电解原理及应用探析-大数据建模高考化学

【高考化学·考试大纲】理解电解池的构成、工作原理及应用

【课程标准·学业要求】(1)能分析、解释电解池的工作原理。(2)能设计简单的电解池。

1.[14 全国Ⅱ,27]PbO2可以通过石墨为电极,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为,阴极上观察到的现象是______________________________;若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的电极反应式为__________________________,这样做的主要缺点是________________________________。

●离子交换膜的装置

2.[16 全国Ⅰ,11]三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和SO42-可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是(　)

A.通电后中间隔室的SO42-离子向正极迁移,正极区溶液pH增大

B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品

C.负极反应为2H2O-4e-==O2+4H+,负极区溶液pH降低

D.当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.5mol的O2生成

3.[14 全国Ⅰ,27]H3PO2可用电渗析法制备,“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过):

(1)写出阳极的电极反应式_________________。

(2)分析产品室可得到H3PO2的原因_____________。

(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2,将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有_______杂质,该杂质产生的原因是。

4.[18 全国I,27]制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为。电解后,室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。

5.[18 全国Ⅲ,27]用“电解法”制备KIO3,装置如上图所示。

(1)写出电解时阴极的电极反应式。

(2)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_____________。

(3)写出电解时阳极室的电极反应式_________。

一、电解池

1.形成条件:两个电极;有______相连;有_____溶液。

2.电极名称:阴极:与电源_____极相连。阳极:与电源_____极相连。

3.对金属电极而言:阴极电极材料本身_____反应,溶液中_____离子得电子发生____反应。

阳极发生____反应。①若是“活泼电极”,则电极本身______;②若是“惰性电极”,则是溶液中____失电子。

4.电子流向:

5.能量变化:电能→化学能,生成物的总能量增加的变化。电解质溶液的导电过程,就是溶液的电解过程,是化学变化。

二、电解原理

1.电解池电极的判断

电解池的阴阳极取决于外接电源的正负极。

2.电解时电极产物的判断

(1)电极材料对电解反应的影响

电解反应与电极材料有关；惰性电极是指不参与电极反应,仅起导电作用的电极。活性电极是指电极参与反应的电极。

分析电解反应时,优先看电极材料,为活性电极先分析电极参与的反应(如活性金属作阳极时,阳极金属失去电子被溶解)。为惰性电极时,才分析电解质溶液反应。

(2)用惰性电极电解酸、碱、盐溶液时,多种阴离子时按下列顺序放电:S2->SO32->I->Br->Cl->OH-(H2O)>含氧酸根(SO42-、F-)；多种阳离子按下列顺序放电:Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>H2O(H+)>Al3+、Mg2+、Na+。

几种典型离子组成的电解质溶液的电解情况：

分析溶液中阴阳离子的放电顺序,有时还需兼顾溶液中离子的浓度。如果在离子浓度相差十分悬殊的情况下,离子浓度大的有可能先放电。如理论上H+的放电能力大于Fe2+、Zn2+,但在电解质浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶液中时,由于溶液c(Fe2+)或c(Zn2+)>>c(H+)水,则先在阴极上放电的是Fe2+或Zn2+,得到主要产物为Fe或Zn,如镀锌实验。Al3+、Mg2+、Na+等,由于氧化性弱于H+,在水溶液中不会在阴极上放电得到金属单质,要得到金属单质,只有在熔融非水条件下进行。(www.xing528.com)

【考型1】电解池原理与电极反应

1-1.[北京高考]用石墨电极电解CuCl2溶液(见下图)。下列分析正确的是(　)

A.a端是直流电源的负极

B.通电使CuCl2发生电离

C.阳极上发生的反应:Cu2++2e-==Cu

D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体

1-2.[17 海南,16]工业上可由电解LiCl-KCl的熔融混合物生产金属锂,阴极上的电极反应式为。

【考型2】电解池原理制备物质

2.[17 海南,10]一种电化学制备NH3的装置如图所示,图中陶瓷在高温时可以传输H+。下列叙述错误的是(　)

A.Pb电极b为阴极

B.阴极的反应式为:N2+6H++6e-==2NH3

C.H+由阳极向阴极迁移

D.陶瓷可以隔离N2和H2

【考型3】离子交换膜的电解装置

3.[北京高考]由NaOH溶液吸收SO2的过程中,当吸收液的pH降至约为6时,需送至电解槽再生。再生示意图如上:(1)HSO3-在阳极放电的电极反应式是_____________________________________。

(2)当阴极室中溶液pH升至8以上时,吸收液再生并循环利用。简述再生原理:。

一、电解池原理

1.书写强调

(1)分析电极反应时,通常是把物质拆分为离子来分析两极反应:阳离子向阴极移动,分析在阴极上得电子顺序,阴离子向阳极移动,分析在阳极上失电子的顺序。高考题中，也有把阳极区称为正极区，阴极区称为负极区的。

(2)电极生成H2和O2的两种写法:①离子放电:电极反应常写成H+或OH-放电(不管溶液的酸碱性),而一般不写成H2O放电。②若放电的H+或OH-来自于水(H2OH++OH-)的电离,则电极反应式要将它们写成“H2O”放电的形式,即2H2O-4e-==O2↑+4H+,2H2O-2e-==H2↑+2OH-。

(3)金属溶解的电极一定是阳极。原电池反应,也可以用电解的方法来实现。

(4)电解生成的气体,常有三种:即H2、O2、Cl2,两极均有气体生成时,一种是H2;

V(阳极气):V(阴极气)=1:1时为Cl2、H2。

V(阳极气):V(阴极气)=1:2时为O2、H2。

(5)在写电极反应时,要考虑电解质溶液,酸碱性等对电极产物的影响。

如电解氯化镁:

正确:

错误:

2.*惰性电极、电解电解质溶液的规律

说明:(1)强碱、含氧酸、活泼金属的含氧酸盐,用惰性电极电解时,实际上是电解H2O,反应后溶质的质量分数增大,浓度增大。

(2)若阴极为H+放电,则阴极区c(OH-)增大;若阳极为OH-放电,则阳极区c(H+)增大;若阴极、阳极同时有H+、OH-放电,相当于电解水,电解质浓度增大。电解时溶液酸碱性记忆为:“阴极氢出碱增,阳极氧出酸增,氢氧共出,‘酸’酸、‘碱’碱、‘中’中”。

(3)电解后要使电解质溶液复原,方法是“少什么加什么”。加入物质一般是阴极与阳极产物反应后的化合物。例如用惰性电极电解CuSO4,要恢复原溶液的浓度,可向电解后的溶液中加入CuO,也可以加入CuCO3。如果加入Cu(OH)2后使电解质溶液复原,则表示电解完溶质CuSO4溶液后又电解了一部分水。

二、离子交换膜的电解装置

离子交换膜的电化学装置(见专题38.建模1一2、离子交换膜的电池)