专题1 重难突破5 电化学原理的综合应用-【优化探究】2025-2026学年高中化学选择性必修1同步导学案配套课件 苏教版（2019）

重难突破5　电化学原理的综合应用 优化探究 专题1　化学反应与能量变化 1.电解原理在物质制备中的应用 (1)电解原理常用于物质的制备,具有反应条件温和、反应试剂纯净和生产效率高等优点,电解原理能使许多不能自发的反应得以实现。工业上常用多室电解池制备物质,多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性,即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过,将电解池分为两室、三室、多室等,以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。 (2)多室电解池的分析思路 2.电化学原理在环境保护中的应用 利用电化学原理把污染物去除或把有毒物质变为无毒或低毒物质,具有易于控制、无污染或少污染、高度灵活性和经济性等优点。 1.用电解法可提纯含有某些含氧酸根杂质的粗KOH溶液,其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是(　　) A.阳极的电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑ B.通电后阴极区附近溶液pH会增大 C.K+通过阳离子交换膜从阳极区移向阴极区 D.纯净的KOH溶液从出口a导出 D 阳极区为粗KOH溶液,阳极上OH-失电子发生氧化反应:4OH--4e-===2H2O +O2↑,A项正确;阴极上H2O得电子发生还原反应:2H2O+2e-===H2↑+2OH-,阴极区附近溶液中c(OH-)增大,pH增大,B项正确;电解时阳离子向阴极移动,故K+通过阳离子交换膜从阳极区移向阴极区,C项正确;阴极区生成KOH,故纯净的KOH溶液从出口b导出,D项错误。 2.磷酸二氢钙[化学式Ca(H2PO4)2]广泛用于营养增补剂。利用电解法制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH和Cl2。下列说法错误的是(　　) A.石墨a为阳极,电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑ B.石墨b为阴极,电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑ C.A膜、B膜、C膜均为阳离子交换膜 D.电解过程中产生1 mol Cl2,就会生成2 mol NaOH副产物 C 从产品Ca(H2PO4)2、副产物NaOH和Cl2判断,a电极为阳极,电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑,溶液中的钙离子通过A膜进入产品室;b电极为阴极,电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,原料室中钠离子通过C膜进入阴极室,H2P通过B膜进入产品室。A.由分析可知,石墨a为阳极,电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑,A正确;B.由分析可知,石墨b为阴极,电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,B正确;C.由分析可知,阳离子通过A膜、C膜,则二者均为阳离子交换膜,阴离子通过B膜,则B膜为阴离子交换膜,C错误;D.由电极反应式可知,Cl2~2NaOH,则每产生1 mol Cl2,就会生成2 mol NaOH副产物,D正确。 3.某科研小组通过电解法制备Ni(H2PO2)2,工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)   A.g接外电源负极 B.膜a、c为阴离子交换膜,膜b为阳离子交换膜 C.产品室增加1 mol Ni(H2PO2)2,钛钢网电极上收集到22.4 L气体 D.h所连电极上的电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑ D 电解法制备Ni(H2PO2)2,Ni发生氧化反应生成Ni2+,Ni作阳极,Ni2+向右移动通过膜a进入产品室,H2P通过膜b进入产品室生成产品Ni(H2PO2)2,Na+向右移动,通过膜c进入阴极室生成氢氧化钠。A.电解法制备Ni(H2PO2)2, Ni发生氧化反应,Ni作阳极,g接外电源正极,故A错误;B.Ni2+向右移动通过膜a进入产品室,H2P通过膜b进入产品室,Na+向右移动,通过膜c进入阴极室生成氢氧化钠,膜a、c为阳离子交换膜,膜b为阴离子交换膜,故B错误;C.产品室增加1 mol Ni(H2PO2)2,电路中转移2 mol电子,钛钢网电极上收集到1 mol氢气,但没有明确是否为标准状况,体积不一定是22.4 L,故C错误;D.Ni作阳极,钛钢网为阴极,阴极的电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,故D正确。 4.硼酸是一元弱酸,常用于医药、玻璃等工业,并用作食物防腐剂和消毒剂,工业上通过电解法制备硼酸,其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A.Pt(Ⅰ)为阴极,电解一段时间后, 该极区pH减小 B.产品室发生的反应为 +H+===H3BO3+H2O C.Pt(Ⅰ)极区加入氢氧化钠是为了增强溶液的碱性 D.膜x是阴离子交换膜 B 由图可知,该装置为电解池,通过阴膜进入产品室,氢离子通过膜x进入产品室,生成硼酸,所以膜x为阳膜,Pt(Ⅱ)为阳极,与直流电源正极相连,稀硫酸中的水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,溶液中氢离子浓度增大,由电荷守恒关系可知,溶液中氢离子通过阳离子交换膜x进入产品室;Pt(Ⅰ)为阴极,与直流电源负极相连,溶液中的水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子,电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,溶液中氢氧根离子浓度增大。A.Pt(Ⅰ)为阴极,电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,氢氧根离 子浓度增大,所以电解一段时间后该极区pH增大,A项错误;B.产品室中与H+结合生成H3BO3,则产品室发生的反应为+H+ ===H3BO3+H2O,B项正确;C.水是弱电解质,导电性很差,氢氧化钠是强电解质,所以Pt(Ⅰ)极区加入氢氧化钠是为了增强溶液的导电性,C项错误;D.氢离子要通过膜x进入产品室,所以膜x是阳离子交换膜,D项错误。 5.目前海水淡化可采用双极膜电渗析法,同时获得副产品,其模拟工作原理如图所示。其中双极膜(BP)是阴、阳复合膜,在直流电的作用下,阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH-,作为H+和OH-离子源。M、N 为离子交换膜。下列说法正确的是(　　) A.X电极为电解池的阴极,该电极反应式为 2H+-2e-===H2↑ B.电子流向:电源负极→X电极→Y 电极→电源正极 C.电路中每转移1 mol 电子,X、Y两极共得到标准状况下16.8 L的气体 D.M为阳离子交换膜,A室获得副产品NaOH; 若去掉B室双极膜,B室产物不变 答案:C A.电解池中阳离子向阴极移动,故X电极为阴极,电极反应式为2H++2e-===H2↑,选项A错误;B.电子不能通过电解质溶液,所以电子流向:电源负极→阴极X电极、阳极Y电极→电源正极,选项B错误;C.阴极电极反应式为2H++2e-===H2↑,阳极电极反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O,当电路中通过1 mol电子时,阴极得到0.5 mol H2,阳极得到0.25 mol O2,两极一共得到气体为0.5 mol+0.25 mol=0.75 mol,即得到标准状况下16.8 L的气体,选项C正确;D.电解池中,电解时,溶液中的阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,因此M为阳离子交换膜,A室获得副产品NaOH;若去掉B室双极膜,则Cl-会在阳极失去电子,生成Cl2,在阳极室会有Cl2生成,B室产物发生变化,选项D错误。 6.为了减少对环境的污染,煤在直接燃烧前要进行脱硫处理。应用电解法对煤进行脱硫处理具有脱硫效率高、经济效益好等优点。电解脱硫的基本原理如图所示,其总反应的离子方程式为FeS2+15Mn3++8H2O=== Fe3++15Mn2++2S+16H+。下列有关说法错误的是(　　) A.石墨1发生的电极反应为Mn2+-e-===Mn3+ B.石墨2生成气体时,电极反应式为2H++2e-===H2↑ C.电解一段时间后,混合液的pH将变大 D.若外电路转移1.2×104 mol电子,则至少需要含80% FeS2的硫铁矿120 kg 答案:C 在电解时,与电源正极相连的电极为阳极,与电源负极相连的电极为阴极。根据图示可知:电解时,在阳极上Mn2+失去电子变为Mn3+,发生氧化反应;在阴极上,溶液中的H+得到电子被还原产生H2,结合总反应判断溶液中c(H+)的变化。由以上分析可知:电解时,在阳极上Mn2+失去电子变为Mn3+,阳极的电极反应式为Mn2+-e-===Mn3+,A正确;石墨2生成气体时,由于溶液显酸性,溶液中的H+在阴极上得到电子被还原产生H2,阴极的电极反应式为2H++2e-===H2↑,B正确;电解脱硫时,利用电极反应将Mn2+转化为Mn3+,Mn3+再将煤中的含硫物质(主要是FeS2)氧化为Fe3+和S,结合阴 极反应式2H++2e-===H2↑,及总反应的离子方程式FeS2+15Mn3++8H2O ===Fe3++15Mn2++2S+16H+可知(若电路中转移15 mol e-,则阴极消耗 15 mol H+,阳极生成15 mol Mn3+,由总反应的离子方程式可知,电解池中生成16 mol H+),总的来说c(H+)增大,pH减小,C错误;该反应中FeS2失去电子,则含80% FeS2的硫铁矿120 kg中FeS2的物质的量为=800 mol, 可以失去电子的物质的量为800 mol×(1+7×2) =1.2×104 mol,D正确。 $$