湖南省2019年高考化学二轮复习讲义：课时22 电解池(教师版)

2019年高考化学第二轮复习课时讲义
电解池原理及应用
【明确考纲】
1、根据化学高考考纲，本节对学生的能力要求有： ①理解电解池的构成、工作原理以及应用；
②能准确判断电解池阴阳极，并能书写对应电极反应和总反应方程式；
③了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。

2、以上各部分知识与技能的综合应用。

【课前真题】1. (2018·全国卷Ⅰ，13)最近我国科学家设计了一种CO 2＋H 2S 协同转化装置，实现对天然气中CO 2和H 2S 的高效去除。

示意图如下所示，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-Fe 2＋
－e －
===EDTA-Fe 3＋
②2EDTA-Fe 3＋
＋H 2S===2H ＋
＋S ＋2EDTA-Fe 2＋
该装置工作时，下列叙述错误的是( )
A ．阴极的电极反应：CO 2＋2H ＋＋2e －
===CO ＋H 2O B ．协同转化总反应：CO 2＋H 2S===CO ＋H 2O ＋S C ．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D ．若采用Fe 3＋
/Fe 2＋
取代EDTA-Fe 3＋
/EDTA-Fe 2＋
，溶液需
为酸性
【答案】 C
【解析】由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。

阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@
石墨烯上的高，C 项错误；由题图可知，电解时阴极反应式为CO 2＋2H ＋＋2e －
===CO ＋H 2O ，A 项正确；将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO 2＋H 2S===CO ＋H 2O ＋S ，B 项正确；Fe 3＋、Fe 2＋
只能存在于酸性溶液中，D 项正确.
2．[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
Na 2FeO 4，同时获得氢气：Fe ＋2H 2O ＋2OH －=====通电FeO 2－
4＋3H 2↑，工作原理如图1所示。

装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO 2－
4，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：Na 2FeO 4只在强碱性条件下稳定，易被H 2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，其原因为______________________________。

③c (Na 2FeO 4)随初始c (NaOH)的变化如图2，任选M 、N 两点中的一点，分析c (Na 2FeO 4)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(或Fe2O3)生成，使Na2FeO4产率降低]
【解析】①根据题意，镍电极有气泡产生是H＋得电子生成H2，发生还原反应，则铁电极上OH－被消耗且无补充，溶液中的OH－减少，因此电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在阳极室。

②H2具有还原性，根据题意：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。

因此，电解过程中，需将阴极产生的气体及时排出，防止Na2FeO4与H2反应使产率降低。

③根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，在M点：c(OH－)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢；在N点：c(OH－)过高，铁电极上有Fe(OH)3生成，使Na2FeO4产率降低。

课堂精讲
【考点归类】电解原理的理解与应用，多池串联分析，电化学腐蚀与防护
题型一电解原理的理解与应用
核心知识必备：
1.构建电解池模型，类比分析电解基本原理
构建如图电解CuCl2溶液模型，通过类比模型，结合氧化还原反应知识(如：化合价的变化、得失电子情况等)，能迅速判断电解池的阴、阳极，弄清楚外电路中电子的移动情况和内电路中离子的移动情况，准确判断离子的放电顺序并书写电极反应式和电解总反应式，掌握电解基本原理。

2.注意放电顺序：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)>含氧酸根>F－。

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)>Al3＋>Mg2＋>Na＋。

【典例剖析】1. (2016·全国卷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SO2－4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SO2－4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
【答案】B
【解析】电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，即SO2－4离子向正极区移动，Na ＋向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到
H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.25mol的O2生成，D错误。

【点拨】“六点”突破电解应用题
(1)分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极的反应为“阳氧阴还”。

(2)剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。

(3)注意放电顺序。

(4)书写电极反应式，注意得失电子守恒。

(5)正确判断产物
【变式1】H3BO3可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备，其工作原理如图，下列叙述错误的是()
A．M室发生的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B．N室中：a%＜b%
C．b膜为阴膜，产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸
D.理论上每生成 1 mol产品，阴极室可生成标准状况下
5.6 L气体
答案 D
题型二多池串联
核心知识必备：
【典例剖析】2..如下图所示，其中甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。

下列说法正确的是()
A．甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化为电能的装置
B．甲池通入CH3OH的电极反应式为CH3OH－6e－＋2H2O===CO2－3＋8H＋
C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度
D ．甲池中消耗280mL(标准状况下)O 2，此时丙池中理论上最多产生1.45g 固体 【答案】D
【解析】甲池为原电池，作为电源，乙池、丙池为两个电解池。

根据原电池的形成条件知，通入CH 3OH 的一极为负极，通入O 2的一极为正极，所以石墨、Pt(左)作阳极，Ag 、Pt(右)作阴极；B 项，负极反应：CH 3OH －6e －
＋8OH －
===CO 2－
3＋6H 2O ；
C 项，应加入CuO 或CuCO 3；
D 项，丙池中：MgCl 2＋2H 2O =====通电
Mg(OH)2↓＋Cl 2↑＋H 2↑，消耗0.0125molO 2，转移
0.05mol 电子，生成0.025molMg(OH)2，其质量为1.45g 。

【变式2】已知H 2O 2是一种弱酸，在强碱溶液中主要以HO －
2的形式存在。

已知：Al —H 2O 2碱性燃料电池的总反应为2Al ＋3NaHO 2===2NaAlO 2＋NaOH ＋H 2O 。

以Al —H 2O 2燃料电池电解尿素[CO(NH 2)2]的碱性溶液制备氢气(电解池中隔膜仅阻止气体通过，c 、d 均为惰性电极)。

下列说法不正确的是( )
A ．电极a 发生的反应为Al ＋4OH －
－3e －
===AlO －
2＋2H 2O B ．电极b 是正极，且反应后该电极区的pH 增大 C ．电解过程中，电子的流向为a→b→c→d
D ．电解时，消耗2.7 g Al ，则产生标准状况下的氮气1.12 L 答案 C
题型三 电化学腐蚀与防护 核心知识必备：
【典例剖析】3. (2017·全国卷Ⅰ)支撑海港码头基础的钢管桩，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 【答案】C
【解析】钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从负极流向钢管桩(阴极)，从高硅铸铁(阳极)流向正极， A 、B 正确；C 项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，错误。

【变式3】我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。

下列说法错误的是()
A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应
B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－
C．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－＝Zn
D．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀
【答案】C
【课后巩固】
1.用如图装置研究电化学原理，下列分析中错误的是()
【答案】 D
2.一种生物电化学方法脱除水体中NH＋4的原理如图所示，下列说法正确的是()
A．装置工作时，化学能转变为电能B．装置工作时，a极周围溶液pH降低
C．装置内工作温度越高，NH＋4脱除率一定越大
D．电极b上发生的反应之一是：2NO－3－2e－===N2↑＋3O2↑
【答案】 B
3.工业上利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：①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解
②氧化性：Ni2＋(高浓度)>H＋>Ni2＋(低浓度)
A.碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B.电解过程中，B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的pH
D.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
【答案】B
4.某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料
(C3H8O)。

下列说法正确的是()
A．该装置将化学能转化为光能和电能
B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移
C．每生成1 mol O2，有44 g CO2被还原
D．a 电极的反应为3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O
【答案】 B
5.(2018·北京，12)验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl 溶液)。

下列说法不正确的是()
A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe
B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
【答案】 D
6.用粗硅作原料，熔融盐电解法制取硅烷原理如图。

下列叙述正确的是()
A．电源的B极为负极
B．可选用石英代替粗硅
C．电解时，熔融盐中Li＋向粗硅移动。