2022高考化学第6章化学反应与能量第3节电解池金属的电化学腐蚀与防护考点2电解原理的应用多池组合装置讲与练含解析

第六章　化学反应与能量李仕才考点二　电解原理的应用　多池组合装置　1．电解饱和食盐水(1)电极反应阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(反应类型：氧化反应)，阴极：2H＋＋2e－===H2↑(反应类型：还原反应)。(2)总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气阳极：钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)。阴极：碳钢网。阳离子交换膜：①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。12\n②将电解槽隔成阳极室和阴极室。2．电解精炼铜3．电镀铜4．电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。12\n判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)1．用铜作阳极、石墨作阴极电解CuCl2溶液时，阳极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。(　×　)2．电解MgCl2溶液所发生反应的离子方程式为：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。(　×　)3．氯碱工业用阳离子交换膜把阴极室和阳极室分开。(　√　)4．Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑可以设计成电解池，但不能设计成原电池。(　√　)5．粗铜电解精炼时，若电路中通过2mole－，阳极减少64g。(　×　)6．电解冶炼镁、铝可电解熔融的MgO和AlCl3。(　×　)1．粗铜中含有的相对活泼的物质也会失去电子，不活泼的金、铂形成阳极泥，而溶液中只有Cu2＋得到电子生成Cu，故c(Cu2＋)将减小，并且阴极增重质量，不等于阳极减小的质量。12\n2．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．阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)，只允许阳离子(Na＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和分子(Cl2)通过，这样既能防止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱质量。一、电解原理的常规应用1.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是(　　)A．氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁解析：氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，但是粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，使得溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。答案：D2．某同学用下图所示装置进行铜的电解精炼实验(粗铜中有锌、铁、镍、银等杂质，部分导线未画出)，下列说法正确的是(　　)12\nA．a应与c相连接，b应与d相连接B．电解一段时间，b与d两极析出物质的物质的量相等C．电解一段时间，b极附近溶液的pH降低D．电解过程中，Y装置中Cu2＋的浓度始终不变解析：A.X池中Zn为负极接Y池的纯铜，Cu为正极接Y池的粗铜，故A错误；B.b极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，d极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，所以电解一段时间后，b、d两极析出物质的物质的量相同，故B正确；C.b极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，电解后pH升高，故C错误；D.Y池中c极电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Cu－2e－===Cu2＋，d极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，故D错误。答案：B3．下列关于如图所示装置的说法，正确的是(　　)A．①装置中阴极处产生的气体能够使湿润KI淀粉试纸变蓝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溶液反应解析：①装置是电解池，阴极是溶液中阳离子得到电子发生还原反应，应是铜离子得到电子生成铜，故A错误；②装置待镀制品和电源负极相连作电解池的阴极，故B错误；③装置是原电池，电子流向是从负极经导线流向正极，即从a极流向b极，故C错误；④装置中的离子交换膜允许Na＋通过，OH－、Cl－不能通过，可以避免生成的Cl2与NaOH溶液反应，故D正确。答案：D4．金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知：氧化性Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)(　　)A．阳极发生还原反应，其电极反应式为：Ni2＋＋2e－===Ni12\nB．电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等C．电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2＋和Zn2＋D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt解析：电解时，阳极Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A错误；因氧化性Ni2＋>Fe2＋>Zn2＋，故阴极反应为Ni2＋＋2e－===Ni，可见，阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解，而阴极质量增加是因为析出Ni，B错误；电解后溶液中的阳离子除Fe2＋和Zn2＋外，还有Ni2＋、H＋，C错误。答案：D二、电解原理的创新应用5．某化工厂利用原电池原理处理废水并淡化海水。工作示意图如下。下列说法正确的是(　　)A．电极a在装置中作正极B．装置中膜A是阳离子交换膜C．电极b的电极反应式是2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2OD．若有机物表示为C4H8O2，每转移10mol电子，电极a上产生22.4LCO2(标准状况)解析：在电极a上，有机物被氧化为CO2，该电极上发生氧化反应，则电极a为原电池的负极，A项错误；NO在电极b上被还原为无毒气体N2，则电极b为原电池的正极，其电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，C项正确；电极b上消耗溶液中的阳离子，故海水中的阳离子通过膜B(阳离子交换膜)进正极室，而海水中的阴离子透过膜A(阴离子交换膜)进入负极室，B项错误；C4H8O2中的C为－1价，转移10mol电子时，电极a上产生2molCO2气体，D项错误。答案：C6．某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，槽中盛放含铬废水，原理示意图如下，下列说法不正确的是(　　)12\nA．A为电源正极B．阳极区溶液中发生的氧化还原反应为Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2OC．阴极区附近溶液pH降低D．若不考虑气体的溶解，当收集到H213.44L(标准状况)时，有0.1molCr2O被还原解析：根据图示，A作阳极，B作阴极，电极反应式为阳极：Fe－2e－===Fe2＋阴极：2H＋＋2e－===H2↑然后，Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O由于在阴极区c(H＋)减小，所以pH增大。根据6H2～6Fe2＋～Cr2O得，当有13.44L(标准状况)H2放出时，应有0.1molCr2O被还原。答案：C7．以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下：下列说法不正确的是(　　)A．在阴极室，发生的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑B．在阳极室，通电后溶液逐渐由黄色变为橙色，是因为阳极区H＋浓度增大，使平衡2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O向右移动C．该制备过程总反应的化学方程式为4K2CrO4＋4H2O2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑12\nD．测定阳极液中K和Cr的含量，若K与Cr的物质的量之比(nK/nCr)为d，则此时铬酸钾的转化率为1－解析：观察实验装置，阴极反应为4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑，阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阳极室OH－放电，导致H＋浓度增大，使平衡2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O右移，从而在阳极区得到K2Cr2O7，故A、B、C正确；D项，设最初阳极室中的K2CrO4为1mol，通电后转化的K2CrO4为xmol，依题意有2(1－x)＋×2＝d×1，x＝2－d，K2CrO4的转化率为×100%，故D项错误。答案：D　多池串联装置的分析解答该类试题，透彻理解电化学原理是基础，准确判断电池种类是关键，灵活利用电子守恒是处理数据的法宝。具体可按以下三个步骤进行：第一步：准确判断电池类型(1)直接判断非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如下图中，A为原电池，B为电解池。(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断原电池一般是两种不同的金属电极或一个为金属电极另一个碳棒做电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图中，B为原电池，A为电解池。12\n(3)根据电极反应现象判断在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型，如图。若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极；甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。第二步：利用相关概念进行分析判断在确定了原电池和电解池后，利用有关概念作分析和判断，如电极的判断、电极反应方程式的书写、实验现象的描述、溶液中离子的移动方向、pH的变化及电解质溶液的恢复等。只要按照各自的规律分析即可。第三步：利用守恒进行数据处理原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒，分析时要注意两点：①串联电路中各处电流相等；②并联电路中总电流等于各支路电流之和。在此基础上分析处理其他各种数据。1．如图，a、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色。下列说法正确的是(　　)12\nA．X极是电源负极，Y极是电源正极B．a极的电极反应是2Cl－－2e－===Cl2↑C．电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大D．Pt极上有6.4gCu析出时，b极产生2.24L(标准状况)气体解析：a、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色，依据电解质溶液为氯化钠的酚酞溶液，判断b电极是阴极，Y为电源负极，X为电源正极，故A错误；a电极是氯离子失电子发生的氧化反应，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故B正确；电解过程中CuSO4溶液中的氢氧根离子在阳极Pt电极失电子生成氧气，溶液中铜离子在Cu电极得到电子析出铜，溶液中氢离子浓度增大，溶液的pH逐渐减小，故C错误；电解过程中CuSO4溶液中的氢氧根离子在阳极Pt电极失电子生成氧气，溶液中铜离子在Cu电极得到电子析出铜，故D错误。答案：B2．烧杯A中盛入0.1mol·L－1的H2SO4溶液，烧杯B中盛放0.1mol·L－1的CuCl2溶液(两种溶液均足量)，装置如图所示，下列说法不正确的是(　　)A．A中Fe极质量减少，C极有气体产生B．A为电解池，B为原电池C．当A烧杯中产生0.1mol气体时，B烧杯中产生气体的物质的量也为0.1molD．经过一段时间，B烧杯中溶液的pH增大12\n解析：构成A装置的是活动性不同的电极、电解质溶液，两极形成了闭合的回路，所以A为原电池装置，且A为B的电解提供电能。电极反应式分别为(烧杯A中)C正极：2H＋＋2e－===H2↑，Fe负极：Fe－2e－===Fe2＋。(烧杯B中)阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。烧杯B中电解氯化铜，铜离子浓度减小，水解程度减小，pH增大。答案：B3．某同学按下图所示的装置进行实验。A、B为两种常见金属，它们的硫酸盐可溶于水，当K闭合时，Y极上产生黄绿色气体。下列分析正确的是(　　)A．溶液中c(A2＋)减小B．B极的电极反应：B－2e－===B2＋C．Y电极上有Cl2产生，发生还原反应D．反应初期，X电极周围出现白色胶状沉淀解析：根据Y极有黄绿色气体生成，Y极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，即Y为电解池的阳极，B为原电池的正极，A为原电池的负极。故A极的电极反应为A－2e－===A2＋，溶液中c(A2＋)增大，A错误；B极为正极，发生还原反应，B错误；右边U形管中最初为电解AlCl3溶液，X电极为H＋放电，c(H＋)减小，c(OH－)增大，且Al3＋移向X极，因此会产生Al(OH)3白色胶状沉淀，D正确。答案：D4．某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流计的指针发生了偏转。请回答下列问题：(1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH312\nOH电极的电极反应为________。(2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为________。(3)当乙池中B极质量增加5.40g时，甲池中理论上消耗O2的体积为________mL(标准状况)，丙池中________极析出________g铜。(4)若丙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)；丙中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)。解析：(1)甲池为原电池，通入CH3OH的电极为负极，电极反应为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。(2)乙池中为用惰性电极电解AgNO3溶液，其中A作阳极，B作阴极，总反应为4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3。(3)根据各电极上转移的电子相同，则n(Ag)＝4n(O2)＝2n(Cu)，故V(O2)＝××22.4L＝0.28L＝280mL，m(Cu)＝××64g＝1.60g。(4)若丙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，根据丙中总反应2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，溶液pH增大，而甲中总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，溶液pH减小。答案：(1)原电池　CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O(2)阳极　4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3(3)280　D　1.60(4)减小　增大12