高三化学原电池和电解池

2、理解电解原理；理解氯碱工业反应原理，了解电解氯化铜溶液的原理。

重点、难点

电化学知识的应用

考点及考试要求

2、电解原理；理解氯碱工业反应原理，了解电解氯化铜溶液的原理。

金点子： 

本专题的试题包括：新型电池，溶液中离子的放电顺序，电解后溶液pH的求算，原电池、电解池、电镀池的比较分析等。在解题时，所涉及到的方法有正逆判析、电荷守恒、电子守恒等。其主体内容如下：

1．原电池、电解池、电镀池的比较

2．用惰性电极对电解质溶液进行电解时的各种变化情况比较

注：电解CuCl2 溶液，从理论上讲，其浓度减小，水解产生的ｃ(H+)减小，pH增大。但实际上，阳极产生的Cl2不可能全部析出，而有一部分溶于阳极区溶液中，且与H2O反应生成HCl 和HClO ，故 pH减小。

经典题： 

例题1 ：有a、b、c、d 四种金属。将a与b用导线连接起来，浸入电解质溶液中，b不易腐蚀。将a、d分别投入等浓度盐酸中，d 比a反应剧烈。将铜浸入b的盐溶液里，无明显变化。如果把铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是 （ ）

A．a    c    d    b  ．d    a    b    c

C．d    b    a    c  ．b    a    d    c

例题2 ：用两支惰性电极插入500mL AgNO3溶液中，通电电解，当电解液的pH值从6.0变为3.0时（设阴极没有H2放出，且电解液体积不变），电极上应析出银的质量是  （ ）

A．27mg  ．5．108mg  ．216mg

例题3 ：下列关于铜电极的叙述正确的是 （ ）

 ．铜锌原电池中铜是正极  ．用电解法精炼粗铜时铜作阳极

 ．在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极

 ．电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极  

例题4 ：实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气,已知铅蓄电池放电时发生如下反应：

今若制得Cl20.050 mol, 这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是 (    )

A．0.025mol ．0.050mol ．0.10mol ．0.20mol 

例题5 ：银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源,它的充电和放电过程可以表示为：

在此电池放电时,负极上发生反应的物质是（ 　）

A．Ag ．Zn(OH)2  ．Ag2O ．Zn

例题6 ：下图中x、y分别是直流电源的两极, 通电后发现a极板质量增加, b极板处有无色无臭气体放出,符合这一情况的是      (    )

例题7 ：熔融盐燃烧电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：

阳极反应式：2CO+2CO32-→4CO2+4e－

阴极反应式：                ，总电池反应式：                     。                                            

例题8 ：氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：

粗盐  H2O2CO3  2  H2

脱盐

10%NaOH、16%NaCl溶液

电解

化盐

精制

沉渣

NaCl晶体

50%NaOH溶液

依据上图，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化学方程式为              。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           （选填a，b。c多选扣分）

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         （选填a，b，c多选扣分）

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）脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过      、冷却、      （填写操作名称）除去NaCl。

（6）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                      。

金钥匙： 

例题1 ：常见锌锰干电池在放电时的总反应可表示为：Zn（s）+2MnO2（s）+2NH4+ = Zn2++Mn2O3（s）+2NH3+2H2O，该电池放电时，正极区发生反应的物质是  (    )

A．Z．只有MnO2         C．MnO2和NH4+ ．Zn2+和NH3

例题2 ：在常温下，用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液，下列说法中不正确的是(   )

A．溶液的pH不变 ．溶液中Na2CO3的物质的量不变

C．Na2CO3溶液的浓度不变 ．Na2CO3的水解程度不变

例题3 ：从H 、Cu2 、Na 、SO、Cl  5种离子中两两恰当地组成电解质，按下列要求进行电解：

(1)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量减少，水量不变，则采用的电解质是______。

(2)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量不变，水量减少，则采用的电解质是_____。

(3)以碳棒为阳极，铁棒为阴极，电解过程中电解质和水量都减少，则电解质是____。

例题4 ：将K2MnO4 溶液酸化时，可制得KMnO4 ：3MnO42- + 4H+ = 2MnO4- + MnO2 + 2H2O，但最高产率只有66.7%，所以制取KMnO4常用电解法，即以铁、石墨作电极电解K2MnO4溶液，则下列有关叙述正确的是 （ ）

 ．铁作阳极，电极反应为：Fe - 2e－= Fe2+

 ．铁作阳极，电极反应为：2H+ + 2e－ = H2 ↑

 ．石墨作阳极，电极反应为：MnO42- - e－ = MnO4－

 ．石墨作阴极，电极反应为：4OH－ - 4e－= O2↑ + 2H2O

例题5 ：某工厂用离子交换膜电解槽电解饱和食盐水以制得H2和Cl2，并以获得的气体来生产盐酸。生产盐酸时，将电解后所得Cl2和H2按体积比为1︰1.15的比例送入合成炉燃烧器中燃烧。从合成炉上部出来的气体（400 ℃）经空气冷却至130 ℃左右，再经石墨冷却器冷却至20~30 ℃，进入第一干燥塔，用90%左右的硫酸喷淋干燥，出来的气体进入第二干燥塔，用98%的浓硫酸干燥脱水，最后进入降膜式吸收塔用稀酸吸收，生成浓度为35%的盐酸从底部流出，冷却后入成品贮槽，未被吸收的气体再用水吸收，变成稀酸后进入降膜式吸收塔用以吸收HCl气体。

（1）粗盐中混有Ca2+、Mg2+、SO42-、泥砂等杂质，请你设计一个最合理的除杂质实验方案，并写明简要的操作步骤和有关的离子方程式。

（2）进入合成炉内的Cl2与H2的体积比为何要1︰1.15？能否使Cl2过量？

（3）如果该厂每台电解槽每天耗食盐1770kg(NaCl含量95%)，按以上操作，在有20%损耗时，可生产多少吨35%的盐酸？ 

例题6 ： 关于“电解氯化铜溶液时的pH变化”问题，化学界有以下两种不同的观点：观点一：“理论派”认为电解氯化铜溶液后溶液的pH升高。观点二：“实验派”经过反复、多次、精确的实验测定，证明电解氯化铜溶液时pH值的变化如右图曲线关系。

请回答下列问题：

电解前氯化铜溶液的pH值处于A点位置的原因是：                   （用离子方程式说明）。

②“理论派”所持观点的理论依据是：                          。

③“实验派”的实验结论是         　　　　         ，他们所述“精确实验”是通过  　　　　　      确定的。

④你持何种观点？你所持观点的理由是（从化学原理加以简述）                 。 

例题7 ：铬是一种用途广泛的化工原料，但六价铬具有强烈的致癌作用，且又是一种严重的污染物。工业上为了处理含Cr2O72- 酸性工业废水，按下面的方法处理：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Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成，工业废水中铬的含量已低于排放标准。试回答：

（1）加入适量NaCl是为了                                       ；

（2）电极反应式：阳极                    ，阴极                        ；

（3）由Cr2O72- 变Cr3+ 的离子方程式为                                    ；

（4）工业废水由酸性变碱性原因是                                          ；

（5）能否改用石墨电极？原因是什么？

热身赛： 

1．蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下式是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：

Fe + NiO2 + 2H2O（OH）2 + Ni（OH）2   。

下列有关对爱迪生蓄电池的推断错误的是 （ ）

 ．放电时，Fe是负极，NiO2是正极

 ．充电时阴极上的电极反应式为：Fe（OH）2+2e - = Fe + 2OH -

 ．放电时电解质溶液中的阴离子是向正极方向移动

 ．蓄电池的电极必须浸入碱性电解质溶液中

2．用惰性电极电解M（NO3）x的水溶液，当阴极上增重a g时，在阳极上同时产生b L氧气（标准状况），从而可知M的原子量为 （ ）

 ．　　　　　　　B． 　　　　　　C．　　　　　　　D．　 

3．甲、乙两个电解池均以铂为电极，且互相串联，甲池盛有AgNO3溶液，乙池中盛有一定量的某盐溶液，通电一段时间后，测得甲池电极质量增加2.16g，乙池电极上析出0.24g金属，则乙池中的溶质可能是                                    （    ） 

A．CuSO4 　　B．MgSO4 　　C．Al（NO3）3 　　D．Na2SO4

4．将K2MnO4 溶液酸化时，可制得KMnO4 ：3MnO42- + 4H+ = 2MnO4- + MnO2 + 2H2O，但最高产率只有66.7%，所以制取KMnO4常用电解法，即以铁、石墨作电极电解K2MnO4溶液，则下列有关叙述正确的是 （ ）

 ．铁作阳极，电极反应为：Fe - 2e－= Fe2+

 ．铁作阳极，电极反应为：2H+ + 2e－ = H2↑ 

 ．石墨作阳极，电极反应为：MnO42- - e －= MnO4-

 ．石墨作阴极，电极反应为：4OH- - 4e－ = O2 ↑+ 2H2O

5．右图中每一方格表示有关的一种反应物或生成物，其中粗框表示初始反应物（反应时加入的水或生成的水，以及生成沉淀时的其它产物均已略去）。

填写下列空白：

（1）物质B是    　　　　    ，F是        ，J是  　　      。

（2）反应①的离子方程式为：   　　　　　　  ，I加入D生成J的化学方程式为   　　　　　　　　　　  。

（3）说明H加入D生成J的原因：      　　　　　　                      。

6．由于Fe（OH）2极易被氧化，所以实验室难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe（OH）2沉淀。若用右图所示实验装置可制得纯净的Fe（OH）2沉淀。两极材料分别为石墨和铁。

①a电极材料为     ，其电极反应式为                 。

②电解液d可以是            ，则白色沉淀在电极上生成；也可以是         ，则白色沉淀在两极之间的溶液中生成。

A．纯水 ．NaCl溶液 ．NaOH溶液 ．CuCl2

③液体c为苯，其作用是           ，在加入苯之前，对d溶液进行加热处理的目的是                                                 。

④为了在短时间内看到白色沉淀，可以采取的措施是               。

A．改用稀硫酸做电解液 ．适当增大电源电压

C．适当缩小两电极间距离 ．适当降低电解液温度

⑤若d改为Na2SO4溶液，当电解一段时间，看到白色沉淀后，再反接电源，继续电解，除了电极上看到气泡外，另一明显现象为                   。

7．银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。试回答：在此原电池反应中，正极发生的反应为                    ；负极发生的反应为       ；反应过程中产生有臭鸡蛋气味的气体，则原电池总反应方程式为                  。

8．在陶瓷工业上常遇到因陶土里混有氧化铁而影响产品质量的问题。解决方法致意是把这些陶土和水一起搅拌，使微粒直径在10—9m～10—7m之间，然后插入两根电极，接通直流电源，这时阳极聚集          ，阴极聚集           ，理由是                 。

9．为了测定某白铁皮中含锌的百分率，进行如下实验，取一小块白铁皮试样ag，置于烧杯中，加入过量的稀盐酸，用表面皿盖好，可以见到开始时产生气泡的速度很快，以后逐渐变慢，待试样全部溶解后，向烧杯中加入过量NaOH溶液，充分搅拌后过滤，将所得沉淀在空气中加强热至质量不变，称得残留固体bg，试回答：

（1）镀锌的目的是                          。

（2）气泡产生的速度先快后慢的原因是                  。

（3）加入过量NaOH溶液的作用是             ，涉及反应的离子方程式及化学方程式是                            。

（4）最后残留的固体是              ，反应的化学方程式是                  。

（5）白铁皮含锌的质量分数是              。

10．在20℃时将12.1g M(NO3)x·3H2O晶体溶于44.3g 水中，或在相同温度下将4.7g M(NO3)x无水盐溶于23.5g水中，均可制得该盐的饱和溶液。上述两部分溶液混合，再加水稀释为0.1mol/L，用惰性电极进行电解，当电极上通过0.15mol电子时，溶液中的Mx+离子恰好全部成单质析出（设无氢气生成）。试计算：

（1）20℃时M(NO3)x的溶解度。

（2）M(NO3)x·3H2O的摩尔质量及x值。

（3）M的相对原子质量。

作业：

一、选择题(本题包括10小题，每小题3分，共30分。每小题只有一个选项符合题意)

1.  下列各烧杯中均盛着海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为（ ）。

A. ①②③④⑤　 　B. ②①③④⑤

C. ④②①③⑤　　 ④⑤①②③

2.钢铁发生电化学腐蚀时，负极发生的反应是（ ）。

A. 

C. 

3. 镍镉可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行：

由此可知，该电池放电时的负极材料是（ ）。

A.   

4. 下列关于实验现象的描述不正确的是（ ）

A. 把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡

B. 用铜板做电极电解溶液，阴极铜板质量增加

C. 把铜片插入溶液中，在铜片表面出现一层铁

D. 把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴溶液，气泡放出速率加快

5. 用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一种物质（中括号内），溶液能与原来溶液完全一样的是（ ）。

A. 

C. 

6. 如图中三个电解装置中都盛有相同体积、相同物质的量浓度的溶液，通电一段时间并且通过的电量相同时，溶液物质的量浓度大小关系正确的是（ ）。

A. ② > ③ > ① ① > ② > ③

C. ② = ③ > ① ① = ② = ③

7.蓄电池放电时是起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下式是爱迪生蓄电池分别在充电、放电时的反应：

下列有关爱迪生电池的各种推断中错误的是（ ）。

A. 放电时铁做负极，做正极

B. 充电时阴极上的电极反应为： 

C. 放电时，电解质溶液中的阴离子是向正极方向移动

D. 蓄电池的两个电极必须浸入在碱性溶液中

8.将两个铂电极插入溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重（设电解时该电极无氧气析出，且不考虑水解和溶液体积变化）。此时溶液中氢离子浓度约为（ ）

A.    

C. 

9．为除去MgCl2溶液中的FeCl3，可在加热搅拌的条件下加入的一种试剂是（ ）

A、N、Na2CO3 、氨水 、MgO

10．右图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无臭气体放出，符合这一情况的是（ ）