电解原理的典型应用：大数据建模高考化学

【高考化学·考试大纲】理解电解池的工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式。

1.[17 全国Ⅱ,11]用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　)

A.待加工铝质工件为阳极

B.可选用不锈钢网作为阴极

C.阴极的电极反应式为:Al3++3e-==Al

D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动

2.[16 全国Ⅰ,28]“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成,精制时,为除去Mg2+和Ca2+,要加入的试剂分别为________、________。

3.[全国高考II]粗铜的电解精炼如图所示。在粗铜的电解过程中,粗铜板应是图中电极___(填图中的字母);在电极d上发生的电极反应式为;若粗铜中还含有Au、Ag、Fe,它们在电解槽中的存在形式和位置为_______________________________________________________________________。

4.[14 全国Ⅱ,36]采用石墨阳极、不锈钢阴极电解熔融的氯化镁,发生反应的化学方程式为;电解时,若有少量水存在会造成产品镁的消耗,写出有关反应的化学方程式__________________。

一、制取物质——氯碱工业

1.反应原理

阳极:_____________;阴极:_____________

总反应:2NaCl+2H2O=电=解=H2↑+Cl2↑+2NaOH

2.设备(阳离子交换膜电解槽)

阳离子交换膜的性质:它只允许_______通过而阻止_______和气体通过。

阳离子交换膜的作用:既能防止阴极产生的____和阳极产生的_____相混合而引起_____,又能避免_____和_______溶液作用生成_______而影响烧碱的质量。

3.生产过程(离子交换膜法)

(1)食盐水的精制:★粗盐(含泥沙、____、_____、_____、_____等)→加入_____溶液→加入_____溶液→加入______溶液→过滤→加入盐酸→加入离子交换剂(NaR)。

在不能判断杂质是否恰好除尽的前提下,除杂剂只能过量,过量的除杂剂要在后续步骤中除去。所以Na2CO3要在BaCl2之后,HCl在最后。

(2)电解生产主要过程(见下图):NaCl从____极区加入,H2O从____极区加入。阴极H+放电,破坏了水的电离平衡,使OH-浓度增大,OH-和Na+形成NaOH溶液。

二、电镀

应用电解原理,在某些金属或非金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀时,镀件作____极,镀层金属作____极,选择含有_______________的盐溶液为电解质溶液。电镀过程中该金属阳离子浓度______。电镀锌原理:阳极_________________;阴极_______________。

三、电解精炼铜

以粗铜的精炼为例进行分析,以精铜作___极,粗铜作___极,以________为电解质溶液,阳极粗铜溶解,阴极析出铜,溶液中Cu2+浓度______。

(1)活泼性强于铜的金属在反应中______变成阳离子;(2)活泼性弱于铜的金属在反应中_______而以沉淀的形式成为“阳极泥”。

【考型1】粗盐的精制

1.[浙江高考]电解前,为除去食盐水中的Mg2+、Ca2+、SO2-4等杂质离子,下列加入顺序合理的是(　)

A.碳酸钠、氢氧化钠、氯化钡

B.碳酸钠、氯化钡、氢氧化钠

C.氢氧化钠、碳酸钠、氯化钡

D.氯化钡、氢氧化钠、碳酸钠

【考型2】制备物质——氯碱工作(电解氯化钠溶液)

2.[15上海,27-29]氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方

法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。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。完成下列填空:

(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)精制饱和食盐水从图中___位置补充,氢氧化钠溶液从图中___位置流出。(填“a”、“b”、“c”或“d”)

【考型3】提纯物质——电解精炼铜

3.[山东高考][双选]以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(www.xing528.com)

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

【考型4】电镀

4.[14山东,30]离子液体是一种室温熔融盐,为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl-7和AlCl-4组成的离子液体作电解液时,可在钢制品上电镀铝。

(1)钢制品应接电源的____极,已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应,阴极电极反应式为。若改用AlCl3水溶液作电解液,则阴极产物为。

(2)为测定镀层厚度,用NaOH溶液溶解钢制品表面的铝镀层,当反应转移6mol电子时,所得还原产物的物质的量为____mol。

【考型5】铝的冶炼

5-1.判断正误:[江苏高考]氯化铝是一种电解质,可用于电解法制铝(　)

5-2.[17 江苏,16]电解熔融Al2O3的过程中,作阳极的石墨易消耗,原因是。

一、氯碱工业

1.食盐水的精制

2.电解氯化钠溶液

(1)电极反应:阳极2Cl--2e-==Cl2↑

阴极:2H++2e-==H2↑

总反应:

(2)主要生产过程

(3)阳离子交换膜

阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例),只允许阳离子(Na+)通过,而阻止阴离子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通过,这样既能阻止H2和Cl2混合爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱质量。

二、电镀(铁件镀锌)

电镀液:含Zn2+的盐溶液(如ZnCl2溶液)

阳极(Zn):Zn-2e-==Zn2+

阴极(铁件):Zn2++2e-==Zn

电解或电镀时,电极质量减少的电极必为金属电极阳极,电极质量增加的电极必为阴极,且溶液中的金属阳离子得电子变成金属单质吸附在阴极上。

电镀时,阳极(镀层金属)失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等,因此电镀液的浓度保持不变。

三、电解精炼

如粗铜(含Zn、Fe、Ag等)的提纯,电解质溶液:含Cu2+的盐溶液(如CuSO4溶液)。

阳极(粗铜):Cu-2e-==Cu2+

(杂质离子:Zn-2e-==Zn2+、Fe-2e-==Fe2+、)

阴极(精铜):Cu2++2e-==Cu

电解过程中,活泼性比Cu弱的Ag不放电,形成阳极泥(可从阳极泥中提纯Ag),电解质溶液中c(Cu2+)会不断减小。需定期更换电解质溶液。

四、极活泼金属的熔融电解

几点注意:

(1)由于Na、Mg、Al都是极活泼金属,只能用熔融电解的方法,不能用C、CO、H2在高温下还原Na2O、MgO、Al2O3来制取Na、Mg、Al。

(2)工业中熔融电解制备Na、Mg、Al的物质是固定的;MgO的熔点很高不能用于电解制Mg;而AlCl3是分子型物质,加热易升华,且不易导电,也不能用于电解法制铝。

(3)在水溶液中电解得到的是氢气,故不能在水溶液中电解制取。

考虑电解质溶液的情况电解氯化镁或氯化铝溶液等

而不是: