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专题三化学反应与能量变化第18讲电解池及其应用目标导航复习目标1.了解电解池的工作原理，能写出电解池的电极反应式和电池总反应式。2.了解电解在氯碱工业、精炼铜、电镀、电冶金等方面的应用。知识体系课前思考问题1：原电池与电解池的比较。填写下表：原电池电解池能量转化反应特征电极名称装置特征联系课前思考原电池电解池能量转化化学能―→电能电能―→化学能反应特征自发反应非自发反应电极名称由电极材料本身决定负极：活泼金属正极：不活泼金属(非金属导体)由连接电源的正、负极决定阴极：与负极相连阳极：与正极相连装置特征无外接电源两极材料一般不同有直流电源两极材料可相同也可不同联系两者都是在两电极上发生氧化还原反应[答案]课前思考问题2：以石墨为电极，写出电解CuSO4溶液的电极反应式及总反应式。[答案]①溶液中存在阳离子：Cu2＋、H＋；阴离子：OH－、SO2－4。②判断阴、阳两极离子放电顺序：阳极OH－SO2－4；阴极Cu2＋H＋。③写出电极反应式及总反应式：阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu；总反应式：2CuSO4＋2H2O=====通电2Cu＋O2↑＋2H2SO4。课前8min栏目导航考点透视质量验收课前8minD1.(2018·广州一调)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如下图所示，采用惰性电极，甲、乙均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO2－4可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是()A.甲为阳离子交换膜，通电后中间隔室的Na＋向正极迁移B.通电后，同温同压下得到的气体a与气体b的体积比约为2∶1C.通电后，得到的产品c是NaOH，产品d是H2SO4D.负极区发生的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，负极区溶液pH增大[解析]在负极区发生的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，负极区氢氧根离子浓度增大，钠离子向负极区移动，在正极区发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，硫酸根离子向正极区移动。甲为阴离子交换膜，通电后中间隔室的硫酸根离子向正极迁移，A错误；通电后，同温同压下得到的气体a(O2)与气体b(H2)的体积比约为1∶2，B错误；通电后，得到的产品d是NaOH，产品c是H2SO4，C错误；D正确。B2.(2019·长沙长郡中学)城市地下潮湿的土壤中常埋有纵横交错的管道和输电线路，当有电流泄漏并与金属管道形成回路时，就会引起金属管道的腐蚀，原理如右图所示。但若电压等条件适宜，钢铁管道也可能减缓腐蚀，此现象被称为“阳极保护”。下列有关说法不正确的是()A.该装置能够将电能转化为化学能B.管道右端腐蚀比左端快，右端电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋C.如果没有外加电源，潮湿的土壤中钢铁管道比较容易发生吸氧腐蚀D.钢铁“阳极保护”的实质是在阳极金属表面形成一层耐腐蚀的钝化膜[解析]左端为阳极，其腐蚀速率较右端快，左端电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，B错误。B3.(2018·太原3月模拟)用右图所示的实验装置进行电化学实验，下列判断正确的是()A.若X为铝片，Y为镁片，Z为NaOH，将开关K置于B处则Y为原电池的负极B.若X为铜片，Y为铁片，Z为CuSO4，将开关K置于A处可实现在铁片上镀铜C.若X为铁片，Y为锌片，Z为NaCl，将开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀D.若X、Y均为碳棒，Z为NaOH，将开关K置于A处，Y极发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑[解析]镁与NaOH不反应，而铝与NaOH反应生成偏铝酸钠，铝(X极)作负极，A错误；镀铜，铜作阳极，铁片作阴极，B正确；将开关K置于A处，铁片作阳极，被腐蚀，C错误；电解质溶液为碱性，Y极发生反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，D错误。负极4.(2018·河北邯郸模拟)纳米级氧化亚铜(Cu2O)常作催化剂。工业上可用电解法制备，装置如下图所示。(1)a极名称是________；阳极的电极反应式为__________________________________。(2)若电解过程中有1mol离子通过交换膜，则制备Cu2O的质量为________g。2Cu－2e－＋H2O===Cu2O＋2H＋72[解析](1)铜被氧化生成纳米级氧化亚铜，则铜电极为阳极，所以b为电源正极、a为电源负极。(2)由阳极的电极反应式可知，电路中通过2mol电子时，同时有2mol离子通过离子交换膜，生成1molCu2O。因此，电解过程中有1mol离子通过交换膜时，可以制备0.5molCu2O，其质量为72g。考点透视电能考点1电解池的工作原理基础梳理1.定义电解池是把______转化为_________的装置。其中与电源______相连的电极称为阳极，与电源______相连的电极称为阴极。2.阳极材料(1)惰性电极：由石墨、Pt等导体构成，只起导电作用。(2)活泼电极：与外电源的正极相连的金属电极(如铁或铜)，参与反应。化学能正极负极正3.电极反应(1)阳极(与外电源的___极相连)反应：发生___电子的______反应；阴极(与外电源的___极相连)反应：发生___电子的______反应。(2)电子和离子的流向①电子从电源___极流向电解池的___极；从电解池的___极流向电源的___极。②阳离子移向电解池的___极；阴离子移向电解池的___极。(电子不会进入电解质溶液中，电解质溶液中起导电作用的是______)失氧化负得还原负阴阳正阴阳离子以电解氯化铜为例(以石墨作电极)：4.电极放电顺序(1)阳极产物的判断首先看电极材料，如果电极是活泼电极(如金属)，则______失电子，电极消耗被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果电极是惰性电极(如石墨、Pt、Au)，则要看溶液中_________的失电子能力，放电顺序如下：―――――――――――――――――――――――――――――――――→____________________________________________________________失电子由易到难S2－、I－、Br－、Cl－、OH－、含氧酸根离子NO－3、SO2－4、CO2－3、F－金属阴离子(2)阴极上阳离子的放电顺序(阴极放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关)如下：――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――→K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋、Zn2＋、Fe2＋H＋、Cu2＋、Fe3＋、Hg2＋、Ag＋、Au3＋得电子由难到易注意：放电是指阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程。5.用惰性电极电解不同溶液的比较类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度pH电解液复原NaOH水增大增大水H2SO4水增大减小水电解水型阴：4H＋＋4e－===2H2↑阳：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑Na2SO4水增大不变水HCl电解质减小增大氯化氢电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电CuCl2电解质减小增大氯化铜放H2生碱型阴极：H2O放H2生碱阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大氯化氢放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小CuO或CuCO3A举题悟法类型1电解池工作原理用石墨作电极电解CuCl2溶液(如下图)。下列分析正确的是()A.a端是直流电源的负极B.通电使CuCl2发生电离C.阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－===CuD.通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体[解析]用石墨作电极电解CuCl2溶液时，Cu2＋移向电解池的阴极，故a端是直流电源的负极，A项正确；CuCl2晶体溶于水时发生电离，与是否通电无关，B项错误；阳极上发生氧化反应，其电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，故通电一段时间后在阳极附近观察到黄绿色气体，C、D项错误。C(2017·河南新乡三模)由U形管、铁棒、石墨棒、1L0.1mol·L－1CuCl2溶液等组成如右图装置，下列说法不正确的是()A.同时打开K1、K2，铁棒上有紫红色物质析出B.只闭合K1，石墨棒上有紫红色物质析出C.只闭合K2，当电路中通过0.3mol电子时，两极共产生4.48L(标准状况)气体D.只闭合K2，一段时间后，将电解质溶液搅拌均匀，溶液的pH变大(不考虑Cl2的溶解)[解析]同时打开K1、K2，不能形成闭合回路，铁与铜离子直接发生氧化还原反应生成亚铁离子和铜单质，铁棒上有紫红色物质析出，A正确；闭合K1，构成了原电池，石墨棒作正极，正极上铜离子得电子发生还原反应生成铜单质，石墨棒上有紫红色物质析出，B正确；闭合K2，Fe与负极相连为阴极，反应为Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑，碳棒与正极相连为阳极，反应为2Cl－－2e－===Cl2↑、2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，1L0.1mol·L－1氯化铜溶液中铜离子物质的量为0.1mol，氯离子物质的量为0.2mol，0.1molCu2＋转移电子0.2mol,0.2molCl－转移电子0.2mol，产生氯气0.1mol，整个电路中通过0.3mol电子时，阴极氢离子还应得电子0.1mol，产生氢气0.05mol，阳极水失电子0.1mol，产生氧气0.025mol，两极共产生0.175mol气体，在标准状况下的体积为0.175mol×22.4L·mol－1＝3.92L，C错误；由于氯化铜是强酸弱碱盐，因水解该溶液呈酸性，闭合K2，是电解溶质氯化铜，氯化铜溶液的浓度下降，酸性减弱，pH增大，D正确。B类型2离子交换膜在电解中的应用(2018·广州二模)用电渗析法可将含硝酸钠的废水再生为硝酸和氢氧化钠，其装置如右图所示。下列叙述不正确的是()A.膜a、膜c分别是阴离子交换膜、阳离子交换膜B.阳极室、阴极室的产品分别是氢氧化钠、硝酸C.阳极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑D.该装置工作时，电路中每转移0.2mol电子，两极共生成气体3.36L(标准状况)[解析]阳极室溶液中氢氧根离子失电子发生氧化反应生成氧气，电极附近氢离子浓度增大，阴极室溶液中氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，电极附近氢氧根离子浓度增大，阳极室得到硝酸，阴极室得到氢氧化钠，膜a为阴离子交换膜，膜c为阳离子交换膜，A正确，B错误；阳极是氢氧根离子失电子发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，C正确；阳极生成氧气：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极生成氢气：2H＋＋2e－===H2↑，该装置工作时，电路中每转移0.2mol电子，生成氧气0.05mol，生成氢气0.1mol，两极共生成气体体积＝(0.05mol＋0.1mol)×22.4L·mol－1＝3.36L(标准状况)，D正确。1.(2018·广东揭阳期末)我国预计在2020年前后建成自己的载人空间站。为了实现空间站的零排放，循环利用人体呼出的CO2并提供O2，我国科学家设计了一种装置(如下图)，实现了“太阳能—电能—化学能”转化，总反应式为2CO2===2CO＋O2。关于该装置的下列说法不正确的是()附：⊕表示阳离子，⊖表示阴离子A.装置a将太阳能转化为电能，装置b将电能转化为化学能B.工作过程中OH－向Y电极周围移动C.人体呼出的气体参与X电极的反应：CO2＋2e－＋H2O===CO＋2OH－D.反应完毕后恢复到原温度，装置b中电解质溶液的碱性减弱D[解析]A正确；由装置a中阴、阳离子移动方向可知，上电极板为负极，下电极板为正极，所以X电极为阴极，Y电极为阳极，因此OH－向Y电极周围移动，B正确；根据总反应式可知，CO2中的C元素得到电子生成CO，所以参与阴极的反应，C正确；由总反应可知，装置b中电解质溶液的碱性不变，D错误。C2.(2018·河南新乡三模)利用电化学原理还原CO2制取ZnC2O4的装置如下图所示(电解液不参加反应)，下列说法正确的是()A.可用H2SO4