考點(diǎn)40電解原理及應(yīng)用

1．復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1．電解原理及其應(yīng)用，放電順序，電極反應(yīng)式的書寫及有關(guān)計(jì)算；

2．氯堿工業(yè)。

2．難點(diǎn)聚焦

一、理解掌握電解池的構(gòu)成條件和工作原理

電源負(fù)極陰極，陽極電源正極

電能→化學(xué)能

試題詳情

二、掌握電解反應(yīng)產(chǎn)物及電解時(shí)溶液pH值的變化規(guī)律及有關(guān)電化學(xué)的計(jì)算

1、要判斷電解產(chǎn)物是什么，必須理解溶液中離子放電順序

陰極放電的總是溶液中的陽離子，與電極材料無關(guān)。放電順序是

K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+、Zn2+、Fe2+(H+)、Cu2+、Hg2+、Ag+、Au3+   

試題詳情

放電由難到易

陽極：若是惰性電極作陽極，溶液中的陰離子放電，放電順序是

試題詳情

S2-、I-、Br-、Cl-、OH-、含氧酸根離子(NO3-、SO42-、CO32-)、F-

失電子由易到難

若是非惰性電極作陽極，則是電極本身失電子。

要明確溶液中陰陽離子的放電順序，有時(shí)還需兼顧到溶液的離子濃度。如果離子濃度相差十分懸殊的情況下，離子濃度大的有可能先放電。如理論上H+的放電能力大于Fe2+、Zn2+，但在電解濃度大的硫酸亞鐵或硫酸鋅溶液時(shí)，由于溶液[Fe2+]或[Zn2+]>>[H+]，則先在陰極上放電的是Fe2+或Zn2+，因此，陰極上的主要產(chǎn)物則為Fe和Zn。但在水溶液中，Al3+、Mg2+、Na+等是不會(huì)在陰極上放電的。

試題詳情

2、電解時(shí)溶液pH值的變化規(guī)律

試題詳情

電解質(zhì)溶液在電解過程中，有時(shí)溶液pH值會(huì)發(fā)生變化。判斷電解質(zhì)溶液的pH值變化，有時(shí)可以從電解產(chǎn)物上去看。①若電解時(shí)陰極上產(chǎn)生H2，陽極上無O2產(chǎn)生，電解后溶液pH值增大；②若陰極上無H2，陽極上產(chǎn)生O2，則電解后溶液pH值減�。虎廴絷帢O上有H2，陽極上有O2，且，則有三種情況：a 如果原溶液為中性溶液，則電解后pH值不變；b 如果原溶液是酸溶液，則pH值變��；c 如果原溶液為堿溶液，則pH值變大；④若陰極上無H2，陽極上無O2產(chǎn)生，電解后溶液的pH可能也會(huì)發(fā)生變化。如電解CuCl2溶液（CuCl2溶液由于Cu2+水解顯酸性），一旦CuCl2全部電解完，pH值會(huì)變大，成中性溶液。

試題詳情

3、進(jìn)行有關(guān)電化學(xué)計(jì)算，如計(jì)算電極析出產(chǎn)物的質(zhì)量或質(zhì)量比，溶液pH值或推斷金屬原子量等時(shí)，一定要緊緊抓住陰陽極或正負(fù)極等電極反應(yīng)中得失電子數(shù)相等這一規(guī)律。

電解原理的應(yīng)用

（1）制取物質(zhì)：例如用電解飽和食鹽水溶液可制取氫氣、氯氣和燒堿。

（2）電鍍：應(yīng)用電解原理，在某些金屬或非金屬表面鍍上一薄層其它金屬或合金的過程。電鍍時(shí)，鍍件作陰極，鍍層金屬作陽極，選擇含有鍍層金屬陽離子的鹽溶液為電解質(zhì)溶液。電鍍過程中該金屬陽離子濃度不變。

（3）精煉銅：以精銅作陰極，粗銅作陽極，以硫酸銅為電解質(zhì)溶液，陽極粗銅溶解，陰極析出銅，溶液中Cu2+濃度減小

（4）電冶活潑金屬：電解熔融狀態(tài)的Al2O3、MgCl2、NaCl可得到金屬單質(zhì)。

3．例題精講

例1某學(xué)生試圖用電解法根據(jù)電極上析出物質(zhì)的質(zhì)量來驗(yàn)證阿伏加德羅常數(shù)值，其實(shí)驗(yàn)方案的要點(diǎn)為：

①用直流電電解氯化銅溶液，所用儀器如圖24―1。

②強(qiáng)度為I A，通電時(shí)間為t s后，精確測(cè)得某電極上析出的銅的質(zhì)量為m g。

試題詳情

三、理解金屬腐蝕的本質(zhì)及不同情況，了解用電化學(xué)原理在實(shí)際生活生產(chǎn)中的應(yīng)

圖24―1

試回答：

(1)這些儀器的正確連接順序?yàn)?用圖中標(biāo)注儀器接線柱的英文字母表示，下同)

E接____________，C接____________，____________接F。

實(shí)驗(yàn)線路中的電流方向?yàn)開_______→_______→________→C→________→________

(2)寫出B電極上發(fā)生反應(yīng)的離子方程式____________，G試管中淀粉KI溶液變化的現(xiàn)象為____________，相應(yīng)的離子方程式是____________。

(3)為精確測(cè)定電極上析出銅的質(zhì)量，所必需的實(shí)驗(yàn)步驟的先后順序是____________。

①稱量電解前電極質(zhì)量 ②刮下電解后電極上的銅并清洗 ③用蒸餾水清洗電解后電極 ④低溫烘干電極后稱量 ⑤低溫烘干刮下的銅后稱量 ⑥再次低溫烘干后稱量至恒重

試題詳情

(4)已知電子的電量為1.6×10－19 C。試列出阿伏加德羅常數(shù)的計(jì)算表達(dá)式：NA=____________。

命題意圖：考查學(xué)生對(duì)電解原理的理解及完成電解實(shí)驗(yàn)的能力。

知識(shí)依托：電解原理。

錯(cuò)解分析：電解CuCl2(aq)發(fā)生如下反應(yīng)：

試題詳情

Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑

Cl2有毒，須作處理，裝置中G，作用即此，如果不注意觀察，忽略了或猜不透G的作用，就會(huì)得出錯(cuò)誤的答案。不能排除②⑤干擾，也會(huì)得出錯(cuò)誤答案。

解題思路：(1)B電極上應(yīng)產(chǎn)生Cl2：

2Cl－－2e－====Cl2↑

B極上流出電子，電子進(jìn)入直流電源的正極，即F極，由此可得儀器連接順序及電流方向。

(2)B中產(chǎn)生Cl2，Cl2進(jìn)入G中與KI反應(yīng)，有I2生成，I2使淀粉變藍(lán)色。

(3)鍍?cè)贏電極上的Cu是沒必要刮下的，也無法刮干凈，還能將A電極材料刮下，故②⑤兩步須排除在外。

(4)由電學(xué)知識(shí)，可求電量Q：

Q=I A×t s=It C

由此可求出通過的電子個(gè)數(shù)：

試題詳情

N(e－)=

其物質(zhì)的量為：

試題詳情

n(e－)=

而電子個(gè)數(shù)與Cu的關(guān)系為：

Cu2＋＋2e－====Cu

根據(jù)生成Cu m g得：

試題詳情

 =×

NA可求。

答案：(1)D    A     B     F     B     A     D     E

(2)2Cl－－2e－====Cl2↑ 變藍(lán)色 Cl2＋2I－====2Cl－＋I(xiàn)2↓

(3)①③④⑥

試題詳情

(4)NA=mol－1

試題詳情

例2.用Pt電極電解AgF(aq)，電流強(qiáng)度為a A，通電時(shí)間為t min，陰極增重m g，陽極上生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的純凈氣體V L，以q C表示一個(gè)電子的電量，Mr表示Ag的相對(duì)原子質(zhì)量，則阿伏加德羅常數(shù)NA可表示為(   )

試題詳情

A.mol－1                                                                                        B.mol－1

試題詳情

C.                                                    D.以上答案都不對(duì)

試題詳情

.解析：若認(rèn)為逸出氣體是F2，則會(huì)誤選A；若粗心未把t min轉(zhuǎn)化為60t s進(jìn)行計(jì)算，則會(huì)誤選B；若忽視單位則會(huì)誤選C。正確答案應(yīng)是：mol－1

 

試題詳情

例3.用圖24―2所示的裝置進(jìn)行電解。通電一會(huì)兒，發(fā)現(xiàn)濕潤(rùn)的淀粉KI試紙的C端變?yōu)樗{(lán)色。則：

試題詳情

圖24―2

(1)A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________。

(2)在B中觀察到的現(xiàn)象是________、________、________。

試題詳情

(3)室溫下，若從電解開始到時(shí)間t s，A、B裝置中共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體0.168 L，若電解過程中無其他副反應(yīng)發(fā)生，經(jīng)測(cè)定電解后A中溶液體積恰為1000 mL，則A溶液的pH為______。

解析：可以認(rèn)為線路中串聯(lián)了3個(gè)電解池。當(dāng)選定一個(gè)為研究對(duì)象時(shí)，另外的2個(gè)可看作是線路或是電阻。

試題詳情

先選定濕潤(rùn)的淀粉KI試紙為研究對(duì)象。由于C端變?yōu)樗{(lán)色，可知C端有I2生成：

2I－－2e－====I2

I2使淀粉變藍(lán)色。該反應(yīng)是在電解池的陽極發(fā)生的反應(yīng)，由此可以斷定外接電源的E端為負(fù)極，F(xiàn)端為正極。

(1)(2)選A(或B)為研究對(duì)象，可忽略B(或A)和淀粉KI試紙的存在。

(3)由題意可得如下關(guān)系式：

4H＋~O2＋2H2

根據(jù)氣體的體積可求出n(H＋)、c(H＋)及pH。

試題詳情

答案：(1)4AgNO34Ag＋O2↑＋4HNO3

(2)石墨極有氣泡產(chǎn)生   Cu極周圍變藍(lán)色       溶液中有藍(lán)色沉淀生成

(3)2

 

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例4.將羧酸的堿金屬鹽電解可得烴類化合物。例如：

試題詳情

2CH3COOK＋H2OCH3―CH3↑＋2CO2↑＋H2↑＋2KOH

   (陽)        (陽)      (陰)              (陰)

據(jù)下列衍變關(guān)系回答問題：

濃 H2SO4

(1)寫出電極反應(yīng)式

陽極            ，陰極           。

(2)寫出下列反應(yīng)方程式

A→B：          ，B→C：          。

(3)D和B在不同條件下反應(yīng)會(huì)生成三種不同的E，試寫出它們的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式           、

              、              。

試題詳情

解析：準(zhǔn)確理解題給信息是解決問題的關(guān)鍵。電解CH3COOK(aq)時(shí)，陽極吸引陰離子：CH3COO－和OH－，事實(shí)上放電的是CH3COO－，2CH3COO－－2e－2CO2↑＋CH3－CH3↑，陰極吸引陽離子：H＋和K＋，放電的是H＋，2H＋＋2e－====2H2↑

試題詳情

答案：(1)2ClCH2COO－－2e－CH2Cl－CH2Cl＋2CO2↑        2H＋＋2e－====H2↑

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(2)CH2Cl－CH2Cl＋2KOHCH2(OH)－CH2(OH)＋2KCl

          
   
          
    
    
          
    
          △
          

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          4．實(shí)戰(zhàn)演練
          

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          一、選擇題（每小題5分，共45分）?
          1.銀鋅電池廣泛用做各種電子儀器的電源，它的充電和放電過程可以表示為：2Ag＋
          

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          Zn(OH)2         Ag2O＋Zn＋H2O,在此電池放電時(shí)，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是?
           
          A.Ag                                                B.Zn(OH)2?
          C.Ag2O                                             D.Zn?
          

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          2.（2002年上海高考題）某學(xué)生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，通電時(shí)，為使Cl2被完全吸收制得有較強(qiáng)殺菌能力的消毒液，設(shè)計(jì)了如圖的裝置，則對(duì)電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是?
          

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          A.a為正極，b為負(fù)極；NaClO和NaCl?
          B.a為負(fù)極，b為正極；NaClO和NaCl?
          C.a為陽極，b為陰極；HClO和NaCl?
          D.a為陰極，b為陽極；HClO和NaCl?
          

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          3.下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述不正確的是?
          A.把銅片和鐵片緊靠在一起浸入稀硫酸中，銅片表面出現(xiàn)氣泡?
          B.用鋅片做陽極，鐵片做陰極，電解氯化鋅溶液，鐵片表面出現(xiàn)一層鋅?
          C.把銅片插入三氯化鐵溶液中，在銅片表面出現(xiàn)一層鐵?
          D.把鋅粒放入盛有鹽酸的試管中，加入幾滴氯化銅溶液，氣泡放出速率加快?
          

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          4.氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會(huì)產(chǎn)生鎘污染的鎘鎳電池。氫鎳
          

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          電池的總反應(yīng)式是：H2＋NｉO（OH）       Nｉ（OH）2。根據(jù)此反應(yīng)式判斷下列敘述中正確的是
          A.電池放電時(shí)，電池負(fù)極周圍溶液的pH不斷增大?
          B.電池放電時(shí)，鎳元素被氧化?
          C.電池充電時(shí)，氫元素被還原?
          D.電池放電時(shí)，H2是負(fù)極?
          

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          5.如下圖所示兩個(gè)裝置中，溶液體積均為200 mL，開始時(shí)電解質(zhì)溶液的濃度均為0.1 mol?L－1，工作一段時(shí)間后，測(cè)得導(dǎo)線上通過0.02 mol電子，若不考慮鹽水解和溶液體積的變化，則下列敘述正確的是
          

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          A.產(chǎn)生氣體的體積：①＞②?
          B.電極上析出固體的質(zhì)量：①＞②?
          C.溶液的pH變化：①增大，②減小?
          D.電極反應(yīng)式：?
          ①陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑?
          ②陰極：2H＋＋2e－===H2↑?
          

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          6.甲、乙兩個(gè)電解池均以Pt為電極，且互相串聯(lián)，甲池盛有AgNO3溶液，乙池中盛有一定量的某鹽溶液，通電一段時(shí)間后，測(cè)得甲池中電極質(zhì)量增加2.16
 g，乙池中電極上析出0.64
 g金屬，則乙池中溶質(zhì)可能是?
          A.CｕSO4                                                B.MgSO4?
          C.Al（NO3）3                                          D.Na2SO4?
          

          試題詳情
          

          7.用石墨電極電解100 mL H2SO4與CuSO4的混合溶液，通電一段時(shí)間后，兩極均收集到2.24
 L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則原混合溶液中Cu2＋的物質(zhì)的量濃度為?
          A.1 mol?L－1                                           B.2
mol?L－1?
          C.3 mol?L－1                                           D.4
mol?L－1
          

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          8.用惰性電極電解V　L�。蚐O4的水溶液，當(dāng)陰極上有m ｇ金屬析出(陰極上無氣體產(chǎn)生)時(shí)，陽極上產(chǎn)生ｘ
L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，同時(shí)溶液的pH由原來的6.5變?yōu)?.0(設(shè)電解前后溶液體積不變)。則M的相對(duì)原子質(zhì)量的表示式為?
          

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          A.                                                  B.
          

          試題詳情
          

          C.                                                 D.
          

          試題詳情
          

          9.用Pt電極電解CｕCl2溶液，當(dāng)電流強(qiáng)度為a A，通電時(shí)間為ｔ
ｍｉｎ時(shí)，陰極質(zhì)量增加ｍ ｇ，陽極上生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下純凈氣體V　L，電極上產(chǎn)生的氣體在水中的溶解忽略不計(jì)，且以ｑ表示1個(gè)電子的電量，Ｍ表示銅的相對(duì)原子質(zhì)量，則阿伏加德羅常數(shù)可表示為
          

          試題詳情
          

          A.                                                        B.
          

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          C.                                                D.不能確定
          

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          二、非選擇題(共55分)?
          10.(12分)由于Fe（OH）2極易被氧化，所以實(shí)驗(yàn)室很難用亞鐵鹽溶液與燒堿反應(yīng)制得白色純凈的Fe（OH）2沉淀，應(yīng)用下圖電解實(shí)驗(yàn)可以制得白色純凈的Fe（OH）2沉淀。兩電極材料分別為石墨和鐵。?
          

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           (1)a電極材料應(yīng)為        ，電極反應(yīng)式為                            
。
          (2)電解液c可以是        。(填編號(hào))?
          A.純水                                              B.NaCl溶液?
          C.NaOH溶液                                    D.CｕCl2溶液?
          (3)d為苯，其作用是        ，在加入苯之前對(duì)c應(yīng)作何簡(jiǎn)單處理        。
          (4)為了在較短時(shí)間內(nèi)看到白色沉淀，可采取的措施是(填編號(hào))        。
          A.改用稀硫酸做電解液?
          B.適當(dāng)增大電源的電壓?
          C.適當(dāng)減小兩電極間距離?
          D.適當(dāng)降低電解液的溫度?
          (5)若c中用Na2SO4溶液，當(dāng)電解一段時(shí)間看到白色Fe（OH）2沉淀后，再反接電源電解，除了電極上看到氣泡外，混合物中另一明顯現(xiàn)象為                           
。
          

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          11.(8分)蓄電池使用日久后，正負(fù)極標(biāo)志模糊，現(xiàn)根據(jù)下列兩種條件，如何判斷正負(fù)極：
          （1）氯化銅溶液，兩根帶銅導(dǎo)線的碳棒        。
          （2）硫酸銅溶液，兩根銅導(dǎo)線               
。
          

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          12.（12分）氯堿廠電解飽和食鹽水制取NaOH的工藝流程如下圖：
          

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          完成下列填空：?
          (1)在電解過程中，與電源正極相連的電極上的電極反應(yīng)式為              
。與電源負(fù)極相連的電極附近溶液pH              
(填“不變”“升高”或“下降”)。?
          (2)工業(yè)食鹽含Ca2＋、Mg2＋等雜質(zhì)。精制過程發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為              
、              
。
          

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          (3)如果粗鹽中SO含量較高，必須添加鋇試劑除去SO，該鋇試劑可以是       (選填“A”“B”“C”，多選扣分)。?
          A.Ba(OH)2                            B.Ba(NO3)2                          C.BaCl2?
          

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          (4)為有效除去Ca2＋、Mg2＋、SO，加入試劑的合理順序?yàn)?u>             
(選填“A”“B”“C”，多選扣分)?
          A.先加NaOH，后加Na2CO3，再加鋇試劑?
          B.先加NaOH，后加鋇試劑，再加Na2CO3?
          C.先加鋇試劑，后加NaOH，再加Na2CO3?
          (5)脫鹽工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差異，通過        
、冷卻、        (填寫操作名稱)除去NaCl。?
          (6)在隔膜法電解食鹽水時(shí)，電解槽分隔為陽極區(qū)和陰極區(qū)，防止Cl2與NaOH反應(yīng)；采用無隔膜電解冷的食鹽水時(shí)，Cl2與NaOH充分接觸，產(chǎn)物僅是NaClO和H2，無隔膜電解食鹽水的總的化學(xué)方程式為                       
。
          

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          13.(12分)碘缺乏癥遍及全球，多發(fā)生于山區(qū)，南美的安第斯山區(qū)、歐洲的阿爾卑斯山區(qū)和亞洲的喜馬拉雅山區(qū)是高發(fā)病地區(qū)。我國(guó)云南、河南等十余省的山區(qū)發(fā)病率也較高，據(jù)估計(jì)我國(guó)患者大約有1000萬人左右。為控制該病的發(fā)生，較為有效的方法是食用含碘食鹽。我國(guó)政府以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的方式規(guī)定在食鹽中添加碘酸鉀(KIO3）。據(jù)此回答下列問題：?
          (1)碘是合成下列哪種激素的主要原料之一?
          A.胰島素                                     B.甲狀腺激素?
          C.生長(zhǎng)激素                                         D.雄性激素?
          (2)長(zhǎng)期生活在缺碘山區(qū)，又得不到碘鹽供應(yīng)，易患?
          A.甲狀腺亢進(jìn)                               B.佝僂病?
          C.地方性甲狀腺腫                                   D.糖尿病?
          (3)可用鹽酸酸化的碘化鉀和淀粉檢驗(yàn)食鹽中的碘酸鉀。反應(yīng)的化學(xué)方程式為                   
，氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為        
，能觀察到的明顯現(xiàn)象是                
。
          

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          (4)已知KIO3可用電解方法制得，原理是：以石墨為陽極，以不銹鋼為陰極，在一定電流強(qiáng)度和溫度下電解KI溶液�？偡磻�(yīng)化學(xué)方程式為： KI＋3H2OKIO3＋3H2↑，則兩極反應(yīng)式分別為：陽極           
，陰極            。
          (5)在某溫度下，若以12 A的電流強(qiáng)度電解KI溶液達(dá)10
min，理論上可得標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氫氣              
L。
          

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          14.(11分)100.0 g無水氫氧化鉀溶于100.0
 g水。在T溫度下電解該溶液，電流強(qiáng)度I＝
          

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          6．00　A，電解時(shí)間ｔ＝10.00 h。電解結(jié)束溫度重新調(diào)至Ｔ，分離析出KOH?2H2O固體后，測(cè)得剩余溶液的總質(zhì)量為164．8
ｇ。已知不同溫度下每100 g飽和溶液中無水氫氧化鉀的質(zhì)量如下表：?
          溫度／℃
          0
          10
          20
          30
          KOH／ｇ
          

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          49．2
          

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          50．8
          

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          52．8
          

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          55．8
          通過計(jì)算先確定溫度T的區(qū)間，然后求出Ｔ(最后計(jì)算結(jié)果只要求兩位有效數(shù)字)。
          

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          注：法拉第常數(shù)F＝9．65×104　C?mol－1  A―安培 
h―小時(shí)  相對(duì)原子質(zhì)量：H：1．01  O：16．0 
K：39．1
           
           
          

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          一、1.D?
          2.解析：Cl2被完全吸收，Cl2應(yīng)在下部生成，推知b為正極，a為負(fù)極。?
          答案：B?
          3.C  4.CD  5.B 
6.A  7.A  8.BD  9.A?
          二、10.(1)Fe  Fe－2e－===Fe2＋ 
（2）ＢC?
          (3)隔離空氣，防止生成的Fe（OH）2被氧化  加熱c，以除去溶解的O2?
          (4)BC?
          (5)白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色?
          11.（1）有紅色物質(zhì)析出為負(fù)極  （2）銅導(dǎo)線變粗為負(fù)極?
          12.(1)2Cl－－2e－===Cl2↑ 
升高?
          (2)Ca2＋+CO===CaCO3↓?
          Mg2＋+2OH－===Mg(OH)2↓?
          (3)AC  (4)BC  (5)蒸發(fā)  過濾?
          (6)NaCl+H2ONaClO+H2↑(或2NaCl+2H2O2NaOH＋H2↑+Cl2↑?
          Cl2＋2NaOH===NaCl+NaClO+H2O)?
          13.(1)B  (2)C?
          (3)5KＩ＋KＩO3＋6HCl===6KCl＋3Ｉ2＋3H2O  5∶１  溶液變藍(lán)?
          (4)陽極：Ｉ－＋3H2O－6e－===ＩO－3＋6H＋?
          陰極：6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－?
          (5)0．837?
          14.T介于20℃～30℃之間 
T為28℃?
           
          
				
	
          
		
          


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