2021届高中化学考前三个月专项复习课件（33张ppt）命题区间五 角度二　电解原理及应用

电解原理及应用
角度二
1.构建电解池模型，类比分析电解基本原理
高考必备知识
2.电解池阴、阳极的判断
(1)根据所连接的外加电源判断：与直流电源正极相连的为阳极，与直流电源负极相连的为阴极。
(2)根据电子流动方向判断：电子流动方向为从电源负极流向阴极，从阳极流向电源正极。
(3)根据电解池里电解质溶液中离子的移动方向判断：阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。
(4)根据电解池两极产物判断(一般情况下)
①阴极上的现象是析出金属(质量增加)或有无色气体(H2)放出。
②阳极上的现象是有非金属单质生成，呈气态的有Cl2、O2或电极质量减小(活性电极作阳极)。
3.电化学计算的基本方法
4.电解池中的三个易误点
(1)只有水被电解时，不要误认为溶液的pH不变或一定变化。若电解NaOH溶液，pH增大；电解H2SO4溶液，pH减小；电解Na2SO4溶液，pH不变。
(2)在电解食盐水的过程中，阴极区显碱性。不要错误地认为阴极上产生的OH－因带负电荷，移向阳极，使阳极区显碱性。
(3)电解MgCl2和AlCl3溶液时，虽然放电离子和电解NaCl溶液一样，但总的电解离子方程式不同。
1.(2020·全国卷Ⅱ，12)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是
A.Ag为阳极
B.Ag＋由银电极向变色层迁移
C.W元素的化合价升高
D.总反应为：WO3＋xAg===AgxWO3
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重练高考真题
解析　根据题给信息，通电时Ag＋注入无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，可得Ag为阳极，失去电子发生氧化反应，Ag－e－===Ag＋，Ag＋通过固体电解质向变色层迁移，总反应为WO3＋xAg===AgxWO3，A、B、D正确；
WO3得xe－生成 ，W元素的化合价降低，C错误。
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2.(2018·全国卷Ⅰ，13)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-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
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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CO2＋2H＋
＋2e－===CO＋H2O，A项正确；
将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2
＋H2S===CO＋H2O＋S，B项正确；
Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D项正确。
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3.(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 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 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
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解析　 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
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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1 mol
电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成，D错误。
4.(2017·全国卷Ⅱ，11)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：Al3＋＋3e－===Al
D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
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解析　A项，根据电解原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，正确；
B项，阴极仅作导体，可选用不锈钢网，且不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，正确；
C项，阴极应为氢离子得电子生成氢气，错误；
D项，电解时，阴离子移向阳极，正确。
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题组一　电解原理的理解
1.如图所示a、b装置分别用来电解氯化铜溶液和饱和食盐水。下列判断错误的是
A.阳极失电子的离子相同、产物相同
B.阴极产物因得电子的离子不同而不同
C.电解后两装置中溶液的pH都减小
D.电解后只有a装置阴极的质量增加
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精练预测押题
解析　都是Cl－在阳极失电子生成氯气，因而产物相同，A项正确；
a中阴极铜离子得电子生成铜，b中阴极氢离子得电子生成氢气，B、D项均正确；
b装置中水中氢离子得电子生成氢气破坏水的电离平衡，生成氢氧根，pH增大，故C项错误。
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2.(2020·威海一模)工业电解Na2CO3溶液的装置如图所示，A、B两极均为惰性电极。下列说法正确的是
A.该装置可用于制备NaHCO3溶液，其
中A极发生还原反应
B.生成a溶液的电极室中反应为：
C.A极还可能有少量CO2产生，A、B两极产生的气体M和R体积比略大于
2∶1
D.当c2＝1 mol·L－1，c1＝9 mol·L－1时，则另一室理论上可制备2 mol溶质
a(假设右室溶液体积为0.5 L)
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解析　根据Na＋的流向可知B为阴极，则A极为阳极，发生氧化反应，故A错误；
A极水电离出的氢氧根放电剩余氢离子与碳酸根结合生成碳酸氢根，电极方程式为
故B正确；
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气体M为O2，R为H2，根据电子守恒可知，理论上生成1 mol O2的同时生成2 mol H2，A极还可能有少量CO2产生，所以A、B两极产生的气体M和R体积比应略大于1∶2，故C错误；
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当c2＝1 mol·L－1，c1＝9 mol·L－1时，说明电解过程中阴极生成的OH－为8 mol·L－1，右室体积为0.5 L，则转移的电子为4 mol，则生成的碳酸氢钠为4 mol，故D错误。
3.某实验小组用石墨作电极进行如图实验，实验观察到：a、d处试纸变蓝；b处变红，并局部褪色；c处无明显变化。下列说法中错误的是
A.a极为阴极，发生的电极反应为：2H＋＋2e－
===H2↑
B.b极为阳极，涉及的反应有：2Cl－－2e－===
Cl2↑、Cl2＋H2O HCl＋HClO
C.电解过程中，电子流向：电源负极→a→c→d→b→电源正极
D.若将铁丝改成铜丝，其余条件相同，电解一段时间后，能发现c处附近
变蓝
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解析　a极连接电源负极为阴极，水电离产生的氢离子得电子产生氢气，发生的电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑，选项A正确；
b极连接电源的正极为阳极，溶液中氯离子失电
子产生氯气，且产生的氯气与水反应生成盐酸
和次氯酸，涉及的反应有：2Cl－－2e－===Cl2↑、
Cl2＋H2O HCl＋HClO，选项B正确；
电解过程中，电子流向：电源负极→a、d→c、
b→电源正极，电子不能通过电解质溶液，选项C错误；
c处为阳极，若将铁丝改成铜丝，铜失电子产生铜离子，其余条件相同，电解一段时间后，能发现c处附近变蓝，选项D正确。
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题组二　电解原理的应用
4.铝表面在空气中天然形成的氧化膜耐磨性和抗蚀性不够强，控制一定的条件，用如图所示的电化学氧化法，可在铝表面生成坚硬的氧化膜。下列有关叙述正确的是
A.阴极上有金属铝生成
B.电极A为石墨，电极B为金属铝
C.OH－在电极A上放电，有氧气生成
D.阳极的电极反应式为：2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
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解析　根据电解池装置和题目信息可知电解总反应为：
，电解质为硫酸溶液，
氢氧根离子不可能参加反应，阳极反应为：2Al＋3H2O
－6e－===Al2O3＋6H＋，阴极反应为：6H＋＋6e－===3H2↑。
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5.利用电解法制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH和Cl2。下列说法正确的是
A.C膜可以为质子交换膜
B.阴极室的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
C.可用铁电极替换阴极的石墨电极
D.每转移2 mol e－，阳极室溶液质量减少71 g
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解析　根据装置图各室的物质成分可知，产品Ca(H2PO4)2中的Ca2＋来源于阳极室， 来源于原料室，为了保持原料室中溶液为电中性，原料室中Na＋移向阴极室，故C膜为阳离子交换膜，A项错误；
阴极室中为碱性溶液，不会产生H＋，发生“放氢生碱”的反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B项错误；
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阴极发生还原反应，可用铁电极替换阴极的石墨电极，C项正确；
阳极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，每转移2 mol e－，生成1 mol Cl2，同时有1 mol Ca2＋移向产品室，因此阳极室溶液质量减少111 g，D项错误。
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6.二氧化碳的再利用是实现温室气体减排的重要途径之一。在稀H2SO4中利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，其
原理如图所示。下列说法错误的是
A.阳极的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B.铂极上的电势比铜极上的高，且一段时间后
铜极区溶液质量增大
C.铜极上产生乙烯的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
D.若铜极上只生成0.34 mol CO和0.66 mol HCOOH，则电路中转移
2.5 mol电子
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解析　该装置为电解池，铂极为阳极，铜极
为阴极，阳极的电极反应为2H2O－4e－===
4H＋＋O2↑，A项正确；
阳极(铂极)上的电势比阴极(铜极)上的高，且
根据碳原子数守恒和电荷守恒可知：进入阴
极区的H＋和CO2的质量之和大于从阴极上产生的气体(CH4、C2H4和CO)的质量之和，故一段时间后铜极区溶液质量增大，B项正确；
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铜极上产生乙烯的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O，C项正确；
若铜极上只生成0.34 mol CO和0.66 mol HCOOH，则电路中转移2 mol电子，D项错误。
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7.酸性废水中的 可在一定条件下利用硝酸盐菌转化为 ，再用如图所示的电化学装置除去 ，下列有关说法正确的是
A.a端是直流电源的负极
B.该装置把化学能转化为电能
C.图中离子交换膜应为阴离子交换膜
D.阴极的电极反应式为2 ＋12H＋
＋10e－===N2↑＋6H2O
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解析　由图可知，电解池的右侧 转化为N2，N元素的化合价由＋5价降为0价，说明右侧为电解池的阴极，因此b
为电源的负极，a为电源的正极，A项错误；
该装置是电解池，把电能转化为化学能，B
项错误；
左侧为阳极，发生的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，为保持电荷平衡，产生的H＋通过离子交换膜进入右侧，所以离子交换膜为阳离子交换膜，C项错误；
右侧为电解池的阴极，发生的电极反应为2 ＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，D项正确。
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练后反思
1.常见的离子交换膜及作用
种类
允许通过的离子及移动方向
说明
阳离子交换膜
阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极
阴离子和气体不能通过
阴离子交换膜
阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极
阳离子和气体不能通过
质子交换膜
质子→移向电解池的阴极或原电池的正极
只允许H＋通过
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2.阴、阳离子交换膜的判断方法
(1)看清图示，是否在交换膜上标注了阴、阳离子，是否标注了电源的正、负极。是否标注了电子流向、电荷流向等，明确阴、阳离子的移动方向。
(2)根据电解池中阴、阳离子的移动方向，结合题中给出的已知信息，找出物质生成或消耗的电极区域，确定移动的阴、阳离子，从而推知离子交换膜的种类。