2021高考化学一轮复习-第21讲-电能转化为化学能——电解教案-鲁科版.doc

2021高考化学一轮复习 第21讲 电能转化为化学能电解教案 鲁科版2021高考化学一轮复习 第21讲 电能转化为化学能电解教案 鲁科版年级：姓名：- 30 -第21讲电能转化为化学能电解考纲要求1.理解电解池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和电解反应方程式。2.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。考点一电解原理1电解原理(1)电解：使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。(2)电解池(也叫电解槽)电解池是把电能转化为化学能的装置。(3)电解池的组成和工作原理(电解CuCl2溶液)总反应方程式：CuCl2CuCl2(4)电子和离子移动方向电子：从电源负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。2分析电解过程的思维程序(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子，并分成阴、阳离子两组(不要忘记水溶液中的H和OH)。(3)然后排出阴极、阳极离子的放电顺序。阴极：AgFe3Cu2H(酸)Fe2Zn2H(水)Al3Mg2NaCa2K。阳极：活泼电极S2IBrClOH含氧酸根离子F。(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。1探究电解规律(用惰性电极电解)(1)电解水型试写出电解下列溶液的电解方程式稀硫酸：_；NaOH：_；KNO3：_。分析“电解水型”的电解质包括哪些类型：_。(2)电解电解质型电解质溶液HBrCuCl2阴极反应_阳极反应_电解反应_溶液复原加_加_分析“电解电解质型”的电解质包括哪些类型_。(3)放H2生碱型电解NaCl溶液：阴极反应：_；阳极反应：_；电解反应离子方程式_。电解一段时间后，NaCl溶液恢复原状的方法：_。分析“放H2生碱型”的电解质包括哪些类型：_。(4)放O2生酸型电解CuSO4溶液阴极反应：_；阳极反应：_；电解反应离子方程式：_；电解一段时间后，CuSO4溶液恢复原状的方法_。分析“放O2生酸型”电解质包括哪些类型：_。答案：(1)2H2O2H2O22H2O2H2O22H2O2H2O2含氧酸、强碱和活泼金属的含氧酸盐(2)2H2e=H2Cu22e=Cu2Br2e=Br22Cl2e=Cl22HBrH2Br2CuCl2CuCl2适量HBr适量CuCl2无氧酸(除HF)和不活泼金属的无氧酸盐(除氟化物)(3)2H2e=H22Cl2e=Cl22Cl2H2OCl2H22OH通HCl活泼金属的无氧酸盐(除氟化物)(4)2Cu24e=2Cu4OH4e=O22H2O2Cu22H2O2CuO24H加CuO(或CuCO3)不活泼金属的含氧酸盐2根据金属活动顺序表，Cu和稀H2SO4不反应，怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2?答案：Cu作阳极，C作阴极，稀H2SO4作电解质溶液，通入直流电就可以实现该反应。电解反应式为阳极：Cu2e=Cu2，阴极：2H2e=H2。总反应式：Cu2HCu2H2。题组一电解规律及电极产物的判断1用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是()AAgNO3CuCl2Cu(NO3)2BKClNa2SO4CuSO4CCaCl2KOHNaNO3DHClHNO3K2SO4B2(2019天津北辰区统考)以石墨为电极，电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是()A阴极附近溶液呈红色 B阴极逸出气体C阳极附近溶液呈蓝色 D溶液的pH变小D以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI2H2O2KOHH2I2(类似于电解饱和食盐水)，阴极产物是H2和KOH，阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝)，阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性)，A、B、C正确；由于电解产物有KOH生成，所以溶液的pH逐渐增大，D错误。题组二电极反应式、电解方程式的书写3按要求书写电极反应式和总反应方程式：(1)用惰性电极电解MgCl2溶液阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应离子方程式：_。(2)用Al作电极电解NaOH溶液阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应离子方程式：_。答案：(1)2Cl2e=Cl22H2e=H2(或2H2O2e=H22OH)Mg22Cl2H2OMg(OH)2Cl2H2(2)2Al6e8OH=2Al(OH)46H2O6e=3H26OH(或6H6e=3H2)2Al6H2O2OH2Al(OH)43H24某水溶液中含有等物质的量浓度的Cu(NO3)2和NaCl，以惰性电极对该溶液进行电解，分阶段写出电解反应的化学方程式。解析：第一阶段阳极：2Cl2e=Cl2阴极：Cu22e=Cu第二阶段阴极：2Cu24e=2Cu阳极：4OH4e=O22H2O第三阶段阴极：4H4e=2H2阳极：4OH4e=O22H2O将电极反应式合并可得电解反应的化学方程式。答案：第一阶段的反应：CuCl2CuCl2第二阶段的反应：2Cu(NO3)22H2O2CuO24HNO3第三阶段的反应：2H2O2H2O25用石墨电极完成下列电解实验。实验一实验二装置现象a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生下列对实验现象的解释或推测不合理的是()Aa、d处：2H2O2e=H22OHBb处：2Cl2e=Cl2Cc处发生了反应：Fe2e=Fe2D根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜B根据a、d处试纸变蓝，可判断a、d两点都为电解池的阴极，发生的电极反应为2H2O2e=H22OH，A选项正确；b处变红，局部褪色，说明b为电解池的阳极，2Cl2e=Cl2，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸：Cl2H2O=HClHClO，HCl溶液显酸性，HClO具有漂白性，B选项不正确；c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，发生的电极反应为Fe2e=Fe2，C选项正确；实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也形成电解池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成铜离子，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来铜离子移到m处，m处铜离子得到电子生成单质铜，故D选项正确。6锰、硫、氮的化合物在人类生产、生活中有重要作用。(1)MnO2可作超级电容器材料。用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2，其阳极的电极反应式是_。MnO2是碱性锌锰电池的正极材料，已知碱性锌锰电池的总反应为Zn2MnO22H2O=2MnO(OH)Zn(OH)2，碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是_。(2)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。将用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：S22e=S(n1)SS2=S写出电解时阴极的电极反应式：_。电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成_。答案：(1)Mn22H2O2e=MnO24HMnO2H2Oe=MnO(OH)OH(2)2H2O2e=H22OHS2H=(n1)SH2S题组三有关电解的计算7将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为()A4103 molL1B2103 molL1C1103 molL1 D1107 molL1A根据2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2，得：n(H)2n(H2SO4)2n(Cu)20.002 mol，c(H)4103 molL1。8500 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，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 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。电化学综合计算的三种常用方法(1)根据总反应式计算先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。(2)根据电子守恒计算用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。用于混合溶液中电解的分阶段计算。(3)根据关系式计算根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。如以通过4 mol e为桥梁可构建如下关系式：4e2Cl2(Br2、I2)O22H22Cu4AgM阳极产物阴极产物(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。提示在电化学计算中，还常利用QIt和Qn(e)NA1.601019C来计算电路中通过的电量。 考点二电解原理的应用1电解饱和食盐水 (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)。(2)总反应方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2。总反应离子方程式：2Cl2H2O2OHH2Cl2。(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气装置离子交换膜电解槽阳极钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)阴极碳钢网阳离子交换膜只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过将电解槽隔成阳极室和阴极室2.电解精炼铜3电镀铜电镀与电解精炼记忆口诀阳为镀层阴镀件，阳杂阴纯是精炼；活泼入液稳成泥，溶液含有相应盐 4电冶金利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。(1)冶炼钠2NaCl(熔融)2NaCl2电极反应：阳极：2Cl2e=Cl2；阴极：2Na2e=2Na。(2)冶炼铝2Al2O3(熔融)4Al3O2电极反应：阳极：6O212e=3O2；阴极：4Al312e=4Al。1判断正误，正确的打“”，错误的打“”。(1)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料()(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)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料()(5)用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序HZn2，不可能在铁上镀锌()2(1)氯碱工业中，阳离子交换膜的作用为_。(2)电解过程中A中CuSO4溶液浓度逐渐_，而B中CuSO4溶液浓度_。(3)下图电解的目的是在铝表面形成一层致密的氧化膜阳极反应式：_；阴极反应式：_。答案：(1)只允许阳离子通过，阻碍Cl2分子、阴离子通过(2)减小基本不变(3)2Al6e6HCO=Al2O36CO23H2O6H2O6e=3H26OH题组一电解原理的常规应用1(2019河北石家庄期末)用石墨作电极，电解U形管中的饱和NaCl溶液(滴有酚酞溶液)，装置如图。下列叙述正确的是 ()A通电后，NaCl发生电离B通电一段时间后，阳极附近溶液先变红C当阳极生成0.1 mol气体时，整个电路中转移0.1 mol电子D电解饱和食盐水的总反应方程式为2NaCl2H2O2NaOHCl2H2DNaCl溶于水时，在水分子作用下发生电离，不需要通电，A错误；阳极反应式为2Cl2e=Cl2，产生黄绿色气体，阳极附近溶液不变红，B错误；阳极上生成0.1 mol Cl2时，电路中转移0.2 mol电子，C错误；电解饱和食盐水时，阳极上析出Cl2，阳极上析出H2，总反应方程式为2NaCl2H2O2NaOHCl2H2，D正确。2(2019山东潍坊中学月考)某小组为研究电化学原理，设计如图所示装置，下列叙述正确的是()A若a和b为石墨，通电后a极上反应为2Cl2e=Cl2B若a和b为石墨，通电后b极上发生氧化反应C若a为铜，b为铁，通电后a极质量增加D若a为铁，b为铜，通电后Cu2向铁电极移动A石墨是惰性电极，a极与电源的正极相连，作电解池的阳极，通电后a极上发生氧化反应，电极反应式为2Cl2e=Cl2，A正确；b极与电源的负极相连，作电解池的阴极，通电后发生还原反应，B错误；Cu是活性电极，若a为铜，通电后a极的反应式为Cu2e=Cu2，则a极质量减小，C错误；电解池的电解质溶液中，阳离子向阴极移动，若a为铁，b为铜，则通电后Cu2向Cu电极移动，D错误。题组二应用电解原理制备新物质3(2019湖南益阳期末)氧化亚铜可作杀菌剂、陶瓷和搪瓷的着色剂、红色玻璃染色剂，电解法制备氧化亚铜的原理如图所示，下列说法不正确的是 ()A理论上，除铜电极外，只需对电解液补充水，电解便可持续进行B溶液中生成Cu2O的离子方程式为2CuClH2O=Cu2O6Cl2HCN极的电极反应式为Cue3Cl=CuClDM与电源的负极相连，发生还原反应B由图示可知电解池的总反应为2CuH2OCu2OH2，因此理论上，除铜电极外，只需对电解液补充水，电解便可连续进行，A正确；溶液中生成Cu2O的离子方程式为2CuCl2OH=Cu2O6ClH2O，B错误；N极的电极反应式为Cue3Cl=CuCl，C正确；M为阴极，与电源负极相连，发生还原反应，D正确。4利用下图所示装置电解制备NCl3(氯的化合价为1价)，其原理是NH4Cl2HClNCl33H2(1)b接电源的_(填“正”或“负”)极。(2)阳极反应式是_。答案：(1)负(2)3Cl6eNH=NCl34H题组三应用电解原理治理污染5(2019山东聊城期末)用如图所示装置处理含NO的酸性废水，右侧电极反应式为2NO12H10e=N26H2O，下列说法正确的是()Aa端是直流电源的负极B该装置将化学能转化为电能C电解时，H通过离子交换膜从右侧移向左侧D每转移1 mol电子，左侧电极上产生8 g O2DNO在右侧Pt电极被还原生成N2，则该Pt电极是阴极，b端是直流电源的负极，A错误；该装置是电解池，将电能转化为化学能，B错误；电解时，阳离子向阴极移动，则H从左侧向右侧移动，C错误；左侧电极是阳极，电极反应式为2H2O4e=4HO2，转移1 mol电子时生成0.25 mol O2，其质量为0.25 mol32 gmol18 g，D正确。6用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如图所示(电极材料为石墨)。(1)图中a极要连接电源的_(填“正”或“负”)极，C口流出的物质是_。(2)SO放电的电极反应式为_。(3)电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因_。解析：根据Na、SO的移向判断阴、阳极。Na移向阴极区，a应接电源负极，b应接电源正极，其电极反应式分别为阳极：SO2eH2O=SO2H阴极：2H2e=H2所以从C口流出的是H2SO4，在阴极区，由于H放电，破坏水的电离平衡，c(H)减小，c(OH)增大，生成NaOH，碱性增强，从B口流出的是浓度较大的NaOH溶液。答案：(1)负硫酸(2)SO2eH2O=SO2H(3)H2OHOH，在阴极H放电生成H2，c(H)减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强电化学中“离子交换膜”的应用离子交换膜是一种含有离子基团的、对溶液中的离子具有选择透过能力的高分子膜，也称为离子选择透过性膜。1离子交换膜的功能使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。2离子交换膜在电化学中的作用 (1)隔离某些物质防止发生反应。 (2)用于物质的制备。 (3)物质分离、提纯等。3离子交换膜的类型根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子(H)通过。可见离子交换膜的功能在于选择性地通过某些离子和阻止某些离子来隔离某些物质。一、提高电流效率交换膜隔离两种电解质溶液，避免负极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触，能提高电流效率。在这种装置中，交换膜起到盐桥作用，且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再生)。通过限制离子迁移，使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路，完成氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。集训1已知：电流效率电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总数之比。现有两个电池、，装置如图所示。下列说法正确的是()A和的电池反应不相同B能量转化形式不同C的电流效率低于的电流效率D5 min后，、中都只含1种溶质C、装置中电极材料相同，电解质溶液部分相同，电池反应，负极反应和正极反应式相同，A项错误；和装置的能量转化形式都是化学能转化成电能，B项错误；装置中铜与氯化铁直接接触，会在铜极表面发生反应，导致部分能量损失(或部分电子没有通过电路)，导致电流效率降低。而装置采用阴离子交换膜，铜与氯化铜接触，不会发生副反应，放电过程中交换膜左侧负极的电极反应式为Cu2e=Cu2，阳离子增多；右侧正极的电极反应式为2Fe32e=2Fe2，负电荷过剩。Cl从交换膜右侧向左侧迁移，电流效率高于装置，C正确；放电一段时间后，装置中生成氯化铜和氯化亚铁，装置中交换膜左侧生成氯化铜，右侧生成了氯化亚铁，可能含氯化铁，D项错误。二、限制离子迁移反应物相同，不同的交换膜，迁移的离子种类不同；同种交换膜，转移相同的电子数，如果离子所带电荷数不同，迁移离子数不同。 离子迁移依据电荷平衡，而离子数目变化量可能不相等。集训2某原电池装置如图所示，电池总反应为2AgCl2=2AgCl。(1)当电路中转移a mol e时，交换膜左侧溶液中约减少_mol离子。交换膜右侧溶液中c(HCl)_(填“”“”“(2)1Cl右左三、提高产品纯度解这类问题可以分三步：第一步，分清隔膜类型。 即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。第二步，写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。第三步，分析隔膜作用。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。集训3工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是()已知：Ni2在弱酸性溶液中发生水解氧化性：Ni2(高浓度)HNi2(低浓度)A碳棒上发生的电极反应：4OH4e=O22H2OB电解过程中，B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小C为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pHD若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变B集训4H3PO2也可用电渗析法制备，“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_。解析：(2)中应该从闭合回路的角度，阴、阳离子的流向分析；(3)注意阳极反应生成O2，O2具有氧化性，H3PO2和H2PO均具有还原性，二者会被O2氧化生成PO。答案：(1)2H2O4e=O24H(2)阳极室的H穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2(3)POH2PO或H3PO2被氧化考点三金属的腐蚀和防护1金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。2化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀反应物金属、干燥的气体或非电解质不纯金属、电解质溶液反应类型直接发生化学反应原电池反应有无电流产生无有实质金属原子失电子被氧化3.电化学腐蚀的分类(钢铁腐蚀)类型析氢腐蚀吸氧腐蚀水膜性质酸性弱酸性、中性或碱性负极反应Fe2e=Fe2正极反应2H2e=H22H2OO24e=4OH总反应Fe2H=Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍4.金属的防护(1)电化学防护牺牲阳极的阴极保护法原电池原理a负极：比被保护金属活泼的金属；b正极：被保护的金属设备。外加电流的阴极保护法电解原理a阴极：被保护的金属设备；b阳极：惰性金属。(2)改变金属内部结构如制成不锈钢。(3)加保护层如电镀、喷漆、覆膜等。1判断正误，正确的打“”，错误的打“”。(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样()(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物()(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3()(4)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用()(5)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀()(6)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性()2.(最新原创)如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。(1)腐蚀最严重的部位是_(用“A”“B”或“C”回答，下同)。原因_。(2)形成铁锈最多的部位是_，原因_。答案：(1)C由于近水面B处溶解氧浓度大于C处，发生吸氧腐蚀时B为正极，C为负极，C处Fe2e=Fe2(2)B由于B处海水O2浓度较大，Fe2扩散至B处附近易发生