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2020-2021学年高二上化学期末复习高频考点专项专项11 电解原理的应用复习要点1掌握工业电解饱和食盐水制取烧碱、氢气和氯气的原理。2了解电镀、电解精炼的原理及应用。3能够应用电解原理判断离子的氧化性或还原性强弱并进行相关计算。核心梳理梳理点一、电解饱和食盐水制取烧碱、氢气和氯气以下为电解NaCl溶液的装置示意图。(1)实验现象阳极上有黄绿色有刺激性气味的气体产生。阴极上有气体产生,阴极附近溶液变红色。(2)实验结论:用惰性电极电解饱和食盐水,生成H2、Cl2和NaOH。(3)放电顺序及电极反应阳极离子放电顺序:ClOH,电极反应:2Cl2e=Cl2(氧化反应)。阴极离子放电顺序:HNa,电极反应:2H2e=H2(还原反应)。(4)电解反应的化学方程式2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2。离子方程式:2Cl2H2O2OHH2Cl2。(5)阳离子交换膜的作用:把电解槽隔为阴极室和阳极室;只允许Na+通过,而Cl-、OH-和气体则不能通过这样,既能防止生成的H2和Cl2相混合而发生爆炸,又能避免C12进入阴极区与NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。(6)少量NaOH的作用:增强溶液的导电性【例1】如图是氯碱工业的装置示意图,下列说法中正确的是( )A该装置将化学能转化为电能B电极a是装置的负极,电极反应为2Cl-2e = Cl2C装置中离子交换膜是阳离子交换膜D每转移1mol电子,出口处可以收集到11.2L的氢气【答案】C【详解】A氯碱工业是电解饱和食盐水,是将电能转化为化学能的装置,属于电解池,故A错误; B根据图示中离子的移动方向,电极a上氯离子放电,应该是电解池的阳极,故B错误;C离子交换膜有选择性,根据图示,阳极区要排出淡盐水,因此,离子交换膜只能是阳离子交换膜,不能允许阴离子通过,故C正确;D没有指明是否为标准状况,无法计算放出气体的体积,故D错误;故选C。【练习1】下列关于电解饱和食盐水的说法中,正确的是()A电解时阳极得到氯气,阴极得到金属钠B若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液,溶液显无色C若在阳极附近的溶液中,滴入碘化钾淀粉溶液,溶液显蓝色D电解过程中,阴极发生的是氧化反应【答案】C【详解】A电解饱和食盐水,阳极产物为Cl2,阴极产物为NaOH和H2,A错误;B阴极产物有NaOH,则在阴极附近滴入酚酞,溶液变红色,B错误;C阳极产物为Cl2,溶液中仍溶解少量的Cl2,会氧化KI并生成I2,溶液因此显蓝色,C正确;D阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应,D错误。故选C。【练习2】实验室制备碱式次氯酸镁(简称BMH,白色粉末,难溶于水)的一种方法如下:下列说法错误的是ABMH能与部分无机含氧酸发生反应B电极y端最好与外电源的正极相连CBMH具有杀菌、消毒和漂白作用D反应器中发生的反应无电子转移【答案】B【详解】A. BMH能与酸发生反应生成镁盐和次氯酸,故A正确;B. 为使阳极产生的氯气与阴极产生的氢氧化钠成分反应制得次氯酸钠,最好用x极做阳极,所以电极x端最好与外电源的正极相连,故B错误;C. BMH是次氯酸盐,应与漂白粉具有相似的性质,所以具有杀菌、消毒和漂白作用,故C正确;D. 反应器中发生的反应为2Mg2+ClO-+3OH-+H2O=Mg2ClO(OH)3H2O,无化合价的变化,所以是非氧化还原反应无电子转移,故D正确;答案选B。梳理点二、铜的电解精炼与电镀1铜的电解精炼(1)装置(2)电极反应式阳极:Cu(粗铜)2e=Cu2;阴极:Cu22e=Cu。(3)杂质变化铜的电解精炼过程中,Zn、Ni、Fe等比铜活泼的金属在阳极放电变成金属阳离子进入溶液,电极反应式分别为Zn:Zn2e=Zn2;Ni:Ni2e=Ni2;Fe:Fe2e=Fe2。不如铜活泼的银、金、铂等金属不放电与其他不溶性杂质混在一起沉积在电解池的底部,形成阳极泥。(3)粗铜中含Zn、Fe、Ag等杂质,同时间段内两电极质量改变不相等,但两电极通过电量相等。(4)电解过程中,阴离子浓度不变,Cu2浓度减小,Fe2、Zn2、Ni2浓度增大。2电镀(1)概念:应用电解原理,在金属或非金属表面上镀上一薄层其他金属或合金的过程称为电镀。(2)目的:增强金属的抗腐蚀能力、耐磨性或改善金属制品的外观。(3)示例:电镀时,镀层金属做阳极,待镀金属制品做阴极,含镀层金属阳离子的溶液做电镀液。铁钉上镀铜如下所示:阴极待镀的金属制品:铁钉阳极镀层金属:铜电镀液含有镀层金属离子的盐溶液:CuSO4溶液装置图电极反应阳极:Cu2e=Cu2阴极:Cu22e=Cu(4)提醒:电镀的特点:“一多、一少、一不变”。(1)一多:是指阴极上有镀层金属沉积;(2)一少:是指阳极上有镀层金属溶解;(3)一不变:是指电镀后,电解质溶液中的离子浓度保持不变。【例2】用酸性氢氧燃料电池为电源进行电解的实验装置示意图如图所示。下列说法中不正确的是()A燃料电池工作时,正极反应为 O2+4H+ +4e-=2H2OBa极是粗铜,b 极是纯铜时,a 极逐渐溶解,b 极上有铜析出Ca极是石墨,b 极是铁时,滴加石蕊试液后,a极附近变蓝色,b极附近变红色Da、b均是石墨电极时,在标准状况下,a 极产生2.24L气体,电池中转移的电子数为0.4NA【答案】C【详解】A酸式燃料电池工作时,在酸性环境中,正极上氧气得电子生成水,反应为: O2+4H+ +4e-=2H2O,A正确;B通入氧气的一极是正极,该正极与a相连,则a极是电解池的阳极,若 a极是粗铜,b 极是纯铜时,即为电解精炼铜,a 极逐渐溶解,b 极上有铜析出,B正确;Ca极石墨是惰性阳极,b 极是阴极时,b 极上铜离子得电子故有铜析出,b极附近石蕊不变红,a极为阳极,水提供氢氧根离子放电放出氧气同时氢离子浓度不断增大,故附近变红色,C错误; Da、b均是石墨电极时,a极为阳极,水提供氢氧根离子放电放出氧气,有,在标准状况下,a 极产生2.24L O2的物质的量为=0.1mol,电池中转移的电子数为0.14NA =0.4NA,D正确;答案选C。【例3】下列关于电解精炼铜与电镀的说法正确的是( )A电解精炼铜时,将电能转化为化学能,电路中每通过2mole-,阳极溶解64g铜B可从阳极泥中提取金、银、锌等金属C在铁制器皿上镀铝,熔融氧化铝作电解质,铁制器皿作阴极,铝棒作阳极D电镀过程中电镀液需要不断更换【答案】C【详解】A. 电解精炼铜时,阳极为粗铜,其中的铁、锌等杂质金属也会失去电子,因此通过2 mol e,阳极溶解铜的质量不一定为64 g,A项错误;B. 电解精炼铜时,粗铜作阳极,其中的铁、锌等杂质金属也会失去电子,不活泼的金属沉淀下来成为阳极泥,故阳极泥中可提取金、银等比铜不活泼金属,B项错误;C. 在铁制器皿上镀铝,铁制器皿放在阴极,铝作阳极,熔融氧化铝作电解质,C项正确;D. 电镀过程中电镀液的浓度几乎不变,因此不需要经常更换电镀液,D项错误;答案选C。【练习3】粗铜中含有锌、铁、金、银等杂质,通过电解法将其精炼,下列说法不正确的是A粗铜与电源的正极相连发生氧化反应:Cu-2e= Cu2+B精铜作为阴极材料,不参与电极反应,电解过程中逐渐变粗C用CuSO4作电解质溶液,电解过程中CuSO4溶液浓度略减小D锌、铁、金、银等杂质沉积在阳极周围,成为阳极泥【详解】根据上述分析可知,A. 粗铜与电源的正极相连发生失电子的氧化反应:Cu-2e= Cu2+,故A正确;B. 精铜作为阴极材料,不参与电极反应,电极反应式:Cu2+2e=Cu(还原反应),电解过程中不断生成铜,使材料逐渐变粗,故B正确;C. 根据上述分析可知,用CuSO4作电解质溶液,电解过程中会形成阳极泥,根据电子转移数守恒可知,消耗的铜离子会略大于生成的铜离子,即CuSO4溶液浓度略减小,故C正确;D. 相对不活泼的金属以单质的形式沉积在电解槽底部,形成阳极泥,如金、银等金属杂质,但锌、铁会以离子形式存在于溶液中,故D错误;答案选D。【练习4】关于如图所示各装置的叙述中,正确的是()A装置是原电池,总反应是:Cu2Fe3=Cu22Fe2B装置通电一段时间后石墨I电极附近溶液红褐色加深C若用装置精炼铜,则d极为粗铜,c极为纯铜,电解质溶液为CuSO4溶液D装置中钢闸门应与电源的负极相连被保护,该方法叫做外加电流的阴极保护法【答案】D【详解】A装置是原电池,负极为Fe,总反应是:Fe2Fe3=3Fe2,A错误;B氢氧化铁胶粒带正电,装置通电一段时间后石墨电极附近溶液红褐色加深,B错误;Ca为电源正极,c为阳极,若用装置精炼铜,则c极为粗铜,d极为纯铜,电解质溶液为CuSO4溶液,C错误;D装置中钢闸门应与电源的负极相连作阴极,这样铁就被保护,该方法叫做外加电流的阴极保护法,D正确;答案选D。【练习5】下列叙述不正确的是()A铁表面镀锌,锌作阳极B船底镶嵌锌块,锌作负极,以防船体被腐蚀C钢铁吸氧腐蚀的正极反应:O2+2H2O+4e-=4OH-D合金都比纯金属易被腐蚀【答案】D【详解】A. 铁表面镀锌是应用电解原理,镀件铁与电源的负极相连作阴极,镀层金属锌与电源的正极相连作阳极,故A正确;B. 船底镶嵌锌块是应用原电池原理,活泼金属锌作负极被氧化,铁作正极得到保护,故B正确;C. 钢铁吸氧腐蚀中氧气得电子被还原作正极,所以正极反应为:O2+2H2O+4e-=4OH-,故C正确;D. 合金不一定比纯金属易被腐蚀,如改变内部结构的金属不锈钢,故D错误;答案选D。【练习6】利用如图所示装置,当X、Y选用不同材料时,可将电解原理广泛应用于工业生产。下列说法中正确的是( )A氯碱工业中,X、Y均为石墨,X附近能得到氢氧化钠BY是阳极,发生氧化反应C在铁片上镀银时,X是金属银D电解氯化钠溶液可以获取金属钠【答案】C【详解】A. 氯碱工业中,用惰性电极电解饱和氯化钠溶液,阴极附近得到氢氧化钠,即Y附近能得到NaOH,故A错误;B. Y极与直流电源负极相连,Y是阴极,发生还原反应,故B错误;C. 电镀工业上,镀层作阳极,镀件作阴极;在铁片上镀银时,金属银作阳极X,铁片作阴极Y,硝酸银溶液作电解质溶液,故C正确;D. 电解氯化钠溶液会生成氢氧化钠、氯气和氢气,电解熔融氯化钠可以获取金属钠,故D错误;故选C。变式强化1用下图所示装置除去含CN、Cl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:Cl + 2OH2e= ClO + H2OC阴极的电极反应式为:2H2O + 2e = H2 + 2OHD除去CN的反应:2CN+ 5ClO + 2H+ = N2 +
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