总复习第20讲电解池.docx
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总复习第20讲电解池
教学课题
电解池
教学目标
了解电解池的概念
掌握电解池的形成条件
掌握电解池的工作原理、电极反应式的书写
教学重点与难点
重点:
电解池的形成条件电解池的工作原理、电极反应式的书写
难点:
电解池的工作原理、电极反应式的书写
教学过程
知识梳理电解池
了解电解池的概念,掌握电解池的形成条件,掌握电解池的工作原理
考点1:
电解池的概念及其工作原理
(一)电解池的概念
1.电解池——将电能转化为化学能的装置
2.电解——使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程
(二)电解池的形成条件
①有两个电极插入电解质溶液(或熔融状态的电解质)中
②两极连接直流电源
形成闭合回路
(三)电解池的工作原理:
电解池的电路工作原理:
1.阴极上——电子从外接直流电源的负极流出,经导线到达电解池的阴极,电解池中的阳离子移向阴极,并在阴极获得电子而被还原,发生还原反应;
2.阳极上——电解池中的阴离子移向阳极,并在阳极上失去电子(或活泼阳极失去电子)而被氧化,发生氧化反应,失去的电子经导线向外接直流电源的正极流入。
3.电解池的电极和电极反应:
阳极:
失去电子,发生氧化反应
阴极:
得到电子,发生还原反应
例1
如图,是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极。
则下列判断正确的是( )
A.
a为负极、b为正极
B.a为阳极、b为阴极
C.电解过程中,d电极质量增加
D.电解过程中,氯离子浓度不变
变式:
1. 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
考点2:
电极反应式的书写
1.先查电极电极材料,并确定电解池中的离子种类
如用惰性电极电解CuSO4溶液:
溶液中:
CuSO4=Cu2++SO42—;H2O
H++OH-。
溶液中存在Cu2+、H+、OH—、SO42—共4种离子。
2.根据阴离子(或阳离子)的放电顺序确定优先发生氧化(或还原)反应的离子(或其它物质)。
惰性电极为惰性材料,不参加反应,因此在电极上的放电顺序为:
阴极上的放电(还原)能力:
Cu2+>H+ 即Cu2+先放电生成Cu
阳极上的放电(氧化)能力:
OH—>SO42—,即OH—先放电生成O2
所以电极反应式:
阴极:
2Cu2++4e—=2Cu
阳极:
4OH--4e—=2H2O+O2↑
溶液中余下的H+和SO42—结合成新物质H2SO4。
3.由电极反应产物来确定电解方程式中的反应物,并写出电解方程式
如上述反应中产物是Cu、O2和H2SO4,则由原子守恒知,反应物为CuSO4和H2O,因此用惰性电极电解CuSO4溶液的电解方程式为:
2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4
4.电极上的放电顺序规律
⑴阳极放电顺序
活性电极>S2—>I—>Br—>Cl—>OH—>含氧酸根(NO3-,SO42-等)>F—
⑵阴极放电顺序
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+
一般惰性电极不发生氧化反应,常见的惰性电极有:
石墨(或碳棒)、铂(Pt)电极等
研究电解CuCl2的实验
实验:
现象—一极有气泡,检验为氯气;另一极有红色的物质析出,分析为铜。
分析:
要分析此现象我们得研究此装置,首先看电极。
1.电极
阳极—--与电源正极相连
阴极—--与电源负极相连
隋性电极:
只导电,不参与氧化还原反应(C/Pt/Au)
活性电极:
既导电又参与氧化还原反应(Cu/Ag)
问:
通电前和通电时分别发生了怎样的过程?
通电前:
CuCl2=Cu2++2Cl-H2O
H++OH-
通电中:
阳离子(Cu2+,H+)向阴极移动被还原;
阴离子(Cl-,OH-)向阳极移动被氧化
即在电极上分别发生了氧化还原反应,称电极反应。
2.电极反应(阳氧阴还)
阳极:
2Cl--2e-=Cl2(氧化)
阴极:
Cu2++2e-=Cu(还原)
总电极方程式:
___________________
放电:
阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。
3.电解:
电流(外加直流电)通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应(被动的不是自发的)的过程叫电解。
电解池:
借助电流引起氧化还原反应的装置,即把电能转化为化学能的装置叫电解池。
例2:
回收利用炼铜工业产生的排放物,既能
节约资源,又能保护环境.
(1)用氨水吸收尾气中的SO2后,再加入硫酸,可获得SO2和(NH4)2SO4两种产品.相关反应的化学方程式为________、________.
(2)烟灰中金属元素以硫酸盐和氧化物形态存在,其中锌、铅的含量最大,其次为铜、铁等.烟灰的回收利用工艺如下:
①“沉铜”可得到单质铜,该步骤应加入的试剂是________.
②“一次浸取”铜浸出率较低,原因是烟灰中部分铜元素以________(填化学式)残留在浸出渣中,“二次浸取”应选择_________(填化学式)作浸取剂.
(3)从贵金属阳极泥中可提取粗银.电解法精炼粗银时采用AgNO3和HNO3的混合液作电解液,阴极的主要电极反应式为________.阴极还有少量副反应发生,产生的气体遇空气迅速变为红棕色,该副反应的电极反应式为________.
变式:
七铝十二钙(12CaO·7Al2O3)是新型的超导材料和发光材料,用白云石(主要含CaCO3和MgCO3)和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下:
(1)煅粉主要含MgO和,用适量的NH4NO3溶液浸取煅粉后,镁化合物几乎不溶,若溶液I中c(Mg2+)小于5×10-6mol·L-1,则溶液PH大于(Mg(OH)2的Ksp=5×10-12);该工艺中不能用(NH4)2SO4代替NH4NO3,原因是,
(2)滤液I中的阴离子有(忽略杂质成分的影响);若滤液I中仅通入CO2,会生成,从而导致CaCO3产率降低。
(3)用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜,反应的离子方程式为。
(4)电解制备Al(OH)3时,电极分别为Al片和石墨,电解总反应方程式为。
(5)一种可超快充电的新型铝电池,充放电时AlCL4—和Al2Cl7—两种离子在Al电极上相互转化,其它离子不参与电极反应,放电时负极Al的电极反应式为。
考点3:
电化学中简单的计算
根据阴阳极得失电子守恒,求出气体的体积及电极增重、PH值的改变。
例3.图装置中,
(1)当A键断开,B、C闭合时,甲
为池,乙为池;
(2)当A、C两键断开时,乙中铁极
增重1.6g,则被氧化的铁有g;
(3)将乙中两极都换成石墨,硫酸铜溶液
换H2SO4后断开B、C两键,闭合A
键,则甲为池,乙为池,
当甲中锌极减轻6.5g时,乙中共放出气体mL(标况)。
变式:
用铂电极电解CuCl2与CuSO4的混合溶液(浓度均为2mol/L)50mL,当阴极析出9.6g固体时,标准状况下阳极得到的气体是( )
A.3.36L B.2.8L C.6.72L D.4.48L
重难点原电池、电解池、电镀池的比较
原电池
电解池
电镀池
定义
将化学能转变成电能的装置
将电能转变成化学能的装置
应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的装置
装置举例
形成条件
①活泼性不同的两电极②电解质溶液(电极插入其中,并与电极自发发生氧化还原反应)③形成闭合电路
①两电极接直流电源②两电极插入电解质溶液③形成闭合电路
①镀层金属接电源正极,待镀金属接电源负极
②电镀液必须含有镀层金属的离子(电镀过程浓度不变)
电极名称
负极:
氧化反应,金属或H2失电子
正极:
还原反应,溶液中的阳离子得电子或者氧气得电子
阳极:
氧化反应,溶液中阴离子失电子,或电极金属失电子
阴极:
还原反应,溶液中的阳离子得电子
阳极:
金属电极失电子
阴极:
电镀液中镀
层金属阳离子得电子(在电镀控制的条件下,水电离产生的H+及OH-一般不放电)
电子流向
负极
正极
电源负极
阴极阳极
电源正极
同电解池
(1)同一原电池的正、负极发生的电极反应得、失电子数相等。
(2)同一电解池的阴极、阳极发生的电极反应中得、失电子数相等。
(3)串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。
上述三种情况下,在写电极反应式时,得、
失电子数要相等,在计算电解产物的量时,应按得、失电子数相等计算
离子的放电顺序
阴极:
(阳离子在阴极上的放电顺序(得e-))
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(指酸电离的)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
阳极:
(1)是惰性电极时(C,Pt,Au):
阴离子在阳极上的放电顺序(失e-)
S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42->F-
(2)是活性电极时:
电极本身溶解放电
问:
放电能力弱于H+和OH–的物质在水溶液中放电吗?
否
重难点以惰性电极电解电解质溶液的规律
(1)电解含氧酸、强碱溶液及活泼金属的含氧酸盐(Na2SO4),实质上是电解水,电解水型。
阳极:
阴极:
总式:
(2)电解不活泼金属的含氧酸盐(CuSO4),阳极产生氧气,阴极析出不活泼金属,放氧生酸型。
阳极:
阴极:
总式:
(3)电解不活泼金属无氧酸盐(CuCl2),实际上是电解电解质本身,电解电解质型。
阳极:
阴极:
总式:
(4)电解活泼金属(K/Ca/Na)的无氧酸盐(NaCl),阴极产生氢气,阳极析出非金属,放氢生碱型。
阳极:
阴极:
总式:
类型
电极反应特点
实例
电解物质
电解质溶液浓度
pH
电解质溶液复原
电解
水型
阴极:
4H++4e-===2H2↑
阳极:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
NaOH
水
增大
增大
水
H2SO4
水
增大
减小
水
Na2SO4
水
增大
不变
水
电解电解质型
电解质电离出的阴阳
离子分别在两极放电
HCl
电解质
减小
增大
氯化氢
CuCl2
电解质
减小
氯化铜
放H2
生碱型
阴极:
放出H2生成碱
阳极:
电解质阴离子放电
NaCl
电解质和水
生成新电解质
增大
氯化氢
放O2
生酸型
阴极:
电解质阳离子放电
阳极:
OH-放电生成酸
CuSO4
电解质和水
生成新电解质
减小
氧化铜
例4.如右图所示,通电后A极上析出Ag,对该装置的有关叙述正确的是 ()
A.P是电源的正极
B.F极上发生的反应为:
4OH--4e-=2H2O+O2↑
C.电解时,甲、乙、丙三池中,除E、F两极外,其余电极均参加了反应
D.通电后,甲池的PH减小,而乙、丙两池溶液的PH不变
变式:
如图:
通电5min后,电极5质量
增加2.16g,试回答:
(1)电源:
a为极,C池为池
A池电极反应:
,
。
C池电极反应:
,
。
(2)若B槽中共收集到224mL气体(标况),
且溶液体积为200mL(设电解过程中溶ABC
液体积不变),则通电前溶液中的Cu2+物
质的量浓度为。
(3)若A池溶液体积为200mL,且电解过程中溶液体积不变,则电解后,溶液pH为。
5、电解原理的应用
1.铜的电解精炼
阳极:
粗铜棒
阴极:
精铜棒
电解质:
含铜电解质
问:
精炼中硫酸铜的浓度怎样?
基本不变(实际变小,由于阳极除铜放电,还有Zn等活泼金属放电,而阴极只有铜离子放电)
过渡:
若把阴极精铜棒换成铁棒,电解过程变吗?
不变,但不是精炼铜了,而叫电镀铜。
2.电镀阳极:
镀层金属
阴极:
待镀金属(镀件)
电镀液:
含镀层金属的电解质。
3.电冶金
电解熔融氯化钠:
2NaCl(熔融)=(电解)2Na+Cl2
适用范围:
活泼金属K~Al
例5.某工厂采用电解法处理含铬废水,耐酸电解槽用铁板作阴、阳极,槽中盛放含铬废水,原理示意图如右图,下列说法不正确的是( )。
A.A接电源正极
B.阳极区溶液中发生的氧化还原反应为Cr2O
+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O
C.阴极区附近溶液pH降低
D.若不考虑气体的溶解,当收集到H213.44L(标准状况)时,有0.1molCr2O
被还原
变式:
铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为:
Fe+Ni2O3+3H2O===Fe(OH)2+2Ni(OH)2下列有关该电池的说法不正确的是( )
A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3、负极为Fe
B.电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-===Fe(OH)2
C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低
D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-===Ni2O3+3H2O
考点6、电保护法:
牺牲阳极的阴极保护法(原电池);
及外加电源的牺牲阳极的保护法(电解池)
离子流向:
阳离子流向阴极,阴离子流向阳极;
电子流向:
负极—阴极—阳极---正极
电流流向:
正极—阳极—阴极---负极
例6.利用图中装置,可以模拟铁的电化学防护。
下列有关说法正确的是(双选)( )。
A.若X为碳棒,开关K置于M处,达到防护铁闸门的目的
B.若X为碳棒,开关K置于N处比未闭合时铁闸门腐蚀得更快
C.若X为碳棒,开关K置于N处,一段时间后,该海水中滴加K3[Fe(CN)6]溶液无明显现象
D.若X为锌棒,开关K置于M处,铁闸门被保护
变式:
右图是模拟电化学反应的装置图。
下列有关叙述中,错误的是
A.X为碳棒,Y为NaCl溶液,开关置于N处,溶液中的阳离子移向碳棒
B.X为锌棒,Y为NaCl溶液,开关K置于N处,可减缓铁的腐蚀,
该法称为牺牲阳极的阴极保护法
C.X为铜棒,Y为CuSO4溶液,开关K置于M处,铜棒质量将增加,
外电路中的电子流向铜棒
D.X为铜棒,Y为CuSO4溶液,开关K置于N处,铁棒质量将增加,
溶液.中Cu2+浓度不会改变
变式:
将NaCl溶液滴在一块光亮的清洁的铁板表面上,一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心(a)已被腐蚀而变暗,在液滴外沿形成棕色铁锈环(b),如图所示。
导致该现象的主要原因是液滴之下氧气会含量比边缘少。
下列说法正确的是
A.液滴中的CI-由a区向b区迁移
B.液滴边缘是正极区,发生的电极反应为:
O2+2H2O+4e-==4OH-
C.液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀,生成的Fe2+由a区向b区
迁移,与b区的OH-形成Fe(OH)2,进一步氧化、脱水形成铁锈
D.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板,在铜铁接触滴加NaCI溶液,则负
极发生的电极反应为:
Cu-2e-==Cu2+
课后作业
1.关于原电池、电解池的电极名称,下列说法错误的是( )
A.原电池中失去电子的一极为负极
B.电解池中与直流电源负极相连的一极为阴极
C.原电池中相对活泼的一极为正极
D.电解池中发生氧化反应的一极为阳极
2.为将反应2Al+6H+===2Al3++3H2↑的化学能转化为电能,下列装置能达到目的的是(铝条均已除去了氧化膜)( )
3.用惰性电极实现电解,下列说法正确的是( )
A.电解稀硫酸溶液,实质上是电解水,故溶液pH不变
B.电解稀氢氧化钠溶液,要消耗OH-,故溶液pH减小
C.电解硫酸钠溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D.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
4.电解CuCl2与NaCl的混合溶液,阴极上和阳极上最先析出的物质为( )
A.H2和Cl2B.Cu和Cl2C.H2和O2D.Cu和O2
5.现代生活中,人们越来越注意微量元素的摄入,碘元素对人体健康有着至关重要的作用。
若缺少碘元素,则会造成幼儿痴呆、发育不良,成人则易患甲状腺肿大。
为了预防碘缺乏病,我国规定每千克食盐中应含有40~50mgKIO3。
已知KIO3可用电解方法制得,原理是:
以石墨为阳极,以不锈钢为阴极,在一定的电流和温度下,电解KI溶液。
总反应的化学方程式为:
KI+3H2O
KIO3+3H2↑,则两极的电极反应式分别为:
阳极:
________________________________________________________________________;
阴极:
________________________________________________________________________。
6.如下图,已知M是一块用石蕊试液浸过的滤纸,当电路接通足够的时间后,a端显蓝色,b端显红色。
且知甲中的电极材料是锌和银,乙中的电极材料是铂和铜,乙中两电极不发生变化。
请根据上述条件和现象回答:
(1)甲、乙两池分别是什么装置?
请写出其名称:
甲__________;乙____________。
(2)请写出A、B、C、D的电极名称、电极材料和电极反应式:
电极名称
电极材料
电极反应式
A
B
C
D
(3)写出甲、乙两池中总反应的化学方程式:
甲___________________________________乙___________________________________
7.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,设计了如图所示的装置,以下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;NaClO和NaCl
C.a为阳极,b为阴极;HClO和NaCl
D.a为阴极,b为阳极;HClO和NaCl
8.如图所示,若电解5min时,测得铜电极的质量增加2.16g。
试回答:
(1)电源中X极是__________(填“正”或“负”)极。
(2)通电5min时,B中共收集到224mL(标准状况)气体,溶液体积为200mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计),则通电前c(CuSO4)=____________。
(3)若A中KCl溶液的体积也是200mL,电解后溶液中仍有Cl-,则电解后溶液的pH=__________。
9.电解原理在化学工业中有广泛应用。
如图表示一个电解池,装有不同的电解液;X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连。
图中B装置中盛有1L2mol·L-1Na2SO4溶液,A装置中盛有1L2mol/LAgNO3溶液。
通电一段时间后,Pt片上有气体生成。
试回答:
(1)电源上X极为________极。
(2)B池中阳极的电极反应式是________。
(3)标准状况时,如果在A中共收集到0.56L气体,则A池中的pH为________。
10.某课外活动小组同学用如图Ⅰ装置进行实验,试回答下列问题。
图I 图II
(1)若开始时开关K与a连接,则B极的电极反应式为__________________________________。
(2)若开始时开关K与b连接,则总反应的离子方程式为
_______ _____________________ ______;
有关上述实验,下列说法正确的是(填序号)_____________。
①溶液中Na+向A极移动
②从A极处逸出的气体能使湿润KI淀粉试纸变蓝
③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度
④若标准状况下B极产生2.24L气体,则溶液中转移0.2mol电子
(3)该小组同学模仿工业上用离子交换膜法制烧碱的方法,设想用如图Ⅱ装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。
①该电解槽工作时,通过阴离子交换膜的离子数_______(填“大于”“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。
②通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因_____ ________。
(4)多晶硅主要采用SiHCl3还原工艺生产,其副产物SiCl4的综合利用收到广泛关注。
①SiCl4可制气相白炭黑(与光导纤维主要原料相同),方法为高温下SiCl4与H2和O2反应,产物有两种,化学方程式为 。
②SiCl4可转化为SiHCl3而循环使用。
一定条件下,在20L恒容密闭容器中的反应:
3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)
4SiHCl3(g)
达平衡后,H2与SiHCl3物质的量浓度分别为0.140mol/L和0.020mol/L,若H2全部来源于图Ⅱ离子交换膜法的电解产物,理论上需消耗硫酸钾质量为 kg。
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- 复习 20 电解池
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