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1、电解池的工作原理及应用 电解规律及电极产物的判断1.如图所示,a、b、c、d均为石墨电极,通电进行电解,下列说法正确的是()A.电路中电子流向:负极dcba正极B.a、c两极产生气体的物质的量相等C.S向b电极移动,Cl-向c电极移动D.通电后乙烧杯滴入酚酞溶液d极附近会变红【解析】选D。电子只能在外电路中移动,故A错误;a极产生O2,c极产生Cl2,根据电子守恒O22Cl24e-,O2和Cl2的物质的量之比为12,故B错误;阴离子向阳极移动,a和c是阳极,所以S向a电极移动,Cl-向c电极移动,故C错误;d极是阴极,电极反应式可表示为2H2O+2e-H2+2OH-,所以滴入酚酞溶液d极附近会
2、变红,故D正确。2.(2019肇庆模拟)纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制电解液中OH-的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示,发生的反应为2Cu+H2OCu2O+H2,下列说法正确的是()A.钛电极发生氧化反应B.阳极附近溶液的pH逐渐增大C.离子交换膜应采用阳离子交换膜D.阳极反应为2Cu+2OH-2e-Cu2O+H2O【解析】选D。钛电极为阴极,发生还原反应,A项错误;铜作阳极,阳极上铜发生失电子的氧化反应,阳极反应为2Cu+2OH-2e-Cu2O+H2O,OH-由阴极区迁移到阳极区参与反应,离子交换膜应为阴离子交换膜,C项错误、D项正确;由阴极区迁移过来
3、的OH-在阳极全部参与反应,阳极附近溶液的pH不变,B项错误。【归纳提升】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
4、: _。(3)用Fe作电极电解NaCl溶液阳极反应式: _;阴极反应式: _;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-+2H2O
5、Mg(OH)2+Cl2+H2(3)Fe-2e-Fe2+2H2O+2e-H2+2OH-Fe+2H2OFe(OH)2+H2(4)2Al-6e-+8OH-2Al+4H2O6H2O+6e-3H2+6OH-2Al+2H2O+2OH-2Al+3H2(5)Cu-2e-Cu2+2H+2e-H2Cu+2H+Cu2+H2(6)2Al-6e-+3H2OAl2O3+6H+6H+6e-3H22Al+3H2OAl2O3+3H24.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
6、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+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-5.(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下图所示,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
7、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,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。
8、(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。【加固训练】1.(2019潍坊模拟)煤燃烧排放的烟气含有NOx,容易形成酸雨污染环境,可通过惰性电极电解对烟气进行脱硝处理。电解原理如图所示:电极a的电极反应式为_,当电解44.8 L(标准状况)含5%NO的烟气,理论上电路中通过电子的物质的量为_mol。【解析】由图中分析可知生成氢气的电
9、极b为电解池阴极,a为电解池阳极,通入的含NO的烟气失电子发生氧化反应生成硝酸,电极反应:NO-3e-+2H2ON+4H+,当电解44.8 L(标准状况)含5%NO的烟气,NO物质的量=0.1 mol,电极反应计算理论上电路中通过电子的物质的量为0.3 mol。答案:NO-3e-+2H2ON+4H+0.32.(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的原理示意图如下。(1)写出阴极CO2还原为HCOO-的电极反应式:_。(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 + 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