第19講電解池及其應(yīng)用復(fù)習(xí)目標1.理解電解池工作原理，能寫出常見的電解總反應(yīng)式和電極反應(yīng)式。2.了解電解池在工業(yè)上的幾種常見應(yīng)用，能利用電解池知識防止金屬腐蝕。熟記網(wǎng)絡(luò)課前自測1.判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。(1)(2020·江蘇卷)氧化鋁熔點高，故可用作電解冶煉鋁的原料(×)(2)(2019·江蘇卷)Al2O3具有兩性，故可用于電解冶煉鋁(×)(3)電解精煉銅時，電解質(zhì)溶液的濃度不變(×)(4)電解精煉銅時，陽極泥中含有Zn、Fe、Ag、Au等金屬(×)(5)電鍍時，應(yīng)把待鍍金屬置于電解槽的陰極(√)(6)(2017·江蘇卷)電解飽和食鹽水獲取燒堿和氯氣：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))H2↑＋Cl2↑＋2OH－(√)(7)(2022·浙江卷)工業(yè)上通過電解六水合氯化鎂制取金屬鎂(×)2.完成下列填空。(8)(2024·南京外國語學(xué)校)電解含Na3SbS3、Na2S、NaOH的溶液制備Sb的過程中，陽極上發(fā)生的兩個電極反應(yīng)，分別為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O、S2－－2e－=S。(9)(2022·江蘇卷)某電解池的陽極區(qū)為酸性CuCleq\o\al(－,2)溶液，陰極區(qū)為鹽酸，電解過程中CuCleq\o\al(－,2)轉(zhuǎn)化為CuCleq\o\al(2－,4)。電解時陽極發(fā)生的主要電極反應(yīng)式為CuCleq\o\al(－,2)＋2Cl－－e－=CuCleq\o\al(2－,4)?？键c1電解池工作原理知識梳理電解池的定義及工作原理1.定義：將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置叫電解池。2.工作原理(以用惰性電極電解CuCl2溶液為例)(1)電極反應(yīng)式。陰極：Cu2＋＋2e－=Cu陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑(2)總反應(yīng)：CuCl2eq\o(=,\s\up7(電解))Cl2↑＋Cu。(3)電子流向：陽極→正極，負極→陰極。(4)離子遷移方向：陰離子移向陽極，陽離子移向陰極。陰、陽極的判斷1.陰、陽極的判斷依據(jù)(1)依據(jù)外接電源判斷：與外接電源正極相連的一極是陽極，與外接電源負極相連的一極是陰極。(2)依據(jù)電子流向判斷：電子流出的一極是陽極，電子流入的一極是陰極。(3)依據(jù)電極反應(yīng)判斷：得到電子發(fā)生還原反應(yīng)的一極是陰極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)的一極是陽極。(4)依據(jù)離子遷移方向判斷：陰離子移向的一極是陽極，陽離子移向的一極是陰極。(5)依據(jù)電極現(xiàn)象判斷：一般質(zhì)量減小或產(chǎn)生氧氣、氯氣的一極是陽極，質(zhì)量增大或產(chǎn)生氫氣或電極附近溶液能使無色酚酞變紅的一極是陰極。2.陰、陽極放電分析(1)陰極(發(fā)生還原反應(yīng))放電順序：①陰極材料不參與放電，一般是電解液(或熔融電解質(zhì))中的陽離子在陰極上得電子。②常見陽離子得電子順序：Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H2O。溶液中K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋等不參與放電。(2)陽極(發(fā)生氧化反應(yīng))放電順序：①若陽極為金屬電極(除Pt、Au外的其他金屬)，如Fe和Cu，則陽極材料直接失去電子(陽極材料被消耗)。②若陽極為惰性電極(如C、Pt、Au)，則陽極材料不參與放電，一般是電解液(或熔融電解質(zhì))中的陰離子在陽極上失電子。常見陰離子失電子順序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－。NOeq\o\al(－,3)、SOeq\o\al(2－,4)等不參與放電，由溶液中的H2O去放電。用惰性電極電解水電解液電解對象總反應(yīng)溶質(zhì)特點及作用電極反應(yīng)式電解后溶液pH變化NaOH溶液H2O2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2H2↑＋O2↑不改變總反應(yīng)，作用是增強溶液的導(dǎo)電性陽極：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑陰極：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－增大稀硫酸陽極：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑陰極：2H＋＋2e－=H2↑減小Na2SO4溶液陽極：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑陰極：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－不變①溶液中活潑金屬的陽離子不參與放電(如K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋)。②溶液中復(fù)雜的陰離子不參與放電(如SOeq\o\al(2－,4)、NOeq\o\al(－,3))。用惰性電極電解有關(guān)鹽(如CuSO4、NaCl)溶液鹽溶液電極反應(yīng)式及總反應(yīng)電解后溶液pH變化NaCl溶液陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－總反應(yīng)：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Cl2↑＋H2↑＋2NaOH增大CuSO4溶液陽極：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋陰極：Cu2＋＋2e－=Cu總反應(yīng)：2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4減小解疑釋惑26利用電解原理實現(xiàn)“碳中和”1.電解法轉(zhuǎn)化CO2可實現(xiàn)CO2資源化利用。電解CO2制HCOOH的原理如圖所示。其中陰極CO2還原為HCOO－。2.利用電解的方法來制備物質(zhì)或處理廢水(一般考查電極反應(yīng)式的書寫——利用溶液中的電解質(zhì)主要離子要參與配平，如HCOeq\o\al(－,3)等)。例1(2024·姜堰中學(xué))電催化CO2和含氮物質(zhì)可合成尿素，同時可解決含氮廢水污染問題。常溫常壓下，向一定濃度的KNO3溶液通入CO2至飽和，經(jīng)電解獲得尿素，其原理如圖1所示。電解過程中生成尿素的電極反應(yīng)式為2NOeq\o\al(－,3)＋16e－＋CO2＋18H＋=CO(NH2)2＋7H2O。【解析】由圖可知，裝置為電解池，尿素在左側(cè)電極生成，NOeq\o\al(－,3)轉(zhuǎn)化為尿素，N元素從＋5價降低為－3價，得電子，左側(cè)為陰極，結(jié)合裝置中的質(zhì)子交換膜，電極反應(yīng)式為2NOeq\o\al(－,3)＋16e－＋CO2＋18H＋=CO(NH2)2＋7H2O。例2(2024·蘇州期末)用加Ni3(BO3)2晶體作催化劑，以CO2、N2為原料，電解KHCO3溶液可獲得尿素。生成尿素的電極反應(yīng)式為N2＋6e－＋6HCOeq\o\al(－,3)＋CO2=CO(NH2)2＋6COeq\o\al(2－,3)＋H2O。例3(2024·南京鹽城一模)催化電解吸收CO2的KOH溶液可將CO2轉(zhuǎn)化為有機物。HCOeq\o\al(－,3)在陰極放電生成CH3COO－的電極反應(yīng)式為11HCOeq\o\al(－,3)＋8e－=CH3COO－＋9COeq\o\al(2－,3)＋4H2O。例4(2024·南通一模)以過渡金屬作催化劑，利用如圖2所示裝置可實現(xiàn)CO2轉(zhuǎn)化：寫出陰極表面的電極反應(yīng)式：2CO2＋12e－＋12HCOeq\o\al(－,3)=C2H4＋12COeq\o\al(2－,3)＋4H2O。例5(2024·鎮(zhèn)江市名校期初)CO2通過電解法轉(zhuǎn)化為HCOO－的反應(yīng)機理如圖3所示，Pt電極上覆蓋的Nafion膜是一種陽離子交換膜，對濃度不高的HCOO－有較好的阻攔作用，可讓H2O自由通過。Sn電極上生成HCOO－的電極反應(yīng)式為H＋＋CO2＋2e－=HCOO－或HCOeq\o\al(－,3)＋CO2＋2e－=HCOO－＋COeq\o\al(2－,3)。典題悟法如何判斷裝置是電解池下列裝置不屬于電解池的是(D)【解析】D項裝置中沒有外接電源，沒有標“＋、－”極或注陰、陽極等，不屬于電解池裝置，D符合題意。電解原理(2023·南京模擬)一種電解法制備Na2FeO4的裝置如圖所示。下列說法正確的是(D)A.電解時化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B.電解時應(yīng)將鉑電極與直流電源正極相連C.電解過程中轉(zhuǎn)移2mole－，理論上可獲得標準狀況下的H211.2LD.電解時鐵電極反應(yīng)式：Fe－6e－＋8OH－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2O【解析】電解時電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，A錯誤；鉑電極為陰極，將鉑電極與直流電源負極相連，B錯誤；陰極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，轉(zhuǎn)移2mol電子時，生成1mol氫氣，標準狀況下氫氣的體積為22.4L，C錯誤。電解池電極反應(yīng)式的書寫(1)(2024·江蘇部分學(xué)校聯(lián)考)一種高溫固體氧化物電解水制氫原理如圖1所示。通過施加高溫下的電壓，使電解質(zhì)中的O2－從陰極一側(cè)遷移到陽極一側(cè)，同時氧化為O2。電解時陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為H2O＋2e－=H2↑＋O2－。(2)(2024·常州一中)工業(yè)上也可以用電解磷鐵渣FeP的方法制備FePO4。FeP在陽極放電的電極反應(yīng)式為FeP＋4H2O－8e－=FePO4＋8H＋。【解析】(1)電解水制氫，電解時陰極上H2O(g)得電子生成H2、O2－，電極反應(yīng)式為H2O＋2e－=H2↑＋O2－。(2)由圖可知，與直流電源正極相連的磷鐵渣為電解池的陽極，水分子作用下FeP在陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成磷酸鐵和氫離子，電極反應(yīng)式為FeP＋4H2O－8e－=FePO4＋8H＋?？键c2電解的應(yīng)用知識梳理電冶利用電解熔融鹽或熔融氧化物的方法來冶煉活潑金屬Na、Mg、Al等。1.冶煉鈉圖例說明陰極環(huán)繞在陽極外面，兩極之間用隔膜隔開；在陰極區(qū)得到液態(tài)鈉，在陽極區(qū)得到氯氣。2.冶煉鈉、鎂、鋁的電極反應(yīng)式冶煉金屬總反應(yīng)及電解反應(yīng)式鈉2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))2Na＋Cl2↑陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：Na＋＋e－=Na鎂MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))Mg＋Cl2↑陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：Mg2＋＋2e－=Mg鋁2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解),\s\do5(冰晶石))4Al＋3O2↑陽極：2O2－－4e－=O2↑陰極：Al3＋＋3e－=Al(1)AlCl3是共價化合物，熔融時不導(dǎo)電，所以不能用電解熔融AlCl3的方法來制備Al單質(zhì)。(2)Al2O3的熔點很高，在電解熔融Al2O3制備Al單質(zhì)時，常加入冰晶石，降低Al2O3的熔融溫度。電解精煉銅1.銅的電解精煉示意圖2.粗銅(含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)精煉(1)電極材料及電極反應(yīng)式：陽極材料：粗銅，陽極反應(yīng)式(至少寫4個)：Cu－2e－=Cu2＋、Zn－2e－=Zn2＋、Fe－2e－=Fe2＋、Ni－2e－=Ni2＋。陰極材料：精銅，陰極反應(yīng)式：Cu2＋＋2e－=Cu。(2)電解質(zhì)溶液：CuSO4溶液。(3)電解液中的c(Cu2＋)：減小(填“增大”或“減小”)。(4)由于雜質(zhì)的存在，一般情況下，陽極金屬減輕的質(zhì)量不等于(填“等于”或“不等于”)陰極金屬增加的質(zhì)量。電鍍(以電鍍銀為例)1.電鍍銀原理示意圖(1)電極材料①陽極：鍍層金屬(銀)。②陰極：待鍍金屬制品。(2)電鍍液：含Ag＋的電解質(zhì)溶液。2.電極反應(yīng)式陽極：Ag－e－=Ag＋；陰極：Ag＋＋e－=Ag。3.電鍍液中c(Ag＋)：不變(填“增大”“減小”或“不變”)。4.陽極金屬減輕的質(zhì)量等于(填“等于”或“不等于”)陰極金屬增加的質(zhì)量。氯堿工業(yè)1.離子交換膜法電解飽和食鹽水原理示意圖2.電極反應(yīng)式陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑。陰極：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－?？偡磻?yīng)：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。Cl2是陽極產(chǎn)物，H2、NaOH是陰極產(chǎn)物。注意：電解所用的食鹽水要精制。3.陽離子交換膜的作用(1)避免H2和Cl2混合引起爆炸；(2)避免Cl2和NaOH反應(yīng)，提高堿的純度。4.陰極室加入NaOH稀溶液的作用是增強導(dǎo)電性，且不引入雜質(zhì)。金屬的防護典題悟法電鍍與精煉下列說法正確的是(D)A.用如圖1所示裝置在鐵制品表面鍍銅，不能達到實驗?zāi)康腂.圖2所示裝置可用于粗銅的提純C.電解精煉粗銅時，陰極減少的質(zhì)量等于陽極增加的質(zhì)量D.(2024·江蘇卷)實驗室利用圖3所示裝置進行鐵釘鍍鋅實驗【解析】銅為鍍層金屬，與電源正極相連，能達到實驗?zāi)康?，A錯誤；粗銅提純時，粗銅作陽極，精銅作陰極，B錯誤；一般情況下，電解精煉銅時，陽極減少的質(zhì)量與陰極增加的質(zhì)量不相等，C錯誤；該裝置為電解池，鐵釘與電源負極相連作陰極，鋅片與電源的正極相連作陽極，電解質(zhì)溶液為ZnCl2溶液，可以實現(xiàn)鐵釘上鍍鋅，D正確。電解溶液與電解熔融電解質(zhì)(電冶)下列指定反應(yīng)的離子方程式書寫正確的是(D)A.用惰性電極電解MgCl2溶液Mg2＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(電解),\s\do5())Mg＋Cl2↑B.用銅作電極電解NaCl溶液：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))H2↑＋Cl2↑＋2OH－C.用惰性電極電解NaCl溶液：2Cl－＋2H＋eq\o(=,\s\up7(電解))Cl2↑＋H2↑D.電解熔融氧化鋁：4Al3＋＋6O2－eq\o(=,\s\up7(電解))4Al＋3O2↑【解析】用惰性電極電解MgCl2溶液的離子方程式為Mg2＋＋2Cl－＋2H2O=Mg(OH)2↓＋H2↑＋Cl2↑，A錯誤；銅作陽極時，銅失電子變成Cu2＋，Cl－不參與反應(yīng)，B錯誤；用惰性電極電解NaCl溶液的離子方程式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－，C錯誤；氧化鋁在熔融狀態(tài)下能電離成自由移動的離子，D正確。電解原理在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用(2024·南師蘇州附中)用間接電化學(xué)法可對大氣污染物NO進行無害化處理，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是(C)A.電極Ⅰ為陰極，電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑B.電解時H＋由電極Ⅰ向電極Ⅱ遷移C.吸收塔中的反應(yīng)為2NO＋2S2Oeq\o\al(2－,4)＋2H2O=N2＋4HSOeq\o\al(－,3)D.每處理1molNO，可同時得到32gO2【解析】在電解池中，HSOeq\o\al(－,3)變成了S2Oeq\o\al(2－,4)，S元素化合價降低，電極Ⅰ為陰極，電極反應(yīng)式為2HSOeq\o\al(－,3)＋2e－＋2H＋=S2Oeq\o\al(2－,4)＋2H2O，A錯誤；電解時，陽離子向陰極移動，電極Ⅰ為陰極，H＋由電極Ⅱ向電極Ⅰ移動，B錯誤；吸收塔中NO變N2，S2Oeq\o\al(2－,4)變成HSOeq\o\al(－,3)，C正確；整個裝置中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相同，處理1molNO，N元素的化合價從＋2降低到0，轉(zhuǎn)移了2mol電子，陽極(電極Ⅱ)發(fā)生反應(yīng)：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，故若生成32g(即1mol)O2需要4mol電子，D錯誤。光解裝置氨氣中氫含量高，是一種優(yōu)良的小分子儲氫載體。利用太陽能電池電解NH3得到高純H2的裝置如圖所示。下列說法正確的是(B)A.該裝置工作時只發(fā)生兩種形式能量的轉(zhuǎn)化B.電解過程中OH－由b極區(qū)向a極區(qū)遷移C.電解時b極區(qū)溶液中n(KOH)減少D.電解過程中1molNH3參與反應(yīng)，得到3×6.02×1023個電子【解析】該裝置工作時，太陽能轉(zhuǎn)化為電能、光能和熱能，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和熱能，故能量轉(zhuǎn)化形式不止兩種，A錯誤；電解時，a電極反應(yīng)式為2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O，b電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，b電極為陰極，a電極為陽極，故電解過中OH－由b極區(qū)向a極區(qū)遷移，B正確；由于K＋不能進行遷移，故b極區(qū)n(KOH)不變，C錯誤；NH3參與反應(yīng)時失電子，D錯誤。(1)(2023·南京、鹽城一模)我國科學(xué)家以Si/Bi材料作光電陰極、CO2飽和的0.5mol/LKHCO3溶液作電解液(pH＝7.4)，將CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，原理如圖所示。根據(jù)圖示寫出光電陰極反應(yīng)式：CO2＋HCOeq\o\al(－,3)＋2e－=HCOO－＋COeq\o\al(2－,3)。(2)(2023·泰州中學(xué))堿性環(huán)境下直接電解Na[Ga(OH)4]溶液得到金屬鎵，陰極的電極反應(yīng)式為[Ga(OH)4]－＋3e－=Ga＋4OH－。(3)將Ga(OH)3溶解到NaOH溶液中會生成GaOeq\o\al(－,2)，再電解得到金屬鎵。電解時，GaOeq\o\al(－,2)在陰極放電的電極反應(yīng)式為GaOeq\o\al(－,2)＋3e－＋2H2O=Ga＋4OH－。1.(2023·南師附中)電催化氮氣制備銨鹽和硝酸鹽的原理如圖所示。下列說法正確的是(C)A.a極反應(yīng)式為N2＋12OH－－10e－=2NOeq\o\al(－,3)＋6H2OB.電解一段時間，a、b兩電極區(qū)的pH均減小C.電解過程中H＋從a極通過質(zhì)子交換膜轉(zhuǎn)移至b極D.相同時間內(nèi)，a、b兩極消耗N2的物質(zhì)的量之比為5∶3【解析】a極上，N2→NOeq\o\al(－,3)，發(fā)生氧化反應(yīng)，a極為陽極，酸性水溶液中，反應(yīng)物和產(chǎn)物中不出現(xiàn)OH－，電極反應(yīng)式為N2＋6H2O－10e－=2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋，A錯誤；b極為陰極，陰極反應(yīng)式為N2＋6e－＋8H＋=2NHeq\o\al(＋,4)，電解一段時間，陰極區(qū)消耗H＋，溶液pH增大，B錯誤；a極為陽極，b極為陰極，電解過程中H＋從a極通過質(zhì)子交換膜轉(zhuǎn)移至b極，C正確；根據(jù)化合價升降守恒，10na極(N2)＝6nb極(N2)，電解一段時間，a、b兩極消耗N2的物質(zhì)的量之比為3∶5，D錯誤。2.(2024·江蘇各地模擬題重組)下列說法正確的是(D)A.電解精煉銅時陰極反應(yīng)：Cu－2e－=Cu2＋B.電解MnSO4溶液制備的MnO2在陰極生成，過程中同時生成可循環(huán)利用的物質(zhì)H2SO4C.電解KHF2與HF的混合物時，H