内容正文:
专题03 电能转化为化学能——电解
考点01 电解原理
考点02 电解规律
考点03 电解饱和食盐水
考点04 电镀 电冶金
考点05 多池装置
考点06 电化学中的定量计算
考点07 电化学中的膜技术
▉考点01 电解原理
1.电解CuCl2溶液
(1)按下图所示装置完成实验,并填写下表。
实验现象
实验结论
原因分析
电流表指针发生偏转
说明电解质溶液导电,形成闭合回路
电解质溶液导电的过程就是被电解的过程
与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质
析出金属铜
阴极:
与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生,能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝
产生了氯气
阳极:
2.电解和电解池
(1)电解:使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。
(2)电解池:将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。
(3)电解池的构成条件
①直流电源;②两个电极;③电解质溶液或熔融电解质;④形成
3.电解原理
【方法技巧】电解池阴极和阳极的判断依据
【归纳提升】电解池与原电池的比较
电解池
原电池
能否自发
能量转化
装置
电极
反应
类型
离子移动
相同点
都是电极上的氧化还原反应,都必须有离子导体
▉考点02 电解规律
1.电解池的分析方法与规律
(1)判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)分析电解质水溶液的全部离子并分为阴、阳两组。
(3)根据放电顺序写出电极反应式
①阴极(与电极材料无关):
②阳极(与电极材料有关):
(4)总化学方程式或离子方程式
书写反应的总离子方程式时,要注意:若参与电极反应的H+(或OH-)是由水电离出来的,应用水的分子式表示。
【特别提醒】 ①“活泼电极”一般指Pt、Au以外的金属。
②最常用的放电顺序:阳极:活泼金属>Cl->OH-;阴极:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+。
2.电解后溶液的复原规律
用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液,请填写下表:
(1)电解H2O型
电解质
H2SO4
NaOH
Na2SO4
阳极反应式
阴极反应式
pH变化
复原加入物质
(2)电解电解质型
电解质
HCl
CuCl2
阳极反应式
阴极反应式
pH变化
增大
复原加入物质
(3)电解质和水都发生电解型
电解质
NaCl
CuSO4
阳极反应式
阴极反应式
pH变化
复原加入物质
【特别提醒】电解后溶液的复原,从溶液中放出的气体和生成的沉淀,按照原子个数比组成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么,少多少加多少”的原则。
【方法技巧】分析电解过程的思维流程
【方法技巧】书写电极反应式的方法
以电解Cu(NO3)2溶液为例:
▉考点03 电解饱和食盐水
烧碱、氯气都是重要的化工原料,习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
1.电解饱和食盐水的原理
通电前:溶液中的离子是Na+、Cl-、H+、OH-。
通电后:①移向阳极的离子是Cl-、OH-,Cl-比OH-容易失去电子,被氧化成氯气。
阳极: 。
②移向阴极的离子是Na+、H+,H+比Na+容易得到电子,被还原成氢气。其中H+是由水电离产生的。
阴极: 。
③总反应:
化学方程式为2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH;
离子方程式为 。
2.氯碱工业生产流程
工业生产中,电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。
①阳离子交换膜电解槽
②阳离子交换膜的作用:只允许Na+等阳离子通过,不允许Cl-、OH-等阴离子及气体分子通过,可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸,也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量。
3.氯碱工业产品及其应用
(1)氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂。
(2)电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。
▉考点04 电镀 电冶金
1.电镀与电解精炼
电镀是一种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加工工艺。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力,增加表面硬度和美观。
装置
电镀
精炼
阳极材料
阴极材料
阳极反应
阴极反应
溶液变化
2.电冶金
(1)金属冶炼的本质:使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。如Mn++ne-===M。
(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等),但不能电解其盐溶液,应电解其熔融态。
如:电解熔融的氯化钠可制取金属钠的反应式:
阳极: ;
阴极: ;
总反应:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。
【归纳总结】
1.电解精炼过程中的“两不等”:电解质溶液浓度在电解前后不相等;阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。
2.电镀过程中的“一多,一少,一不变”:“一多”指阴极上有镀层金属沉积;“一少”指阳极上有镀层金属溶解;“一不变”指电镀液电解质溶液的浓度不变。
▉考点05 多池装置
1.判断电池类型
①有外接电源时,各电池均为 。
②无外接电源,如燃料电池、铅蓄电池在电池中作电源,其他均为 。
③无外接电源,有活泼性不同电极的为 ,活泼性相同或均为惰性电极的为 。
④根据电极反应现象判断。
2.常用解题步骤
↓
↓
3.常见串联装置图
(1)外接电源与电解池的串联(如图)
A、B为两个串联电解池,相同时间内,各电极得失电子数相等。
(2)原电池与电解池的串联(如图)
显然两图中,A均为 ,B均为 。
4.“串联”类装置的解题流程
▉考点06 电化学中的定量计算
1.根据总反应式计算
先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。
2.根据电子守恒计算
①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。
②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
3.根据关系式计算
根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁,构建计算所需的关系式。
如以通过4 mol e-为桥梁可构建如下关系式:
4e-~~
阳极产物 阴极产物
(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)
该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
▉考点07 电化学中的膜技术
1.常见的隔膜
隔膜又叫离子交换膜,由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类:
(1)阳离子交换膜,简称阳膜,只允许阳离子通过,不允许阴离子通过。
(2)阴离子交换膜,简称阴膜,只允许阴离子通过,不允许阳离子通过。
(3)质子交换膜,只允许H+通过,不允许其他阳离子和阴离子通过。
2.隔膜的作用
(1)能将两极区隔离,阻止两极区产生的物质接触,防止发生化学反应。
(2)能选择性的通过离子,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
3.“隔膜”电解池的解题步骤
第一步,分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种,判断允许哪种离子通过隔膜。
第二步,写出电极反应式,判断交换膜两侧离子变化,推断电荷变化,根据电荷平衡判断离子迁移方向。
第三步,分析隔膜作用。在产品制备中,隔膜作用主要是提高产品纯度,避免产物之间发生反应,或避免产物因发生反应而造成危险。
【方法技巧】
(1)含离子交换膜电化学装置题的解题步骤
(2)在原电池中应用离子交换膜,起到替代盐桥的作用,一方面能起到平衡电荷、导电的作用,另一方面能防止电解质溶液中的离子与电极直接反应,提高电流效率;在电解池中使用选择性离子交换膜的主要目的是限制某些离子(或分子)的定向移动,避免电解质溶液中的离子或分子与电极产物反应,提高产品纯度或防止造成危险等。
1.(23-24高二上·河北衡水·期中)用下列装置进行相应实验,能达到实验目的的是
①
②
③
④
A.装置①可用于电解饱和食盐水制备氯气和氢气
B.装置②可用于构成铜锌原电池
C.装置③可用于模拟钢棒上镀银
D.装置④可用于电解精炼铜,且溶液浓度不变
2.(23-24高二上·安徽蚌埠·期中)下列说法正确的是
A.电解饱和NaCl溶液时,向阴极移动,在阴极表面得电子析出
B.电解精炼铜装置中粗铜作阴极
C.电镀池中镀层金属作阳极
D.通过电解溶液的方法冶炼金属镁
3.(23-24高二·广东深圳·期中)我国科研工作者提出通过电解原理联合制备环氧乙烷同时处理酸性含铬废水,其工作原理示意图如图所示。其中双极膜由阳离子交换膜和阴离子交换膜组成,工作时内层H2O解离为和,并分别向两极迁移。下列说法正确的是
A.电极b为电源负极
B.膜q为阳离子交换膜
C.N极的电极反应式为
D.工作时,NaOH溶液浓度保持不变
4.(23-24高二上·浙江杭州·期末)通过如下图所示装置可实现将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2转化为Co2+,并回收钴,同时可借助其降解乙酸盐生成CO2。其中电极材料均为石墨,右侧装置为原电池(工作时应保持厌氧环境和pH稳定)。下列说法正确的是
A.乙室电极反应式为:
B.装置工作时,乙室减小
C.装置工作时,甲室发生还原反应:
D.装置工作一段时间后,应定时将乙室溶液转移至甲室
5.(23-24高二下·浙江·期中)电化学方法制备碘仿的原理及主要原料如图,选择性交换膜只允许Na+通过,已知生成CHI3的反应:。下列叙述不正确的是
A.丙酮可溶于水,制备过程中不需要搅拌,丙酮便可与离子充分接触反应
B.左室生成的反应:、
C.制备1mL碘仿实际消粍的电量大于理论值,可能的原因是
D.电解一段时间后,应定时将右室混合溶液的一部分移至左室
6.(23-24高二下·浙江杭州·期中)一种电化学法合成甲酸盐和辛腈的工作原理如图所示,中间为阴离子交换膜。下列说法不正确的是
A.电极为阳极,发生氧化反应
B.电解一段时间后,阴极区溶液pH增大
C.电极的电极方程式:
D.标准状况下,22.4L 参与反应时电极有0.5mol辛胺转化为辛腈
7.(23-24高二下·广东·期中)工业上电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示,下列说法正确的是
A.电池工作时,外电路中电子的流动方向:M镀镍铁棒电解质溶液碳棒N
B.电池工作时,镀镍铁棒上的电极反应式为
C.电池工作一段时间后,中间工作室的NaCl浓度小于1%,原因是在中间工作室生成了更多的水
D.常温下,溶液中:
8.(23-24高二下·浙江·期中)利用膜技术和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂,装置如图,下列说法不正确的是
A.甲装置将化学能转化为电能
B.每转移电子,生成和
C.乙中电极d上发生还原反应
D.c电极反应式为:
9.(23-24高二下·江苏泰州·期中)电池有铅蓄电池、燃料电池(如NO2-NH3电池)、锂离子电池、Mg一次氯酸盐电池等,它们可以将化学能转化为电能。NH3、CH4、NaBH4都可用作燃料电池的燃料。CH4的燃烧热为890.3kJ/mol。电解则可以将电能转化为化学能,电解饱和NaCl溶液可以得到Cl2,用电解法可制备消毒剂高铁酸钠(Na2FeO4)。电解法制备Na2FeO4的工作原理如图所示。下列说法正确的是
A.M为电源的负极
B.阳极上的电极反应式为
C.OH-通过阴离子交换膜移向Pt电极
D.理论上每转移0.1mol e-,阴极上会产生标准状况下1.12L气体
10.(23-24高二下·内蒙古通辽·期中)在直流电场作用下双极膜中间层中的解离为和,并分别向两极迁移。如图所示装置,可将捕捉的二氧化碳转化为而矿化封存,减少碳排放,同时得到氧气、氢气、高浓度盐酸等产品。下列说法正确的
A.电极为阴极,电极反应式为
B.去掉双极膜,阳极的电极反应式不变,阴极的电极反应式改变
C.每转移个电子,生成碳酸钙
D.两个双极膜中间层的均向右移动
11.(23-24高二下·广东东莞·期中)关于如图所示① ②两个装置的叙述正确的是
A.硫酸浓度变化:①不变,②减小
B.① 中电解池的电子流动方向:负极→C电极(左边)→溶液→C电极(右边)→阳极
C.电极反应式:① 中阳极:4OH-4e-=2H2O+O2↑,②中正极:Zn-2e-=Zn2+
D.离子移动方向:① 中H+向阴极方向移动,②中H+向正极方向移动
12.(23-24高二下·安徽阜阳·期中)利用电化学原理,将、和熔融制成燃料电池,模拟工业电解法精炼银,装置如图所示。甲池工作时,转变成氧化物,可循环使用。下列说法错误的是
A.石墨Ⅱ为正极,发生还原反应 B.甲池总反应为
C.乙池中电极Ⅰ是粗银 D.甲池工作时,向石墨Ⅰ方向迁移
13.(23-24高二下·浙江杭州·期中)下列各组中,每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是(电极为石墨)
A. B. C. D.
14.(23-24高二上·山东·期中)新型液态电池的工作原理如图所示(a、b均为石墨电极)。下列有关说法错误的是
A.电极a为负极,发生氧化反应
B.放电时,负极区溶液pH减小
C.正极电极反应式为
D.若用此电池为铅酸蓄电池充电,b电极连接电极
15.(23-24高二上·辽宁·期中)利用LiMg双离子可充电电池进行电絮凝净水的实验探究,实验装置如图。已知电极a的反应为:Li1-xFePO4 + xLi++ xe-=LiFePO4。下列叙述不正确的是
A.Mg电极放电时电极反应为:Mg-2e-= Mg2+
B.电池充电时,Li+从Ⅰ室向Ⅱ室迁移
C.电絮凝净水池的反应有:2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2↑
D.每消耗1 mol Mg,电极a质量理论上增加14 g
16.(23-24高二下·宁夏吴忠·期中)如图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的NaCl溶液、AgNO3溶液、x溶液,a、b、c、d电极均为石墨电极,接通电源经过一段时间后,乙中c电极质量增加,据此回答问题:
(1)电源的M端为 极(填名称)。
(2)电极d上发生的电极反应式为 ,乙池溶液pH (填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)甲池中的总反应式为 。
(4)当电路中有0.04mol电子通过时,a、b、c、d电极上产生的气体或固体的物质的量之比是 。
(5)若利用丙池实现铁上镀铜,则e、f依次是 , (填化学式)。
17.(23-24高二上·安徽蚌埠·期中)电解工作原理的实际应用非常广泛。
(1)电解精炼银时,阴极反应为 。
(2)工业上为了处理含有的酸性工业废水,采用下面的处理方法:往工业废水中加入适量NaCl,以铁为电极进行电解,经过一段时间,有和沉淀生成,工业废水中铬元素的含量可低于排放标准。关于上述方法,下列说法错误的是_____(填字母)。
A.阳极反应:
B.阴极反应:
C.在电解过程中工业废水由酸性变为碱性
D.可以将铁电极改为石墨电极
(3)某同学设计了如图装置进行以下电化学实验。
①当开关K与a连接时,两极均有气泡产生。
②一段时间后,使开关K与a断开,与b连接时,虚线框内的装置可称为 。请写出此时Fe电极上的电极反应 。
(4)1L某溶液中含有的离子如下表:
离子
1
1
1
用惰性电极电解该溶液,当电路中有3mol通过时(忽略电解时溶液体积变化及电极产物可能存在的溶解现象),则a= ,阳极生成 mol。
(
17
)原创精品资源学科网独家享有版权,侵权必究!学科网(北京)股份有限公司
学科网(北京)股份有
学科网(北京)股份有限公司
$$
专题03 电能转化为化学能——电解
考点01 电解原理
考点02 电解规律
考点03 电解饱和食盐水
考点04 电镀 电冶金
考点05 多池装置
考点06 电化学中的定量计算
考点07 电化学中的膜技术
▉考点01 电解原理
1.电解CuCl2溶液
(1)按下图所示装置完成实验,并填写下表。
实验现象
实验结论
原因分析
电流表指针发生偏转
说明电解质溶液导电,形成闭合回路
电解质溶液导电的过程就是被电解的过程
与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质
析出金属铜
阴极:Cu2++2e-===Cu(还原反应)
与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生,能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝
产生了氯气
阳极:2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应)
2.电解和电解池
(1)电解:使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。
(2)电解池:将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。
(3)电解池的构成条件
①直流电源;②两个电极;③电解质溶液或熔融电解质;④形成闭合回路。
3.电解原理
【方法技巧】电解池阴极和阳极的判断依据
【归纳提升】电解池与原电池的比较
电解池
原电池
能否自发
使“不能”变为“能”或使“能”变为“易”
能自发进行
能量转化
电能转化为化学能
化学能转化为电能
装置
有外加电源
无外加电源
电极
由外加电源决定:
阳极:连电源的正极;
阴极:连电源的负极
由电极或反应物性质决定,称为正极或负极
反应
类型
阳极:氧化反应;
阴极:还原反应
负极:氧化反应;
正极:还原反应
离子移动
阳离子移向阴极;
阴离子移向阳极
阳离子移向正极;
阴离子移向负极
相同点
都是电极上的氧化还原反应,都必须有离子导体
▉考点02 电解规律
1.电解池的分析方法与规律
(1)判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)分析电解质水溶液的全部离子并分为阴、阳两组。
(3)根据放电顺序写出电极反应式
①阴极(与电极材料无关):
②阳极(与电极材料有关):
(4)总化学方程式或离子方程式
书写反应的总离子方程式时,要注意:若参与电极反应的H+(或OH-)是由水电离出来的,应用水的分子式表示。
【特别提醒】 ①“活泼电极”一般指Pt、Au以外的金属。
②最常用的放电顺序:阳极:活泼金属>Cl->OH-;阴极:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+。
2.电解后溶液的复原规律
用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液,请填写下表:
(1)电解H2O型
电解质
H2SO4
NaOH
Na2SO4
阳极反应式
4OH--4e-===O2↑+2H2O
阴极反应式
4H++4e-===2H2↑
pH变化
减小
增大
不变
复原加入物质
加入H2O
(2)电解电解质型
电解质
HCl
CuCl2
阳极反应式
2Cl--2e-===Cl2↑
阴极反应式
2H++2e-===H2↑
Cu2++2e-===Cu
pH变化
增大
复原加入物质
加入HCl
加入CuCl2
(3)电解质和水都发生电解型
电解质
NaCl
CuSO4
阳极反应式
2Cl--2e-===Cl2↑
2H2O-4e-===O2↑+4H+
阴极反应式
2H2O+2e-===H2↑+2OH-
2Cu2++4e-===2Cu
pH变化
增大
减小
复原加入物质
加入HCl
加入CuO或CuCO3
【特别提醒】电解后溶液的复原,从溶液中放出的气体和生成的沉淀,按照原子个数比组成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么,少多少加多少”的原则。
【方法技巧】分析电解过程的思维流程
【方法技巧】书写电极反应式的方法
以电解Cu(NO3)2溶液为例:
▉考点03 电解饱和食盐水
烧碱、氯气都是重要的化工原料,习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
1.电解饱和食盐水的原理
通电前:溶液中的离子是Na+、Cl-、H+、OH-。
通电后:①移向阳极的离子是Cl-、OH-,Cl-比OH-容易失去电子,被氧化成氯气。
阳极:2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应)。
②移向阴极的离子是Na+、H+,H+比Na+容易得到电子,被还原成氢气。其中H+是由水电离产生的。
阴极:2H2O+2e-===H2↑+2OH-(还原反应)。
③总反应:
化学方程式为2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH;
离子方程式为2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-。
2.氯碱工业生产流程
工业生产中,电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。
①阳离子交换膜电解槽
②阳离子交换膜的作用:只允许Na+等阳离子通过,不允许Cl-、OH-等阴离子及气体分子通过,可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸,也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量。
3.氯碱工业产品及其应用
(1)氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂。
(2)电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。
▉考点04 电镀 电冶金
1.电镀与电解精炼
电镀是一种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加工工艺。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力,增加表面硬度和美观。
装置
电镀
精炼
阳极材料
镀层金属Cu
粗铜(含锌、银、金等杂质)
阴极材料
镀件金属Fe
纯铜
阳极反应
Cu-2e-===Cu2+
Zn-2e-===Zn2+、Cu-2e-===Cu2+等
阴极反应
Cu2++2e-===Cu
Cu2++2e-===Cu
溶液变化
硫酸铜溶液浓度保持不变
Cu2+浓度减小,金、银等金属沉积形成阳极泥
2.电冶金
(1)金属冶炼的本质:使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。如Mn++ne-===M。
(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等),但不能电解其盐溶液,应电解其熔融态。
如:电解熔融的氯化钠可制取金属钠的反应式:
阳极:2Cl--2e-===Cl2↑;
阴极:2Na++2e-===2Na;
总反应:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。
【归纳总结】
1.电解精炼过程中的“两不等”:电解质溶液浓度在电解前后不相等;阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。
2.电镀过程中的“一多,一少,一不变”:“一多”指阴极上有镀层金属沉积;“一少”指阳极上有镀层金属溶解;“一不变”指电镀液电解质溶液的浓度不变。
▉考点05 多池装置
1.判断电池类型
①有外接电源时,各电池均为电解池。
②无外接电源,如燃料电池、铅蓄电池在电池中作电源,其他均为电解池。
③无外接电源,有活泼性不同电极的为原电池,活泼性相同或均为惰性电极的为电解池。
④根据电极反应现象判断。
2.常用解题步骤
↓
↓
3.常见串联装置图
(1)外接电源与电解池的串联(如图)
A、B为两个串联电解池,相同时间内,各电极得失电子数相等。
(2)原电池与电解池的串联(如图)
显然两图中,A均为原电池,B均为电解池。
4.“串联”类装置的解题流程
▉考点06 电化学中的定量计算
1.根据总反应式计算
先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。
2.根据电子守恒计算
①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。
②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
3.根据关系式计算
根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁,构建计算所需的关系式。
如以通过4 mol e-为桥梁可构建如下关系式:
4e-~~
阳极产物 阴极产物
(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)
该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
▉考点07 电化学中的膜技术
1.常见的隔膜
隔膜又叫离子交换膜,由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类:
(1)阳离子交换膜,简称阳膜,只允许阳离子通过,不允许阴离子通过。
(2)阴离子交换膜,简称阴膜,只允许阴离子通过,不允许阳离子通过。
(3)质子交换膜,只允许H+通过,不允许其他阳离子和阴离子通过。
2.隔膜的作用
(1)能将两极区隔离,阻止两极区产生的物质接触,防止发生化学反应。
(2)能选择性的通过离子,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
3.“隔膜”电解池的解题步骤
第一步,分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种,判断允许哪种离子通过隔膜。
第二步,写出电极反应式,判断交换膜两侧离子变化,推断电荷变化,根据电荷平衡判断离子迁移方向。
第三步,分析隔膜作用。在产品制备中,隔膜作用主要是提高产品纯度,避免产物之间发生反应,或避免产物因发生反应而造成危险。
【方法技巧】
(1)含离子交换膜电化学装置题的解题步骤
(2)在原电池中应用离子交换膜,起到替代盐桥的作用,一方面能起到平衡电荷、导电的作用,另一方面能防止电解质溶液中的离子与电极直接反应,提高电流效率;在电解池中使用选择性离子交换膜的主要目的是限制某些离子(或分子)的定向移动,避免电解质溶液中的离子或分子与电极产物反应,提高产品纯度或防止造成危险等。
1.(23-24高二上·河北衡水·期中)用下列装置进行相应实验,能达到实验目的的是
①
②
③
④
A.装置①可用于电解饱和食盐水制备氯气和氢气
B.装置②可用于构成铜锌原电池
C.装置③可用于模拟钢棒上镀银
D.装置④可用于电解精炼铜,且溶液浓度不变
【答案】C
【解析】Cu作阳极,Cu放电生成Cu2+,不能生成氯气,装置①不能用于电解饱和食盐水制备氯气和氢气,A错误;应该左侧放入硫酸锌溶液,右侧放入硫酸铜溶液,B错误;银在阳极失去电子生成Ag+,溶液中的Ag+在阴极得到电子生成Ag,装置③可用于模拟钢棒上镀银,C正确;电解精炼时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,由于粗铜含有其它放电的杂质,溶液中铜离子浓度降低,D错误;故选C。
2.(23-24高二上·安徽蚌埠·期中)下列说法正确的是
A.电解饱和NaCl溶液时,向阴极移动,在阴极表面得电子析出
B.电解精炼铜装置中粗铜作阴极
C.电镀池中镀层金属作阳极
D.通过电解溶液的方法冶炼金属镁
【答案】C
【解析】电解饱和NaCl溶液时,向阴极移动,在阴极表面得电子析出氢气,A错误;电解精炼铜装置中粗铜作阳极,纯铜作阴极,B错误;电镀池中镀层金属作阳极,待镀件作阴极,C正确;通过电解熔融的方法冶炼金属镁,D错误;故选C。
3.(23-24高二·广东深圳·期中)我国科研工作者提出通过电解原理联合制备环氧乙烷同时处理酸性含铬废水,其工作原理示意图如图所示。其中双极膜由阳离子交换膜和阴离子交换膜组成,工作时内层H2O解离为和,并分别向两极迁移。下列说法正确的是
A.电极b为电源负极
B.膜q为阳离子交换膜
C.N极的电极反应式为
D.工作时,NaOH溶液浓度保持不变
【答案】C
【分析】由图可知,电极M上乙烯被氧化为环氧乙烷,电极N上被还原为,则电极M为阳极,电极N为阴极,电极a为负极,电极b为正极。
【解析】A.由分析知电极M为阳极,它与b相连,b为正极,A错误;
B.双极膜中水解离出来的氢氧根离子带负电,向阳极区移动,膜q适合选用阴离子交换膜,B错误;
C.电极N上被还原为,Cr元素由+6价变为+3价,再结合电荷守恒、原子守恒可得N极的反应方程式为,C正确;
D.工作时阳极区消耗氢氧根离子的同时生成了水,经膜q补充到阳极区的氢氧根离子与阳极区消耗的等量,则阳极区NaOH溶液浓度减小,D错误;故选C。
4.(23-24高二上·浙江杭州·期末)通过如下图所示装置可实现将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2转化为Co2+,并回收钴,同时可借助其降解乙酸盐生成CO2。其中电极材料均为石墨,右侧装置为原电池(工作时应保持厌氧环境和pH稳定)。下列说法正确的是
A.乙室电极反应式为:
B.装置工作时,乙室减小
C.装置工作时,甲室发生还原反应:
D.装置工作一段时间后,应定时将乙室溶液转移至甲室
【答案】D
【分析】右侧装置为原电池,则左侧装置为电解池,右侧乙室发生转化:LiCoO2(s)→Co2+,发生还原反应,故乙室为正极室,乙室电极反应式为LiCoO2+4H++e-=Li++Co2++2H2O,则右侧细菌电极室为负极室,可知左池甲室为阴极室、细菌电极室为阳极,阴极室电极反应式为Co2++2e-=Co,阳极室电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H+,氢离子、金属阳离子通过阳膜移向甲室,据此分析解题。
【解析】A.电解质溶液为酸性,右侧乙室发生转化:LiCoO2(s)→Co2+,乙室电极反应式为LiCoO2+4H++e-=Li++Co2++2H2O,A错误;
B.乙室中LiCoO2(s)→Co2+,同时得到Li+,LiCoO2(s)中的氧结合溶液中氢离子生成水,装置工作一段时间后,乙室的pH在增大,乙室应补充盐酸,B错误;
C.左池甲室为阴极室、细菌电极室为阳极,阴极室电极反应式为Co2++2e- = Co,C错误;
D.甲室电极反应式为Co2++2e-=Co,乙室电极反应式为2LiCoO2+8H++2e-=2Li++2Co2++4H2O,根据电极方程式可知,装置工作一段时间后,应定时将乙室溶液转移至甲室,D正确;故选D。
5.(23-24高二下·浙江·期中)电化学方法制备碘仿的原理及主要原料如图,选择性交换膜只允许Na+通过,已知生成CHI3的反应:。下列叙述不正确的是
A.丙酮可溶于水,制备过程中不需要搅拌,丙酮便可与离子充分接触反应
B.左室生成的反应:、
C.制备1mL碘仿实际消粍的电量大于理论值,可能的原因是
D.电解一段时间后,应定时将右室混合溶液的一部分移至左室
【答案】A
【分析】本题属于电解池,右侧石墨为阴极,电极反应为:,左侧石墨为阳极,电极反应为:,随后单质碘和氢氧化钠反应生成碘离子和次碘酸根离子,以此解题。
【解析】A.通过搅拌,可以使反应物接触更加充分,提高转化率,A错误;
B.根据分析可知,左室生成的反应:、,B正确;
C.制备碘仿实际消粍的电量大于理论值,可能是次碘酸根离子发生歧化反应而被消耗,歧化反应的方程式为:,C正确;
D.根据选项B分析可知,电解过程中左室会消耗氢氧根离子,阴极反应为:,Na+通过选择性交换膜进入右室,右室NaOH的浓度增大,故则电解一段时间后,应定时将右室混合溶液的一部分移至左室,D正确;故选A。
6.(23-24高二下·浙江杭州·期中)一种电化学法合成甲酸盐和辛腈的工作原理如图所示,中间为阴离子交换膜。下列说法不正确的是
A.电极为阳极,发生氧化反应
B.电解一段时间后,阴极区溶液pH增大
C.电极的电极方程式:
D.标准状况下,22.4L 参与反应时电极有0.5mol辛胺转化为辛腈
【答案】B
【分析】由图中In/In2O3−x电极上CO2→HCOO−可知,CO2发生得电子的还原反应,In/In2O3−x电极为阴极,阴极反应为CO2+2e−+H2O=HCOO−+OH−,则Ni2P电极为阳极,辛胺在阳极发生失电子的氧化反应生成辛腈,阳极反应为CH3(CH2)7CH2NH2+4OH−−4e−=CH3(CH2)6CN+4H2O,阴极与外加电源的负极相接,阳极与外加电源的正极相接,即A为电源负极,B为正极。
【解析】A.Ni2P电极为阳极,发生氧化反应,A正确;
B.阴极反应为CO2+2e−+H2O=HCOO−+OH−,电路中转移2mol电子,有2molOH−移向阳极,则阴极区溶液的碱性减弱,pH减小,B错误;
C.Ni2P电极为阳极,阳极反应为CH3(CH2)7CH2NH2+4OH−−4e−=CH3(CH2)6CN+4H2O,C正确;
D.阴极反应CO2+2e−+H2O=HCOO−+OH−,阳极反应CH3(CH2)7CH2NH2+4OH−−4e−=CH3(CH2)6CN+4H2O,电子守恒有2CO2∼CH3(CH2)6CN,则nCH3(CH2)6CN=12nCO2=12×=0.75mol,D正确;故选B。
7.(23-24高二下·广东·期中)工业上电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示,下列说法正确的是
A.电池工作时,外电路中电子的流动方向:M镀镍铁棒电解质溶液碳棒N
B.电池工作时,镀镍铁棒上的电极反应式为
C.电池工作一段时间后,中间工作室的NaCl浓度小于1%,原因是在中间工作室生成了更多的水
D.常温下,溶液中:
【答案】D
【分析】由图碳棒连接电源正极,是阳极,失电子,电极反应为:4OH−−4e−=O2↑+2H2O;铁棒是阴极,得电子能力:Ni2+(高浓度)>H+>Ni2+(低浓度),阴极的电极反应为:Ni2++2e-=Ni、2H++2e-=H2↑(Ni2+浓度较低时),阳极的钠离子穿过阳离子交换膜移向氯化钠溶液,阴极室氯离子穿过阴离子交换膜移向B室氯化钠溶液,氯化钠溶液的浓度增大;
【解析】A.电子不会在溶液中迁移,A错误;
B.电池工作时,镀镍铁棒上的电极反应式为Ni2++2e−=Ni、2H++2e-=H2↑(Ni2+浓度较低时),B错误;
C.由分析,电池工作一段时间后,中间室氯化钠溶液浓度增大,C错误;
D.常温下,0.5mol⋅L−1NaOH溶液中,由于加入的钠离子和氢氧根离子浓度相同,但是氢氧根离子还来源于水的电离,故c(OH−)>c(Na+)>c(H+),D正确;
本题选D。
8.(23-24高二下·浙江·期中)利用膜技术和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂,装置如图,下列说法不正确的是
A.甲装置将化学能转化为电能
B.每转移电子,生成和
C.乙中电极d上发生还原反应
D.c电极反应式为:
【答案】D
【分析】从图中可知,a电极上通入SO2,最后生成H2SO4,S元素化合价升高失电子,故a为负极,则b为正极,O2得电子生成水。d与负极相连,为阴极,阴极上氢离子得电子生成氢气,c为阳极,阳极上N2O4失电子结合硝酸生成N2O5和氢离子。
【解析】A.甲装置为原电池,将化学能转化为电能,A正确;
B.a电极上SO2失电子转化为H2SO4,1个S失去2个电子,转移2mol电子生成1mol硫酸,c电极上N2O4-2e-+2HNO3=2N2O5+2H+,转移2mol电子,生成2molN2O5,B正确;
C.电极d上氢离子得电子生成氢气,发生还原反应,C正确;
D.c电极上电极反应为N2O4-2e-+2HNO3=2N2O5+2H+,D错误;
故选D。
9.(23-24高二下·江苏泰州·期中)电池有铅蓄电池、燃料电池(如NO2-NH3电池)、锂离子电池、Mg一次氯酸盐电池等,它们可以将化学能转化为电能。NH3、CH4、NaBH4都可用作燃料电池的燃料。CH4的燃烧热为890.3kJ/mol。电解则可以将电能转化为化学能,电解饱和NaCl溶液可以得到Cl2,用电解法可制备消毒剂高铁酸钠(Na2FeO4)。电解法制备Na2FeO4的工作原理如图所示。下列说法正确的是
A.M为电源的负极
B.阳极上的电极反应式为
C.OH-通过阴离子交换膜移向Pt电极
D.理论上每转移0.1mol e-,阴极上会产生标准状况下1.12L气体
【答案】D
【分析】电解法制备Na2FeO4的工作原理如图所示,Fe为电解池的阳极,M为电源的正极,电极反应式为Fe-6e-+8OH-=+4H2O,Pt为电解池的阴极,N为电源的负极,电极反应:2H2O+2e-=H2↑+2OH-,阴离子交换膜应能允许OH-通过而能阻止的扩散,据此分析解题。
【解析】A.由分析可知,M为电源的正极,A错误;
B.由分析可知,阳极上的电极反应式为Fe-6e-+8OH-=+4H2O,B错误;
C.由分析可知,Fe为阳极,Pt电极为阴极,OH-通过阴离子交换膜由阴极即Pt电极移向阳极即Fe电极,C错误;
D.由分析可知,阴极电极反应为:2H2O+2e-=H2↑+2OH-,根据电子守恒可知,理论上每转移0.1mol e-,阴极上会产生标准状况下0.05molH2即0.05mol×22.4L/mol=1.12L气体,D正确;故选D。
10.(23-24高二下·内蒙古通辽·期中)在直流电场作用下双极膜中间层中的解离为和,并分别向两极迁移。如图所示装置,可将捕捉的二氧化碳转化为而矿化封存,减少碳排放,同时得到氧气、氢气、高浓度盐酸等产品。下列说法正确的
A.电极为阴极,电极反应式为
B.去掉双极膜,阳极的电极反应式不变,阴极的电极反应式改变
C.每转移个电子,生成碳酸钙
D.两个双极膜中间层的均向右移动
【答案】D
【分析】根据酸室中得到高浓度盐酸可知,中间室的Cl-通过阴离子交换膜移向酸室,判断电极a为阴极,电极b为阳极,碳酸根在碱室形成,所以电极a生成了OH- ,则电极a的电极反应为,生成的OH-与二氧化碳反应生成碳酸根,再发生,电极b为阳极,发生反应,据此解答下列各题。
【解析】A.电极b为阳极,发生反应,故A错误;
B.去掉双极膜,电极b(阳极)电极反应方程式为,故B错误;
C.由分析可知求得n(CaCO3)=0.5mol,其质量为50g,故C错误;
D.由分析可知,电极b是阳极,右侧双极膜中H+进入酸室生成盐酸,OH-向右迁移进入阳极室,电极为a阴极,左侧双极膜中H+向左迁移进入阴极室,OH-向右迁移进入碱室,故D正确;
故选D。
11.(23-24高二下·广东东莞·期中)关于如图所示① ②两个装置的叙述正确的是
A.硫酸浓度变化:①不变,②减小
B.① 中电解池的电子流动方向:负极→C电极(左边)→溶液→C电极(右边)→阳极
C.电极反应式:① 中阳极:4OH-4e-=2H2O+O2↑,②中正极:Zn-2e-=Zn2+
D.离子移动方向:① 中H+向阴极方向移动,②中H+向正极方向移动
【答案】D
【分析】①为电解池,电解水,阳极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑,硫酸的浓度增大;②为原电池,溶液中的氢离子移向正极,正极反应式为2H++2e-=H2↑,硫酸的浓度减小。
【解析】A.①为电解池,电解水,阳极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑,硫酸的浓度增大,A错误;
B.电子不能进入溶液,B错误;
C.电极反应式:①中溶液是酸性,阳极:2H2O-4e-=4H++O2↑,②中负极:Zn-2e-=Zn2+,C错误;
D.电解池中阳离子向阴极移动,原电池中阳离子移向正极,D正确;故选D。
12.(23-24高二下·安徽阜阳·期中)利用电化学原理,将、和熔融制成燃料电池,模拟工业电解法精炼银,装置如图所示。甲池工作时,转变成氧化物,可循环使用。下列说法错误的是
A.石墨Ⅱ为正极,发生还原反应 B.甲池总反应为
C.乙池中电极Ⅰ是粗银 D.甲池工作时,向石墨Ⅰ方向迁移
【答案】D
【分析】通入氧气的一极为正极,则石墨Ⅱ作正极,氧气在石墨Ⅱ得电子被还原;NO2在石墨Ⅰ被氧化生成N2O5。
【解析】A.做燃料,做氧化剂,石墨Ⅰ为负极,石墨Ⅱ为正极,发生还原反应,A项正确;
B.失电子被氧化成,负极电极反应式为,正极电极反应式为,电池总反应为,B项正确;
C.乙池中电极Ⅰ与石墨Ⅱ相连,则乙池中电极Ⅰ是阳极,粗银在阳极失去电子,C项正确;
D.甲池是原电池,甲池工作时,向正极迁移,即向石墨Ⅱ迁移,D项错误;
故选D。
13.(23-24高二下·浙江杭州·期中)下列各组中,每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是(电极为石墨)
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】A.电解HCl溶液,在阳极上生成Cl2,故A错误;
B.电解CuSO4阴极生成Cu,故B错误;
C.电解NaOH、H2SO4,阴极得电子能力:H+>Na+,阳极失电子能力:OH->,两极上分别生成H2和O2,故C正确;
D.电解AgNO3,在阴极上得到银,故D错误,
故选C。
14.(23-24高二上·山东·期中)新型液态电池的工作原理如图所示(a、b均为石墨电极)。下列有关说法错误的是
A.电极a为负极,发生氧化反应
B.放电时,负极区溶液pH减小
C.正极电极反应式为
D.若用此电池为铅酸蓄电池充电,b电极连接电极
【答案】C
【分析】a电极有气体c放出,放出的气体为氧气,可知a电极双氧水发生氧化反应生成氧气,a是负极、b是正极。
【解析】A.a电极有气体c放出,放出的气体为氧气,电极a为负极,发生氧化反应,故A正确;
B.放电时,负极发生反应H2O2-2e-+2OH-=2H2O+O2↑,负极区消耗OH-,溶液pH减小,故B正确;
C.b是正极,正极双氧水得电子生成水,正极电极反应式为,故C错误;
D.a是负极、b是正极,若用此电池为铅酸蓄电池充电,铅酸蓄电池充电时电极为阳极,接电池正极b电极,故D正确;故选C。
15.(23-24高二上·辽宁·期中)利用LiMg双离子可充电电池进行电絮凝净水的实验探究,实验装置如图。已知电极a的反应为:Li1-xFePO4 + xLi++ xe-=LiFePO4。下列叙述不正确的是
A.Mg电极放电时电极反应为:Mg-2e-= Mg2+
B.电池充电时,Li+从Ⅰ室向Ⅱ室迁移
C.电絮凝净水池的反应有:2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2↑
D.每消耗1 mol Mg,电极a质量理论上增加14 g
【答案】B
【分析】极a的反应为:Li1-xFePO4 + xLi++ xe-=LiFePO4,电极a发生还原反应,a是正极,则Mg电极为负极;
【解析】A.Mg电极为负极,放电时,Mg失电子生成镁离子,电极反应为:Mg-2e-= Mg2+,故A正确;
B.原电池中阳离子向正极移动, a是正极、Mg电极为负极,则放电时Li+从Ⅰ室向Ⅱ室迁移;充电时,Li+从Ⅱ室向Ⅰ室迁移,故B错误;
C.电絮凝净水池中,Al电极为阳极、Fe电极为阴极,阳极铝失电子生成铝离子,阴极水得电子生成氢气和氢氧根离子,反应有:2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2↑,故C正确;
D.每消耗1 mol Mg,转移2mol电子,根据Li1-xFePO4 + xLi++ xe-=LiFePO4,有2molLi+参与反应生成LiFePO4,所以电极a质量理论上增加14 g,故D正确;故选B。
16.(23-24高二下·宁夏吴忠·期中)如图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的NaCl溶液、AgNO3溶液、x溶液,a、b、c、d电极均为石墨电极,接通电源经过一段时间后,乙中c电极质量增加,据此回答问题:
(1)电源的M端为 极(填名称)。
(2)电极d上发生的电极反应式为 ,乙池溶液pH (填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)甲池中的总反应式为 。
(4)当电路中有0.04mol电子通过时,a、b、c、d电极上产生的气体或固体的物质的量之比是 。
(5)若利用丙池实现铁上镀铜,则e、f依次是 , (填化学式)。
【答案】(1)负
(2) 减小
(3)
(4)2:2:4:1
(5) Fe Cu
【分析】该装置为串联电解池,乙中c电极质量增加,c是阴极,电极反应为Ag++e-=Ag,依此推出a、b、d、e、f分别为阴极、阳极、阳极、阴极、阳极,则M为直流电源负极,N为直流电源正极。
【解析】(1)根据分析M为直流电源负极;
(2)据分析d为阳极,电解硝酸银溶液,阳极水失去电子被氧化为氧气,电极反应为,同时生成氢离子导致溶液pH减小;
(3)甲池中是电解氯化钠溶液,总化学方程式为;
(4)依据放电顺序可知,a、b、c、d上分别产生氢气、氯气、银单质、氧气,根据得失电子守恒有关系,其物质的量之比为2:2:4:1;
(5)在铁上镀铜,铁作为镀件在阴极、铜作为镀层在阳极、电解质溶液为硫酸铜,则e为铁,f为Cu。
17.(23-24高二上·安徽蚌埠·期中)电解工作原理的实际应用非常广泛。
(1)电解精炼银时,阴极反应为 。
(2)工业上为了处理含有的酸性工业废水,采用下面的处理方法:往工业废水中加入适量NaCl,以铁为电极进行电解,经过一段时间,有和沉淀生成,工业废水中铬元素的含量可低于排放标准。关于上述方法,下列说法错误的是_____(填字母)。
A.阳极反应:
B.阴极反应:
C.在电解过程中工业废水由酸性变为碱性
D.可以将铁电极改为石墨电极
(3)某同学设计了如图装置进行以下电化学实验。
①当开关K与a连接时,两极均有气泡产生。
②一段时间后,使开关K与a断开,与b连接时,虚线框内的装置可称为 。请写出此时Fe电极上的电极反应 。
(4)1L某溶液中含有的离子如下表:
离子
1
1
1
用惰性电极电解该溶液,当电路中有3mol通过时(忽略电解时溶液体积变化及电极产物可能存在的溶解现象),则a= ,阳极生成 mol。
【答案】(1)
(2)D
(3)原电池
(4) 4 0.5
【解析】(1)电解精炼银时,阴极反应为;
(2)Fe为电极进行电解时,阳极铁是活性电极,则电极本身发生失电子的氧化反应,即阳极反应为:Fe-2e-═Fe2+,故A正确;阴极上酸性工业废水中的氢离子得电子发生还原反应,阴极反应为:2H++2e-═H2↑,故B正确;阴极反应消耗H+,溶液中的氧化还原反应也消耗H+,导致溶液中氢离子浓度降低,则在电解过程中工业废水由酸性变为碱性,最终生成Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀,故C正确;若用石墨做电极,则无法产生还原剂Fe2+,无法使还原为Cr3+变成沉淀除去,所以不能用石墨作电极,故D错误;故选D。
(3)当开关K与a连接时,两极均有气泡产生,因此电解时,Fe电极只能是阴极,Fe电极上的电极反应为:2H++2e-=H2↑,石墨电极上的电极反应为2Cl--2e-=Cl2↑,一段时间后,使开关K与a断开、与b连接时,形成原电池,Fe为负极,电解质溶液为NaOH,因此负极反应式为;
(4)由溶液的电荷守恒可知2c(Cu2+)+3c(Al3+)=c()+c(Cl-),可求得c()=4moL/L,即a=4,Cl-的物质的量为1 mol,阳极产生0.5 mol Cl2。
(
17
)原创精品资源学科网独家享有版权,侵权必究!学科网(北京)股份有限公司
学科网(北京)股份有
学科网(北京)股份有限公司
$$