知识讲解_电解原理的应用_提高

电解原理的应用 【学习目标】 1、了解电解在电镀、氯碱工业、电冶金方面的应用； 2、通过探究活动，加强观察、分析、推理及归纳总结的能力。 【要点梳理】 【高清课堂：电解原理的应用#电解原理的应用】 要点一、电解原理的应用 概念 电解饱和食盐水的方法制取 NaOH、Cl2 和 H2，以它们为原料生产系列化 工产品 阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑ 阴极：2H++2e－＝H2↑ 电极反应 总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 方法 离子交换式 氯碱 工业 食盐水的精制 粗盐水 精制食盐水 概念 利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程 电极材料 阳极：镀层金属 阴极：镀件电镀 电镀液 含镀层金属离子的电解质溶液 电极材料 阳极：粗铜 阴极：纯铜 电解质溶液 CuSO4 溶液 阳极：Cu－2e－＝Cu2+ 电解 精炼铜 电极反应 阴极：Cu2++2e－＝Cu 概念 使用电解的方法使金属离子从其化合物中还原出来 Mn++ne－＝M 阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑电冶钠 电解 反应 阴极：2Na++2e－＝2Na 阳极：6O2－－12e－＝3O2↑ 电冶 金属 电冶铝 电解 反应 阴极：4Al3++12e－＝4Al 要点诠释：（1）电解精炼铜，粗铜中含有的 Zn、Fe、Ni 等失去电子，变成金属阳离子进入溶液，Zn－2e－＝ Zn2+、Fe－2e－＝Fe2+、Ni－2e－＝Ni2+，其他的杂质以阳极泥的形式沉积。 （2）电镀时，阳极（镀层金属）失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的 浓度保持不变。 （3）电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极（阳极），电极质量增加的电极必为阴极且溶液中的 金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。 （4）由于 Al2O3 熔点很高，电冶时加入冰晶石（Na3AlF6）以降低其熔点。 （5）离子交换膜法制烧碱 ①离子交换膜电解槽的组成 由阳极（金属钛网）、阴极（碳钢网）、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元 槽串联或并联组成。下图表示一个单元槽的示意图。 电解 2 2 4 BaCl SO −→过量 除 2 3 2 2 Na CO Ba ,Ca+ +→过量 除 2 3 NaOH Mg ,Fe+ +→过量 除 HCl pH →调 ②阳离子交换膜的作用 将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子（Na+）通过，而阻止阴离子（Cl－、OH－）和气体通过。 这样既能防止阴极产生的 H2 和阳极产生的 Cl2 相混合而引起爆炸，又能避免 Cl2 和 NaOH 溶液作用生成 NaClO 而影响烧碱的质量。 要点二、原电池和电解池的区别和联系 【高清课堂：电解原理的应用#原电池和电解池的区别和联系】 电子、溶液中离子流向： 【典型例题】 类型一、电解原理的应用 例 1 离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl7﹣和 AlCl4﹣组成的离子液体做电解液 时，可在钢制品上电镀铝。 （1）钢制品应接电源的　 　极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电 极反应式为　 　，若改用 AlCl3 水溶液作电解液，则阴极产物为　 　。 （2）为测定镀层厚度，用 NaOH 溶液溶解钢制品表面的铝镀层，当反应转移 6mol 电子时，所得还原产物的 物质的量为　 　mol。 （3）用铝粉和 Fe2O3 做铝热反应实验，需要的试剂还有　 　。 a、KCl b、KClO3 c、MnO2 d、Mg 取少量铝热反应所得的固体混合物，将其溶于足量稀 H2SO4，滴加 KSCN 溶液无明显现象，　 　（填 “能”或“不能”）说明固体混合物中无 Fe2O3，理由是　 　（用离子方程式说明）。 【思路点拨】“在钢制品上电镀铝”是判断电源正负极连接问题的题眼。 【答案】（1）负；4Al2Cl7﹣+3e﹣=Al+7AlCl4﹣；H2 ； （2）3； （3）bd；不能；Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O，Fe+2Fe3+=3Fe2+． 【解析】（1）依据电镀原理分析，钢铁上镀铝是利用铝做阳极与电源正极相连，钢铁做阴极与电源负极相 连，由有机阳离子、Al2Cl7﹣和 AlCl4﹣组成的离子液体做电解液来实现，离子液体是一种室温熔融盐，为非水体 系，电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，则阴极反应生成铝是发生的还原反应，铝元素化 合价降低，分析离子液体成分，结合电荷守恒分析可知是 Al2Cl7﹣得到电子，电极反应为：4Al2Cl7﹣+3e﹣=Al+7AlCl4 ﹣；改用 AlCl3 水溶液作电解液是溶液中氢离子在阴极放电生成氢气，2H++2e﹣=H2↑； （2）依据铝和氢氧化钠反应的化学方程式分析，2Al+2NaOH+6H2O=2NaAlO2+3H2↑+4H2O，还原产物为氢 气，当反应转移 6mol 电子时，所得还原产物的物质的量为 3mol； （3）铝热反应需要引发剂引发高温反应，用少量氯酸钾和镁条引发，点燃镁条燃烧放热使氯酸钾分解生成 氧气助燃产生反应引发所需要的温度；铝热反应所得的固体混合物，将其溶于足量 H2SO4，滴加 KSCN 溶液无明 显现象，说明溶液无铁离子，但不能说明固体中不含氧化铁，因为铝热反应生成铁，溶解于硫酸中铁可以还原铁 离子为亚铁离子，离子方程式为：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O，Fe+2Fe3+=3Fe2+。 【总结升华】分析电解问题五步骤： 第一步，看电极材料。若阳极为铁、锌、铜、银等活泼电极，金属发生氧化反应； 第二步，将电解质溶液中的离子分组，并按放电顺序确定反应的先后顺序； 第三步，写出电极反应式，注意介质是否参与电极反应； 第四步，分析电极材料、电解质溶液发生的变化； 第五步，联系问题找到答题的切入点。 举一反三： 【变式 1】用 FeCl3 酸性溶液脱除 H2S 后的废液，通过控制电压电解得以再生。某同学使用石墨电极，在不 同电压（x）下电解 pH=1 的 0.1mol/L FeCl2 溶液，研究废液再生机理，记录如下（a，b，c 代表电压值）： 序号 电压/V 阳极现象 检验阳极产物 Ⅰ x≥a 电极附近出现黄色， 有气泡产生 有 Fe3+、有 Cl2 Ⅱ a＞x≥b 电极附近出现黄色， 无气泡产生 有 Fe3+，无 Cl2 Ⅲ b＞x＞0 无明显变化 无 Fe3+，无 Cl2 （1）用 KSCN 溶液检测处 Fe3+的现象是　 　。 （2）Ⅰ中 Fe3+产生的原因可能是 Cl﹣在阳极放电，生成的 Cl2 将 Fe2+氧化，写出有关反 应：　 　． （3）由Ⅱ推测，Fe3+产生的原因还可能是 Fe2+在阳极放电，原因是 Fe2+具有　 　性。 （4）Ⅱ中虽未检验出 Cl2，但 Cl﹣在阳极是否放电仍需进一步验证．电解 pH=1 的 NaCl 溶液做对照试验，记 录如下： 序号 电压/V 阳极现象 检验阳极产物 Ⅳ a＞x≥c 无明显变化 有 Cl2 Ⅴ c＞x≥b 无明显变化 无 Cl2 ①NaCl 溶液的浓度是　 　mol/L。 ②Ⅳ中检验 Cl2 的实验方法：　 　。 ③与Ⅱ对比，得出的结论（写出两点）：　 　。 【答案】（1）溶液变红； （2）2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑，Cl2+2Fe2+=2Fe3++2Cl﹣； （3）还原性； （4）①0.2； ②取少量阳极附近的溶液，滴在淀粉碘化钾试纸上，试纸变蓝色； ③通过控制电压，证实了产生 Fe3+的两种原因，通过控制电压，验证了 Fe2+先于 Cl﹣放电。 【解析】（1）检验铁离子的试剂是硫氰化钾溶液，用 KSCN 溶液检测 Fe3+的现象是溶液变红色；（2）依据电解原理，氯离子在阳极失电子生成氯气，电极反应为：2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑，氯气具有氧化性，氧 化亚铁离子生成铁离子溶液变黄色，反应的离子方程式为：Cl2+2Fe2+=2Fe3++2Cl﹣； （3）由Ⅱ推测，Fe3+产生的原因还可能是 Fe2+在阳极放电，元素化合价升高，依据氧化还原反应分析 Fe2+具 有还原性； （4）①电解 pH=1 的 0.1mol/L FeCl2 溶液，电解 pH=1 的 NaCl 溶液做对照试验，探究氯离子是否放电，需要 在 c(Cl-)相同的条件下进行，所以氯化钠溶液的浓度为 0.2mol/L； ②依据检验氯气的实验方法分析，取少量阳极附近的溶液，滴在淀粉碘化钾试纸上，试纸变蓝色证明生成氯 气，否则无氯气生成； ③依据图表数据比较可知，电解 pH=1 的 NaCl 溶液做对照试验与Ⅱ对比，通过控制电压证明了亚铁离子还 原性大于氯离子优先放电，说明生成铁离子的两种可能。 类型二、电化学内容的综合应用 例 2 铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答： （1）工业冶炼铝的化学方程式是________。 （2）铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是________ （3）工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子 交换膜（只允许阳离子通过），其工作原理如图所示。 ①该电解槽的阳极反应式是________。 ②通电开始后，阴极附近溶液 pH 会增大，请简述原因________。 ③除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口________（填“A”或“B”）导出。 【思路点拨】因为铝单质的性质活泼，所以只能通过电解氧化铝的方法冶炼铝。电解氢氧化钾溶液时，放电 的是溶液中水电离出的氢离子和氢氧根离子。解答本题时，同样注意离子交换膜的作用。 【答案】（1）2Al2O3 4Al+3O2↑ （2）2Al+2OH－+2H2O＝2AlO2－+3H2↑ （3）①4OH－－4e－＝2H2O+O2↑ ②H+放电，促进水的电离，OH－浓度增大 ③B 【解析】离子交换膜法电解提纯 KOH 时，阳极反应为：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑，阴极反应为：4H2O+4e－＝ 4OH－+2H2↑。电解过程中阳极附近的 K+通过阳离子交换膜向阴极移动，含氧酸根离子不能通过离子交换膜。一 段时间后，阴极附近 K+、OH－浓度变大，从 B 处（阴极区）得到溶液蒸发结晶后可得较纯净的 KOH。 【总结升华】离子交换膜电解槽的导电原理是：（1）在外电路导线内通过自由电子的定向移动导电；（2） 在两极上分别发生氧化（失 e－）、还原（得 e－）反应导电；（3）在电解质溶液中通过阳离子（阳离子交换膜） 定向移动导电。 例 3（2016 荆州月考）氰化物在冶金等行业应用广泛，含氰废水的处理显得尤为重要。含氰废水中的氰化物常 以 [Fe(CN)6]3－和CN－的形式存在，工业上有多种废水处理方法。 I．电解处理法 用图 1 所示装置处理含 CN-废水时，控制溶液 pH 为 9～10，并加入 NaCl，一定条件下电解，阳极产生的 ClO-将 CN-氧化为无害物质而除去。 （1）铁电极为___________（填“阴极”或“阳极”），阳极产生 ClO-的电极反应为___________。 熔融 通电II．UV（紫外光线的简称）—H2O2 氧化法。 实验过程：取一定量含氰废水，调节 pH，加入一定物质的量的 H2O2，置于 UV 工艺装置中，光照一定时间后 取样分析。 【查阅资料】 ①在强碱性溶液中 4[Fe(CN)6]3－+4OH—===4[Fe(CN)6]4－+O2↑+2H2O，[Fe(CN)6]4－更稳定； ②[Fe(CN)6]3－转化为 CN－容易被H 2O2 除去； ③HCN 是有毒的弱酸，易挥发。 （2）废水中的 CN 一经以下反应实现转化：CN 一+H2O2+H2O===A+NH3↑，则 A 是 （用符号表示）。 （3）K3[Fe(CN)6]在中性溶液中有微弱水解，用方程式表示水解反应______________________________。 （4）含氰废水在不同 pH 下的除氰效果如图 2 所示，pH 选择的最佳范围应为_______________ (a．7-10； b．10-11；c．11-13)，解释选择该 pH 范围的原因_____________________________________________。 （5）图 3 表示某 pH 时，加入不同量 H2O2，处理 30min 后测定的样品含氰浓度。由图可知： n(H2O2):n(CN－)=250:1 时，剩余总氰为 0.16 mg·L－1，除氰率达 80%，计算 0-30 min 时间段反应速率 v(CN －）= _______________mg·L－1·min－1（结果保留两位有效数字）。 【思路点拨】（1）废水中含 CN-，控制溶液 pH 为 9～10 并加入 NaCl，阳极产生的 ClO-将 CN-氧化，说明溶液 中的氯离子在阳极失去电子发生氧化反应，阴极是氢离子得电子产生氢气，铁是活性电极，在装置中只能作阴极， 不参加反应。（2）根据离子反应方程式 CN 一+H2O2+H2O===A+NH3↑可知 N 化合价为-3 价，反应前后不变，只能是 双氧水将 C 从+2 价氧化到+4 价，根据电荷守恒和原子守恒解答。（3）Fe（OH）3 是弱碱，HCN 是弱酸，则 K3[Fe(CN)6]在中性溶液中有Fe3+和CN-发生微弱水解。（4）图2 显示，pH 在10-11 时，除氰率超过80%，碱性适中，有利于 [Fe(CN)6]3－转变为 CN-而被氧化；碱性太强，溶液中 4[Fe(CN)6]3－+4OH—===4[Fe(CN)6]4－+O2↑+2H2O 生成[Fe(CN)6]4 －后难以除去；碱性太弱，[Fe(CN)6]3－难以水解释放出 CN-。（5）根据 计算。 【答案】（1）阴极；2OH－+Cl－－2e－==ClO－+H2O （2）HCO3― （3）[Fe(CN)6]3―+3H2O Fe(OH)3+3HCN+3CN― (CN )(CN ) cv t − − ∆= ∆（4）b 碱性适中，有利于[Fe(CN)6]3―转变为 CN―而被氧化；碱性太强，溶液中 4[Fe(CN)6]3―+4OH― ==4[Fe(CN)6]4―+O2↑+2H2O 生成[Fe(CN)6]4―后难以除去；碱性太弱[Fe(CN)6]3―难以水解释放出 CN―（且水 解产生少量 HCN 有毒） （5）0.021 　　【解析】（1）废水中含 CN－，控制溶液 pH 为 9～10 并加入 NaCl，阳极产生的 ClO－将 CN－氧化，说明溶 液中的氯离子在阳极失去电子发生氧化反应，电极反应为：2OH－+Cl－－2e－==ClO－+H2O，阴极是氢离子得电 子产生氢气，铁是活性电极，在装置中只能作阴极，不参加反应。 （2）根据离子反应方程式 CN―+H2O2+H2O==A+NH3↑可知，N 化合价为―3 价，反应前不改变，只能是双氧水 将 C 从+2 价氧化到+4 价，根据电荷守恒和原子守恒，A 应是带一个负电荷的阴离子，且包含 1 个 C，1 个 H，3 个 O，即 HCO3―。 （3）Fe(OH)3 是弱碱，HCN 是弱酸，则 K3[Fe(CN)6]在中性溶液中有 Fe3+和 CN―发生微弱水解，即[Fe(CN)6]3― +3H2O Fe(OH)3+3HCN+3CN―。 （4）图 2 显示，pH 在 10～11 时，除氰率超过 80%，碱性适中，有利于[Fe(CN)6]3―转变为 CN―而被氧化；碱性 太 强 ， 溶 液 中 4[Fe(CN)6]3 ― +4OH ― ==4[Fe(CN)6]4 ― +O2 ↑ +2H2O 生 成 [Fe(CN)6]4 ― 后 难 以 除 去 ； 碱 性 太 弱 [Fe(CN)6]3―难以水解释放出 CN-（且水解产生少量 HCN 有毒）。 （5）剩余总氰为 0.16 mg·L―1，除氰率达 80%，则氰的总量为：0.16 mg·L―1÷(1―80%)=0.80 mg·L―1， 0 ～ 30 分 钟 氰 的 改 变 量 为 ： Δ c (CN ― )=0.80 mg · L － 1 × 80%=0.64 mg · L ― 1 ， 。 【总结升华】本题考查电解原理以及盐类水解的应用，利用氧化还原反应化合价的改变，守恒思想的应用是 解题的关键，图像多增大了信息量，注意有效信息的获取。 举一反三： 【变式 1】电解原理在化学工业中有广泛应用。右图表示一个电解池，装有电解液 a；X、Y 是两块电极板， 通过导线与直流电源相连。请回答以下问题： （1）若 X、Y 都是惰性电极，a 是饱和 NaCl 溶液，实验开始时，同时在两边各滴入 几滴酚酞试液，则： ①电解池中 X 极上的电极反应式是________。在 X 极附近观察到的现象是________。 ②Y 电极上的电极反应式是________，检验该电极反应产物的方法是________。 （2）如用电解方法精炼粗铜，电解液 a 选用 CuSO4 溶液，则： ①X 电极的材料是________，电极反应式是________。 ②Y 电极的材料是________，电极反应式是________。 　　【答案】（1）①2H++2e－＝H2↑ 放出气体，溶液变红 ②2Cl－－2e－＝Cl2↑ 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在 Y 电极附近，试纸变蓝色 （2）①纯铜 Cu2++2e－＝Cu ②粗铜 Cu－2e－＝Cu2+ 【变式 2】根据以下电化学方程式，写出充、放电过程中的电极反应式： 1 1 1(CN ) 0.64mg L(CN ) 0.021mg L min30min cv t − − − − −∆ ⋅= = = ⋅∆放电： 负极： 正极： 充电： 阳极： 阴极： 【答案】 负极：Pb－2e－+SO42－=PbSO4 正极：PbO2+2e－+4H++SO42－=PbSO4+2H2O 阳极：PbSO4+2e－=Pb+SO42－ 阴 极 ： PbSO4 － 2e － +2H2O=PbO2+SO42 － +4H+【巩固练习】 一、选择题 1．（2016 新课标 I）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 SO42－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 SO42－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 1 mol 电子的电量时，会有 0.5 mol 的 O2 生成 2．下列叙述中正确的是( ) A．用铂电极电解 NaOH 溶液，一段时间后，溶液中溶质的质量分数不变 B．用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极 C．用惰性电极电解 100mL 饱和食盐水，生成 112mL 氢气(标况)时，氢氧根离子浓度约为 0.05mol/L(假定溶液体 积仍为 100mL) D．铜锌原电池工作时，正极从外电路得到电子 3．（2015 南京检测）如下图所示，X、Y、Q、W 都是惰性电极，将电源接通后，W 极附近颜色逐渐加深。下 列说法中错误的是（ ）。 A．电源的 M 极为正极 B．甲装置中溶液的 pH 减小 C．甲装置的两个电极上都有单质生成且物质的量之比为 1︰1 D．欲用乙装置给铜镀银，U 极应该是 Ag，电镀液选择 AgNO3 溶液 4．在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是（　　）。 A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子 B．铁作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子 C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子 D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子 5．下列过程需要通电后才可进行的是（　　）。 ①电离；②电解；③电镀；④电泳；⑤电化学腐蚀 A．①②③ B．②③④C．②④⑤　 D．①②③④⑤ 6．下列关于电解法精炼粗铜的叙述中不正确的是（　　）。 A．粗铜板作阳极，纯铜片作阴极，CuSO4 溶液作电解液 B．电解时，阳极发生氧化反应，而阴极发生的反应为：Cu2＋+2e-＝Cu C．粗铜中所含 Ni、Fe、Zn 等金属杂质，电解后以单质形式沉积槽底，形成阳极泥 D．电解铜的纯度可达 99.95%～99.98% 7．关于原电池和电解池的叙述正确的是（　　）。 A．原电池中失去电子的电极为阴极 B．原电池的负极、电解池的阳极都发生氧化反应 C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成 D．电解时电解池的阳极一定是阴离子放电 8．（2015 武汉起点考试）某同学设计如下图所示装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是（ ）。 A．石墨电极与直流电源负极相连 B．用湿润 KI 淀粉试剂在铜电极附近检验气体，试纸变蓝色 C．氢氧化钠在石墨电极附近产生， Na+向石墨电极迁移 D．铜电极的反应式为：2H+＋ 2e－＝ H2↑ 9．关于下列四个装置图的说法，正确的是（ ）。 A．①装置中阴极处产生的气体能够使湿润淀粉 KI 试纸变蓝 B．②装置中待镀铁制品应与电源正极相连 C．③装置中电子由 b 极流向 a 极 D．④装置中的离子交换膜可以避免生成的 Cl2 与 NaOH 溶液反应 10．右图所示的两个实验装置中，溶液的体积均为 300 mL，开始时电解质溶液的 浓度均为 0.1 mol／L，工作一段时间后，测得导线中均通过 0.02 mol 电子，若不考 虑盐的水解和溶液体积的变化，则下列叙述中正确的是（ ）。 A．溶液的 pH 变化：①增大，②减小 B．①为原电池，②为电解池 C．电极反应式：①中阳极：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑，②中负极：2H++2e－＝H2↑ D．产生气体的体积：②＞① 11．以 KCl 和 ZnCl2 混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是（　　 ） 　　A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程 　　B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系 　　C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率 　　D．镀锌层破损后对铁制品失去保护作用 12．铅蓄电池的工作原理为：Pb+PbO2+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O。研读下图，下列判断不正确的是( 　) 　　　　　　　　　　　　　　 　　A．K 闭合时，d 电极反应式：PbSO4+2H2O－2e－＝PbO2+4H++SO42－ 　　B．当电路中转移 0.2 mol 电子时，Ⅰ中消耗的 H2SO4 为 0.2 mol 　　C．K 闭合时，Ⅱ中 SO42－向 c 电极迁移 　　D．K 闭合一段时间后，Ⅱ可单独作为原电池，d 电极为正极 13．镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH 溶液，其充、 放电按下式进行：Cd + 2NiOOH + 2H2O Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2。有关该电池的说法正确的是( 　) 　　A．放电时正极反应：NiOOH + H2O +e—=Ni(OH)2+ OH- 　　B．充电过程是化学能转化为电能的过程 　　C．放电时负极附近溶液的碱性不变 　　D．放电时电解质溶液中的 OH-向正极移动 二、非选择题 1．（2015 上海高考）氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工 产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。 完成下列填空： （1）写出电解饱和食盐水的离子方程式 。 （2）离子交换膜的作用为 、 。 （3）精制饱和食盐水从图中 位置补充，氢氧化钠溶液从图中 位置流出。（选填“a”、“b”、“c”或 “d”）（4）KClO3 可以和草酸（H2C2O4）、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂 ClO2，还生成 CO2 和 KHSO4 等物质。写出 该反应的化学方程式 。 （5）室温下，0.1 mol/L NaClO 溶液的 pH 0.1 mol/L Na2SO3 溶液的 pH（选填“大于”、“小于”或“等 于”） 。浓度均为 0.1 mol/L 的 Na2SO3 和 Na2CO3 的混合溶液中，SO32–、CO32–、HSO3–、HCO3– 浓度从大到 小的顺序为: 。 已知： H2SO3 Ki1=1.54×10-2 Ki2=1.02×10-7 HClO Ki1=2.95×10-8 H2CO3 Ki1=4.3×10-7 Ki2=5.6×10-11 2．（2016 北京西城二模）氮氧化物（NOx）种类很多，造成大气污染的主要是 NO 和 NO2，研究它们的综合利 用有重要意义。 （1）NO 可通过氧化-还原法转化为 N2，转化关系如下： 反应Ⅰ的化学方程式是_______；反应Ⅱ的还原剂是_______。 （2）NO 还可与 C 在一定条件下反应得到无污染的气体。NO 与 C 在一定条件下反应的化学方程式是_______。 （3）NO 也可直接用活性铁粉转化为 N2。 已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1 4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s) △H2 则 6NO(g)+4Fe(s)=2Fe2O3(s)+3N2(g) △H ＝_______（用“△H1”、“△H2”表示）。 （4）NO2 可电解制备绿色硝化试剂 N2O5。下图是其原理示意图。 ①阳极电解液中的 N2O4 由 NO2 降温转化得到，降温的原因是_______。 ②阳极区生成 N2O5 的电极反应式是_______。 ③阴极区得到一种可循环利用的物质，其化学式是_______。 反应 I O2 NO2 反应 II CO(NH2)2 NO N2【答案与解析】 一、选择题 1．B 【解析】本题考查电解原理的应用，涉及电极反应式的书写、溶液 pH 的变化以及电化学的简单计算等。通电后 阴离子向阳极移动，溶液中的 OH－、SO42－移向正极区，OH－在阳极上失去电子，正极区 pH 减小，A 项错误； 阳离子向阴极移动，Na+、H+移向负极区，H+在阴极上得电子：4H2O+4e－==2H2↑+4OH－，负极区 pH 增大，C 项错误；阳极电极反应式为 2H2O－4e－==O2↑+4H+，当电路中通过 1 mol 电子的电量时，会有 0.25 mol 的 O2 生 成，D 项错误。 2．D 【解析】A 电解 NaOH 溶液实际是电解 H2O，一段时间后，溶液中溶质的质量分数增大。 B、用电解法精练粗铜时，用粗铜极作阳极，与直流电源的正极相连，用纯铜片作阴极，与电源的负极相连，用 CuSO4 溶液作电解液。 C、 得：x＝0.01mol 因此 OH－浓度为 3．C 【解析】选项 A，因 Fe(OH)3 胶粒带正电荷，W 极附近颜色加深，说明 W 与电源负极相连，故 M 为电源的正极， N 为电源的负极。选项 B，电解 CuSO4 溶液时产生 H2SO4 导致溶液 pH 减小。选项 C，根据反应：2CuSO4＋ 2H2O 2Cu ＋O2↑＋ 2H2SO4，X 极上产生 O2 单质，Y 极上产生 Cu 单质，二者物质的量之比为 1：2。选 项 D，U 为电镀池的阳极，Ag 为阳极而溶解，AgNO3 电镀液中的 Ag＋在 R 上析出而镀上 Ag。 4．A 【解析】在铁制品上镀锌，即要求锌作阳极，镀件铁为阴极，电解质溶液中含锌离子，阳极 Zn 放电生成 Zn2+进 入溶液补充由于在阴极放电而消耗的 Zn2+，Zn2+在阴极铁（镀件）上析出。 5．B 【解析】①电离是指电解质在水溶液中或在高温熔融时离子键被破坏而离解成阴阳离子的过程； ②电解是指使电流通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程，必须通电才能进行； ③电镀是电解的一种，需要通电； ④电泳是指带电微粒（主要指胶体颗粒）在直流电源的外加电场作用下发生定向移动，需要通电才能进行； ⑤电化学腐蚀是指金属因形成原电池被氧化而腐蚀，该过程是自发的不需通电，反而会形成电流。 6．C 【解析】精炼某金属，含杂质金属应作阳极，纯单质作阴极，含该种金属元素的离子作电解液，金属活动性在 Cu 后面的金属杂质形成阳极泥，活动性在 Cu 前面的金属先放电进入溶液但其阳离子不放电，从而将该金属与杂质 分离。 电解7．B 【解析】原电池的两极一般称为正极和负极。负极是电子流出的极，即负极材料失去电子，发生氧化反应；电解 池的两极一般称之为阴极和阳极，阴极与电源的负极相连，电源负极流出的电子聚集在电解池的阴极，因此阴极 处有物质得电子，发生还原反应，而阳极与电源的正极相连，阳极处有物质失电子，发生氧化反应，因此选项 A 错，B 对； 电解池的阴极一般为电解质溶液中的阳离子得电子，而其阳极若阳极材料为惰性电极（石墨、Au、Pt）则溶液中 的阴离子失电子放电，但若阳极为非惰性电极（除 Au、Pt 以外的金属）则阳极材料本身优先于溶液中的阴离子 而放电，因此选项 D 错；原电池两极一定是活泼性不同的导体（石墨也为导体）故 C 错。 8．D 【解析】A．若该装置是探究氯碱工业原理，则 Cu 电极应该与电源的负极连接，石墨电极与直流电源正极相连， 错误；B．Cu 电极为阴极，在阴极发生反应：2H++2e-=H2↑；在阳极 C 电极上发生反应：2Cl—－2e-=Cl2↑；所 以用湿润 KI 淀粉试剂在碳电极附近检验气体，试纸变蓝色，错误；C．由于 Cu 电极为阴极，在阴极发生反应： 2H++2e-=H2↑；破坏了附近的水的电离平衡，最终在 Cu 电极附近氢氧化钠产生，Na+向铜电极迁移，错误； D．铜电极的反应式为：2H+＋ 2e－＝ H2↑，正确。 9．D 【解析】A 项，电极反应式分别为阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑，阴极：Cu2++2e－＝Cu，阳极产生的 Cl2 能使湿润的 淀粉 KI 试纸变蓝；B 项，电镀装置中待镀铁制品（镀件）应与电源负极相连接；C 项，氢氧燃料电池工作时， 负极上通入的 H2 失电子，电子由 a 极流向 b 极；D 项，氯碱工业中阳极产生 Cl2，阴极附近溶液中生成 NaOH， 为防止 Cl2 与 NaOH 发生反应 Cl2+2NaOH＝NaCl+NaClO+H2O，工业上常采用离子交换膜法电解装置。 10．D 【解析】①是电解池，阴极：Cu2++2e－＝Cu，阳极：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑。②是原电池，负极：Zn－2e－＝ Zn2+，正极：2H++2e－＝H2↑。A 项 pH 变化是①中 OH－放电，pH 减小，②中有 H+放电，pH 增大，错误；D 项 通过 0.02 mol 电子后，产生的气体①中为 0.005 mol，②中为 0.01 mol，正确。 11．C 【解析】电镀时，通常把待镀的金属制品作阴极，把镀层金属作阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。因 此在铁制品上镀锌时，铁作阴极，锌作阳极，由于锌比铁活泼，因此未通电前可以构成原电池，但此时锌作负极 失去电子，铁作正极，而电镀时锌仍然失电子，所以选项 A 不正确；在氧化还原反应中必需满足得失电子守恒， 因此电镀时通过的电量与锌的析出量有确定关系而与能量变化无关，B 不正确；由于电镀时保持电流恒定，因此 导线中通过的电子速率是不变的，所以升高温度不能改变电解反应速率，C 正确；镀锌层破损后，由于锌比铁活 泼，所以即使发生电化学腐蚀也是锌失去电子而保护了铁，即选项 D 也不正确。 【总结升华】在电解池中，阴极：得电子，发生还原反应，电极本身不参加反应，一定是电解质溶液中阳离子“争” 得电子；阳极：失电子，氧化反应，若为金属（非惰性）电极，电极失电子，若为惰性电极，电解质溶液中阴离 子“争”失电子。 12．C 【解析】C 项，当 K 闭合时Ⅰ为原电池、Ⅱ为电解池，Ⅱ中 c 电极上的 PbSO4 转化为 Pb 和 SO42－，d 电极上的 PbSO4 转化为 PbO2 和 SO42－，故 SO42－从两极上脱离下来向四周扩散而并非做向定移动。 【总结升华】电化学解题的关键：一定要分析清楚电极的材料、各电极的反应。有关电解的计算：通常是求电解 后某产物的质量、物质的量、气体的体积、某元素的化合价以及溶液的 pH、物质的量浓度等。运用电子守恒原 理解答。13．A 【解析】此题以可充电电池为载体，考察了原电池和电解池的工作原理。可充电电池的放电过程是原电池工作的 过程，而充电的过程相当于是电解的过程，因此是电能转化成化学能的过程，B 错；放电时负极反应是： Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2，因消耗了 OH-，所以负极附近的 pH 下降，C 错；放电时，电解质中的 OH-向负极移动， D 错。 二、非选择题 1．（1）2Cl－＋2H2O 2OH－＋H2↑＋Cl2↑； （2）让 Na＋通过平衡离子的电荷并导电，防止 OH－与氯气反应，防止氢气与氯气反应； （3）a；d； （4）2KClO3＋H2C2O4＋2H2SO4=2ClO2＋2CO2↑＋2KHSO4＋2H2O； （5）大于；：c(SO32–)>c(CO32–)>c(HCO3－)>c(HSO3－)。 【解析】（1）电解饱和氯化钠溶液：2Cl－＋2H2O 2OH－＋H2↑＋Cl2↑； （2）离子交换膜的作用是让 Na＋通过平衡离子的电荷，防止 OH－与氯气反应，防止氢气与氯气反应； （3）阳极反应式为：2Cl－－2e－=Cl2↑，精制饱和食盐水从 a 处补充，阴极反应式为 2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－， 氢氧化钠溶液从 d 处流出； （4）KClO3 可以和草酸（H2C2O4）、硫酸反应，2KClO3＋H2C2O4＋2H2SO4=2ClO2＋CO2↑＋2KHSO4＋2H2O； （5）因为，HClO 的电离平衡常数小于 HSO3－的电离平衡常数，碱性 NaClO> Na2SO3；HSO3－的衡常数大于 HCO3－的电离平衡常数，CO32－水解能力强于 CO32－，离子浓度：c(SO32–)>c(CO32–)>c(HCO3－)>c(HSO3－)。 2．（1） 2NO +O2=2NO2 CO(NH2)2 （2） 2NO+C ==== N2+CO2 （3） △H2－3△H1 （4）① 2NO2(g) N2O4(g) △H＜0 在其他条件不变时，降温平衡右移，有利于 NO2 转化为 N2O4 ② N2O4 ﹣2e－＋2HNO3＝2N2O5＋2H+ （写成 N2O4 ﹣2e－＋2NO3－＝2N2O5 给 1 分） ③ N2O4（也可写成 NO2） 【解析】（1）该反应是教材上的重要反应，学生较容易写出：2NO+O2=2NO2，CO(NH2)2 中的氮元素（-3 价） 转化为氮气（0 价）化合价升高，是还原剂。 （2）通常情况下 NO 只能转化为无污染气体 N2，而 C 转化为 CO2，故化学方程式：2NO+C=N2+CO2。 （3）根据盖斯定律：式 2—式 1×3 就得到 6NO(g)+4Fe(s)=2Fe2O3(s)+3N2(g)，故△H=△H2－3△H1 （4）①由于 2NO2(g) N2O4(g) △H＜0，故在其他条件不变时，温度降低会使得平衡右移，有利于 NO2 转化 为 N2O4，故需要进行降温处理。②阳极发生氧化反应，使 N2O4 失电子最终转化为 N2O5，所以阳极反应式为：N2O4 ﹣2e-＋2HNO3＝2N2O5＋2H+。③阴极区因硝酸根离子的氧化性强先得电子，其电极反应式 NO3-＋2H++e-＝NO2 ＋H2O，故可得到一种可循环利用的 NO2。 电解 电解 一定条件