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电解池
金属的电化学腐化与防范
[考纲领求
]
,能写出电极反响和电池反响方程式。
、
金属腐化的危害、防范金属腐化的措施。
考点一电解的原理
.电解定义
在电流作用下,电解质在两个电极上分别发生氧化反响和还原反响的过程。
.能量转变形式
电能转变为化学能。
.电解池
(1)构成条件
①有与电源相连的两个电极。
②电解质溶液(或熔融盐)。
③形成闭合回路。
(2)电极名称及电极反响式(如图)
(3)电子和离子挪动方向
①电子:从电源负极流向电解池的阴极;从电解池的阳极流向电源的正极。
②离子:阳离子移向电解池的阴极;阴离子移向电解池的阳极。
.分析电解过程的思想程序
(1)第一判断阴、阳极,分析阳极资料是惰性电极还是开朗电极。
(2)再分析电解质水溶液的构成,找全离子并分阴、阳两组(不要忘掉水溶液中的H+和OH-)。
(3)而后排出阴、阳两极的放电序次
阴极:阳离子放电序次:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>
Na+>Ca2+>K+。
阳极:开朗电极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子。
注意①阴极无论是什么资料,电极自己都不反响,必定是溶液
最重要的放电序次是:阳极,Cl->OH-;阴极:Ag+>
(或熔融电解质
)中的阳离子放电。
②最常用、
Cu2+>H+。③电解水溶液时,
K+~Al3+不行能在阴极放电,即不行能用电解水溶液的方法获得
K、Ca、Na、
Mg、Al等金属。
(4)分析电极反响,判断电极产物,写出电极反响式,要注意依照原子守恒和电荷守恒。
(5)最后写出电解反响的总化学方程式或离子方程式。深度思虑
,并总结电解规律
(用惰性电极电解)
电解质(水
被电解
总化学方程式
电解质
溶液pH
电解质溶
溶液)
电极方程式
或离子方程式
浓度
液还原
的物质
阳极:4OH--4e
含氧酸(如
-===O2↑+2H2O
2H2O
电解
增大
减小
加H2O
H2SO4)
水
=====
阴极:4H++4e-
O2↑+2H2↑
===2H2↑
阳极:4OH--4e
强碱(如
-===O2↑+2H2O
2H2O
电解
增大
增大
加H2O
NaOH)
水
=====
阴极:4H++4e-
O2↑+2H2↑
===2H2↑
开朗金属
阳极:4OH--4e
的含氧酸
-===O2↑+2H2O
电解
盐(
如
2H2O
增大
不变
加H2O
水
=====
KNO3
、
阴极:4H++4e-
O2↑+2H2↑
===2H2↑
Na2SO4)
无氧酸(如
阳极:2Cl--2e-
===Cl2↑
2HCl
电解
通入HCl
HCl),除
酸
=====
减小
增大
HF外
阴极:2H++2e-
Cl2↑+H2↑
气体
===H2↑
不开朗金
阳极:2Cl--2e-
属的无氧
===Cl2↑
电解
酸盐(如
盐
减小
加CuCl2
CuCl2=====Cu
CuCl2),除
阴极:Cu2++2e
+Cl2↑
-===Cu
***化物外
开朗金属
阳极:2Cl--2e-
2Cl-+2H2O
===Cl2↑
生成新
通入HCl
的无氧酸
水和盐
电解
=====Cl2↑+
电解质
增大
盐(如NaCl)
阴极:2H++2e-
气体
===H2↑
H2↑+2OH-
不开朗金
阳极:4OH--4e
2Cu2
++
属的含氧
-===O2↑+2H2O
2H2O
电解
生成新
加CuO或
酸盐(如
水和盐
=====
减小
阴极:2Cu2++4e
2Cu+O2↑+
电解质
CuCO3
CuSO4)
-===2Cu
4H+
?
答案
放H2生碱型的实质是水电离出的
H+放电,破坏了水的电离均衡,使
OH-浓度增大,放O2生酸型的实
质是水电离出的OH-放电,破坏了水的电离均衡,使
H+浓度增大。
3.(1)上表中要使电解后的NaCl溶液还原,滴加盐酸可以吗?
(2)上表中要使电解后的
CuSO4溶液还原,加入Cu(OH)2固体可以吗?
答案
电解质溶液的还原应依照“从溶液中析出什么补什么”的原则,即从溶液中析出哪一种元素的原子,
则应按比
例补入哪些原子。
(1)电解NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2,所以应通入***化氢气体,加入盐酸会引入过多的水。
(2)同理,使CuSO4溶液还原应加入CuO,而加入Cu(OH)2也会使溶液的浓度降低。
电解
“A+H2O=====B+C+D”的模式,则A一般可能为何物质?
答案CuSO4、NaCl(KCl)或AgNO3,要视其余条件而定。
题组一电解原理和电解规律的观察
,电解一段时间后,阴极质量增添,电解液的pH降落的是
(
)
答案A
分析吻合该题条件的电解质应为不开朗金属的含氧酸盐。
.用铂电极电解必定浓度的以下物质的水溶液,在电解后的电解液中加适当水,能使溶液浓度恢复到电解前浓
度的是
(
)
答案分析
B
加适当水能使溶液恢复到电解前的浓度,则实质是电解水,故只有
B项吻合
条件。
Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极
a和
b周边分别滴加几滴石蕊溶液。以下
实验现象描述正确的选项是
(
)
,a电极的小于b电极的
,另一电极逸出刺激性气体
,b电极周边呈蓝色
,b电极周边呈红色
答案D
分析SO24-、OH-移向b极,在b极OH-放电,产生O2,b极周边c(H+)>c(OH-),石蕊试液变红。
H+移向a极,在a极H+放电产生H2,a极周边c(OH-)>c(H+),石蕊试液变蓝。所以产生的气体体积
的大于b电极的;两种气体均为无色无味的气体。A、B均错。
题组二电极反响式、电解总方程式的书写
Na+、a电极
.按要求书写相关的电极反响式及总方程式。
(1)用惰性电极电解AgNO3溶液:
阳极反响式_____________________________________________________;
阴极反响式_____________________________________________________;
总反响离子方程式________________________________________________。
(2)用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反响式______________________________________________________;
阴极反响式______________________________________________________;
总反响离子方程式________________________________________________。
(3)用铁作电极电解NaCl溶液
阳极反响式______________________________________________________;
阴极反响式______________________________________________________;
总化学方程式____________________________________________________。
(4)用铜作电极电解盐酸溶液
阳极反响式_____________________________________________________;
阴极反响式_____________________________________________________;
总反响离子方程式________________________________________________。
答案(1)4OH--4e-===O2↑+2H2O
4Ag++4e-===4Ag
电解
4Ag++2H2O=====4Ag+O2↑+4H+
(2)2Cl--2e-===Cl2↑
2H++2e-===H2↑
电解
Mg2++2Cl-+2H2O=====Mg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑
(3)Fe-2e-===Fe2+
2H++2e-===H2↑
电解
Fe+2H2O=====Fe(OH)2↓+H2↑
(4)Cu-2e-===Cu2+
2H++2e-===H2↑
电解
Cu+2H+=====Cu2++H2↑
5.Ⅰ.以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极电极反响式为
________________________________________________________________________。
Ⅱ.用Al单质作阳极,石墨作阴极,NaHCO3溶液作电解液进行电解,生成难溶物R,R受热分解生成化合物Q。
写出阳极生成R的电极反响式:__________________。
答案Ⅰ.2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+
.Al+3HCO-3-3e-===Al(OH)3+3CO2↑
分析Ⅰ.依照信息阳极形成的氧化膜必定为Al2O3,Al失电子生成Al2O3,Al2O3中的氧是由水供给的,溶液显酸性,所以有H+生成;Ⅱ.Al作阳极,失电子,生成Al3+,Al3+水解显酸性,溶液中的HCO-3水解显碱性,二者水解相互促进,生成Al(OH)3和CO2。
,可以由反响:
2Cu2++4I-===2CuI↓+I2获得。现以石墨为阴极,以
Cu为
阳极电解KI溶液,通电前向电解液中加入少许酚酞和淀粉溶液。回答以下问题:
(1)阳极区的现象____________________________________________________。
(2)阳极电极反响式__________________________________________________。
答案(1)铜电极逐渐溶解,有白色积淀产生,溶液变为蓝色
(2)2Cu+4I--4e-===2CuI↓+I2
以写出用石墨作电极电解CuSO4溶液的电极反响式及总的电解方程式为例。
第一步:明确溶液中存在哪些离子。阳离子:Cu2+、H+;阴离子:OH-、SO24-。
第二步:判断阴阳两极周边离子种类及离子放电序次。阴极:Cu2+>H+;阳极:
OH->SO24-。
第三步:写电极反响式和总的电解方程式。阴极:
2Cu2++4e-===2Cu;阳极:
2H2O-4e-===O2↑+4H+。
电解
依据得失电子数相等,两极反响式相加得总方程式:2CuSO4+2H2O=====2Cu+O2↑+2H2SO4。
(1)书写电解池中电极反响式时,要以实质放电的离子表示,但书写总电解反响方程式时,弱电解质要写成分子式。
(2)要保证两极电子转移数量同样,且注明条件
“电解”。
(3)电解水溶液时,应注意放电序次中
H+、OH-以后的离子一般不参加放电。
题组三
与酸、碱、盐的电解相关的实验设计
7.[2010大·纲全国卷Ⅱ,29(1)(2)(3)(4)(5)]如图是一个用铂丝作电极,电解稀的MgSO4
溶液的装置,电解液中加有中性红指示剂,此时溶液呈红色。
(指示剂的
pH变色范
围:~,酸色—红色,碱色—黄色)
回答以下问题:
(1)以下关于电解过程中电极周边溶液颜色变化的表达正确的选项是
________(填编号);
①A管溶液由红变黄;②B管溶液由红变黄;
③A管溶液不变色;④B管溶液不变
色
(2)写出A管中发生反响的反响式:
_____________________________________;
(3)写出B管中发生反响的反响式:
_____________________________________;
(4)检验a管中气体的方法是___________________________________________
_____________________________________________________________________;
(5)检验b管中气体的方法是___________________________________________
____________________________________________________________________。
答案
(1)①④
(2)2H++2e-===H2↑(或2H2O+2e-===2OH-+H2↑)Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
(3)4OH--4e-===2H2O+O2↑(或2H2O-4e-===4H++O2↑)
(4)用拇指按住管口,拿出试管,管口凑近火焰,松开拇指,有爆鸣声,管口有淡蓝色火焰
(5)用拇指按住管口,拿出试管正立,松开拇指,将带有火星的木条伸入试管内会复燃
分析
(1)因为MgSO4是强酸弱碱盐,在水溶液中存在
Mg2++2H2O
Mg(OH)2+2H+水解均衡,所以水溶液
呈酸性,电解前
A、B管均显红色。铂丝是惰性电极,电解池中阴离子在阳极发生氧化反响,阳离子在阴极发生
还原反响,在
A管溶液中,铂丝作阴极,因为
H+的氧化性大于
Mg2+的氧化性,H+先得电子被还原为H2,
Mg2+与OH-生成Mg(OH)2积淀,酸性减弱,跟着水的电解,
OH-浓度增大,颜色由红变黄。而在
B管溶液中
铂丝作阳极,OH-的还原性大于
SO24-,OH-失电子,跟着电解的进行,酸性增大,溶液不变色
(一直为红色)。
(2)(3)由(1)可知,在A管中发生:
2H++2e-===H2↑(或2H2O+2e-===2OH-+H2↑)
Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
在B管中:4OH--4e-===2H2O+O2↑(或2H2O-4e-===4H++O2↑)
(4)(5)H2的常用检验方法是“爆鸣”法,即用拇指按住管口,拿出试管a,管口凑近火焰,松开拇指,有爆鸣声,管口有淡蓝色火焰;O2的常用检验方法是木条复燃法,用拇指按住管口,拿出试管b正立,松开拇指,将带有火星的木条伸入试管内,木条复燃。
.以以下图,用石墨电极电解***化铜溶液。查阅资料可知,CuCl24-显黄色,***化铜溶液显蓝绿色或黄绿色;
向体积同样浓度分别为mol·L-1,molL·-1,
mol·L-1,molL·-1的***化铜溶液中加入NaCl至饱和,
比较发现。溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变。
请回答以下问题:
(1)阳极上的气体呈________色,检验该气体可用___________________________。
(2)写出电解的离子方程式:____________________________________________。
(3)实验时,装置中阴极溶液颜色由蓝绿色变为黄绿色,原由是__________________
______________________________________________________。
拿出阴极的石墨棒,发现表面有浅蓝色固体,试设计实验研究此浅蓝色固体的成分:
_________________________________________________________________。
(5)为何要设计连接后边的装置?______________________________________。
答案(1)黄绿湿润的淀粉-KI试纸
电解
(2)Cu2++2Cl-=====Cu+Cl2↑
(3)阴极Cu2+放电后,Cu2+与Cl-浓度比值减小
(4)取此浅蓝色固体于试管中,加入硫酸,若溶解且溶液变蓝色,则为Cu(OH)2
(5)因为阳极产生的***气为有毒气体,故后边连接装置可以用于检验与汲取
分析(1)阳极是阴离子放电,即
变蓝,则确立为***气。
Cl-放电产生
Cl2,故颜色为黄绿色;检验
Cl2可用湿润的淀粉
-KI
试纸,若试纸
电解
(2)电解***化铜的离子方程式为Cu2++2Cl-=====Cu+Cl2↑。
(3)由题目所给信息,Cu2+与Cl-浓度比值逐渐增大,溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变,故阴极Cu2+放电后,Cu2+与Cl-浓度比值减小而体现黄绿色。
(4)跟着反响的进行,Cu2+浓度降低,此时有一部分H+放电而使此地域OH-浓度增大,故此浅蓝色固体为
Cu(OH)2。
(5)电解***化铜时产生的***气有毒,故后边连接装置既可用作检验电解产生的气体,又可用于汲取该有毒气体。考点二电解原理的应用
.电解饱和食盐水
(1)电极反响
阳极反响式:2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反响)
阴极反响式:2H++2e-===H2↑(还原反响)
(2)总反响方程式:
电解
2NaCl+2H2O=====2NaOH+H2↑+Cl2↑
电解
离子反响方程式:2Cl-+2H2O=====2OH-+H2↑+Cl2↑
(3)应用:***碱工业制烧碱、***气和氢气。
.电镀
右图为金属表面镀银的工作表示图,据此回答以下问题:
(1)镀件作阴极,镀层金属银作阳极。
(2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。
(3)电极反响:
阳极:Ag-e-===Ag+;
阴极:Ag++e-===Ag。
(4)特色:阳极溶解,阴极堆积,电镀液的浓度不变。
.电解精髓铜
(1)电极资料:阳极为粗铜;阴极为纯铜。
(3)电极反响:
阳极:Zn-2e-===Zn2+、Fe-2e-===Fe2+、Ni-2e-===Ni2+、Cu-2e-===Cu2+;
阴极:Cu2++2e-===Cu。
.电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼开朗金属Na、Ca、Mg、Al等。
(1)冶炼钠
电解
2NaCl(熔融)=====2Na+Cl2↑
电极反响:
阳极:2Cl--2e-===Cl2↑;阴极:2Na++2e-===2Na。
(2)冶炼铝
电解
2Al2O3(熔融)=====4Al+3O2↑
电极反响:
阳极:6O2--12e-===3O2↑;阴极:4Al3++12e-===4Al。
深度思虑
.(1)电解***化钠溶液时,如何用简易的方法检验产物?
答案阳极产物Cl2可以用淀粉-KI试纸检验,阴极产物
H2可以经过点燃检验,
NaOH可以用酚酞试剂检验。
(2)***碱工业在生产过程中一定把阳极室和阴极室用离子交换膜分开,原由是什么?
答案防范H2和Cl2混杂爆炸,防范Cl2与溶液中的NaOH反响。
.电解精髓铜时,阳极泥是如何形成的?
答案粗铜中常常含有锌、铁、镍、银、金等多种金属杂质,当含杂质的铜在阳极不停溶解时,金属活动性位于
铜以前的金属杂质,如Zn、Fe、Ni等也会同时失掉电子,但是它们的阳离子比铜离子难以还原,所以它们其实不
能在阴极析出,而只好以离子的形式留在电解液里。金属活动性位于铜以后的银、金等杂质,因为失掉电子的能
力比铜弱,难以在阳极失掉电子变为阳离子而溶解,所以当阳极的铜等失掉电子变为阳离子溶解以后,它们以金
属单质的形式堆积在电解槽底部,形成阳极泥。
题组训练电解原理的应用
-,会对人类及生态系统产生很大伤害,电解法是一种卓有收效的除去铬
的方法之一。该法用
Fe作电极电解含Cr2O27-的酸性废水,最后将铬转变为
Cr(OH)3积淀,达到净化目的。以下
相关说法不正确的选项是
(
)
,石墨棒作阴极
Cr(OH)3
,发生反响的离子方程式是Cr2O27-+6Fe2++14H+===2Cr3++
6Fe3++7H2O
-,将有336gFe耗费,所以要按期更换铁电极
答案
B
分析
Fe作阳极,反响产生Fe2+,Fe2+与Cr2O27-发生氧化还原反响,
Fe2+被氧化为
Fe3+,Cr2O27-被还原为Cr3+;阴极是H+获得电子,以致阴极周边溶液的碱性加强,Fe3+、Cr3+都会变为Fe(OH)3、Cr(OH)3积淀,B错误;耗费1molCr2O27-,必耗费6molFe2+,依据Fe守恒,将有6molFe耗费,质量336g。
.使用***化钠作原料可以获得多种产品。
(1)实验室用惰性电极电解
100mLmol·L-1NaCl溶液,若阴阳两极均获得
112mL气体(标准状况),则所得溶液
的物质的量浓度是______________(忽视反响前后溶液体积的变化)。
(2)某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器,
用石墨作电极电解饱和***化钠溶液,
通电时,为使
Cl2被完整汲取,制得有较强杀菌能力的消毒液,设计了如图的装置。对电源电极名称和消毒液的
主要成分判断正确的选项是
________。
,b为负极;NaClO和NaCl
,b为正极;NaClO和NaCl
,b为阴极;HClO和NaCl
,b为阳极;HClO和NaCl
(3)实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反响制得白色纯净的
Fe(OH)2积淀。某同学利用上图装置,只更换一个电极,
经过电解法制取较纯净的
Fe(OH)2积淀,且较长时间不变色。该同学换上的电解资料是
__________(用元素符号
表示),总的反响式是______________________________________________________________________。
答案(1)molL·-1(2)B
电解
(3)FeFe+2H2O=====Fe(OH)2↓+H2↑
分析(1)n(H2)=n(Cl2)=mol,参加反响的n(NaCl)=mol,说明NaCl恰好电解达成,溶液变为NaOH溶液,n(NaOH)=n(NaCl)=mol,c(NaOH)=mol·L-1。
(2)电解饱和***化钠溶液的总反响:
电解
2NaCl+2H2O=====2NaOH+H2↑+Cl2↑,题目要求使Cl2被完整汲取,则***
气一定在下部的电极上产生,下部的电极是阳极,推出
b为电源的正极,另一极为负极
a。生成的Cl2与阴极区
产生的NaOH反响:Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O,则消毒液的主要成分是
NaClO、NaCl。
(3)题目要求经过电解法制取
Fe(OH)2,电解质溶液是
NaCl溶液,一定经过电极反响产生
Fe2+和OH-。依据电
极发生反响的特色,选择铁作阳极,铁发生氧化反响产生
Fe2+;溶液中的阳离子
Na+、H+向阴极挪动,依据
放电序次,阴极H+放电产生氢气,
H+本源水的电离,反响式
2H2O+2e-===H2↑+2OH-。在电场作用下,
阳极产生的Fe2+与阴极产生的OH-在定向挪动的过程中相遇,
发生复分解反响生成
Fe(OH)2积淀。将阳极反响
电解
式、阴极反响式叠加获得总的反响式:
Fe+2H2O=====Fe(OH)2↓+H2↑。
.某小组同学以为,假如模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法,那么可以假想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。
(1)该电解槽的阳极反响式为___________________________________________。
此时经过阴离子交换膜的离子数________(填“大于”、“小于”或“等于”)经过阳离子交换膜的离子数。
(2)制得的氢氧化钾溶液从出口______(填“A、”“B、”“C或”“D”)导出。
(3)通电开始后,阴极周边溶液pH会增大,请简述原由______________________
______________________________________________________________________。
若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池,则电池正极的反响式为
_________________________________________________________________。
答案
(1)4OH--4e-===2H2O+O2↑
小于
(2)D
(3)H+在阴极周边放电,惹起水的电离均衡向右挪动,使
c(OH-)>c(H+)
(4)O2+2H2O+4e-===4OH-
分析溶液中的OH-在阳极失电子产生O2:4OH--4e-===2H2O+O2↑,所以在B口放出O2,从A口导出
H2SO4。溶液中的H+在阴极获得电子产生H2:2H++2e-===H2↑,则从C口放出H2,从D口导出KOH溶液。
因SO24-所带电荷数大于K+所带电荷数,SO24-经过阴离子交换膜,K+经过阳离子交换膜,所以经过阳离子交
换膜的离子数大于经过阴离子交换膜的离子数。O2、H2、KOH溶液构成燃料电池时,O2在电池正极放电:O2
4e-+2H2O===4OH-。
考点三对付电化学定量计算的三种方法
.计算种类
原电池和电解池的计算包含两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产