届高考化学一轮复习电解池 金属的腐蚀与防护学案Word格式文档下载.docx
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导线中
电子流出
电子流入
电解质溶液中
阳离子移离
阳离子移向
阴离子移向
阴离子移离
电极
反应
得失电子
失电子
得电子
化合价
升高
降低
反应类型
氧化反应
还原反应
电极质量
减小或不变
增大或不变
5.离子放电顺序与惰性电极电解电解质溶液的类型
6.电解过程中离子浓度的变化规律
(1)若阴极为H+放电,则阴极区c(OH-)增大。
(2)若阳极为OH-放电,则阳极区c(H+)增大。
(3)若阴、阳两极同时有H+、OH-放电,相当于电解水,溶质离子的浓度增大。
7.以惰性电极电解电解质的规律
类型
实例
阴、阳极电
极反应
总反应
方程式
pH
电解质
溶液复原
电解
水型
NaOH
2H++2e-===H2↑、
4OH--4e-===2H2O+O2↑
2H2O
2H2↑+O2↑
增大
加水
H2SO4
减小
Na2SO4
不变
质型
HCl
2H++2e-===H2↑、2Cl--2e-===Cl2↑
2HCl
H2↑+Cl2↑
加氯
化氢
CuCl2
Cu2++2e-===Cu、2Cl--2e-===Cl2↑
-
化铜
放H2
生碱型
NaCl
2Cl--2e-===Cl2↑
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
放O2
生酸型
CuSO4
Cu2++2e-===Cu、
4OH--4e-===O2↑+2H2O
2CuSO4+2H2O
2H2SO4+2Cu+O2↑
加氧
方法点拨:
(1)电解时溶液pH的变化规律。
①若电解时阴极上产生H2,阳极上无O2产生,电解后溶液pH增大;
②若阴极上无H2产生,阳极上产生O2,则电解后溶液pH减小;
③若阴极上有H2产生,阳极上有O2产生,且VH2=2VO2,则有“酸更酸,碱更碱,中性就不变”,即:
a.如果原溶液是酸溶液,则pH变小;
b.如果原溶液为碱溶液,则pH变大;
c.如果原溶液为中性溶液,则电解后pH不变。
(2)电解质溶液的复原措施。
电解后的溶液恢复到原状态,出什么加什么(即一般加入阴极产物与阳极产物的化合物)。
如用惰性电极电解盐酸(足量)一段时间后,若使溶液复原,应通入HCl气体而不能加入盐酸。
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×
”。
(1)任何化学反应都可以设计成电解池反应( ×
)
(2)Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑能设计成电解池( √ )
提示:
电解池是把电能转化为化学能,所以不论自发、不自发进行的氧化还原反应理论上均可设计成电解池;
如有Zn作阳极、惰性电极作阴极,电解硫酸溶液,电池反应即为上述反应。
(3)阴极不管是什么材料,电极本身都不反应( √ )
阴极不管是什么材料,电极本身都不反应,一定是溶液中的阳离子放电。
(4)阳极不管是什么材料,电极本身都不反应( ×
阳极如果是活性电极,电极本身参加反应。
(5)电解过程中阴离子向阴极定向移动( ×
电解过程中阴离子向阳极定向移动,阳离子向阴极定向移动。
(6)用惰性电极电解饱和食盐水,溶液的pH不变( ×
(7)电解时,电解液中阳离子移向阳极,发生还原反应( ×
(8)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现( √ )
(9)电解CuCl2溶液,阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色( ×
(10)电解盐酸、硫酸等溶液,H+放电,溶液的pH逐渐增大( ×
(11)用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后,加入Cu(OH)2可使电解质溶液恢复到电解前的情况( ×
(12)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程( √ )
(13)用铜作电极电解CuSO4溶液的方程式为
2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+( ×
2.问题思考:
电解质溶液通电时,一定会发生化学反应吗?
为什么?
一定发生化学反应。
因为在电解池的阴极、阳极分别发生还原反应和氧化反应,发生了电子的转移,生成了新物质,所以一定有化学反应发生。
3.探究电解规律(用惰性电极电解)
(1)电解水型①试写出电解下列溶液的电解方程式
稀硫酸:
2H2↑+O2↑ ;
NaOH:
KNO3:
2H2↑+O2↑ 。
②分析“电解水型”的电解质包括哪些类型:
__含氧酸、强碱和活泼金属的含氧酸盐__。
(2)电解电解质型
电解质溶液
HBr
阴极反应
① 2H++2e-===H2↑
② Cu2++2e-===Cu
阳极反应
③ 2Br--2e-===Br2
④ 2Cl--2e-===Cl2↑
电解反应
⑤ 2HBr
H2↑+Br2
⑥ CuCl2
加⑦__适量HBr__
加⑧__适量CuCl2__
分析“电解电解质型”的电解质包括哪些类型⑨__无氧酸(除HF)和不活泼金属的无氧酸盐(除氟化物)__。
(3)放H2生碱型
①电解NaCl溶液:
阴极反应:
2H++2e-===H2↑ ;
阳极反应:
2Cl--2e-===Cl2↑ ;
电解反应离子方程式 2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH- 。
电解一段时间后,NaCl溶液恢复原状的方法:
__通HCl__。
②分析“放H2生碱型”的电解质包括哪些类型:
__活泼金属的无氧酸盐(除氟化物)__。
(4)放O2生酸型
①电解CuSO4溶液
阴极反应 2Cu2++4e-===2Cu ;
4OH--4e-===O2↑+2H2O ;
电解反应离子方程式:
2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+ ;
电解一段时间后,CuSO4溶液恢复原状的方法__加CuO(CuCO3)__。
②分析“放O2生酸型”电解质包括哪些类型:
__不活泼金属的含氧酸盐__。
1.(2019·
十堰模拟)某小组为研究电化学原理,设计了甲、乙、丙三种装置(C1、C2、C3均为石墨)。
下列叙述正确的是( C )
A.甲、丙中化学能转化为电能,乙中电能转化为化学能
B.C1、C2分别是阳极、阴极;
铜片、铁片上都发生氧化反应
C.C1上和C3上放出的气体相同,铜片上和铁片上放出的气体也相同
D.甲中溶液的pH逐渐增大,丙中溶液的pH逐渐减小
[解析] A项,甲没有外接电源,是将化学能转化为电能的装置,为原电池;
乙、丙有外接电源,是将电能转化为化学能的装置,为电解池,错误。
B项,C1、C2分别连接电源的正、负极,分别是电解池的阳极、阴极;
锌片作负极发生氧化反应,铁片作阴极发生还原反应,错误。
C项,C1和C3都是阳极,氯离子在阳极上失电子生成氯气,铜片上和铁片上都是氢离子得电子生成氢气,正确。
D项,甲中正极和丙中阴极上都是氢离子得电子生成氢气,随着反应的进行,溶液的pH均增大,错误。
2.
(2019·
贵州遵义一中训练)如图所示,X、Y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板上有无色无味的气体放出,符合这一情况的是( A )
a极板
b极板
X电极
Z
A
锌
石墨
负极
B
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
[解析] 该装置是电解池,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色无味的气体放出,说明a电极是阴极、b电极是阳极,则X是负极、Y是正极;
阳极上氢氧根离子放电生成氧气,则阳极应该是惰性电极;
阴极上析出金属,在金属活动性顺序中该金属应该位于H元素之后。
A项,X是负极,Zn是阴极、石墨是阳极,阳极上氢氧根离子放电生成氧气、阴极上铜离子放电生成Cu,A项正确;
B项,用惰性电极电解NaOH溶液,电极上没有固体生成,B项错误;
C项,X是正极,则a为阳极,a极上不会有固体生成,C项错误;
D项,阳极上氯离子失电子生成氯气,氯气为有刺激性气味的黄绿色气体,不符合题意,D项错误。
3.(2019·
贵州贵阳一中高三质检)用铅蓄电池来电解200mL某浓度的硫酸铜溶液(电极均为石墨)一段时间后,加入0.1mol氢氧化铜可以使溶液恢复到原来状态。
下列说法正确的是( B )
A.阴极产生3.36L产生(标准状况下)
B.电路中转移电子数为0.4NA
C.原硫酸铜溶液的浓度为0.1mol·
L-1
D.铅蓄电池的正极增重19.2g
[解析] Cu(OH)2从组成上可看成CuO·
H2O,加入0.1molCu(OH)2后恰好使电解质溶液恢复到电解前的状态,即电解生成了0.1molCu,并电解了0.1molH2O,由电解的化学方程式可知:
2H2O+2CuSO4
2Cu + O2↑+2H2SO4 转移电子
2mol2mol1mol4mol
0.1mol0.1mol0.05mol0.2mol
2H2O
2H2↑ + O2↑ 转移电子
2mol2mol1mol4mol
0.1mol0.1mol0.05mol0.2mol
所以电解过程中共转移电子0.4mol;
阴极产生2.24L氢气(标准状况下);
原硫酸铜溶液的浓度为
=0.05mol·
L-1;
铅蓄电池的正极反应式为PbO2+2e-+SO
+4H+===PbSO4+2H2O,所以正极增重0.2mol×
64g·
mol-1=12.8g。
萃取精华:
电化学的计算技巧
原电池和电解池的相关计算,主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量的计算、阿伏加德罗常数测定的计算、溶液pH的计算,根据产物的量求电量及根据电量求产物的量等。
在进行有关计算时,可运用以下基本方法:
(1)根据总反应式计算。
先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。
(2)根据电子守恒计算。
①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是各电极上转移的电子数相等。
②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(3)根据关系式计算。
根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁,构建计算所需的关系式。
如以通过4mole-为桥梁可构建如下关系式:
(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)
该关系式具有总揽电化学计算的作用,熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
在电化学计算中,还常利用Q=I·
t和Q=n(e-)×
NA×
1.60×
10-19C来计算电路中通过的电量。
4.(2018·
课标Ⅰ,13)
最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。
示意图如下所示,其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为:
①EDTA-Fe2+-e-===EDTA-Fe3+
②2EDTA-Fe3++H2S===2H++S+2EDTA-Fe2+
该装置工作时,下列叙述错误的是( C )
A.阴极的电极反应:
CO2+2H++2e-===CO+H2O
B.协同转化总反应:
CO2+H2S===CO+H2O+S
C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性
[解析] 由题中信息可知,石墨烯电极发生氧化反应,为电解池的阳极,则ZnO@石墨烯电极为阴极。
C错:
阳极接电源正极,电势高,阴极接电源负极,电势低,故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高。
A对:
由题图可知,电解时阴极反应式为CO2+2H++2e-===CO+H2O。
B对:
将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2+H2S===CO+H2O+S。
D对:
Fe3+、Fe2+只能存在于酸性溶液中。
5.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 4OH--4e-===O2↑+2H2O ;
阴极反应式 4Ag++4e-===4Ag ;
总反应离子方程式 4Ag++2H2O
4Ag+O2↑+4H+ 。
(2)用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式 2Cl--2e-===Cl2↑ ;
阴极反应式 2H++2e-===H2↑ ;
总反应离子方程式 Mg2++2Cl-+2H2O
Mg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑ 。
(3)用铁作电极电解NaCl溶液
阳极反应式 Fe-2e-===Fe2+ ;
总反应离子方程式 Fe+2H2O
Fe(OH)2↓+H2↑ 。
(4)用铜作电极电解盐酸溶液
阳极反应式 Cu-2e-===Cu2+ ;
总反应离子方程式 Cu+2H+
Cu2++H2↑ 。
(5)用Al作电极电解NaOH溶液
阳极反应式 2Al-6e-+8OH-===2AlO
+4H2O ;
阴极反应式 6H2O+6e-===3H2↑+6OH-(或6H++6e-===3H2↑) ;
总反应离子方程式 2Al+2H2O+2OH-
2AlO
+3H2↑ 。
(6)用Al作阳极,电解H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜
阳极反应式 2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+ ;
阴极反应式 6H++6e-===3H2↑ ;
总反应离子方程式 2Al+3H2O
Al2O3+3H2↑ 。
(7)用Al作阳极,石墨作阴极,电解NaHCO3溶液
阳极反应式 2Al+6HCO
-6e-===2Al(OH)3↓+6CO2↑ ;
阴极反应式 6H++6e-===3H2↑(或6H2O+6e-===3H2↑+6OH-) 。
(8)用惰性电极电解熔融MgCl2
阴极反应式 Mg2++2e-===Mg ;
总反应离子方程式 Mg2++2Cl-
Mg+Cl2↑ 。
6.(2015·
山东·
29)
利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。
LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。
利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。
B极区电解液为__LiOH__溶液(填化学式),阳极电极反应式为 2Cl--2e-===Cl2↑ ,电解过程中Li+向__B__电极迁移(填“A”或“B”)。
[解析] B极区产生H2,同时生成LiOH,则B极区电解液为LiOH溶液;
电极A为阳极,阳极区电解液为LiCl溶液,根据放电顺序,阳极上Cl-失去电子,则阳极电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑;
根据电流方向,电解过程中Li+向B电极迁移。
1.规避电解池中化学方程式书写的四个易失分点
(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,弱电解质要写成化学式。
(2)电极反应的书写首先根据题干要求及信息大胆写出反应物和生成物,然后根据“阴得阳失”加上得失电子数目,最后根据电解质溶液酸碱性补上H+、OH-或H2O,依据电荷守恒配平。
(3)注意运用H+、OH-、H2O进行配平:
电解池电极反应中,如果是H+、OH-放电,不论溶液酸碱性则一定写H+、OH-得、失电子,其他情况下酸性溶液中一定不能存在OH-,同理在碱性溶液中一定不能存在H+。
(4)要确保两极得失电子数目相等,且注明条件“通电”。
2.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,金属一定被氧化(注:
Fe生成Fe2+)。
(2)二看介质,介质是否参与电极反应。
(3)三看电解质状态,若是熔融状态,就是金属的电冶炼。
7.(2016·
湖北八校联考)
下图所示的四个容器中分别盛有不同的溶液,除a、b外,其余电极均为石墨电极。
甲为铅蓄电池,其工作原理为Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O,两个电极的电极材料分别为PbO2和Pb。
闭合开关K,发现g电极附近的溶液先变红色,20min后,将K断开,此时c、d两极上产生的气体体积相同。
请回答下列问题:
(1)a电极的电极材料是__PbO2__(填“PbO2”或“Pb”)。
(2)丙装置中发生电解的总反应方程式为 2H2O
(3)电解20min后,停止电解,此时要使乙中溶液恢复到原来的状态,需加入的物质及其物质的量是__0.1_mol_Cu(OH)2或0.1_mol_CuO和0.1_mol_H2O__。
(4)20min后将乙装置与其他装置断开,然后在c、d两极间连接上灵敏电流计,发现电流计指针偏转,则此时c电极为__负__极,d电极上发生的电极反应为 O2+4H++4e-===2H2O 。
(5)电解后冷却至常温,取amL丁装置中的溶液,向其中逐滴加入等物质的量浓度的CH3COOH溶液,当加入bmLCH3COOH溶液时,混合溶液的pH恰好等于7(体积变化忽略不计)。
已知CH3COOH的电离平衡常数为1.75×
10-5,则
=
。
[解析] 本题主要考查了电解原理及溶液中离子平衡的相关计算等。
g电极附近的溶液先变红色,说明g为阴极,依次可推出h为阳极,a为正极,b为负极,c为阴极,d为阳极,e为阴极,f为阳极。
(1)a为正极,铅蓄电池的正极材料为PbO2。
(2)Al2(SO4)3为活泼金属的含氧酸盐,电解其水溶液的实质是电解水。
(3)阴极上先析出Cu,溶液中Cu2+反应完后,阴极上开始产生H2,阳极上始终产生O2,设两极均产生气体amol,根据得失电子守恒可得4a=0.1×
2+2a,解得a=0.1,即电解过程中析出了0.1molCu、0.1molH2和0.1molO2,要使电解质溶液复原,根据“析出什么补什么”知,需要加入0.1molCu(OH)2或0.1molCuO和0.1molH2O。
(4)电解20min后,c电极处有H2生成,d电极处有O2生成,电解质溶液为H2SO4溶液,断开K,c、d两极间连接上灵敏电流计后形成氢氧燃料电池,c电极作负极,d电极作正极,发生的电极反应为O2+4H++4e-===2H2O。
(5)电解过程中共转移了0.4mol电子,电解后丁装置中的溶液为NaOH溶液。
加入bmLCH3COOH溶液时,混合溶液的pH
=7,则溶液中c(OH-)=c(H+),根据电荷守恒有c(CH3COO-)+c(OH-)=c(H+)+c(Na+),故c(CH3COO-)=c(Na+)。
K=1.75×
10-5=
,c(H+)=1×
10-7mol·
L-1,则c(CH3COOH)=
c(CH3COO-),混合溶液中
=
,由于NaOH溶液与CH3COOH溶液等浓度混合,故
。
考点二 电解原理的应用
1.电解饱和食盐水
阴极:
电极反应式:
2H++2e-===H2↑
反应类型:
__还原__反应。
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑
__氧化__反应。
(2)装置
装置
离子交换膜电解槽
钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)
碳钢网
阳离子
交换膜
①只允许阳离子通过,能阻止阴离子和气体通过
②将电解槽隔成阳极室和阴极室
2.电解精炼铜
—
注意:
电解精炼铜时,阳极质量减小,阴极质量增加,溶液中的Cu2+浓度减小。
3.电镀铜
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)氯碱工业所用的饱和食盐水需要精制,除去NaCl中混有的Ca2+、Mg2+、SO
(2)电镀铜时,电解质溶液中c(Cu2+)不变;
电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2+)减小。
(3)电解熔融MgCl2冶炼镁,而不能电解MgO冶炼镁,是因为MgO的熔点很高;
电解熔融Al2O3冶炼铝,而不能电解AlCl3冶炼铝,是因为AlCl3是共价化合物,其熔融态不导电。
(1)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料( ×
(2)电解精炼铜时,同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小( √ )
(3)在镀件上电镀铜时,镀件应连接电源的正极( ×
(4)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可电解MgO和AlCl3( ×
(5)Cu+H2SO4===CuSO4+H2↑可以设计成电解池,但不能设计成原电池( √ )
(6)用铜作阳极、石墨作阴极电解CuCl2溶液时,阳极电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑( ×
活泼金属作阳极时,金属首先失电子被氧化,故阳极反应为Cu-2e-===Cu2+。
(7)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生
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