2021届（鲁科版）高考化学一轮复习电解池及其工作原理学案3页

电解池及其工作原理

目前电解除磷装置多采用铁板或铝板作为电极,电极板浸没在水中,阳极在直流
电源作用下电解产生 Fe2+或 Al3+,Fe2+可进一步被氧化生成 Fe3+,这些离子能与污
水中的 P 反应生成不溶性化合物,可通过固液分离被去除。此外,在不同 pH
条件下,部分金属离子会与污水中的 OH-生成铁或铝的羟基化合物及沉淀物,污
水中的 P 会吸附在这些沉淀物的表面并随其一起被去除。同时,阴极生成的
H2在污水中会产生气浮现象,使污水中的颗粒物漂浮到表面而得以去除。目前国
内已有不少关于电解除磷装置的研究,但由于其短时间内处理的污水量有限及
存在的其他一些技术问题限制了其在生活污水处理装置末端上的连续应用。
问题 1.根据材料分析电解除磷时为什么将铝板或铁板作阳极?(素养角度——宏
观辨识与微观探析)
提示:阳极在直流电源作用下电解产生 Fe2+或 Al3+,提供能与磷酸根结合生成沉
淀的阳离子。
问题 2.用铁作电极,利用如图所示装置除去含 CN-、Cl-废水中的 CN-时,控制溶液
pH 为 9～ 10,CN-与阳极产生的 ClO-反应生成无污染的气体。思考在该装置中铁
应该作什么电极?(素养角度——证据推理与模型认知)
提示:阳极产生 ClO-,发生的反应为 Cl-+2OH--2e- ClO-+H2O,所以阳极一定是石
墨电极,铁电极作阴极。

问题 3.根据所学知识分析,电解法除去废水中的磷元素,可能会面临哪些技术难
题?(素养角度——科学探究与创新意识)
提示:金属阳极易发生钝化现象,导致通过稳压电解系统的电流逐渐减小,进而
影响电解除磷的效率;电解反应后的出水无法达到色度指标:一方面,电解过程
中溶出较多 Fe3+会使水体呈现黄棕色甚至棕红色;另一方面,Fe2+与水中成色物
质形成难以絮凝沉降的有机铁化合物,使原水变色。
1.(2020·重庆模拟)用铁和石墨作电极电解酸性废水,可将废水中的 P 以
FePO4(不溶于水)的形式除去,其装置如图所示。
下列说法中正确的是 (　　)
A.若 X、Y电极材料连接反了,则仍可将废水中的 P 除去
B.X极为石墨,该电极上发生氧化反应
C.电解过程中 Y极周围溶液的 pH减小
D.电解时废水中会发生反应:4Fe2++O2+4H++4P 4FePO4↓+2H2O
【解析】选 D。根据题意分析,X 电极材料为铁,Y 电极材料为石墨,若 X、Y 电极
材料连接反了,铁就不能失电子变为离子,也就不能生成 FePO4,A 项错误;Y 电极
材料为石墨,该电极发生还原反应,B项错误;电解过程中 Y电极上发生的反应为
2H++2e- H2↑,氢离子浓度减小,溶液的 pH 变大,C 项错误;铁在阳极失电子变
为 Fe2+,通入的氧气把 Fe2+氧化为 Fe3+,Fe3+与 P 反应生成 FePO4,D项正确。

2.在微生物作用下电解有机废水(含 CH3COOH),可获得清洁能源 H2。其原理如图
所示。下列有关说法不正确的是 (　　)
A.电源 B极为负极
B.通电后,若有 0.1 mol H2生成,则转移 0.2 mol电子
C.通电后,H+通过质子交换膜向右移动,最终右侧溶液 pH减小
D.与电源 A极相连的惰性电极上发生的反应为 CH3COOH-8e-+2H2O 2CO2↑+8H+
【解析】选 C。电解有机废水(含 CH3COOH),在阴极上氢离子得电子生成氢气,即
2H++2e- H2↑,则连接阴极的 B极为负极,选项 A正确;通电后,若有 0.1 mol H2
生成,根据电极反应式 2H++2e- H2↑可知转移 0.2 mol 电子,选项 B 正确;在阴
极上氢离子得电子生成氢气,但是氢离子会经过质子交换膜向右移动进入阴极
室,阴极室的 pH 几乎保持不变,选项 C 不正确;与电源 A 极相连的惰性电极是阳
极,电极反应式为 CH3COOH-8e-+2H2O 2CO2↑+8H+,选项 D正确。
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