全国通用19版高考化学一轮复习第6章化学反应与能量第3节电解池金属的腐蚀与防护学案Word文档格式.docx
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考点1|电解原理及其规律
(对应学生用书第122页)
[考纲知识整合]
1.电解
在电流作用下,电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
提醒:
注意电解与电离两概念的联系与区别。
联系:
电解是在电解质电离的基础上完成的。
区别:
电解需外加电源,是化学过程,电离一般在水溶液或熔融状态下完成,为物理过程。
2.电解池及其工作原理
(1)概念:
电解池是把电能转化为化学能的装置。
(2)构成条件
①有与外接直流电源相连的两个电极。
②电解质溶液(或熔融电解质)。
③形成闭合回路。
(3)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)
(4)电解池中电子和离子的移动
①电子:
从电源负极流出后,流向电解池阴极;
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。
③电流:
从电源的正极流出,流入阳极,再通过电解质溶液流入阴极,最后流向负极。
(5)两极放电(氧化或还原)顺序
①阴极:
阳离子放电顺序:
Ag+>
Fe3+>
Cu2+>
H+(酸)>
Fe2+>
Zn2+>
H+(水)>
Al3+>
Mg2+>
Na+>
Ca2+>
K+。
阳极:
金属(Au、Pt除外)电极>
S2->
I->
Br->
Cl->
OH->
含氧酸根离子。
①阴极不管是什么材料,电极本身都不反应,一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。
②阳极材料若是金属电极(Au、Pt除外),溶液中的阴离子不反应,电极金属失电子被氧化。
3.惰性电极的电解规律
(1)电解水型——含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐
①阴极反应式为4H++4e-===2H2↑,阳极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑,总方程式为2H2O2H2↑+O2↑。
②电解质浓度变大,pH可能变大、变小或不变,可加H2O复原。
(2)电解电解质类型——无氧酸(如HCl),不活泼金属无氧酸盐(CuCl2)。
电解质浓度变小,加电解质本身复原。
(3)放H2生碱型——活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
①阴极反应式为2H++2e-===H2↑,阳极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑,总方程式为2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-。
②溶液pH变大,加HCl(卤化氢)复原。
(4)放O2生酸型——不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)
①阴极反应式为2Cu2++4e-===2Cu,阳极反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O,总方程式为2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+。
②溶液pH变小,加CuO(金属氧化物)或CuCO3复原。
[应用体验]
正误判断(正确的打“√”,错误的打“×
”)。
(1)电解质溶液导电与金属导电原理相同,均为化学变化。
( )
(2)原电池负极与电解池中连接电源负极的阴极均发生氧化反应。
(3)自发进行的氧化还原反应可设计成原电池,但任何反应均可设计成电解池。
(4)电解池工作时电子从电源的负极流出,流入阴极通过溶液到阳极,然后从阳极流出,流回电源正极。
(5)氯碱工业电解饱和食盐水的过程中,阴极附近产生NaOH。
(6)惰性电极电解Na2SO4溶液和Na2CO3溶液的过程中pH均不变。
(7)惰性电极电解足量CuSO4溶液,可以加入Cu(OH)2使溶液复原。
(8)用Cu作电极电解盐酸可发生Cu+2H+Cu2++H2↑。
【提示】
(1)×
(2)×
(3)×
(4)×
(5)√ (6)×
(7)×
(8)√
[高考命题点突破]
命题点1 电极反应式和电解方程式的书写
1.用惰性电极电解2mol·
L-1NaCl和1mol·
L-1CuSO4的混合溶液,电解过程明显分两个阶段,写出每一阶段的电极反应和总反应式。
【答案】 电解第一阶段:
阳极得到Cl2、阴极得到单质Cu。
电极反应式分别为阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑,
阴极:
Cu2++2e-===Cu,总反应:
2Cl-+Cu2+Cl2↑+Cu。
电解第二阶段:
阳极得到O2、阴极得到H2。
电极反应式分别为阳极:
4OH--4e-===2H2O+O2↑,
4H++4e-===2H2↑,总反应:
2H2O2H2↑+O2↑。
2.按要求书写方程式。
(1)用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式:
_________________________________________________;
阴极反应式:
总反应式:
___________________________________________________。
(2)用铁作电极电解NaOH溶液
(3)用Ag作电极电解稀盐酸
(4)以铝材为阳极,电解H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜
(5)用Al作电极电解NaOH溶液
__________________________________________________;
____________________________________________________。
【答案】
(1)2Cl--2e-===Cl2↑
2H++2e-===H2↑
Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑
(2)Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2
Fe+2H2OFe(OH)2+H2↑
(3)2Ag+2Cl--2e-===2AgCl 2H++2e-===H2↑
2Ag+2H++2Cl-2AgCl+H2↑
(4)2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+
6H++6e-===3H2↑
2Al+3H2OAl2O3+3H2↑
(5)2Al-6e-+8OH-===2AlO+4H2O 6H2O+6e-===3H2↑+6OH-(或6H++6e-===3H2↑)
2Al+2H2O+2OH-2AlO+3H2↑
3.离子液体是一种室温熔融盐,为非水体系。
由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时,可在钢制品上电镀铝。
钢制品应接电源的________极,已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应,阴极电极反应式为___________________________。
若改用AlCl3水溶液作电解液,则阴极反应式为_______________________
_______________________________________________________________。
【解析】 在钢制品上电镀铝,故钢制品应作阴极,与电源的负极相连;
因为电镀过程中“不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”,Al元素在熔融盐中以Al2Cl和AlCl形式存在,则电镀过程中负极上得到电子的反应是4Al2Cl+3e-===Al+7AlCl;
在水溶液中,得电子能力:
H+>
Al3+,故阴极上发生的反应是2H++2e-===H2↑。
【答案】 负 4Al2Cl+3e-===Al+7AlCl 2H++2e-===H2↑
[易错防范] 电极反应式和电解方程式应注意下列问题
1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+。
②二看电解质,电解质是否参与电极反应。
③三看电解质状态,是熔融状态,还是水溶液。
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,且注明“电解”条件。
②要确保两极电子转移数目相同。
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。
命题点2 电解原理及其规律
4.图中X为电源,Y为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸,滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液,通电后Y中央的紫红色斑向d端扩散。
下列判断正确的是
( )
A.滤纸上c点附近会变红色
B.Cu电极质量减小,Pt电极质量增大
C.Z中溶液的pH先减小,后增大
D.溶液中的SO向Cu电极定向移动
A [紫红色斑即MnO向d端扩散,根据阴离子向阳极移动的原理,可知d端为阳极,即b为正极,a为负极,c为阴极,NaCl溶液中H+放电,产生OH-,c点附近会变红色,A正确;
电解硫酸铜溶液时,Pt为阳极,溶液中的OH-放电:
4OH--4e-===O2↑+2H2O,Cu为阴极,溶液中的Cu2+得电子,生成铜,总反应式为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,Pt电极附近生成H+,则SO向Pt电极移动,B、D不正确;
随着电解的进行,Z中溶液变为硫酸溶液,继续电解则为电解水,硫酸浓度增大,pH减小,C不正确。
]
5.以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水,关于两个电解池反应的说法正确的是( )【导学号:
97500113】
A.电解结束后,均可以加水恢复原溶液
B.电解结束后所得液体的pH相同
C.阴极反应式相同
D.通过相同电量时生成的气体总体积相等(同温同压)
C [A项,电解水,减少的为H2O,可加水复原,电解NaCl溶液,减少的可看作为Cl2和H2,应加HCl复原,故A错误;
B项,电解水溶液的pH不变,电解饱和氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气,pH变大,所以电解结束后所得液体的pH不相同,故B错误;
C项,以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水,阴极上都是2H++2e-===H2↑,所以阴极电极反应式相同,故C正确;
D项,设转移电子数为4m
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