届高考化学专题复习电解池资料Word格式.docx
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Na+>
Ca2+>
K+。
阳极:
活泼电极>
S2->
I->
Br->
Cl->
OH->
含氧酸根离子。
注意 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最常用、最重要的放电顺序是:
阳极,Cl->
OH-;
H+。
③电解水溶液时,K+~Al3+不可能在阴极放电,即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。
(4)分析电极反应,判断电极产物,写出电极反应式,要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
深度思考
1.用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程,并总结电解规律(用惰性电极电解)
电解质(水溶液)
电极方程式
被电解的物质
总化学方程式或离子方程式
电解质浓度
溶液pH
电解质溶液复原
含氧酸(如H2SO4)
4OH--4e-===O2↑+2H2O
4H++4e-===2H2↑
水
2H2O
O2↑+2H2↑
增大
减小
加H2O
强碱(如NaOH)
活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)
不变
无氧酸(如HCl),除HF外
2Cl--2e-===Cl2↑
2H++2e-===H2↑
酸
2HCl
Cl2↑+H2↑
通入HCl气体
不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2),除氟化物外
Cu2++2e-===Cu
盐
CuCl2
Cu+Cl2↑
加CuCl2
活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
水和盐
2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH-
生成新电解质
不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)
2Cu2++4e-===2Cu
2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+
加CuO或CuCO3
2.电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么?
答案 放H2生碱型的实质是水电离出的H+放电,破坏了水的电离平衡,使OH-浓度增大,放O2生酸型的实质是水电离出的OH-放电,破坏了水的电离平衡,使H+浓度增大。
3.
(1)上表中要使电解后的NaCl溶液复原,滴加盐酸可以吗?
(2)上表中要使电解后的CuSO4溶液复原,加入Cu(OH)2固体可以吗?
答案 电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则,即从溶液中析出哪种元素的原子,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,所以应通入氯化氢气体,加入盐酸会引入过多的水。
(2)同理,使CuSO4溶液复原应加入CuO,而加入Cu(OH)2也会使溶液的浓度降低。
4.在框图推断中若出现“A+H2O
B+C+D”的模式,则A一般可能为什么物质?
答案 CuSO4、NaCl(KCl)或AgNO3,要视其他条件而定。
题组一 电解原理和电解规律的考查
1.用惰性电极电解下列溶液,电解一段时间后,阴极质量增加,电解液的pH下降的是( )
A.CuSO4B.NaOHC.BaCl2D.H2SO4
答案 A
解析 符合该题条件的电解质应为不活泼金属的含氧酸盐。
2.用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液,在电解后的电解液中加适量水,能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是( )
A.NaClB.Na2CO3C.CuSO4D.K2S
答案 B
解析 加适量水能使溶液恢复到电解前的浓度,则实际是电解水,故只有B项符合
条件。
3.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附近分别滴加几滴石蕊溶液。
下列实验现象描述正确的是( )
A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的
B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气体
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
答案 D
解析 SO
、OH-移向b极,在b极OH-放电,产生O2,b极附近c(H+)>
c(OH-),石蕊试液变红。
Na+、H+移向a极,在a极H+放电产生H2,a极附近c(OH-)>
c(H+),石蕊试液变蓝。
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。
A、B均错。
题组二 电极反应式、电解总方程式的书写
4.按要求书写有关的电极反应式及总方程式。
(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______________________________________________________;
(3)用铁作电极电解NaCl溶液
总化学方程式____________________________________________________。
(4)用铜作电极电解盐酸溶液
答案
(1)4OH--4e-===O2↑+2H2O
4Ag++4e-===4Ag
4Ag++2H2O
4Ag+O2↑+4H+
(2)2Cl--2e-===Cl2↑
Mg2++2Cl-+2H2O
Mg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑
(3)Fe-2e-===Fe2+
Fe+2H2O
Fe(OH)2↓+H2↑
(4)Cu-2e-===Cu2+
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,阳极电极反应式为________________________________________________________________________。
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的电极反应式:
__________________。
答案 Ⅰ.2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+
Ⅱ.Al+3HCO
-3e-===Al(OH)3+3CO2↑
解析 Ⅰ.依据信息阳极形成的氧化膜一定为Al2O3,Al失电子生成Al2O3,Al2O3中的氧是由水提供的,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
水解显碱性,两者水解互相促进,生成Al(OH)3和CO2。
6.CuI是一种不溶于水的白色固体,可以由反应:
2Cu2++4I-===2CuI↓+I2得到。
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量酚酞和淀粉溶液。
回答下列问题:
(1)阳极区的现象____________________________________________________。
(2)阳极电极反应式__________________________________________________。
答案
(1)铜电极逐渐溶解,有白色沉淀产生,溶液变为蓝色
(2)2Cu+4I--4e-===2CuI↓+I2
1.电解方程式的书写步骤
以写出用石墨作电极电解CuSO4溶液的电极反应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-、SO
。
第二步:
判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。
H+;
SO
第三步:
写电极反应式和总的电解方程式。
2Cu2++4e-===2Cu;
2H2O-4e-===O2↑+4H+。
根据得失电子数相等,两极反应式相加得总方程式:
2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4。
2.规避电解池中方程式书写的3个易失分点
(1)书写电解池中电极反应式时,要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。
题组三 与酸、碱、盐的电解有关的实验设计
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:
6.8~8.0,酸色—红色,碱色—黄色)
(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是________(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管中发生反应的反应式:
_____________________________________;
(3)写出B管中发生反应的反应式:
(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,取出试管,管口靠近火焰,放开拇指,有爆鸣声,管口有淡蓝色火焰
(5)用拇指按住管口,取出试管正立,放开拇指,将带有火星的木条伸入试管内会复燃
解析
(1)由于MgSO4是强酸弱碱盐,在水溶液中存在Mg2++2H2OMg(OH)2+2H+水解平衡,因此水溶液呈酸性,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应,阳离子在阴极发生还原反应,在A管溶液中,铂丝作阴极,由于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沉淀,酸性减弱,随着水的电解,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SO
,OH-失电子,随着电解的进行,酸性增大,溶液不变色(始终为红色)。
(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,取出试管a,管口靠近火焰,放开拇指,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,取出试管b正立,放开拇指,将带有火星的木条伸入试管内,木条复燃。
8.如图所示,用石墨电极电解氯化铜溶液。
查阅资料可
知,CuCl
显黄色,氯化铜溶液显蓝绿色或黄绿色;
向体积相同浓度分别为0.01mol·
L-1,0.05mol·
L-1,0.1
mol·
L-1,0.5mol·
L-1的氯化铜溶液中加入NaCl至饱和,
对比发现。
溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变。
请回答下列问题:
(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,原因是__________________
______________________________________________________。
(4)取出阴极的石墨棒,发现表面有浅蓝色固体,试设计实验探究此浅蓝色固体的成分:
_________________________________________________________________。
(5)为什么要设计连接后面的装置?
______________________________________。
答案
(1)黄绿 湿润的淀粉KI试纸
(2)Cu2++2Cl-
(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)因为阳极产生的氯气为有毒气体,故后面连接装置可以用于检验与吸收
解析
(1)阳极是阴离子放电,即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,若试纸变蓝,则确定为氯气。
(2)电解氯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-浓度比值减小而呈现黄绿色。
(4)随着反应的进行,Cu2+浓度降低,此时有一部分H+放电而使此区域OH-浓度增大,故此浅蓝色固体为Cu(OH)2。
(5)电解氯化铜时产生的氯气有毒,故后面连接装置既可用作检验电解产生的气体,又可用于吸收该有毒气体。
考点二 电解原理的应用
1.电解饱和食盐水
(1)电极反应
阳极反应式:
2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应)
阴极反应式:
2H++2e-===H2↑(还原反应)
(2)总反应方程式:
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
离子反应方程式:
2OH-+H2↑+Cl2↑
(3)应用:
氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。
2.电镀
右图为金属表面镀银的工作示意图,据此回答下列问题:
(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)电极反应:
Ag-e-===Ag+;
Ag++e-===Ag。
(4)特点:
阳极溶解,阴极沉积,电镀液的浓度不变。
3.电解精炼铜
(1)电极材料:
阳极为粗铜;
阴极为纯铜。
(2)电解质溶液:
含Cu2+的盐溶液。
Zn-2e-===Zn2+、Fe-2e-===Fe2+、Ni-2e-===Ni2+、Cu-2e-===Cu2+;
Cu2++2e-===Cu。
4.电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
(1)冶炼钠
2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑
电极反应:
2Cl--2e-===Cl2↑;
2Na++2e-===2Na。
(2)冶炼铝
2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑
6O2--12e-===3O2↑;
4Al3++12e-===4Al。
1.
(1)电解氯化钠溶液时,如何用简便的方法检验产物?
答案 阳极产物Cl2可以用淀粉KI试纸检验,阴极产物H2可以通过点燃检验,NaOH可以用酚酞试剂检验。
(2)氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换膜隔开,原因是什么?
答案 防止H2和Cl2混合爆炸,防止Cl2与溶液中的NaOH反应。
2.电解精炼铜时,阳极泥是怎样形成的?
答案 粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种金属杂质,当含杂质的铜在阳极不断溶解时,金属活动性位于铜之前的金属杂质,如Zn、Fe、Ni等也会同时失去电子,但是它们的阳离子比铜离子难以还原,所以它们并不能在阴极析出,而只能以离子的形式留在电解液里。
金属活动性位于铜之后的银、金等杂质,因为失去电子的能力比铜弱,难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解,所以当阳极的铜等失去电子变成阳离子溶解之后,它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部,形成阳极泥。
题组训练 电解原理的应用
1.工业废水中常含有一定量的Cr2O
,会对人类及生态系统产生很大损害,电解法是一种行之有效的除去铬的方法之一。
该法用Fe作电极电解含Cr2O
的酸性废水,最终将铬转化为Cr(OH)3沉淀,达到净化目的。
下列有关说法不正确的是( )
A.电解时选用Fe作阳极,石墨棒作阴极
B.阴极附近的沉淀只有Cr(OH)3
C.阳极附近溶液中,发生反应的离子方程式是Cr2O
+6Fe2++14H+===2Cr3++
6Fe3++7H2O
D.消耗1molCr2O
,将有336gFe消耗,因此要定期更换铁电极
解析 Fe作阳极,反应产生Fe2+,Fe2+与Cr2O
发生氧化还原反应,Fe2+被氧化为
Fe3+,Cr2O
被还原为Cr3+;
阴极是H+得到电子,导致阴极附近溶液的碱性增强,
Fe3+、Cr3+都会变为Fe(OH)3、Cr(OH)3沉淀,B错误;
消耗1molCr2O
,必消耗6
molFe2+,根据Fe守恒,将有6molFe消耗,质量336g。
2.使用氯化钠作原料可以得到多种产品。
(1)实验室用惰性电极电解100mL0.1mol·
L-1NaCl溶液,若阴阳两极均得到112mL气体(标准状况),则所得溶液的物质的量浓度是______________(忽略反应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氯化钠溶液,通电时,为使Cl2被完全吸收,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是________。
A.a为正极,b为负极;
NaClO和NaCl
B.a为负极,b为正极;
C.a为阳极,b为阴极;
HClO和NaCl
D.a为阴极,b为阳极;
(3)实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。
某同学利用上图装置,只更换一个电极,通过电解法制取较纯净的Fe(OH)2沉淀,且较长时间不变色。
该同学换上的电解材料是__________(用元素符号表示),总的反应式是______________________________________________________________________。
答案
(1)0.1mol·
L-1
(2)B
(3)Fe Fe+2H2O
解析
(1)n(H2)=n(Cl2)=0.005mol,参加反应的n(NaCl)=0.01mol,说明NaCl恰好电解完毕,溶液变为NaOH溶液,n(NaOH)=n(NaCl)=0.01mol,c(NaOH)=0.1mol·
L-1。
(2)电解饱和氯化钠溶液的总反应:
2NaOH+H2↑+Cl2↑,题目要求使Cl2被完全吸收,则氯气必须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反应:
Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O,则消毒液的主要成分是NaClO、NaCl。
(3)题目要求通过电解法制取Fe(OH)2,电解质溶液是NaCl溶液,必须通过电极反应产生Fe2+和OH-。
根据电极发生反应的特点,选择铁作阳极,铁发生氧化反应产生Fe2+;
溶液中的阳离子Na+、H+向阴极移动,根据放电顺序,阴极H+放电产生氢气,H+来源水的电离,反应式2H2O+2e-===H2↑+2OH-。
在电场作用下,阳极产生的Fe2+与阴极产生的OH-在定向移动的过程中相遇,发生复分解反应生成Fe(OH)2沉淀。
将阳极反应式、阴极反应式叠加得到总的反应式:
Fe(OH)2↓+H2↑。
3.某小组同学认为,如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法,那么可以设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)该电解槽的阳极反应式为___________________________________________。
此时通过阴离
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