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1、考点过关（下）考点15 电解池的工作原理及应用电化学是氧化还原反应知识的应用和延伸，电化学原理及其应用是高中化学重要内容,电化学包括原电池、电解池以及金属的腐蚀与防护。电化学考查的问题一般为原电池正、负极的判断、电极反应式的书写及电子转移数目、电子或电流的流向、离子在电解质溶液中的移动方向等考查电化学知识在STS中的应用是目前最受欢迎的一种题型，既能体现化学的实用性，又能体现化学命题的时代性与新颖性，使试题在考查电化学知识的同时，又能较好地考查分析问题、灵活解答问题的能力。对本部分知识的考查仍以选择题为主，在非选择题中可能与工业生产、环境保护、新科技、新能源知识相结合进行命题。电化学的命题点侧
2、重于考查对基础知识的综合应用能力，题型既源于教材，又高于教材，对于电解原理及其应用的考查角度多种多样且方式灵活多变。正确区别原电池、电解池和电镀池的不同，掌握原电池、电解规律的应用及有关电解的方法技巧是必考的内容之一，其知识要点是两个原理（原电池原理、电解原理），一个规律（电解规律），两个应用（原电池原理的应用和电解原理的应用），一类计算（电解的计算）。电解是将电能转化为化学能的一种重要方法。使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。非自发的氧化还原反应在有外接电源时可能被设计为电解池。电解池装置常由直流电源、两个电极、导线
3、及电解质溶液(或熔融电解质) 形成闭合回路构成，多池相连无外接电源时，两极活泼性差异小的池为电解池。电解电解质溶液时，在阴阳两极上首先发生放电反应的离子分别是溶液里最容易放电的阳离子和最容易放电的阴离子。阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。离子的放电顺序取决于离子本身的性质即离子得失电子的能力，另外也与离子的浓度及电极材料有关。阴极上放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。氧化性强的先放电，放电顺序是：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。若是惰性电极作阳极，则仅是溶液中的阴离子放电，常见离子的放电顺序是：一般情况下，离子按上述顺序放电，但如果离子浓度相差十分悬殊，
4、离子浓度大的也可以先放电。如理论上H的放电能力大于Fe2、Zn2，但在电解浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶液中，由于溶液中c(Fe2)或c(Zn2)c(H)，则先在阴极上放电的是Fe2或Zn2，因此阴极上的主要产物为Fe或Zn；但在水溶液中，Al3、Mg2、Na等是不会在阴极上放电的。【例1】下列有关电化学的示意图中正确的是()电解后，如果只产生H2不产生O2，则溶液pH变大；如果只产生O2不产生H2，则溶液pH变小；如果既产生O2又产生H2，若原溶液呈酸性则pH减小，若原溶液呈碱性则pH增大，若原溶液呈中性则pH不变；如果既无O2产生也无H2产生，则溶液的pH均趋于7。酸、碱、盐溶液的电解规律(惰
5、性电极作阳极)：电解规律电解质溶液类型实例电解水型含氧酸、强碱和活泼金属含氧酸盐溶液NaOH溶液、H2SO4溶液电解电解质型无氧酸、不活泼金属无氧酸盐溶液(HF、氟化物除外)HCl、CuCl2溶液放H2生碱型活泼金属无氧酸盐溶液(F除外)NaCl溶液放O2生酸型不活泼金属含氧酸盐溶液CuSO4溶液电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2完全放电之后，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。【例2】用下图所示装置除去含CN、Cl
6、废水中的CN时，控制溶液pH为910，阳极产生的ClO将CN氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是()A.用石墨作阳极，铁作阴极B.阳极的电极反应式为Cl2OH2e=ClOH2OC.阴极的电极反应式为2H2O2e=H22OHD.除去CN的反应：2CN5ClO2H=N22CO25ClH2O电解饱和食盐水的方法来制取NaOH、Cl2、H2，通电前，氯化钠溶液中含有的离子：Na、Cl、H、OH，通电时Na、H移向阴极，H放电，Cl、OH移向阳极，Cl放电。阴极因H放电，导致水的电离平衡向右移动，致使生成NaOH。工业上习惯把电解饱和食盐水叫做氯碱工业。阳极反应式2Cl2e=Cl2(氧化反应)阴极
7、反应式2H2e=H2(还原反应)化学方程式2NaCl2H2OH2Cl22NaOH离子方程式2Cl2H2OH2Cl22OH应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法叫电镀。电镀时，一般都是用含有镀层金属离子的电解质溶液作电镀液，把镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连，作为阳极，待镀金属制品与直流电源的负极相连，作阴极。电镀特点是阳极本身参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。如铁片上镀银如图所示：粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。其电解池的构成是用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用CuSO4溶液作电解质溶液。电解精炼铜的原理是粗铜中比
8、铜活泼的金属Zn、Fe等失去电子，产生的阳离子残留在溶液中，不比铜活泼的金属Ag、Au等以金属单质的形式沉积在电解池的底部，形成阳极泥，粗铜中的铜在纯铜上析出。电解精炼中，比需要精炼的金属活泼的杂质溶解，而不比需要精炼的金属活泼的杂质会沉积(如精炼镍时Cu也会沉积)。金属冶炼的本质是使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来，即Mnne=M。电解法用于冶炼K、Na、Mg、Al等较活泼的金属，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。如电解熔融的氯化钠可制取金属钠：2NaCl(熔融)2NaCl2。【例3】金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍
9、，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2Ni2Cu2)()A.阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni22e=NiB.电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等C.电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2和Zn2D.电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt，没有Zn、Fe、Ni隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类：阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H和其他阳离子通过，不允许阴离子通过；阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过；质子交换膜，只允许H通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。隔膜能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应
10、，能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。【例4】双隔膜电解池的结构示意图如图所示,利用该装置可以电解硫酸钠溶液以制取硫酸和氢氧化钠,并得到氢气和氧气。对该装置及其原理判断正确的是()A.a气体为氢气,b气体为氧气B.A溶液为氢氧化钠,B溶液为硫酸C.c隔膜为阳离子交换膜,d隔膜为阴离子交换膜D.该电解总反应的化学方程式可以表示为2Na2SO4+6H2O2H2SO4+4NaOH+O2+2H2【考点练习】1下面列出了电解不同物质的电极反应式，其中错误的是()A用石墨电极电解饱和食盐水的阴
11、极反应式：Nae=NaB用铜电极电解CuSO4溶液的阳极反应式：Cu2e=Cu2C用石墨电极电解熔融NaCl的阴极反应式：Nae=NaD用石墨电极电解NaOH溶液的阳极反应式：4OH4e=2H2OO22若在铜片上镀银时，下列叙述正确的是()将铜片接在电源的正极上将银片接在电源的正极上在铜上发生的反应是：Age=Ag在银片上发生的反应是：4OH4e=O22H2O需用硫酸铜溶液为电镀液需用硝酸银溶液为电镀液ABC D3取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外圆呈浅红色。则下列说法错误的是 ()Ab电
12、极是阴极Ba电极与电源的正极相连接C电解过程中，水是氧化剂Db电极附近溶液的pH变小4.将如图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是()A.Cu电极上发生还原反应B.电子沿ZnabCu路径流动C.片刻后甲池中c(SO)增大D.片刻后可观察到滤纸b点变红色5.电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O，最后Cr3以Cr(OH)3形式除去。下列说法不正确的是()A.阳极反应为Fe2e=Fe2B.电解过程中溶液pH不会变化C.过程中有Fe(OH)3沉淀生成D.电路中每转移12 mol电子，最多有1 mol Cr2
13、O被还原6.下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4的质量分数为10.47%，乙中c电极质量增加。据此回答问题：(1)电源的N端为_极。(2)电极b上发生的电极反应式为_。(3)列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积：_。(4)电极c的质量变化是_g。7.下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。请回答下列问题：(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式：_。(2)离子交换膜的作用为_、_。(3)精制饱和
14、食盐水从图中_(选填“a”、“b”、“c”或“d”，下同)位置补充，氢氧化钠溶液从图中_位置流出。(4)电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在23，用化学平衡移动原理解释盐酸的作用： _。8.电解的应用比较广泛，回答下列问题：(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是_(填字母，下同)。a.Fe2O3b.NaClc.Cu2S d.Al2O3(2)CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是_。a.电能全部转化为化学能b.粗铜接电源正极，发生氧化反应c.溶液中Cu2向阳极移动d.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属e.若阳极质量减少64 g，则转移电子数为2NA个f.SO的物质的量浓度不变(不考虑溶液体积变化)(3)如图为电解精炼银的示意图，_(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为_。 (4)利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极
