高中化学电解池原理及其应用.docx

核心知识梳理
1.图解电解池工作原理(阳极为惰性电极)

2.正确判断电极产物
①阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳极溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－(水)。
②阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)。
3.对比掌握电解规律(阳极为惰性电极)
电解类型
电解质实例
溶液复原物质
电解水
NaOH、H2SO4或Na2SO4
水
电解电解质
HCl或CuCl2
原电解质
放氢生碱型
NaCl
HCl气体
放氧生酸型
CuSO4或AgNO3
CuO或Ag2O

4.正误判断，下列说法正确的打“√”，错误的打“×”
(1)电解质溶液导电发生化学变化(√)
(2)电解精炼铜和电镀铜，电解液的浓度均会发生很大的变化(×)
(3)电解饱和食盐水，在阳极区得到NaOH溶液(×)
(4)工业上可用电解MgCl2溶液、AlCl3溶液的方法制备Mg和Al(×)
(5)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料(√)
(6)用惰性电极电解CuSO4溶液，若加入0.1 mol Cu(OH)2固体可使电解质溶液复原，则整个电路中转移电子数为0.4NA(√)

高考题再现
1．（2018课标Ⅰ）最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：

①EDTA-Fe2+-e-＝EDTA-Fe3+
②2EDTA-Fe3++H2S＝2H++S+2EDTA-Fe2+
该装置工作时，下列叙述错误的是
A. 阴极的电极反应：CO2+2H++2e-＝CO+H2O
B. 协同转化总反应：CO2+H2S＝CO+H2O+S
C. 石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D. 若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+，溶液需为酸性

2．（2017课标Ⅰ）支撑海港码头基础的钢管柱，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是

A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
3．（2017课标Ⅱ）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：A3++3e-=Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动

考题套路归纳
角度一　利用电解原理处理污染
1.[2016·天津理综，10(5)]化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe＋2H2O＋2OH－电解(=====)FeO4(2－)＋3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO4(2－)，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定易被H2还原。

①电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在________(填“阴极室”或“阳极室”)。
②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：
_
答案①阳极室　 ②防止Na2FeO4与H2反应使产率降低　③M点：c(OH－)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢[或N点：c(OH－)过高，铁电极上有Fe(OH)3生成，使Na2FeO4产率降低]

角度二　利用电解原理制备物质
(一)“单膜”电解池
2.[2018·全国卷Ⅲ，27(3)①②]KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。

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________________________________________________________________________。
答案①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑②K＋　由a到b
 (二)“双膜”电解池
3.[2018·全国卷Ⅰ，27(3)]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。

答案2H2O－4e－===4H＋＋O2↑a
4.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，其原理如下图所示(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)SO3(2－)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：_______________________________________________________________________________。
答案(1)负　硫酸
(2)SO3(2－)－2e－＋H2O===SO4(2－)＋2H＋
(3)H2OH＋＋OH－，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
(三)“多膜”电解池
5.[2014·新课标全国卷Ⅰ，27(4)]H3PO2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_________________________________。
答案　①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
②阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO2(－)穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2
③PO4(3－)H2PO2(－)或H3PO2被氧化
角度三　电化学学科交叉计算
6.Ⅰ.[2015·全国卷Ⅱ，26(1)(2)]酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。

(1)该电池的正极反应式为
电池反应的离子方程式为___________________________________________________。
(2)维持电流强度为0.5 A，电池工作5分钟，理论上消耗锌________g。(已知F＝96 500 C·mol－1)
Ⅱ.新型固体燃料电池的电解质是固体氧化锆和氧化钇，高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。如图所示，其中多孔电极不参与电极反应。

(1)该电池的负极反应式为________________________________________
(2)如果用该电池作为电解装置，当有16 g甲醇发生反应时，则理论上提供的电量表达式为__________________________________C(1个电子的电量为1.6×10－19C)。
Ⅲ.以CH4(g)为燃料可以设计甲烷燃料电池，该电池以稀H2SO4作电解质溶液，其负极电极反应式为_____________________________________________________________________，
已知该电池的能量转换效率为86.4%，甲烷的燃烧热为－890.3 kJ·mol－1，则该电池的比能量为________kW·h·kg－1(结果保留1位小数，比能量＝()()燃料质量kg(电池输出电能kW·h),1 kW·h＝3. 6×106 J)。
答案　Ⅰ.(1)MnO2＋H＋＋e－===MnOOH
2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnOOH＋Zn2＋
[注：式中Zn2＋可写为Zn(NH3)4(2＋)、Zn(NH3)2Cl2等，H＋可写为NH4(＋)](2)0.05
Ⅱ.(1)CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O
(2)0.5 mol×6×1.6×10－19C×6.02×1023 mol－1(或2.890×105)
Ⅲ.CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋13.4