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1、电解池及其工作原理 电解规律及电极产物的判断1.某实验小组用石墨作电极进行如下实验,实验观察到:a、d处试纸变蓝;b处变红,并局部褪色;c处无明显变化。下列说法中错误的是()A.a极为阴极,发生的电极反应式为2H+2e-H2B.b极为阳极,涉及的反应有2Cl-2e-Cl2、Cl2+H2OHCl+HClOC.电解过程中,a点电势低于c点电势,所以电子由a点移向c点D.若将铁丝改成铜丝,其余条件相同,电解一段时间后,能发现c处附近变蓝【解析】选C。A.该电解池中,a、d作阴极,而b、c作阳极,所以a是阴极,电极反应式为2H+2e-H2,故A正确;B.b极为阳极,b处氯离子放电生成氯气,氯气和水能发
2、生反应生成HCl、HClO,涉及的反应有2Cl-2e-Cl2、Cl2+H2OHCl+HClO,故B正确; C.该电解池中,a、d作阴极,而b、c作阳极,电流从电势高的地方流向电势低的地方,由此a点电势低于c点电势,但电子不能通过溶液,不能由a点移向c点,故C错误;D.若将铁丝改成铜丝,c为阳极,发生氧化反应,Cu-2e-Cu2+,一段时间后,c处附近变蓝,故D正确。2.(新题预测)在2018年的第十八届亚运会上中国队获得132枚金牌、92枚银牌和65枚铜牌,位居奖牌榜第一名。银作为贵重金属,在生产生活中有着广泛的应用。如图为电解精炼粗银(含Al、Zn、Pt、Au等杂质)的示意图,其中b极有少量
3、无色气体生成,该气体遇空气变红棕色,下列说法不正确的是()A.在电解过程中,含有杂质的粗银应是电极aB.b极生成气体的电极反应式为N+3e-+4H+NO+2H2OC.当纯银片增重2.16 g时,电路中通过0.02 mol 电子D.电解后Pt、Au以单质的形式沉积在a极下方【解析】选C。电解时,粗银为阳极,接电源正极,A正确;b电极生成NO,该气体是N得电子发生还原反应产生的,B正确;阳极上Ag发生氧化反应,Al、Zn也发生氧化反应,阴极上Ag+发生还原反应,N也发生还原反应,故纯银片增重2.16 g时,电路中通过的电子大于0.02 mol ,C错误;Pt、Au不能发生氧化反应,D正确。【归纳提
4、升】构建思维模型突破电解池原理分析电解池问题的一般程序为找电源(或现象)判两极写电极反应式得总反应式。连电源正极的为阳极,阳极上发生氧化反应;连电源负极的为阴极,阴极上发生还原反应,两电极反应式之和即为电池总反应式。电极材料:惰性电极指Pt、Au、石墨;活性电极指除Pt、Au、石墨外的金属材料。 电极反应式的书写与判断3.按要求书写电极反应式和总反应式。(1)用惰性电极电解AgNO3溶液阳极反应式: _;阴极反应式:_总反应离子方程式:_(2)用惰性电极电解MgCl2溶液阳极反应式: _;阴极反应式:_ _;总反应离子方程式:_。(3)用Fe作电极电解NaCl溶液阳极反应式: _;阴极反应式:
5、_;总反应离子方程式:_。(4)用Al作电极电解NaOH溶液阳极反应式: _;阴极反应式: _;总反应离子方程式: _。(5)用Cu作电极电解HCl溶液阳极反应式: _;阴极反应式: _;总反应离子方程式: _。(6)以铝材为阳极,电解H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜阳极反应式:_;阴极反应式: _;总反应离子方程式: _。答案:(1)2H2O-4e-O2+4H+4Ag+4e-4Ag4Ag+2H2O4Ag+O2+4H+(2)2Cl-2e-Cl22H2O+2e-+Mg2+H2+Mg(OH)2Mg2+2Cl-+2H2OMg(OH)2+Cl2+H2(3)Fe-2e-Fe2+2H2O+2e-H2+2
6、OH-Fe+2H2OFe(OH)2+H2(4)2Al-6e-+8OH-2Al(OH)4-6H2O+6e-3H2+6OH-2Al+6H2O+2OH-2Al(OH)4-+3H2(5)Cu-2e-Cu2+2H+2e-H2Cu+2H+Cu2+H2(6)2Al-6e-+3H2OAl2O3+6H+6H+6e-3H22Al+3H2OAl2O3+3H24.在微电子工作中NF3常用作氮化硅的蚀刻剂,工业上通过电解含NH4F等的无水熔融物生产NF3,其电解原理如图所示。a电极为电解池的_(填“阴”或“阳”)极,写出该电极的电极反应式:_;电解过程中还会生成少量氧化性极强的气体单质,该气体的分子式是_。【解析】由题
7、图可知,H+在b电极上得到电子生成氢气,故b为阴极,则a为阳极,阳极上N失去电子生成NF3,电极反应方程式为N+3F-6e-NF3+4H+,依据电解原理可知,F-也可能失去电子生成氟单质,故该气体单质为氟气。答案:阳N+3F-6e-NF3+4H+F25.电解尿素CO(NH2)2的碱性溶液制氢气的装置示意图如图:电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴阳两极均为惰性电极。(1)A极为_,电极反应式为_。(2)B极为_,电极反应式为_。【解析】H2产生是因为H2O电离的H+在阴极上得电子,即6H2O+6e-3H2+6OH-,所以B极为阴极,A极为阳极,电极反应式为CO(NH2)2-6e-+8OH-N2+C+
8、6H2O,阳极反应式容易错写成4OH-4e-2H2O+O2。答案:(1)阳极CO(NH2)2+8OH-6e-N2+C+6H2O(2)阴极6H2O+6e-3H2+6OH-【加固训练】1.(2019江苏高考节选)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意_-_。(2)电解一段时间后,阳极区的KHCO3溶液浓度降低,其原因是_。【解析】(1)CO2中的C为+4价,HCOO-中的C为+2价,1 mol CO2转化为HCOO-时,得2 mol e-;(2)KHCO3溶液中阳极为水电离出的OH-放电,留下H+,会与HC 反应,由电荷平衡,K+会移向阴极区。答案:(1)CO2
9、+ H+2e-HCOO- 或CO2+HC+2e-HCOO- + C(2)阳极产生O2,pH减小,HC 的浓度降低;K+部分迁移至阴极区2.(2019全国卷节选)环戊二烯可用于制备二茂铁(Fe(C5H5)2,结构简式为),后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。该电解池的阳极为_,总反应为_。电解制备需要在无水条件下进行,原因为_。【解析】由原理图可知,Fe电极的铁生成Fe2+,发生氧化反应,Fe电极为电解池的阳极;由图可知有H2生成,电解池的总反应为Fe+2+H2。中间物Na能与水反应,
10、且水会电解生成OH-,与Fe2+反应生成Fe(OH)2,故电解制备需要在无水条件下进行。答案:Fe电极Fe+2+H2(Fe+2C5H6Fe(C5H5)2+H2)水会阻碍中间物Na的生成;水会电解生成OH-,进一步与Fe2+反应生成Fe(OH)21.做到“三看”,正确书写电极反应式(1)一看电极材料,若是金属(Au、Pt除外)作阳极,金属一定被电解(注:Fe生成Fe2+)。(2)二看介质,介质是否参与电极反应。(3)三看电解质状态,若是熔融状态,就是金属的冶炼。2.规避“三个”失分点(1)书写电解池中电极反应式时,一般以实际放电的离子表示,但书写总电解反应方程式时,弱电解质要写成分子式。(2)要确保两极电子转移数目相同,且应注明条件“电解”。(3)电解水溶液时,应注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放电。6