第2讲电解原理教师版Word格式.docx
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M一ne—=Mn+
1.电流通过、电能转化成化学能、阳极、阴极
2.外接电源
【例1】
(09年安徽理综·
12)Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取.Cu2O的电解池示意图如下,点解总反应:
2Cu+H2O==Cu2O+H2O↑。
下列说法正确的是
A.石墨电极上产生氢气
B.铜电极发生还原反应
C.铜电极接直流电源的负极
D.当有0.1mol电子转移时,有0.1molCu2O生成。
答案:
A
解析:
由电解总反应可知,Cu参加了反应,所以Cu作电解池的阳极,发生氧化反应,B选项错误;
石墨作阴极,阴极上是溶液中的H+反应,电极反应为:
2H++2e-=H2↑,A选项正确;
阳极与电源的正极相连,C选项错误;
阳极反应为2Cu+2OH--2e-=Cu2O+H2O,当有0.1mol电子转移时,有0.05molCu2O生成,D选项错误。
【答案】D
[方法技巧]组合式选择题可以通过排除法进行选择。
②和①中只有一个说法是正确的,根据电解原理①是正确的。
导练1、关于下图所示各装置的叙述中,正确的是
A.装置①是原电池,总反应是:
Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+
B.装置①中,铁做负极,电极反应式为:
Fe3++e-=Fe2+
C.装置②通电一段时间后石墨Ⅱ电极附近溶液红褐色加深
D.若用装置③精炼铜,则d极为粗铜,c极为纯铜,电解质溶液为CuSO4溶液
考点2电极反应式的书写及溶液浓度和PH的变化
1.离子放电顺序的判断
阳离子在阴极得电子顺序与相反
Ag+>
Fe3+>
Cu2+>
H+>
Pb2+>
Fe2+>
Zn2+>
Al3+>
Mg2+>
Na+>
Ca2+>
K+
阴离子在阳极失电子顺序
金属阳极>
S2->
SO32->
I->
Br->
Cl->
OH->
高价含氧酸根离子>
O2->
F
要注意在水溶液中有些离子不发生放电
2.电极产物的判断
阳极:
根据电极的类型(活泼金属和惰性电极金属);
惰性电极金属做阳极,根据阴离子在阳极上的放电顺序.
阴极:
根据顺序
3.用惰性电极电解电解质溶液的规律
电解水型:
电极反应:
阴极4H++4e-=2H2↑;
阳极4OH--4e-=2H2O+O2↑
总反应式:
包括高价含氧酸(H2SO4、HNO3)、强碱[NaOH、Ba(OH)2]、活泼金属的高价含氧酸盐[Na2SO4、K2CO3、Al2(SO4)3]。
1.金属活泼性2.阴离子放电、阳离子放电3.不活泼金属的高价含氧酸盐
问:
电解水时为了增强水的导电性常常需加入氢氧化钠或稀硫酸,为什么?
可以加食盐吗?
(1)分解电解质型:
电极反应式:
阴极:
amMn++mnae-=amM阳极:
anYm--mnae-=nYa
包括无氧酸(除HF)、不活泼金属的无氧酸盐溶液(如CuCl2)
(2)放氢生碱型:
活泼金属的无氧酸(除氟化物)盐(如NaCl、MgBr2)溶液的电解
以NaCl溶液为例:
阴极2H++2e-=H2↑;
阳极2Cl--2e-=Cl2↑
总反应式:
阴极由于H+放电,破坏了水的电离平衡,水的电离程度增大,电极附近溶液中OH-浓度增大,溶液pH值增大,整个电解质溶液碱性增强,pH值增大。
(3)放氧生酸型:
(如CuSO4、AgNO3)溶液的电解
以CuSO4溶液为例:
阴极2Cu2++4e-=2Cu;
阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O
阳极由于OH-放电,破坏了水的电离平衡,水的电离程度增大,电极附近溶液中H+浓度增大,溶液pH值减小,整个电解质溶液酸性增强,pH值减小
4.电极方程式的书写和总的离子反应式的书写
电极方程式是以实际反应的微粒符号来表示的,当水中的氢离子或氢氧根离子参加反应时,在电极反应式中表示时就以H+或OH-表示。
总的离子反应式表示时要注明反应条件-电解,总式的书写要符合离子方程式的书写要求。
5.电解中电极附近溶液pH值的变化。
(1)电极区域A.阴极H+放电产生H2,阴极区域pH变大。
B.阳极OH-放电产生O2,阳极区域pH变小。
(2)电解质溶液中A.电解过程中,既产生H2,又产生O2,则原溶液呈酸性的pH变小,原溶液呈碱性的pH变大,原溶液呈中性的pH不变(浓度变大)。
B.电解过程中,无H2和O2产生,pH几乎不变。
但象CuCl2变大
C.电解过程中,只产生H2,pH变大。
D.电解过程中,只产生O2,pH变小。
【例2】
(09年全国理综卷I·
28)(15分)下图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液,电极均为石墨电极。
(1)接通电源,经过一段时间后,测得丙中K2SO4浓度为10.47%,乙中c电极质量增加。
据此回答问题:
①电源的N端为极;
②电极b上发生的电极反应为;
③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积:
;
④电极c的质量变化是g;
⑤电解前后个溶液的酸、碱性大小是否发生变化,简述其原因:
甲溶液;
乙溶液;
丙溶液;
(2)如果电解过程中铜全部析出,此时电解能否继续进行,为什么?
。
(1)
正极
4OH-—4e-=2H2O+O2↑。
2.8L
16g
甲增大,因为相当于电解水;
乙减小,OH-放电,H+增多。
丙不变,相当于电解水。
(2)可以因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液,反应也就变为水的电解反应
考点3:
电解原理的有关应用。
1.电解精炼铜
(1)装置组成
①电极材料:
与电源的正极相连作阳极,与电源负极相连作阴极
②电解质溶液:
用作电解液
③反应原理:
阳极铜以及比铜活泼的杂质金属锌、铁、镍等失电子被氧化,转化成离子进入溶液中,不活泼金属如金和银等沉积在阳极下面形成阳极泥,阴极Cu2+得电子被还原在阴极上析出,其它如Zn2+、Fe2+留在溶液中。
④特征:
电解精炼过程中CuSO4溶液的浓度几乎不变,产品纯度高。
2.电镀
(1)装置组成:
(如精铜)与电源的正极相连作阳极,(如铁制品)与电源负极相连作阴极
用含的电解质配成溶液(如CuSO4溶液加一些氨水)作电镀液
(2)反应原理:
阳极镀层金属(铜)失电子被氧化,转化成离子进入溶液中,阴极镀层金属离子Cu2+得电子被还原在阴极上析出。
(3)特征:
电镀过程中电解质CuSO4溶液的浓度几乎不变。
3.氯碱工业
工业上用电解饱和食盐水的方法来制取烧碱、氯气和氢气,并以它们为原料进一步生产一系列化工产品,称氯碱工业。
(1)离子交换膜法电解池的组成:
以石墨为阳极,以钢棒为阴极,精制的饱和食盐水为电解质溶液,用阳离子交换膜将电解槽隔成阴极室和阳极室。
(2)电解饱和食盐水的反应机理:
阴极;
阳极
阳极阴极产物
在上述反应中,由于H+在阴极上得到电子而生成H2,破坏了附近的水的电离平衡,促进了水的电离,结果阴极区溶液中OH-浓度增大而呈碱性。
(3)电解用饱和食盐水的精制
基本步骤:
(4)
阳离子交换膜的作用
将电解槽隔成阴极室和阳极室,它只允许阳离子(Na+)通过,而且阻止阴离子(Cl-、OH-)和气体通过。
这样既可以防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸,又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量。
考点3电解原理的有关应用
1.粗铜、纯铜、CuSO4溶液2.镀层金属、待镀金属制品、镀层金属离子
3.2H++2e-=H2↑;
2Cl--2e-=Cl2↑
1、电解饱和食盐水的阴极产物、阳极产物分别是什么?
2、转移的电子数和氢氧化钠的物质的量的关系?
3、从Cl-Cl2一定需要加氧化剂吗?
4、阴极产物和阳极产物能接触吗?
5、饱和食盐水为何需要精制?
如何精制?
【例3】
(09广州市高三调研测试)下列关于铜电极的叙述正确的是
学科网
A.铜锌原电池中铜电极上发生氧化反应
B.电解饱和食盐水制烧碱时,用铜作阳极
C.电解法精炼铜时,粗铜连接电源的正极
D.电镀铜和精炼铜时,均用纯铜作阴极
[解析]铜锌原电池中铜电极为正极,发生还原反应;
电解饱和食盐水制时,阳极为石墨;
电解法精炼铜时,粗铜作阳极被氧化,纯铜作阴极,故C正确;
电镀铜时,铜作阳极被氧化而进入溶液中。
【答案】C
[规律总结]电解精炼镍的化学原理类似电解精炼铜,要熟悉电解精炼铜的有关知识。
★高考重点热点题型探究
热点1有关电解的基本原理的考查
[真题1](广东,20)三氧化二镍(Ni2O3)可用于制造高能电池,其电解法制备过程如下:
用NaOH调NiCl2溶液pH至7.5,加放适量硫酸钠后进行电解。
电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成ClO-,把二价镍氧化为三价镍。
以下说法正确的是
A可用铁作阳极材料
B电解过程中阳极附近溶液的pH升高
C阳极反应方程式为:
2Cl--2e-=Cl2
D1mol二价镍全部转化为三价镍时,外电路中通过了1mol电子
[思路分析]本题考查电解的基本原理,要熟练写出电解的电极反应并据此判断或计算
[解析]根据“用NaOH调NiCl2溶液pH至7.5”,则电解液中含有Ni2+、H+、Na+、Cl-、OH-,电解时阳极产生Cl2,电极反应为2Cl--2e-=Cl2,,故C对,阳极不可能是活泼性电极如铁,故A错。
阳极产生Cl2与碱反应,故pH值降低,故B错。
由Ni2+-e-=Ni3+,则1mol二价镍全部转化为三价镍时,失去1mol电子,所以D正确。
【答案】CD
[真题2](08全国Ⅱ卷)右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置,通电后在石墨电极a和b附近分别滴加石蕊溶液,下列实验现象正确的是()
A.逸出气体的体积:
a电极的小于b电极的
B.电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体
C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色
D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色
[思路分析]本题考查电解时离子的放电顺序,据此写出电极反应。
[解析]Na2SO4===2Na++SO42-,H2O
H++OH-,SO42-和OH-移向b电极,Na+和H+移向a电极,在b电极上:
4OH--4e-===2H2O+O2↑,在a电极上:
2H++2e-===H2↑,所以产生的气体体积a电极的大于b电极的;
两种气体均为无色无味的气体;
由于a电极上H+放电,所以a电极附近的c(OH-)>c(H+),滴加石蕊试液a电极附近变蓝色,同理,b电极附近变红色。
【答案】D。
[名师指引]有关电解的基本原理的考查,高考中经常考查有关电极反应式、实验现象、反应产物、pH变化、电子得失等。
做好此在考题,关键是掌握电极反应规律。
(1)阴极反应:
得电子被还原
特点:
电极本身不参加反应,一定是电解质溶液中阳离子“争”得电子。
(2)阳极反应:
失电子被氧化
若阳极是由活性材料做成,阳极金属失去电子而被氧化;
若阳极是由C、Pt、Au等惰性材料做成,则是电解液中阴离子在阳极失去电子被氧化。
(3)解题时先看电极再分析阴阳离子的放电顺序。
[新题导练]
1.(09届广东五校高三第三次联考)如图a、b、c.d均为石墨电极,通电进行电解。
A.甲中a的电极反应为:
4OH--4e-=O2↑+2H2O
B.电解时向乙中滴入酚酞试剂,c电极附近先变红。
C.当d电极产生2g气体时,b极有32g物质析出。
D.电解后向乙中通入适量HCl气体,
溶液组成可以恢复到原电解前的状态。
2.(汕头市金山中学2009届高三上学期期末测试)如下图(a)为持续电解饱和CaCl2水溶液的装置(以铂为电极,A为电流表),电解1小时后Cl-放电完毕,图(b)从1小时起将CO2连续通入电解液中,请在图(b)中完成实验(a)中电流对时间的变化关系图,并回答有关问题。
(1)完成实验(a)中电流对时间的变化关系图。
(2)电解时F极发生反应,电极反应式为;
通CO2前电解的总化学方程式为_______________________。
(3)通CO2前电解池中产生的现象:
①
②③。
热点2电解的有关计算
[真题3](08全国Ⅰ卷)电解100mL含c(H+)=0.30mol/L的下列溶液,当电路中通过0.04mol电子时,理论上析出金属质量最大的是()
A.0.10mol/LAg+B.0.02mol/LZn2+
C.0.20mol/LCu2+D.0.20mol/LPb2+
[思路分析]本题考查电解时离子的放电顺序,据此写出电极反应进行计算。
[解析]根据离子的放电顺序可知,当电路中通过0.04mol的电子时,能析出金属的只有选项A和C,根据Ag++e-===Ag和Cu2++2e-===Cu可知,析出的金属的物质的量分别为0.04mol的Ag和0.02mol的Cu,其质量分别为4.32g和1.28g。
【答案】A。
[真题4](08天津卷)下列叙述正确的是()
A.在原电池的负极和电解池的阴极上都是发生失电子的氧化反应
B.用惰性电极电解Na2SO4溶液,阴阳两极产物的物质的量之比为1:
2
C.用惰性电极电解饱和NaCl溶液,若有1mol电子转移,则生成1molNaOH
D.镀层破损后,镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀
[思路分析]要根据电极反应进行计算
[解析]选项A中在电解池的阴极是阳离子得到电子,发生的是还原反应;
选项B中用惰性电极电解Na2SO4溶液,实际上是电解水,在阴极上:
2H++2e-===H2↑,在阳极上:
4OH--4e-===2H2O+O2↑,所以阴阳两极产物的物质的量之比为2∶1;
选项C中2NaCl+2H2O
2NaOH+Cl2↑+H2↑,每生成2mol的NaOH转移的电子数为2mol,所以转移1mol电子,生成的NaOH就是1mol;
选项D中镀层破损后,镀锡铁组成的原电池,Fe作负极而被腐蚀,镀锌铁组成的原电池,Zn作负极,所以镀锡铁板比镀锌铁板更容易腐蚀。
【答案】C。
[名师指引]解答电解计算题的方法思路
(1)首先分析出能在阴阳两极放电的物质或离子,排出阴阳离子的放电顺序,再据此确定发生电极反应。
(2)简单装置中各电极产物间的计算
在一个装置中进行电解时,各电极产物不同,但各电极反应中得到或失去的电子数相等.根据此标准可对各电极产物、溶液中的产物,以及反应消耗的物质进行计算。
(3)复杂装置中(指多个装置串联连接)各电极产物的判断。
在串联电解装置中,各电极电子转移数相等.据此可计算各电极产物,溶液中的氢离子和氢氧根离子的浓度变化。
[新题导练]3.(广东省2009届高三第二次六校联考)如下图所示的装置,C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。
将电源接通后,向(乙)中滴入酚酞溶液,在F极附近显红色。
则以下说法正确的是
A.电源B极是正极
B.(甲)、(乙)装置的C、D、E、F电极均有单质生成,其物质的量之比为1:
2:
2
C.欲用(丙)装置给铜镀银,H应该是Ag,电镀液是AgNO3溶液
D.装置(丁)中Y极附近红褐色变深,说明氢氧化铁胶粒带正电荷
热点3电解原理的应用
[真题5](08上海卷)取一张用饱和的NaCl溶液浸湿的pH试纸,两根铅笔芯作电极,接通直流电源,一段时间后,发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圈为白色,外圈呈浅红色。
则下列
说法错误的是()
A.b电极是阴极B.a电极与电源的正极相连
C.电解过程中水是氧化剂D.b电极附近溶液的pH变小
[思路分析]本题考查了电解应用之一—电解饱和食盐水.
[解析]a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圈为白色,外圈呈浅红色,说明a极负极产生了Cl2,所以a极与电源的正极相连,即a为阳极,电极反应式为:
2Cl--2e-===Cl2↑,b为阴极,2H2O-4e-===H2↑+2OH-,所以b极附近的pH增大。
【答案】D
[名师指引]电解原理的应用的考查有不少考查方法,但最常见还是教材中的几种应用,因此要认真掌握常见的电解原理的应用,包括电解饱和食盐水、电解精炼、电镀等,在此基础上进一步加深对电解原理的理解掌握,才能以不变应万变。
[新题导练]4.(广东省中山一中2009届高三第二次统测化学试题)海水中蕴藏着丰富的资源。
海水综合利用的流程图如下。
(1)用NaCl做原料可以得到多种产品。
①工业上由NaCl制备金属钠的化学方程式是_______________________________。
②实验室用惰性电极电解100mL0.1mol/LNaCl溶液,若阴阳两极均得到112mL气体(标准状况),则所得溶液的pH为_________(忽略反应前后溶液的体积变化)。
③电解氯化钠稀溶液可制备“84消毒液”,通电时氯气被溶液完全吸收,若所得消毒液仅含一种溶质,写出相应的化学方程式:
____________________________。
(2)分离出粗盐后的卤水中蕴含着丰富的镁资源,经转化后可获得MgCl2粗产品。
物质
开始沉淀
沉淀完全
Fe(OH)3
2.7
3.7
Fe(OH)2
7.6
9.6
Mn(OH)2
8.3
9.8
Mg(OH)2
9.9
11.1
①粗产品的溶液中含有Na+、Fe2+、Fe3+和Mn2+,需将Fe2+、Fe3+、Mn2+转化为沉淀除去。
Fe(OH)2呈絮状,常将其转化为Fe(OH)3而除去(生成氢氧化物沉淀的pH见表)。
若只加一种上述
(1)中得到的产品,该物质的化学式为_______________,控制溶液的pH为____________________。
②在家用电热水器不锈钢内胆表面镶嵌镁棒,利用电化学原理来防止内胆腐蚀,写出正极的电极反应式:
____________________________________________。
★抢分频道
限时基础训练卷
1.(全国卷)关于电解NaCl水溶液,下列叙述正确的是()
A.电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠
B.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液,溶液呈棕色
C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液,溶液呈无色
D.电解一段时间后,将全部电解液转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性
2.如图所示,X、Y分别是直流电源的两极,通电后发生a极板质量增加,b极板处有无色无臭气体放出。
符合这一情况的是()
A极板
B极板
X电极
Z溶液
锌
石墨
负极
CuSO4
B
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
CuCl2
3.某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4,它们的物质的量之比为3:
1。
用石墨做电极电解该混合溶液时,根据电极产物,可明显分为三个阶段,下列叙述不正确的是()
A.阴极自始至终只有H2B.阳极先析出Cl2后析出O2
C.电解最后阶段为电解水D.溶液pH不断增大,最后为7
4.(高考重庆理综)如图所示,下列叙述正确的是
A.Y为阴极,发生还原反应
B.X为正极,发生氧化反应
C.Y与滤纸接触处有氧气生成
D.X与滤纸接触处变红
5.(高考宁夏卷理科综合)
(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池,两电极间连接一个电流计。
锌片上发生的电极反应:
银片上发生的电极反应:
(2)若该电池中两电极的总质量为60g,工作一段时间后,取出锌片和银片洗净干燥后称重,总质量为47g,试计算:
①产生氢气的体积(标准状况);
②通过导线的电量。
(已知NA=6.02×
1023/mol,电子电荷为1.60×
10-19C)
6.(全国理综)电解原理在化学工业中有广泛应用。
如图表示一个电解池,装有电解液a;
X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连。
请回答以下问题:
(1)若X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液,实验开始时,同时在
两边各滴入几滴酚酞试液,则
①电解池中X极上的电极反应式为。
在X极附近观察到的现象是。
②Y电极上的电极反应式为,检验该电极反应产物的方法是
(2)如要用电解方法精炼粗铜,电解液a选用CuSO4溶液,则
①X电极的材料是,电极反应式是。
②Y电极的材料是,电极反应式是。
7.(广东五校联考)
用惰性电极电解NaCl与NaHCO3混合溶液,测得溶液pH变化如下图所示。
①在0→t时间内,两个电极上的电极反应式为:
阳极;
阴极。
②用离子方程式表明0→t1时间内,溶液pH升高比较缓慢的原因:
8.(珠海07模拟)将质量相等的铜片和铂片插入硫酸铜溶液中,铜片与电源正极相连,铂片与电源负极相连,以电流强度1A通电10min,然后反接电源,以电流强度2A继续通电10min。
下列表示铜电极、铂电极、电解池中产生气体的质量和电解时间的关系图正确的是
ABCD
9.(模拟题)用惰性电极实现电解,下列说法正确的是()
A.电解氯化铜溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:
1
B.电解CuSO4溶液一段时间后,再加入一定质量Cu(OH)2,溶液能与原溶液完全一样
C.电解硫酸钠溶液时,Na
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- 第2讲 电解原理教师版 电解 原理 教师版