2022版高考化学一轮复习-第6章-化学反应与能量转化-第2节-电能转化为化学能——电解学案-鲁科版.doc
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1、2022版高考化学一轮复习 第6章 化学反应与能量转化 第2节 电能转化为化学能电解学案 鲁科版2022版高考化学一轮复习 第6章 化学反应与能量转化 第2节 电能转化为化学能电解学案 鲁科版年级:姓名:- 23 -第2节电能转化为化学能电解课标解读了解电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应式和总反应方程式。电解原理及其规律知识梳理1电解与电解池(1)电解:让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质,在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。(2)电解池:电能转化为化学能的装置。(3)电解池的构成直流电源。固体电极材料以及电解质溶液(或熔融电解质)。形成闭合回路。辨易错(1)NaCl在水中
2、电离需要通电。()(2)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程,属于化学变化。()答案(1)(2)2电解池工作原理(1)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)(2)电解池中电子和离子的移动电子:从电源负极流出后,流向电解池阴极;从电解池的阳极流向电源的正极。电子不能通过电解质溶液。离子:阳离子移向电解池的阴极,阴离子移向电解池的阳极。电流:从电源的正极流出,流入阳极,再通过电解质溶液流入阴极,最后流向负极,形成闭合回路。(3)阴阳两极上放电顺序阴极:与电极材料无关。氧化性强的先放电,放电顺序为阳极:若是活性电极作阳极,则活性电极首先失电子,生成金属阳离子,发生氧化反应。若是惰性电极
3、作阳极,放电顺序为注意:放电指的是电极上的得、失电子。活性电极指的是除去Au、Pt以外的金属,惰性电极指的是Pt、Au、C电极,不参与电极反应。阴极材料若为金属电极,一般是增强导电性但不参与反应。电子不下水,离子不上线。深思考用惰性电极电解2 molL1 NaCl和1 molL1 CuSO4的混合溶液,电解过程明显分两个阶段。第一阶段:阴极反应式:_,阳极反应式:_。第二阶段:阴极反应式:_,阳极反应式:_。答案Cu22e=Cu2Cl2e=Cl24H4e=2H24OH4e=2H2OO23以惰性电极电解水溶液的有关规律(1)电解水型含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐阴极反应式为4H4e=2H2,阳极
4、反应式为4OH4e=2H2OO2,总方程式为2H2O2H2O2。电解质浓度变大,pH可能变大、变小或不变,可加H2O复原。(2)电解电解质类型无氧酸(如HCl),不活泼金属无氧酸盐(如CuCl2)电解质浓度变小,加电解质本身复原。(3)放H2生碱型活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)阴极反应式为2H2e=H2,阳极反应式为2Cl2e=Cl2,总方程式为2Cl2H2OCl2H22OH。溶液pH变大,加HCl(卤化氢)复原。(4)放O2生酸型不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)阴极反应式为2Cu24e=2Cu,阳极反应式为2H2O4e=O24H,总方程式为2Cu22H2O2CuO24H。溶液pH变小,
5、加CuO(金属氧化物)或CuCO3复原。辨易错(1)电解时电子流动方向为负极阴极电解质溶液阳极正极。()(2)用惰性电极电解足量CuSO4溶液一段时间后,加入Cu(OH)2或CuO均可使电解质溶液恢复到电解前的状态。()(3)用惰性电极电解MgCl2溶液的离子方程式为2Cl2H2OCl22OHH2。()(4)用Cu作电极电解CuSO4溶液的阳极反应为2H2O4e=O24H。()答案(1)(2)(3)(4)知识应用利用如图所示装置,以NH3为氢源,通过电解实现氢化反应。请回答:(1)a为_极,电极反应式为_。(2)b极电极反应式为_,H移向_极。(3)每消耗22.4 L NH3(标准状况),生成
6、的物质的量为_。答案(1)阴6e6H=32e2H=(2)2NH36e=N26Ha(3)1.5 mol命题点1电解原理及电极反应书写1如图所示,在一定电压下用惰性电极电解由等物质的量浓度的FeCl2、HCl组成的混合溶液。已知在此电压下,阴、阳离子根据放电能力顺序,都可能在阳极放电,下列分析正确的是 ()AC1电极上的电极反应式为2H2O2e=2OHH2BC1电极处溶液首先变黄色CC2电极上可依次发生的电极反应为Fe2e=Fe3、2Cl2e=Cl2D当C1电极上有2 g物质生成时,就会有2NA个电子通过溶液发生转移(NA表示阿伏加德罗常数的值)CC1电极与电源的负极相连,作阴极,溶液中的H在阴极
7、放电,电极反应式为2H2e=H2,A错误;C1电极上H放电生成H2,C2电极与电源的正极相连,作阳极,Fe2的还原性强于Cl,则依次发生的电极反应为Fe2e=Fe3、2Cl2e=Cl2,故C2电极处溶液首先变黄色,B错误,C正确;电子只能通过导线传递,不能通过溶液传递,D错误。2如图是一个化学过程的示意图。(1)图中甲池是_装置(填“电解池”或“原电池”),其中OH移向_极(填“CH3OH”或“O2”)。(2)写出通入CH3OH的电极的电极反应式:_。(3)向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液,附近变红的电极为_极(填“A”或“B”),并写出此电极的反应式:_。(4)乙池中总反应的离子方程式:
8、_。(5)若乙池中A、B均换为Ag,A电极反应式为_。(6)若使乙、丙池中溶液复原,应分别加入的物质是_、_。解析根据题图可知甲为原电池,左电极为负极,右电极为正极,乙、丙池为电解池,A为阳极,B为阴极,C为阳极,D为阴极。答案(1)原电池CH3OH(2)CH3OH6e8OH=CO6H2O(3)A4OH4e=O22H2O或2H2O4e=O24H(4)4Ag2H2O4AgO24H(5)Age=Ag(6)Ag2OHCl电极反应式和电解方程式的书写要点(1)做到“三看”,正确书写电极反应式一看电极材料,若是金属(Au、Pt除外)作阳极,金属一定被电解(注:Fe生成Fe2)。二看电解质,电解质是否参与
9、电极反应。三看电解质状态,是熔融状态,还是水溶液。(2)规避“两个”失分点书写电解池中电极反应式时,一般以实际放电的离子表示,但书写总电解反应方程式时,弱电解质要写成分子式,且注明“电解”条件。电解水溶液时,应注意放电顺序中H、OH之后的离子一般不参与放电。命题点2电化学的基本计算电子守恒法电化学中两种基本计算模型注:在电化学计算中,还常利用QIt和Qn(e)NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)1.601019 C来计算电路中通过的电量。3用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液,通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳
10、的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为 ()A0.4 molB0.5 molC0.6 molD0.8 molCCu2(OH)2CO3可改写为2CuOH2OCO2,因反应后生成的CO2离开溶液,所以加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3相当于加入0.2 mol CuO、0.1 mol H2O,根据2CuO24e2 mol4 mol02 mol0.4 mol2H2O O24e2 mol4 mol01 mol0.2 mol转移电子的物质的量0.4 mol0.2 mol0.6 mol。 4500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)0.6 molL1,用石墨作电极电解此溶液,
11、当通电一段时间后,两极均收集到2.24 L气体(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法正确的是()A原混合溶液中c(K)为0.2 molL1B上述电解过程中共转移0.2 mol电子C电解得到的Cu的物质的量为0.05 molD电解后溶液中c(H)为0.2 molL1A石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,阳极反应式为4OH4e=2H2OO2,阴极先后发生两个反应:Cu22e=Cu,2H2e=H2。从收集到O2为2.24 L可推知上述电解过程中共转移0.4 mol电子,而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子,所以Cu2共得到0.4 mol0.2
12、 mol0.2 mol电子,电解前Cu2的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系:c(K)2c(Cu2)c(NO),c(K)c(H)c(NO),不难算出:电解前c(K)0.2 molL1,电解后c(H)0.4 molL1。命题点3多池连接的综合装置分析5用石墨电极完成下列电解实验。下列对实验现象的解释或推测不合理的是()实验一实验二装置现象a、d处试纸变蓝;b处变红,局部退色;c处无明显变化两个石墨电极附近有气泡产生;钢珠右侧n处有气泡产生;Aa、d处:2H2O2e=H22OHBc处发生反应:Fe2e=Fe2C根据实验一的原理,实验二中n处析出O2Db
13、处:2Cl2e=Cl2,Cl2溶于水生成HClO,使pH试纸退色C由装置图可知,实验一中a、d为阴极,水电离出的氢离子得电子生成氢气,即2H2O2e=H22OH,故a、d处pH试纸显蓝色,A项正确;实验一中c、b为阳极,c处发生反应:Fe2e=Fe2,由于生成的Fe2浓度较小,且pH试纸本身有颜色,故c处无明显变化,b处发生反应:2Cl2e=Cl2,产生的Cl2溶于水生成HCl和HClO,故b处变红,局部退色,B、D项正确;结合实验一的原理和题图知,实验二中两个钢珠的左侧均为阳极,右侧均为阴极,初始时两个钢珠的左侧均发生反应:Fe2e=Fe2,右侧均发生反应:2H2e=H2,一段时间后,Fe2
14、移动到m和n处,m、n处附近Fe2浓度增大,发生反应:Fe22e=Fe,故实验二中n处不能产生O2,C项错误。6某实验室用新型二次电池模拟工业上制备Mn和MnO2的工作原理如图所示。下列说法错误的是()Aa电极的电极反应为:MnO24H2e=Mn22H2OB装置工作时,c、d两个电极的质量都增加Cc电极反应为Mn22e=MnDd电极附近溶液的pH增大D根据示意图可知b为负极,a为正极,c为阴极,d为阳极。c、d的电极反应分别为Mn22e=Mn,Mn22e2H2O=MnO24H。d电极附近溶液c(H)增大,pH变小,D错误。多池串联装置中电极的判断模型(1)注意:原电池一般能自发进行。(2)电解
15、原理的实际应用知识梳理1电解饱和食盐水氯碱工业(1)电极反应阳极:2Cl2e=Cl2(反应类型:氧化反应)。阴极:2H2e=H2(反应类型:还原反应)。检验阳极产物的方法是用湿润的KI淀粉试纸靠近阳极附近,若试纸变蓝,证明生成了Cl2。电解时向食盐水中加酚酞,阴极附近溶液变红,说明该电极附近产生的物质为NaOH。(2)电解方程式化学方程式:2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2。离子方程式:2Cl2H2O2OHH2Cl2。(3)阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图阳离子交换膜的作用阻止OH进入阳极室与Cl2发生副反应:2NaOHCl2=NaClNaClOH2O,阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H
16、2混合发生爆炸。a、b、c、d加入或取出的物质分别是饱和食盐水、稀NaOH溶液、稀的食盐水、浓NaOH溶液;X、Y分别是Cl2、H2。辨易错(1)电解熔融NaCl与电解饱和食盐水的反应原理相同。()(2)工业上电解饱和食盐水中,Na通过交换膜移向阳极。()(3)电解饱和食盐水制碱时,用Fe作阴极可增强导电性。()(4)电解饱和食盐水制碱时,食盐水中不能含有Ca2、Mg2等离子。()答案(1)(2)(3)(4)2电镀铜与电解精炼铜(1)电镀铜(2)电解精炼铜3电冶金属活泼金属的冶炼方法(1)电解熔融氯化钠得到钠2NaCl(熔融)2NaCl2(2)电解熔融Al2O3制Al2Al2O3(熔融)4Al
17、3O2电极反应:阳极:6O212e=3O2;阴极:4Al312e=4Al。冰晶石的作用是作Al2O3的助熔剂。辨易错(1)电解精炼银时,粗银作阴极。()(2)电镀铜和电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2)均保持不变。()(3)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可以电解MgO和AlCl3。()(4)粗铜电解精炼时,若电路中通过2 mol e,阳极减少64 g。()答案(1)(2)(3)(4)知识应用电解尿素CO(NH2)2的碱性溶液制氢气的装置示意图如图:电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴阳两极均为惰性电极。(1)A极为_,电极反应式为_。(2)B极为_,电极反应式为_。(3)电解过程
18、KOH的浓度有什么变化?_。答案(1)阳极CO(NH2)28OH6e=N2CO6H2O(2)阴极6H2O6e=3H26OH(3)变小命题点1电解原理的常规工业应用1目前电解法制烧碱通常采用离子交换膜法,阳(阴)离子交换膜不允许阴(阳)离子通过。则下列叙述中错误的是()ANaOH、H2均在区产生B图中a为阴离子交换膜C使用离子交换膜可以有效地隔离NaOH和Cl2,阻止二者之间的反应D电解时往区的溶液中滴加几滴甲基橙,溶液先变红后退色B区是阴极室,H(H2O)放电生成氢气,同时促进水的电离,生成氢氧化钠,区Na通过a进入区,故a应该是阳离子交换膜;区和电源的正极相连,为阳极,Cl放电生成氯气,区C
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