe2，Cr2O27 在阴极上得电子，且溶液中的 Fe2也能还原 Cr2O27，离子方程式为 Cr2O27 6Fe214H=2Cr36Fe37H2O，所以导致 Cr2O27
16、 的去除率提高，C 项正确；实验中，Cr2O27 在阴极上得电子，且溶液中的亚铁离子也能还原 Cr2O27，理论上电路中每通过 3 mol 电子，就有 0.5 mol Cr2O27在阴极上被还原，根据得失电子守恒，阳极上铁失去电子产生 1.5 mol Fe2，但溶液中还有 0.25 mol Cr2O27 被 1.5 mol Fe2还原，所以共有0.75 mol Cr2O27 被还原，D 项错误。5电-Fenton 法是用于水体中有机污染物降解的高级氧化技术，反应原理如图所示。电解产生的 H2O2 与 Fe2发生 Fenton 反应生成的羟基自由基(OH)能氧化降解有机污染物。下列说法正确的是(
17、)A电源的 A 极为正极B与电源 B 相连电极的电极反应式为 H2Oe=HOHCFenton 反应为：H2O2Fe2=Fe(OH)2OHD每消耗 22.4 L O2(标准状况)，整个电解池中理论上可产生的OH 为 2 mol解析：C 左侧电极附近 Fe3Fe2，发生了还原反应，该极为电解池的阴极，与之相连电源的 A 极为负极，A 错误；与电源 B相连电极为电解池的阳极，失电子发生氧化反应，B 错误；双氧水能够把 Fe2氧化为 Fe(OH)2，C 正确；每消耗 1 mol O2，转移 4 mol电子，根据 H2O2Fe2=Fe(OH)2OH 反应看出转移 1 mol 电子，生成 1 molOH，
18、所以应当生成 4 molOH；D 错误。题组 4“串联”类电池6用 NaB(OH)4溶液可以制备 H3BO3，其工作原理如图，下列叙述不正确的是()Aa 极的电极反应式为 CH48e4O2=CO22H2OBM 室发生的电极反应为 2H2O4e=O24HC理论上每生成 1 mol 产品，可消耗标准状况下 5.6 L 甲烷气体Db 膜为阴离子交换膜，产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸解析：C 根据图示，通入甲烷的一极为原电池的负极，通入氧气的一极为原电池的正极，因此 M 室中石墨电极为阳极，N 室中铁电极为阴极。负极反应式为 CH48e4O2=CO22H2O，A项正确；M 室中石墨电极为阳极，电
19、极反应式为 2H2O4e=O24H，B 项正确；产品室生成产品的反应为 B(OH)4 H=H3BO3H2O，理论上每生成 1 mol 产品，M 室生成 1 mol H，转移 1 mol电子，需 0.125 mol 即标准状况下 2.8 L 甲烷，C 项错误；a 膜为阳离子交换膜，H穿过 a 膜进入产品室，b 膜为阴离子交换膜，B(OH)4穿过 b 膜进入产品室，产品室中 H与 B(OH)4 发生反应，生成 H3BO3和 H2O，D 项正确。7如图所示是一套电化学装置，下列有关说法错误的是()A装置 A 是原电池，装置 B 是电解池B反应一段时间后，装置 B 中溶液的 pH 增大C若 a 极消耗 1 mol CH4，则 d 极可产生 4 mol 气体Da 极通入 C2H6 时的电极反应式为 C2H614e18OH=2CO23 12H2O解析：B 根据图示可以判断，装置 A 为原电池，装置 B 为电解池，A 项正确；电解 H2SO4 溶液，实际上是电解水，所以装置 B中溶液 pH 减小，B 项错误；若 a 极消耗 1 mol CH4，根据电荷守恒d 极应产生 4 mol H2，C 项正确；a 极通入 C2H6 时，a 为负极，失去电子，产物为 CO23 和 H2O，D 项正确。