2019-2020年高三化学一轮复习 电解原理的应用学案

2019-2020年高三化学一轮复习电解原理的应用学案
【复习目标】
1、了解电解原理在物质制备、电池充电、金属冶炼、电镀等方面的应用；
2、进一步巩固电极反应式和电化学总反应方程的书写方法；
3、能根据电解原理设计出符合要求的装置。

【知识建构】
活动一：利用电解原理工业上制备物质
1．写出工业上制备金属Na、Mg、Al的化学反应方程式。

2．右图为模拟氯碱工业的示意图：
（1）阳极反应式为：，
阴极反应式为：
（2）电解总反应离子方程式为：
离子交换膜
（3）电解池中两电极均做成网状的目的：
（4）电解装置中选用（阴或阳）离子交换膜，理由是。

3．电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢气的装置示意图见右图四（池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）。

则电解时：
阳极反应式为：，
电解池的总反应方程式为。

4．电解硫酸钠溶液联合生产硫酸和烧碱的装置
如图，其中a、b两极均选用惰性电极请分析：
（1）气体甲为，气体乙为
产物丙为
（2）通电时阳极电极反应式：
通电时阴极电极反应式：
（3）c、d均为离子交换膜，其中c为离
子交换膜，d为离子交换膜（选填“阴”或“阳”）。

活动二：利用电解原理给电池充电
1．下图为铅蓄电池示意图总反应式为Pb ＋PbO2＋ 2H2SO42PbSO4＋2H2O 请分析：
（1）铅蓄电池充电时A连电源极，B连电源极。

（2）铅蓄电池放电时负极反应式为：
（3）铅蓄电池充电时阳极反应式为：
2．镍铬(Ni­Cd)可充电电池的电解质溶液为KOH溶液，它的充、放电反应按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2；已知Ni(OH)2、Cd(OH)2和NiOOH都不溶于KOH溶液。

则下列有关电极反应式正确的是
A．放电时负极：Cd－2e－===Cd2＋
B．放电时正极：2NiOOH＋2e－＋2H2O===2Ni(OH)2＋2OH－
C．充电时阳极：2Ni(OH)2－2e－＋ 4H＋===2Ni3＋＋4H2O
D．充电时阴极：Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－
3．某充电电池的原理如下图所示， a、b均为惰性电极，充电
时右槽溶液颜色由绿色变为紫色。

则该电池放电时，a极名称
为，充电时b极的电极反应式为
活动三：利用电解原理电解精炼和电镀
1．下图为铜的电解精炼示意图请分析：
（1）阳极材料，阴极材料，电解质
溶液为。

（2）电解过程中阳极反应式为：
电解过程中阴极反应式为：
（3）溶解的Cu与析出的Cu的质量关系为：
2．请选择合适电极及电解质溶液，完成铁制品上镀银。

阳极材料：阴极材料：电解质溶液
电解时阳极反应式：阴极反应式：
活动四：利用电解原理进行废水处理
1．电化学降解治理水中硝酸盐污染。

在酸性条件下，电化学降解NO3-
的原理如图，则阴极反应式为，
总反应离子方程式为 .
2．某些工业废水因含有CN—而毒性很大，工业处理时先在废液中加入生石灰，再接上直流电源进行电解，可以将CN—转化为无毒无害的物质从而达标可以向自然界排放。

请回答：
⑴请写出阳极发生电极反应式
⑵电解过程中为提高电解效率除加大电压、缩短两极距离外还可以采取的措施有。

3．工业上常用Fe做电极电解处理含Cr2O72-的酸性废水，最终使铬元素以Cr(OH)3沉淀的形式除去。

某科研小组用该原理处理污水，设计装置如下图所示。

试完成下列问题：
⑴该燃料电池正极的电极反应式为；负极的电极反应式为。

⑵甲中阳极发生的电极反应式为，在其附近的酸性溶液中
发生的离子反应还有，随着反应进行，
在甲装置中会形成沉淀。

⑶燃料电池中若有16 g CH4参加反应，则理论上可处理含铬120mg/L的废水 m3
（精确到小数点后两位，Cr相对原子质量为52）
【仿真练习】
1．电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。

下列叙述正确的是( )
A．电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极
B．粗铜与电源负极相连，发生氧化反应
C．阴极上发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu
D．电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥
2．下列叙述正确的是( )
A．K与N连接时，X为硫酸，一段时间后溶液的pH减小
B．K与N连接时，X为氯化钠，石墨电极反应：2H＋＋2e－===H2↑
C．K与M连接时，X为氯化钠，石墨电极反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
D．K与M连接时，X为硫酸，一段时间后溶液的pH减小
3．海水淡化的方法有多种，如蒸馏法、电渗析法等。

电渗析法是一种利用离子交换膜进行离子交换的方法，其原理如图所示。

己知海水中含Na＋、Cl－、Ca2＋、Mg2＋、SO2－4等离子，电极为惰性电极。

下列叙述中正确的是( )
A．B膜是阴离子交换膜
B．通电后，海水中阳离子往a电极处运动
C．通电后，a电极的电极反应式为：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
D．通电后，b电极上产生无色气体，溶液中出现少量白色沉淀
4．研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2—CaO作电解质，利用下图所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂，还原二氧化钛制备金属钛。

下列叙述正确的是( ) A．该电池工作过程中O2－向阴极移动
B．阳极的电极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑
C．若用铅蓄电池作该装置的供电电源，“－”接线柱应连接PbO2电极
D．在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量减少
5．锰酸锂离子蓄电池是第二代锂离子动力电池。

它的问世使得锂离子动力电池在纯电动汽车与混合动力车等大型蓄电池应用领域占据主导地位。

电池反应式为：Li1－x MnO4＋Li x C 放电
充电LiMnO4＋C。

下列有关说法正确的是( )
A．充电时电池内部Li＋向正极移动
B．放电过程中，电能转化为化学能
C．放电时电池的正极反应式为：
Li1－x MnO4＋x e－＋x Li＋===LiMnO4
D．充电时电池上标注有“＋”的电极应于外接电源的负极相连
6．如图为电解装置，X、Y为电极材料，a为电解质溶液。

(1)若a为含有酚酞的KCl溶液，X为Fe，Y为石墨，电解一段时间后：
X电极附近可观察到的实验现象是________________；写出Y电极的电极反应式________________。

(2)若要实现Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑，则Y电极材料是________________；写出X电极的电极反应式________________。

(3)若要利用该装置在铁制品表面镀上一层银，则a为________________，反应前两电极的质
量相等，反应后电极质量相差2.16 g ，则该过程理论上通过电流表的电子数为________________。

(4)若X 、Y 均为惰性电极，a 为NaOH 溶液，电解一段时间后，溶液的pH________(填“增大”“不变”“减小”)，若要使溶液恢复原来的状态，可往溶液中加入________________。

7．某研究性学习小组将下列装置如图连接，D 、F 、X 、Y 都是铂电极、C 、E 是铁电极。

将电源接通后，向乙中滴入酚酞试液，在F 极附近显红色。

试回答下列问题：
(1)电源B 极的名称是________________。

(2)甲装置中电解反应的总化学方程式是：________________________________。

(3)设电解质溶液过量，则同一时间内C 、D 电极上参加反应的单质或生成的单质的物质的量之比是________。

(4)欲用丙装置将粗铜(含少量铁、锌等杂质)精炼，G 极材料应该是________(填“粗铜”或“精铜”)，电解液中原电解质的物质的量浓度将________(填“变大”、“变小”或“不变”)。

(5)装置丁中的现象是________________________________。

(6)设甲池中溶液的体积在电解前后都是500 mL ，当乙池所产生气体的体积为4.48 L(标准状况)时，甲池中所生成物质的物质的量浓度为________ mol/L 。

8．某反应中反应物与生成物有：FeCl 2、FeCl 3、CuCl 2、Cu 。

(1)将上述反应设计成的原电池如图甲所示，请回答下列问题：
①图中X 溶液是________________；
②C u 电极上发生的电极反应式为________________；
③原电池工作时，盐桥中的________离子(填“K ＋”或“Cl －”)不断进入X 溶液中。

(2)将上述反应设计成的电解池如图乙所示，乙烧杯中金属阳离子的物质的量与电子转移的物质的量的变化关系如图丙，请回答下列问题：
①M 是________极；
②图丙中的②线是________________离子的变化。

③当电子转移为2 mol 时，向乙烧杯中加入________ L 5 mol·L －1 NaOH 溶液才能使所有的金
属阳离子沉淀完全。

(3)铁的重要化合物高铁酸钠(Na 2FeO 4)是一种新型饮用水消毒剂，具有很多优点。

①高铁酸钠生产方法之一是电解法，其原理为Fe ＋2NaOH ＋2H 2O=====电解Na 2FeO 4＋3H 2↑，则电解时
阳极的电极反应式是________________________。

②高铁酸钠生产方法之二是在强碱性介质中用NaClO 氧化Fe(OH)3生成高铁酸钠、氯化钠和水，该反应的离子方程式为________________________。

③Na 2FeO 4能消毒、净水的原因是_________________________________________。

课题：电解原理的应用
【仿真练习】
1． C
2． D
3． D
4． B
5． C
6． (1)电极表面产生气体，附近溶液变红 2Cl －－2e －===Cl 2↑
(2)Cu 2H ＋＋2e －===H 2↑
(3)AgNO 3溶液 0.01 N A 或6.02×1021
(4)增大 H 2O
7． (1)负极 (2)CuSO 4＋Fe=====电解Cu ＋FeSO 4 (3)1∶1 (4)粗铜 变小 (5)X 极附近紫红色变深
(6)0.4
8． (1)FeCl 3和FeCl 2 Cu －2e －===Cu 2＋ K ＋
(2)负 Fe 2＋ 2.8
(3) Fe ＋8OH －－6e －===FeO 2－4＋4H 2O 2Fe(OH)3＋3ClO －＋4OH －===2FeO 2－4＋3Cl －＋5H 2O 高价铁具
有氧化性，能消毒杀菌，生成的Fe 3＋形成胶体，具有吸附悬浮物的净水作用。