专题10 化学能与电能 题源3 电解原理-【备战高考】备战2027高考化学母题题源同步练

Li一e一Li,A、C项不正确；充电时，阴极即为原电池的负 极，但是反应恰好相反：Li+十e一Li,D项不正确。 [答案]B 解题模型2.2 电极反应式的书写方法 书写电极反应式时，要根据电极材料、电解质溶液分 析电极反应和电极产物，写出电极反应式，还要注意电子 守恒。 (1)负极为活泼金属时，一般失去电子形成可溶性稳 定价态阳离子进入溶液，或进一步与电解质溶液发生反 应；若为燃料电池，负极一般不参与反应，可燃气体失去电 子，生成稳定的氧化产物，或进一步与电解质溶液反应。 (2)正极上，一般是溶液中氧化性最强的微粒获得电 子被还原，生成稳定的还原产物，或进一步与电解质溶液 反应。 (3)正、负两极反应式在得失电子数目相等的前提下， 相加可得电池反应总方程式。 注意：①当两种金属作电极时，若有一金属能与电解质溶 液自发进行反应，则该金属一定作负极；若两金属都能与 电解质溶液反应，或都不反应时，相对活泼的金属应作原 电池的负极。 ②对于二次电池的充电反应的电极反应式，正好是该 电极放电反应的逆反应。 ③燃料电池电极反应书写注意在酸性、中性、碱性环 境中的区别。在正、负极上发生的电极反应不是孤立的， 它往往与电解质溶液紧密联系。如氢氧燃料电池有酸式 和碱式两种，在酸溶液中负极反应式为：2H2一4e一 4H+,正极反应式为：O2十4H+十4e一2H2):在碱溶液 中，则不可能有H+出现，在酸溶液中，也不可能出现 )H一。文如CH,、CH3OH等燃料电池，在碱溶液中碳元 素以CO形式存在，而不是放出CO2。 [真题6](2022·福建)铅 蓄电池的工作原理为：Pb十 PbO2 +2H2 SO:-2PbSO.+ 2HO,研读右图，下列判断不正 确的是 ( A.K闭合时，d电极反应 式：PbSO4+2HO-2e 30%HS0 PbO,+4H+SO B.当电路中转移0.2mol电于时，I中消耗的HS) 为0.2mol C.K闭合时，Ⅱ中S()号向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 [解析]本题考查铅蓄电池，意在考查考生对电池的充电 和放电过程所涉及的化学原理进行分析的能力。根据图示，I 为原电池，a为正极，b为负极，Ⅱ为电解池，c为阴极，d为阳极。 K闭合时，d为阳极，发生氧化反应：PbS):一2e+2H2O一 PbO2十4日++SO,A项正确；根据铅蓄电池的总反应知该反 应中转移电子数为2e,则电路中转移0.2mol电子时，I中消 耗0.2 mol H2 SO,B项正确；K闭合时，Ⅱ中SO向阳极(d 极)迁移，C项错误；K闭合一段时间后，c电极析出Pb,d电极析 ·7 出PbO2,电解质溶液为H2SO,,此时可以形成铅蓄电池，d电极 作正极，D项正确。 [答案]C 题源3 电解原理 解题模型3.1 电解原理 (1)电解 在直流电作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化 反应和还原反应的过程叫电解。将电能转化成化学能的 装置叫电解池。 (2)原电池、电解池原理的比较 原电池 电解池 两种活泼性不同的电极 金属或石墨均可作电极 材料 一般 组成 ⊙ 两电极用导线连接（或 外接直流电源 直接接触) 条件 ③ 两电极插在电解质溶液 两电极插在同一电解质溶 中（或闭合回路） 液中（或熔融状态） 电极材料活泼性差异 与外电源的连接方式 电极确定 的依据、方 负极—较活泼金属 阳极—一与电源正极相接 法和名称 正极 较不活泼材料 阴极—与电源负极相接 负极 正极 电极反应 阳极©二阴极 (氧化) →（还原） (氧化)（还原） 能量转化 电能转化为化学能 形式 化学能转化为电能 00 Fe 实例装置 HCI溶液 HCI溶液 电极 (-)Fe-2e-= =Fe2+ (阳)2C1--2e =C12个 方程式 (+)2H++2e —H,A (阴)2H++2eH2 电池 总反应 Fe--2H+- =Fe2++H2 2HC1通电H,+C1,A 外电源犹如“电子泵”，使通 ①氧化和还原反应分在 常难以进行的氧化还原反 电池作用 两极进行，形成电流 ②加快了电子转移 应变成可能；使通常能进行 的反应变得更加容易 规律总结：原电池、电解池的判定 (1)先分析有无外接电源，有外接电源的为电解池，无 外接电源的可能为原电池。 (2)多池相连，但无外接电源时，两极活泼性差异最大 的为原电池，其他各池可看作电解池。 [真题7](2021·安徽)CuO是一种半导体材料，基于绿 色化学理念设计的制取CO的电解池示意图如下图所示，电 解总反应为：2Cu十H:0通电cu,O+H,↑。下列说法正确的是 ( 直流电源 石墨 Cu 浓的强碱性 电解质溶液 A.石墨电极上产生氢气 B.铜电极发生还原反应 C.铜电极接直流电源的负极 D.当有0.1mol电于转移时，有0.1 mol Cu2O生成 [解析]此题考查电解原理。由反应前后化合价的变化， 可知Cu的化合价升高，失电子，发生氧化反应，所以C山电极应 为电解池的阳极（接直流电源的正极），发生的反应为：2Cu一2e 十2)HCu2)+H2O,当反应中有0.1mol电子转移时，生 成的Cu2)应为0.05mol,所以B、C、D均错误。而在原电池的 阴极（石墨电极）则发生反应：2H+十2e一H个，故A选项 正确。 [答案]A [点评]解答有关电解问题的步骤： (1)首先要判定是否为电解池，有外接直流电源则为电解 池，否则不是电解池。 (2)对于电解泡，首先要考虑阳极材料，若为惰性电极，溶液 中的阴离子被氧化；若为活性电极，则被氧化的是电极本身。 (3)若溶液中的阴、阳离子有多种，则据离子放电顺序判定 什么离子先放电，什么离子后放电，并写出电极反应式。 (4)根据电极反应式解答相关问题。 解题模型3.2 酸、碱、盐的电解规律 (1)电解时电极产物的判断 ①阳极产物的判断 首先看电极，当用较活泼金属（除Pt、A山外）作电解池 的阳极材料时，则电极材料失电子，电极被溶解；如果是惰 性电极(Pt、Au、石墨)，则要看溶液中阴离子的失电子能 力。阴离子的放电顺序：S>I>Br>C1>OH>含 氧酸根>F。 ②阴极产物的判断 直接根据阳离子的放电顺序进行判断，阳离子的放电 顺序：Ag+>Hg+>Fe3+>Cu+>H+(酸中)>Pb2+ Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水中)>Al3+>Mg2+>Na+> Ca+>K+。 (2)用惰性电极电解变化情况简析 电解 电解质 电解 溶液复 类型 电极反应特点 实例 质浓 pH 对象 原需加 度 物质 阴极：4H+十4e NaOH 水 增大 增大 电解 =2H个 水型 阳极：4)H H.SO 水 增大 减小 水 4e-=2H20十 024 Na2 SO 水 增大 不变 水 8 电解 电解质电离出的 HCI 电解质 减小 增大 HCI 电解 阴、阳离子分别 质型 在两极放电 CuCl2 电解质 减小小 略增大 阴极：HO放H 放H。 生成 生碱 电解 生碱 NaCl 新电 增大 HCI 型 阳极：电解质阴 质和水 解质 离子放电 阴极：电解质阳 放() 电解 生成 生酸 离子放电 CuSO: 质和 新电 减小 Cu(OH) 型 阳极：H2O放O 水 解质 生酸 [真题8](2022·重庆)钒(V)及其化合物广泛应用于工 业催化、新材料和新能源等领域。 (1)V),是接触法制硫酸的催化剂。 ①一定条件下，S),与空气反应tmin后，SO:和SO,物质 的量浓度分别为amol/L和bmol/L,则S)2起始物质的量浓 度为 mol/L;生成SO,的化学反应速率为 mol/(L·min)。 ②工业制硫酸，尾气SO,用 吸收。 (2)全钒液流储能电池是利用不同价态离于对的氧化还原 反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图所示。 外接电源或负载 惰性电极 惰性电极 溶液c(H)=2.0mo/L 阴离子为SO} 离子的颜色为 VO/VO V+紫色，V*绿色， VO+蓝色，VO黄色， 交换膜（只允许H通过） ①当左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝，其电极反应式为 ②充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由 色变为 色。 ③放电过程中氢离于的作用是 衣 ;充电 时若转移的电于数为3.01×103个，左槽溶液中n(H+)的变化 量为 [解析](1)①2SO2+O22S0 平衡时 a mol/L b mol/I 生成b mol S)3需要反应物S)2bmol,故起始时S)2浓度 为(a十b)mol/L。 o(S0,）=6mol/L÷tmin=2mol/(L,·min). 二氧化硫尾气用碱液（氨水）吸收。 (2)①由黄色变为蓝色，说明V)生成VO+,V化合价由 十5降为十4，被还原。②充电过程中，右槽中发生还原反应， V3+变为V+,颜色由绿色变为紫色。③放电时，氢离子参与正 极的还原反应，生成水；充电时，转移的电子为0.5mol时，生成 的H+物质的量为1mol,由于H+可以通过交换膜，其中0.5 molH+进入右槽，故左槽中H+的变化量为0.5mol。 [答案](1)①a十bb/t②氨水 (2)①VO对+2H++e一-VO++H2O ②绿浆 ③参与正极反应通过交换膜定向移动使电流通过溶液 0.5 mol 题源4 电解原理的应用 解题模型4.1 电解原理的应用 (1)氣碱工业—一电解饱和食盐水制取氣气和烧碱 ①原理 阳极（用石墨）：2C1一2e一Cl2↑ 阴极（用Fe):2H++2e一H2↑ 。电解 总反应：2NaCl+2HOeF2NaOH+H2个+Cl,↑ ②饱和食盐水的精制：电解前应除去食盐溶液中的 Ca2+、Mg+、SO等杂质离子，加入试剂依次为NaOH溶 液、BaCL2溶液、Na2CO3溶液、稀盐酸（或将BaCl2溶液和 NaOH溶液的顺序互换)。 ③主要生产过程 湿氯气 +C12 粗盐 湿氢气H -NaOH溶液→NaOH 稀NaCI溶液 Na 精制饱和食 一阳极室阴极室HO(含少量NaOH 盐水溶液 阳离子交换膜电解槽 (2)铜的电解精练 阳极（用粗铜）：Zn-2e-一Zn2+、Fe-2e-一Fe2+ Ni-2e--Ni2+Cu-2e--Cu+ 另外，粗铜中的金、银等金属杂质，因为失去电子能力 比Cū弱，所以难以在阳极失去电子变成阳离子溶解，而是 以阳极泥的形式沉积下来。 阴极（用纯铜）：Cu+十2e一Cu 电解质溶液用CuS):或CuCL2溶液。长时间电解后， 电解质溶液必须补充。 (3)电镀 电镀是一种特殊的电解，要求镀件必须作阴极，镀层 金属作阳极，含镀层金属离子的可溶性盐溶液作电解质溶 液（作为电镀液）。电镀时，理论上电解质溶液的浓度保持 不变。 (4)电解法治炼活泼金属 电解 如：2Al2O034Al+3O2个 (阴极)（阳极） 特别提醒：①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。 8 ②电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属极且 是阳极，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。 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-、)H-)和分子(CL2) 通过，这样既能阻止H2和C2混合爆炸，又能避免C2和 NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱质量。 [真题9](2022·全国 Ⅱ)右图所示是一个用铂丝作 电极，电解稀的MgSO,溶液的 装置，电解液中加有中性红指 示剂，此时溶液呈红色。（指示 剂的pH变色范围：6.8~8.0， 酸色一一红色，碱色——黄色) MgSO,溶液 回答下列问题： (1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述，正 确的是 (填编号)； ①A管溶液由红变黄②B管溶液由红变黄 ③A管溶液不变色④B管溶液不变色 (2)写出A管中发生反应的反应式： (3)写出B管中发生反应的反应式： (4)检验a管中气体的方法是 (5)检验b管中气体的方法是 (6)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观案 到的现象是 [解析]本题考查电解原理和气体检验，意在考查考生化 学用语书写能力和实验能力。根据图可以确定，A极为阴极，B 极为阳极。A极H+放电，A极附近)H一增加，溶液碱性增强， A极附近溶液变黄色，同时Mg2+与OH结合生成Mg(OH): 沉淀；B极()H放电，使得溶液中H+增加，B极附近溶液显酸 性，溶液仍为红色。电解后，将电解液倒入烧杯中，A极附近生 成的Mg(OH)2与B极附近生成的H,SO:反应，生成MgSO, 即沉淀溶解，溶液呈红色。根据上述分析，中收集的是氢气，b 中收集的是Og。 [答案](1)①④ (2)2H++2e—H2↑（写2H2O+2e—2OH+H2↑ 即可)，Mg2+十2OH-一Mg(OH)2￥ (3)40H-4e-2H2)+02↑（写2H20-4e 4日+十O。个也可) (4)用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆 鸣声，管口有蓝色火焰 (5)用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木 条伸入试管内会复燃 (6)溶液呈红色，白色沉淀溶解（或大部分溶解）