资源简介

高考总复习 电解应用

【考纲要求】
1．巩固电解池的工作原理和电解规律。
2．了解电解原理在氯碱工业、电镀、电冶金属等方面的应用。
【考点梳理】
考点一：氯碱工业
1．定义
工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。
2．电解饱和食盐水
（1）反应原理
饱和食盐水成分：溶液存在Na+、Cl－、H+、OH－四种离子。　　电极反应式：　　阴极：2H+＋2e－=H2↑（还原反应）；　　阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑（氧化反应）。　　电解总化学方程式：　　  （2）实验简易装置　 如图所示在烧杯里装入饱和食盐水，滴入几滴酚酞试液。用导线把铁钉、石墨捧、电流表接在直流电源上。观察现象，并用湿润的碘化钾淀粉试纸检验阳极放出的气体。　　 （3）实验现象　　 阳极（石墨棒）上有气泡逸出、该气体呈黄绿色，有刺激性气味，使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝；石墨棒附近的溶液由无色变为黄绿色。阴极（铁钉）上逸出气体，该气体无色、无味；阴极附近的溶液由无色先后变为浅红色、红色，且红色区域逐渐扩大。要点诠释：　　①阴极区域变红原因：由于H+被消耗，使得阴极区域OH－离子浓度增大（实际上是破坏了附近水的电离平衡，由于KW为定值，c(H+)因电极反应而降低，导致c(OH－)增大，使酚酞试液变红）。　　②湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝原因：氯气可以置换出碘化钾中的碘，Cl2+2KI=2KCl+I2，I2使淀粉变蓝。
3．生产过程
（1）NaCl溶液的精制
粗盐中含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42－等杂质，会影响NaCl溶液的电解。精制食盐水时经常加入BaCl2、Na2CO3、NaOH等，使杂质成为沉淀，过滤除去，然后加入盐酸调节盐水的pH。


要点诠释：　
　　除杂质时所加试剂的顺序要求是：　　①Na2CO3必须在BaCl2之后，以除去Ca2+和前面引入的Ba2+等；　　②过滤之后再向滤液中加入盐酸，以免沉淀重新溶解。　　试剂加入顺序有多种选择，如：　　①BaCl2、NaOH、Na2CO3、过滤、HCl；　　②BaCl2、Na2CO3、NaOH、过滤、HCl；　　③NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、HCl。　
（2）生产装置
要点诠释：阳离子交换膜的特点
阳离子交换膜只允许阳离子（Na+）通过，而阻止阴离子（Cl―、OH―）和分子（Cl2）通过，这样既能阻止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，还能极大地降低碱液中NaCl的含量。
考点二：铜的电解精炼
装置示意图
阳极反应式
Zn―2e―==Zn2+、Ni―2e―==Ni2+、Fe―2e―== Fe 2+、Cu―2e―==Cu2+
阴极反应式
Cu2++2e－==Cu
要点诠释：
①粗铜作阳极，接电源正极；纯铜作阴极，接电源负极，用CuSO4溶液作电解液。②Cu和比Cu活泼的杂质Zn、Fe、Ni等均失去电子变成相应的离子留在电解液中；较Cu不活泼的Ag、Au等杂质沉积在电解槽底，形成阳极泥。
③长时间电解，电解质溶液需要定时补充
考点三：电镀（如铁件镀铜）
电镀液：含Cu2+（镀层金属离子）的盐溶液（如CuSO4溶液）
阳极（Cu）：Cu―2e―==Cu2+
阴极（铁件）：Cu2++2e―==Cu
　　
要点诠释：
（1）电镀铜和精炼铜的原理是一致的，但阴、阳两极材料略有差别：　　①精炼铜时，粗铜板作阳极，纯铜片作阴极，用CuSO4溶液(加入一定量的硫酸)作电解液。　　②电镀铜时，镀层金属(铜片)作阳极，待镀件(铁片) 与直流电源的负极相连作阴极，用含有镀层金属离子的电解质(CuSO4)配成电镀液。
（2）电镀就是金属Cu的“搬家”，所以，电镀前后，电解质CuSO4溶液的浓度基本不变。电镀铜规律可概括为“阳极溶解，阴极沉积，电解液不变”。
考点四：电解冶炼活泼金属
一些较活泼的金属常用电解的方法冶炼，如Na、Mg、Al等金属（这是因为这些金属的阳离子的氧化性很弱，难以找到经济实用的还原剂，从这个意义上看，电源的负极是最强的还原剂）。
电解熔融的电解质，可冶炼活泼金属（如K、Na、Ca、Mg、Al等）。
冶炼原理：金属阳离子在阴极上得到电子而被还原。
1、钠的冶炼
①原料：NaCl
②阴极材料：不锈钢
③阳极材料：石墨
④电极反应：
阴极： 2Na++2e—= 2Na
阳极： 2Cl－－2e—＝Cl2↑
⑤总方程式：
2、镁的冶炼
①原料：MgCl2
②阴极材料：不锈钢
③阳极材料：石墨
④电极反应：
阴极： Mg2++2e—= Mg
阳极： 2Cl－－2e—＝Cl2↑
⑤总方程式：
3、铝的冶炼
Al2O3熔点很高2045℃
冰晶石(Na3AlF6)作熔剂
电离：Al2O3（熔融） 2Al3＋＋3O2－
电极方程式：
阳极（石墨C）： 6O2－－12e— = 3O2↑
阴极(不锈钢Fe）：4Al3+＋12e— = 4Al
电解方程式：
阳极副反应 C＋O2 = CO2 需补充碳块
【典型例题】
类型一：氯碱工业
例1、氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下图所示。依据下图完成下列填空：　　　　（1）在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的电极反应式为________，与电源负极相连的电极附近，溶液pH_______。（选填“不变”、“升高”、或“下降”）　　（2）工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质。精制过程发生反应的离子方程式为___________ ，__________ 。　　（3）如果粗盐中SO42—含量较高，必须添加钡试剂除去SO42—，该钡试剂可以是______。　　A．Ba(OH)2　 　　B．Ba(NO3)2　 　　C．BaCl2　　(4)为有效除去Ca2+、Mg2+、SO42—，加入试剂的合理顺序为______。　　A．先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂　　B．先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3　　C．先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3　　(5)在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，相应的化学方程式为______ 。　　【答案】　　(1)2Cl——2e—＝Cl2↑，升高　　(2)Ca2++CO32—=CaCO3↓，Mg2++2OH—=Mg(OH)2↓　　(3)A　 C　　(4)B　 C　　(5) 　　 Cl2十2NaOH=NaCl十NaClO十H2O
【解析】电解NaCl溶液时，在与电源正极相连的电极上(阳极)，Cl—失去电子生成Cl2：2Cl——2e—=Cl2↑；在与电源负极相连的电极(阴极)发生的反应为2H+十2e—=H2↑，消耗H+，产生OH—，所以附近的pH上升。　　工业食盐中含有较多的Ca2+、Mg2+杂质，可以用试剂NaOH、Na2CO3除去，所以离子反应式为Ca2++CO32—＝CaCO3↓，Mg2++2OH—=Mg(OH)2↓，如果含有SO42—，则可加Ba2+形成BaSO4白色沉淀。由于不能引进其他阴离子，所以钡试剂只能用BaCl2或Ba(OH)2。为了有效除去Mg2+、Ca2+和SO42—，必须先加钡试剂或NaOH，最后加入Na2CO3溶液，如果先加入Na2CO3溶液，后加BaCl2或Ba(OH)2，则多余Ba2+无法除去。　　经过一段时间的电解，NaCl溶液浓度在下降，NaOH溶液浓度在上升。当NaOH溶液质量分数变成10％，NaCl溶液质量分数变成16％时，停止电解，电解液加热蒸发，由于NaOH的溶解度大于NaCl，冷却后经过滤可得NaCl固体，NaCl可循环使用。　　若在电解过程中，不使用隔膜，则在阳极区生成的氯气与阴极区生成的NaOH溶液混合，发生反应，其反应式为Cl2十2NaOH=NaCl十NaClO十H2O。连同电解时发生的反应 ，两步反应可合并成 。举一反三：

【变式1】下列描述中，不符合生产实际的是
A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极
B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极
C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极
D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极
【答案】A
【变式2】电解原理在化学工业中有广泛应用。下图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则：
①电解池中X极上的电极反应式为________________，在X极附近观察到的现象是________________。
②Y电极上的电极反应式为________________，检验该电极反应产物的方法是________________。
（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则（说明：杂质发生的电极反应不必写出）：
①X电极的材料是________，电极反应式是________________；
②Y电极的材料是________，电极反应式是________________。
【答案】（1）①2H++2e－==H2↑ 放出气体，溶液变红
②2Cl――2e―==Cl2↑ 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色
（2）①纯铜 Cu2++2e－==Cu ②粗铜 Cu―2e―==Cu2+
类型二：金属的电解精炼
例2．下列关于电解法精炼粗铜的叙述中不正确的是（　　）。
A．粗铜板作阳极，纯铜片作阴极，CuSO4溶液作电解液
B．电解时，阳极发生氧化反应，而阴极发生的反应为：Cu2＋+2e-＝Cu
C．粗铜中所含Ni、Fe、Zn等金属杂质，电解后以单质形式沉积槽底，形成阳极泥
D．电解铜的纯度可达99.95%∽99.98%
【答案】C
【解析】精炼某金属，含杂质金属应作阳极，纯单质作阴极，含该种金属元素的离子作电解液，金属活动性在Cu后面的金属杂质形成阳极泥，活动性在Cu前面的金属先放电进入溶液但其阳离子不放电，从而将该金属与杂质分离。
举一反三：

【变式1】下列关于铜电极的叙述正确的是
A．铜锌原电池中铜作负极
B．在铁制品上电镀铜时，用铜作阴极
C．电解饱和食盐水制烧碱时，用铜作阳极
D．电解法精炼铜时，粗铜连接电源的正极
【答案】D
【变式2】（2019·山东德州高三二模）下列有关化学概念或原理的论述中正确的是（　　）
　 A． 由SO2通入Ba（NO3）2溶液产生白色沉淀可知，BaSO3不溶于硝酸
　 B． 电解精炼铜，电解结束后电解质溶液浓度不变
　 C． 海水中Na+、Cl一结晶成NaCl的过程，形成了化学键
　 D． 任何可逆反应，其平衡常数越大，反应速率、反应物的转化率就越大
【答案】C
【解析】SO2通入硝酸钡溶液，发生氧化还原反应生成硫酸钡沉淀，则BaSO3能溶于强酸，结论不合理，A错误；电解精炼铜，粗铜作阳极，粗铜有比铜活泼的金属锌、铁等首先放电，而阴极只析出铜，所以电解结束后电解质溶液浓度改变，B错误；海水中离子自由移动，钠离子和氯离子形成离子键而结晶析出晶体氯化钠，C正确；平衡常数只反映反应物的转化率，不反映反应速率的快慢，且只与温度有关，D错误。
类型三：电镀（如铁件镀锌）
例3．镀锌钢管具有广泛的用途，镀锌钢管有冷镀锌管和热镀锌管，冷镀即电镀，热镀是指熔融状态的锌与铁生成合金层。下列说法正确的是（ ）
A．铁锌形成的合金层是纯净物，耐酸碱腐蚀
B．钢管镀锌的目的是使铁与锌形成原电池，消耗锌而保护钢管免受腐蚀
C．钢管冷镀时，钢管作阴极，锌棒作阳极，锌盐溶液作电解质溶液
D．镀锌钢管破损后，负极反应式为Fe－2e－==Fe2+
【思路点拨】镀锌钢管破损后，与空气中的电解质溶液形成原电池，锌较活泼做负极。
【答案】C
【解析】A项，铁锌形成的合金层是混合物，错误。B项，钢管镀锌的目的一是美观，二是万一镀层破损，铁与锌形成原电池，保护钢管免受腐蚀，错误。D项，镀锌钢管破损后，负极反应式为Zn－2e－==Zn2+，错误。
【总结升华】在铁制品上镀锌，即要求锌作阳极，镀件铁为阴极，电解质溶液中含锌离子。阳极Zn放电生成Zn2+进入溶液补充由于在阴极放电而消耗的Zn2+，Zn2+在阳极铁（镀件）上析出。
举一反三：
【变式1】若在铁片上镀铜，以下叙述中错误的是（　 ）　　A．可把铁片与电源的正极相连　　B．电解质必须用含有铜离子的可溶性盐　　C．铜极发生氧化反应　　D．铁极的电极反应式为Cu2++2e－=Cu 【答案】A
类型四：冶炼活泼金属
例4．下列金属冶炼的反应原理，错误的是（ ）　　A．2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑　　　　 　B．MgO+H2Mg+H2O　　C．Fe3O4+4CO3Fe+4CO2　　　　　　　　　　　　D．2HgO2Hg+O2↑
【答案】B
【解析】根据金属活动性强弱顺序，不同金属冶炼方法为：
K Ca Na Mg Al 　　　　Zn Fe Sn Pb (H) Cu　　　　 Hg Ag　　　　 Pt Au 　　 　电解法 　　　　　　　　　热还原法 　　　　　　热分解法　　　物理提炼法 举一反三：
【变式1】（2019 西城质检）对于冶炼像钠、钙、镁、铝这样活泼的金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。下列有关说法中正确的是（ ）
A．电解熔融NaOH可生成金属钠、O2以及H2
B．电解熔融CaCl2时，金属钙在阳极生成
C．可用电解饱和MgCl2溶液的方法获得金属镁
D．电解熔融Al2O3制备金属铝时，要加入冰晶石，使Al2O3在较低温度下熔解
【答案】D
【巩固练习】
一、选择题（每题有1~2个选项符合题意）
1．用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是（ ）
A．用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片
B．用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片
C．用氢氧化钠溶液吸收阴极产物
D．用带火星的木条检验阳极产物
2．（2019·北京东城二模）下列说法正确的是（ ）
A．以铜作阴极、铁作阳极、硫酸铜为电解液可完成铁上镀铜
B．水的电离是吸热过程，升高温度，水的离子积增大、减小pH
C．由反应2C+SiO2Si+CO↑,可得出C的非金属性强于Si
D．pH=9的醋酸钠溶液和pH=9的氨水中水的电离程度相同
3．可以将反应Zn+Br2 = ZnBr2设计成蓄电池，下列4个电极反应
① Br2 + 2e－= 2Br－ 　 ② 2Br－－2e－= Br2 　
③ Zn – 2e－= Zn2+　 ④ Zn2+ +2e－= Zn
其中表示充电时的阳极反应和放电时的负极反应的分别是（　 ）
A. ②和③ 　 B. ②和① C. ③和①　　D. ④和①
4．（2019 北京四中）下列关于离子交换膜电解槽的叙述错误的是（?????）。
A．精制饱和食盐水进入阳极室
B．纯水（加少量NaOH）进入阴极室
C．阴极产物为氢氧化钠和氢气
D．电解槽的阳极可用金属铁网制成
5．下面有关电化学的图示，完全正确的是（ ）
6．利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是（ ）
A．电解时以精铜作阳极
B．电解时阴极发生还原反应
C．粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu==Cu2++2e―
D．电解后，电解槽底部会形成含有少量Ag、Pt等金属的阳极泥
7．化学用语是学习化学的重要工具，下列表示物质变化的化学用语中，正确的是（ ）
A．电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为：2Cl――2e―==Cl2↑
B．氢氧燃料电池的负极反应式：O2+2H2O+4e―==4OH―
C．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应式为：Cu――2e―==Cu2+
D．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式：Fe―2e―==Fe2+
8．加碘食盐中含有碘酸钾(KIO3)，现以电解法制备碘酸钾，实验装置如图所示。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液，发生反应：3I2+6KOH=5KI+KIO3+3H2O，将该溶液加入阳极区，另将氢氧化钾溶液加入阴极区，开始电解。下列说法正确的是
A．a电极是阴极
B．a极区的KI最终转变为KIO3
C．阳极电极反应：4OH—－4e— ====2H2O＋O２↑
D．电解过程中OH—从a极区通过离子交换膜c进入b极区
9．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是（ ）
A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出
B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu2++2e－==Cu
C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D．a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2+向铜电极移动
10．电解法处理酸性含铬废水（主要含有Cr2O72－）时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2O72－＋6Fe2＋＋14H＋＝2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr(OH)3形式除去，下列说法不正确的是（　）
A.阳极反应为Fe－2e－＝Fe2＋
B.电解过程中溶液pH不会变化
C.过程中有Fe(OH)3沉淀生成
D.电路中每转移12 mol电子，最多有1 mol Cr2O72－被还原
二、填空题：
1．（2019 山东高考）利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备。利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为__________溶液（填化学式），阳极电极反应式为__________ ，电解过程中Li+向_____电极迁移（填“A”或“B”）。
2．(2019 海淀一模)碱性条件下I2可以转化为IO3-。电解KI 溶液制备KIO3-的工作原理如下图所示。电解过程中观察到阳极液变蓝，一段时间后又逐渐变浅。
(1) a连接电源的_________极。(2)结合实验现象和电极反应式说明制备KIO3的原理：
。

【答案与解析】
一、选择题
1．B
2. B
【解析】铁上镀铜应以铁作阴极、铜作阳极，含有Cu2+的溶液作电镀液，A错误；水的电离过程是吸热过程，升高温度，促进水的电离，平衡向右移动，c(H+)、c(OH-)均增大，Kw增大，pH减小，B正确；C与二氧化硅生成硅和一氧化碳只能得出高温下碳的还原性强于硅，C错误；醋酸钠促进水的电离、一水合氨抑制水的电离，D错误。
3．A
【解析】锌和溴的反应为自发的氧化还原反应，是放电时的原电池原理，所以发生氧化反应的锌为负极，而充电时是逆向反应，且阳极发生氧化反应。
4．D
【解析】用离子交换膜电解槽电解饱和食盐水时，C1－在阳极放电，H2O电离出的H+在阴极放电，因此食盐水和纯水分别进入阳极室和阴极室，A、B对；在阴极H+放电，生成H2的同时，产生大量OH－,故H2和NaOH为阴极产物，C项对；电解槽的阳极材料用金属钛网制成（一种惰性材料），不能用非惰性材料铁网，D错。
5．D
6．BD
【解析】粗铜作阳极，发生氧化反应，不活泼的金属（Ag、Pt等）以阳极泥沉积，精铜作阴极，发生还原反应Cu2++2e―==Cu。
7．A
8．B
【解析】a极与电源正极相连作阳极，a极电极反应为：I – – 6e – +6OH— = IO3 – + 3 H2O
9．D
【解析】A项中没有构成原电池，Fe与CuSO4直接反应，在Fe片上有Cu析出，A项正确；B项中构成原电池，Cu片作正极，有Cu析出，B项正确；无论a、b是否连接，都失去电子，Cu2+被还原，溶液中阳离子最终变成Fe2+，C正确；a接电源正极，b接电源负极，构成电解池，Cu失电子变成Cu2+，Cu2+移向Fe电极，得电子析出Cu，D项错误。
10．B
【解析】电解过程中，阳极发生氧化反应，A项正确；从题干信息中所给离子方程式可看出H＋减少，pH会升高，B项错误；pH升高，c(OH－)增大，Fe3＋＋3OH－＝Fe(OH)3↓，C项正确；还原1mol Cr2O72－需要6mol Fe2＋，由Fe－2e－＝Fe2＋得电路中转移的电子为2×6mol＝12mol，D项正确。
二、填空题
1．LiOH；2Cl￣—2e￣=Cl2↑；B
【解析】B极区生产H2，同时生成LiOH，则B极区电解液为LiOH溶液；电极A为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，根据放电顺序，阳极上Cl￣失去电子，则阳极电极反应式为：2Cl￣—2e￣=Cl2↑；根据电流方向，电解过程中Li+向B电极迁移。
2．【答案】（1）正极 (2)阳极反应为：2I--2e-=I2，使阳极溶液变蓝；阴极反应为：2H2O-2e-= H2+2OH-，生成的OH-透过阴离子交换膜移动向阳极，在阳极室I2与OH-反应：3I2+6OH-=5I-+IO3-+3H2O，使阳极区域蓝色变浅。
【解析】根据现象发现a极变蓝推测I-转化为I2，则a电极发生电子反应2I--2e-=I2，则a为阳极，OH-透过阴离子交换膜移向阳极，在阳极室I2与OH-反应：3I2+6OH-=5I-+IO3-+3H2O，阳极蓝色变浅。

展开更多......

收起↑