电解池专题讲义及经典例题Word文档下载推荐.docx
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Ag+>
Hg2+>
Fe3+>
Cu2+>
H+(指酸电离的)>
Pb2+>
Sn2+>
Fe2+>
Zn2+>
H+(指水电离的)>
Al3+>
Mg2+>
Na+>
Ca2+>
K+
阳极
(1)是活性电极时:
电极本身溶解放电
(2)是惰性电极时:
阴离子在阳极上的放电顺序(失e-)
S2->
I->
Br->
Cl->
OH->
NO3->
SO42-(等含氧酸根离子)>
F-
练习:
电解氯化铜、硫酸铜、盐酸、硫酸、氢氧化钠、氯化钠溶液的电极方程式。
5、电解质溶液的电解规律(惰性电极)
被电解的物质
电解质实例
阴 极
阳 极
总方程式
溶液的pH
备注
H2O
强碱的含氧酸盐Na2SO4
4H++4e—=2H2↑
4OH——4e—=O2↑+2H2O
2H2O
2H2↑+O2↑
不 变
电解质起导电作用,其量不变,水减少,电解质浓度增大
含氧酸H2SO4
降 低
强碱KOH
升 高
电解质自身
弱碱的非含氧酸盐(氟化物除外)CuCl2
Cu2++2e—=Cu↓
2Cl——2e—=Cl2↑
CuCl2
Cu+Cl2↑
具体看金属阳离子水解能力与生成的气体溶于水后的反应。
此处Cl2溶于水的酸性强于Cu2+水解的酸性,所以pH下降
相当于电解质分解,水不参加反应
非含氧酸(HF除外)HBr
2H++2e—=H2↑
2Br——2e—=Br2
2HBr
Br2+H2↑
电解质自身和水
强碱的非含氧酸盐NaCl
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
产生碱或酸
弱碱的含氧酸盐CuSO4
2Cu2++4e—=2Cu↓
2CuSO4+2H2O
2H2SO4+2Cu+O2↑
6、电解原理的应用
⑴氯碱工业
如电解饱和食盐水可制得NaOH、Cl2、H2,而电解稀NaCl溶液可制备NaClO。
2NaOH+H2↑+Cl2↑
⑵电镀
电镀时,一般都是用含镀层金属离子的电解质溶液为电镀液;
把待镀金属制成品浸入电镀液中与直流电源的负极相连,作为阴极,而用镀层金属为阳极,阳极金属溶解在溶液中成为阳离子,移向阴极,并在阴极上被还原成金属析出。
电镀铜规律可概括为“阳极溶解,阴极沉积,电解液不变”
镀 件
电镀与一般的电解本质相同,但在电极材料、电极反应(是同种金属的得失电子,宏观上无新物质生成)、溶液浓度(电解过程浓度一般会发生变化,但电镀则不变)的变化等均有差别。
⑶铜的电解精炼
原理:
电解时,用粗铜板作阳极,与直流电源的正极相连;
用纯铜板作阴极,与电源的负极相连,用CuSO4溶液(加入一定量的硫酸)作电解液。
CuSO4溶液中主要有Cu2+、SO
、H+、OH-,通电后H+和Cu2+移向阴极,并在阴极发生Cu2++2e-=Cu;
OH-和SO
移向阳极,但阳极因为是活性电极故而阴离子并不放电,主要为阳极(活泼及较活泼金属)发生氧化反应而溶解,阳极反应:
Cu-2e-=Cu2+。
电解过程中,比铜活泼的Zn、Fe、Ni等金属杂质,在铜溶解的同时也会失电子形成金属阳离子而溶解,此时阴极仍发生Cu2++2e-=Cu,这会导致电解液中硫酸铜的浓度不发生变化;
Ag、Au不如Cu易失电子,Cu溶解时它们以阳极泥形式沉积下来,可供提炼Au、Ag等贵金属。
结论:
该过程实现了提纯铜的目的。
⑷电解法冶炼金属
一些较活泼的金属常用电解的方法冶炼,如Na、Mg、Al等金属(这是因为这些金属的阳离子的氧化性很弱,难以找到经济实用的还原剂,从这个意义上看,电源的负极是最强的还原剂)。
例如:
用石墨作电极电解熔融的氧化铝
①原料 由铝土矿提纯得到纯Al2O3
②设备
③原理 在熔化条件下 Al2O3=2Al3++3O2—
阴极 4Al3++12e—=4Al
阳极 6O2——12e—=3O2↑
总反应式
注意:
①冰晶石作熔剂,降低Al2O3的熔点;
②电解过程中,定期补充阳极碳块;
③由铝矾土制备纯Al2O3。
7、电解时电极反应式的书写
(1)看电极。
主要是看阳极是何类型的电极,若为活性电极,电极本身被氧化发生氧化反应。
阴极一般不参与电极反应。
(2)看离子。
搞清电解质溶液中存在哪些阴离子、阳离子,根据放电顺序书写电极反应式。
(3)水溶液中始终有H+和OH-,放电顺序中H+和OH-之后的离子一般不参与电极反应。
电解CuCl2溶液的电极反应分析:
如图所示:
①看电极。
石墨做电极,两极都不反应。
②看离子。
溶液中存在的离子为Cu2+Cl-OH-H+;
阳离子放电顺序Cu2+>H+故Cu2++2e-===Cu;
阴离子放电顺序Cl->OH-故2Cl--2e-===Cl2↑
总方程式为:
CuCl2
Cu+Cl2
典型例题
例1.用两支惰性电极插入500mL的AgNO3溶液中,通电电解。
当电解质溶液的pH由变为时(设电解时阴极没有氢气析出,且电解液在电解前后体积变化可以忽略),则电极上析出银的质量是( )
A.27mg
B.54mg
C.108mg
D.216mg
[分析]根据离子放电顺序,先写出两极的电极反应式:
4OH--4e-=O2↑+2H2O ①
4Ag++4e-=4Ag ②
其中OH-来自水,所以总的电解反应式:
4Ag++2H2O
4Ag+O2↑+4H+
或4AgNO3+2H2O
4Ag+O2↑+4HNO3
因为有HNO3生成,所以pH要变小。
生成HNO3的物质的量为(10-3-10-6)×
≈×
10-3mol,所以析出银的质量为×
10-3mol×
108g/mol=54mg
答案:
B
例2.如图所示A为一张浸透淀粉碘化钾溶液并滴有酚酞试剂的滤纸,a、b为两张紧贴在滤纸上的铂片,并用导线和直流电源M、N两极相连接,通电后,在a周围观察到无色溶液变为蓝色。
(1)电源哪一个极是正极?
哪极是负极?
(2)b周围可观察到什么现象?
为什么?
[分析]本题装置实际上是电解KI溶液,由于a、b为铂电极是惰性电极,则在阳极上放电的应是I-,其电极反应为:
2I--2e-=I2;
阴极是水电离出来的H+放电,其电极反应为:
2H++2e-=H2↑,由于H+在阴极上不断放电,破坏了水的电离平衡,使阴极附近OH-浓度增大。
从题给条件分析可知,a周围观察到蓝色,说明有I2生成,所以a为阳极、b为阴极,而与之相连的电源M极为正极,N极为负极,b周围酚酞试液变红色。
(1)M是电源的正极,N为负极,
(2)b极周围可看到溶液红色,因为b极为阴极,其电极反应为2H++2e-=H2↑,由于H+不断放电破坏了水的电离平衡,c(OH-)增大,使得b极附近碱性增大,酚酞变红。
例3.若在铁片上镀锌,以下叙述中错误的是( )
A.可把铁片与电源的正极相连
B.电解质必须用含有锌离子的可溶性盐
C.锌极发生氧化反应
D.铁极的电极反应式为Zn2++2e-=Zn
[分析]电镀的实质就是以非惰性电极为阳极的一种特殊的电解。
电镀时一般以镀层金属为电解池的阳极,待镀件为阴极,含镀层金属离子的电解溶液为电镀液。
电镀过程中镀层金属发生氧化反应而成为离子溶入电解液,其离子则在待镀件上发生还原反应而析出,且电解质溶液浓度一般不变。
故而本题只有A项不正确。
A
例4.串联电路中的四个电解池分别装有·
L-1的下列溶液,用铂电极电解,连接直流电源一段时间后,溶液的pH最小的是( )
A.CuCl2
B.NaCl
C.AgNO3
D.KNO3
[分析]本题主要考查电解原理、离子放电顺序及电解后溶液pH变化等问题。
理解电解原理并熟悉掌握阴、阳离子的放电顺序是解本题的关键,在电解时,如果H+或OH-在电极上放电往往会导致电极附近溶液H+或OH-浓度发生改变,从而引起电极附近pH变化。
对于电解CuCl2溶液,尽管H+或OH-都没有在阴极或阳极上放电,但由于CuCl2是强酸弱碱盐,水解后溶液呈酸性,因此若CuCl2完全电解后,如果不考虑Cl2溶于水生成HCl和HClO,溶液呈中性,pH增大(实际上由于生成HCl、HClO,溶液呈微酸性)。
电解NaCl溶液H+在阴极上放电,阴极附近OH-浓度增大;
阳极上Cl-放电,阳极区域H+、OH-浓度基本不变,因而电解后整个溶液pH会变大,电解AgNO3溶液,阴极Ag+放电;
阳极是OH-放电,阳极区域H+浓度变大,溶液pH会显着变小(相当于生成稀HNO3)。
电解KNO3实质是电解水,pH不变。
C
例5.将两个铂电极插入500mLCuSO4(aq)中进行电解,通电一段时间后,某一电极上增重(设电解时无H2放出,且不考虑水解和溶液体积的变化),此时溶液中氢离子的物质的量浓度约为( )
A.1×
10-3mol·
L-1
B.4×
L-1
C.2×
D.1×
10-7mol·
[分析]由于最后溶液中的H+主要由电解CuSO4溶液产生,所以要计算c(H+),可依据电解的离子方程式2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+进行解题。
题中电极增重必为阴极反应生成Cu所致,即n(Cu)=÷
64g·
mol-1=,然后依据离子方程式中各物质之间的化学计量数之比,求出生成的c(H+)。
2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+
2mol 4mol
c(H+)×
c(H+)=
=×
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