电解的原理.docx
- 文档编号:6093888
- 上传时间:2023-01-03
- 格式:DOCX
- 页数:59
- 大小:49.67KB
电解的原理.docx
《电解的原理.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电解的原理.docx(59页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
电解的原理
电解的原理
1.电解和电解池
(1)电解:
在电流作用下,电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
(2)电解池:
电能转化为化学能的装置。
(3)电解池的构成
①有与电源相连的两个电极。
②电解质溶液(或熔融电解质)。
③形成闭合回路。
2.电解池的工作原理
(1)电极名称及电极反应式(电解CuCl2溶液为例)
电解
总反应式:
CuCl2=====Cu+Cl2↑
(2)电子和离子的移动方向
①电子:
从电源负极流出后,流向电解池阴极;从电解池的阳极流出后流向电源的正极。
②离子:
阳离子移向电解池的阴极,阴离子移向电解池的阳极。
3.阴阳两极上放电顺序
(1)阴极:
(与电极材料无关)。
氧化性强的先放电,放电顺序:
(2)阳极:
若是活性电极作阳极,则活性电极首先失电子,发生氧化反应。
若是惰性电极作阳极,放电顺序为
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、最重要的放电顺序为阳极:
Cl->OH-;阴极:
Ag+>Cu2+>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.用惰性电极电解电解质溶液的规律
类型
含氧酸
电解强碱水型活泼金属的
含氧酸盐
无氧酸(氢
电解
氟酸除外)
电解
不活泼金属
质型
的无氧酸盐
实例
电极反应特点或反应式
电解产物
溶液pH变化
溶液复原
H24
+和OH-分
SO
溶液中的H
NaOH
别在阴阳两极放电:
H2
KNO3
阴极:
____________
O2
阳极:
____________
HCl
电解质电离的阴阳离子
H2
Cl2
分别在两极放电:
CuCl2
阳极:
____________
Cu
Cl2
放氢
活泼金属的
生碱
无氧酸盐
型
放氧
不活泼金属
生酸
的含氧酸盐
性
NaCl
AgNO3
阴极水电离的H+放电,阳极电解质电离的阴离子放电
阳极水电离的OH-放
电,阴极电解质的阳离
子放电
阴极:
____________
阴极:
___
阳极:
___
Ag阳极:
_____
答案
4H++4e-===2H2↑
4OH--4e-===2H2O+O2↑
减小
增大
不变
水2Cl--
-
增大HCl
CuCl2H2(或H2、NaOH)Cl2
增大
HCl
+
-
2e===Cl2↑
Ag
+e===AgO2
减小
Ag2O
(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程(√)
(2)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现(√)
(3)直流电源跟电解池连接后,电子从电源负极流向电解池阳极(×)
(4)电解稀硫酸制H2、O2时,可用不活泼的铜作阳极(×)
(5)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
(×)
(6)电解盐酸、硫酸等溶液,
+
放电,溶液的
pH均增大(×)
H
1.根据金属活动性顺序表,Cu和稀H2SO4不反应,怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4
反应产生H2?
答案Cu作阳极,C作阴极,稀H2SO4作电解质溶液,通入直流电就可以实现该反应。
电解
反应式为阳极:
Cu-2e-===Cu2+,阴极:
2H++2e-===H2↑。
总反应式:
Cu+2H+
电解
=====Cu2+
+H2↑。
2.若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后,需加入
98gCu(OH)2固体,才能使电解质溶液
复原,则这段时间,整个电路中转移的电子数为
____________。
答案
4NA
解析
方法一:
98gCu(OH)2的物质的量为
1mol,相当于电解了1mol的CuSO4后,又电解
了1mol的水,所以转移的电子数为
2NA+2NA=4NA。
方法二:
可以认为整个电路中转移的电子数与
Cu(OH)2的O2-失电子数相等,共4NA。
题组一
电解规律及电极产物的判断
1.用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液,在电解的过程中,溶液的
pH依次为升高、
不变、降低的是(
)
A.AgNO3
CuCl2
Cu(NO3)2
B.KClNa2SO4
CuSO4
C.CaCl2
KOH
NaNO3
D.HClHNO3
K2SO4
答案
B
解析
由电解电解质溶液的四种类型可知:
类型
化学物质
pH变化
放O2生酸型
CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2
降低
放H2生碱型
KCl、CaCl2
升高
电解电解质型
CuCl2
HCl
升高
NaNO3、Na2SO4、K2SO4
不变
电解H2O型
KOH
升高
HNO3
降低
2.(2018天·津市实验中学高三模拟
)以石墨为电极,电解
KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。
下
列说法错误的是(
)
A.阴极附近溶液呈红色
B.阴极逸出气体
C.阳极附近溶液呈蓝色
D.溶液的pH变小
答案
D
KI
电解
解析
以石墨为电极,电解
溶液,发生的反应为
2KI+2H2O=====2KOH+H2↑+I2(类似
于电解饱和食盐水
),阴极产物是
H2和KOH,阳极产物是I2。
由于溶液中含有少量的酚酞和
淀粉,所以阳极附近的溶液会变蓝
(淀粉遇碘变蓝),阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性),A、
B、C正确;由于电解产物有
KOH生成,所以溶液的
pH逐渐增大,D错误。
3.用石墨作电极,电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示,通电后在石墨电极A和B附近分别
滴加一滴石蕊溶液。
下列有关叙述正确的是()
A.逸出气体的体积:
A电极<B电极
B.一电极逸出无味气体,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.电解一段时间后,将全部电解液转移到同一烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性
答案D
解析SO24-、OH-移向B电极,在B电极OH-放电,产生O2,B电极附近c(H+)>c(OH-),石蕊溶液变红,Na+、H+移向A电极,在A电极H+放电产生H2,A电极附近c(OH-)>c(H+),
石蕊溶液变蓝,C项错误、D项正确;A电极产生的气体体积大于B电极,A项错误;两种
气体均为无色无味的气体,B项错误。
题组二电子守恒在电化学计算中的应用
4.(2018宜·昌调研)以铅蓄电池为电源,石墨为电极电解CuSO4溶液,装置如下图。
若一段时
间后Y电极上有6.4g红色物质析出,停止电解。
下列说法正确的是()
A.a为铅蓄电池的负极
B.电解过程中SO24-向右侧移动
C.电解结束时,左侧溶液质量增重8g
D.铅蓄电池工作时,正极电极反应式为:
PbSO4+2e-===Pb+SO24-
答案
C
解析
Y极有Cu析出,发生还原反应,
Y极为阴极,故b为负极,a为正极,A错误;电解
过程中阴离子向阳极移动,
B错误;阴极反应式为
+
-
--
Cu2
+2e===Cu,阳极反应式为4OH
-4e
===O2↑+2H2O,当有6.4gCu析出时,转移0.2mole-,左侧生成1.6gO2,同时有0.1mol
(9.6g)SO42-进入左侧,则左侧质量净增加
9.6g-1.6g=8g,C正确;铅蓄电池的负极是
Pb,
正极是PbO2,正极反应式为PbO2+2e-+4H++SO42-===PbSO4+2H2O,D错误。
5.500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中
-
-1
c(NO3)=0.6mol·L
,用石墨作电极电解此溶液,
当通电一段时间后,两极均收集到2.24L气体(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为500mL,
下列说法正确的是(
)
+
-
1
A.原混合溶液中c(K
)为0.2molL·
B.上述电解过程中共转移
0.2mol电子
C.电解得到的Cu的物质的量为0.05mol
+
-
1
D.电解后溶液中c(H
)为0.2molL·
答案
A
解析
石墨作电极电解
KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,阳极反应式为
4OH--4e-===2H2O+
O2↑,阴极先后发生两个反应:
Cu2
+
-
+
-
+2e===Cu,2H
+2e===H2↑。
从收集到O2为2.24L
可推知上述电解过程中共转移0.4mol
电子,而在生成2.24LH2的过程中转移
0.2mol电子,
所以Cu2+共得到0.4
mol-0.2mol=0.2mol电子,电解前
Cu2+的物质的量和电解得到的
Cu
的物质的量都为
0.1mol。
电解前后分别有以下守恒关系:
c(K
+
+
-
+
)+2c(Cu2
)=c(NO3),c(K)
+
-
+
-
+
-
+c(H)=c(NO3),不难算出:
电解前
c(K)=0.2mol
L·1,电解后c(H)=0.4molL·1。
电化学综合计算的三种常用方法
(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,其依据是电路中
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
根据得失电子守恒定律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:
-
~2Cl2(Br2、I2)~O2
~2H2~2Cu~4Ag~
4
4e
M
n
阳极产物
阴极产物
(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和价值,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。
题组三电极反应式的书写与判断
6.按要求书写电极反应式和总反应方程式:
(1)用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式:
______________________________________________________________;
阴极反应式:
______________________________________________________________;
总反应离子方程式:
________________________________________________________。
(2)用Al作电极电解NaOH溶液
阳极反应式:
______________________________________________________________;
阴极反应式:
______________________________________________________________;
总反应离子方程式:
________________________________________________________。
(3)以铝材为阳极,电解H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜
阳极反应式:
______________________________________________________________;
阴极反应式:
______________________________________________________________;
总反应方程式:
____________________________________________________________。
(4)离子液体是一种室温熔融盐,为非水体系。
由有机阳离子、
Al2Cl7-和AlCl4-组成的离子液
体作电解液时,可在钢制品上电镀铝。
钢制品应接电源的
________极,已知电镀过程中不产
生其他离子且有机阳离子不参与电极反应,阴极反应式为
____________________________。
若改用AlCl
3水溶液作电解液,则阴极产物为
________。
答案
(1)2Cl--2e-===Cl2↑
Mg2++2H2O+2e
-===H2↑+Mg(OH)2↓
Mg2++2Cl-+
电解
2H2O=====Mg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑
-
+8OH
-
-
-
↑+6OH
-
+
+
-
(2)2Al-6e
===2AlO2+4H2O
6H2O+6e===3H2
(或6H
6e===3H2↑)
电解
2Al+2H2O+2OH-=====2AlO2-+3H2↑
-
+3H2O===Al2O3+
6H
+
6H
+
+
-
电解
(3)2Al-6e
6e===3H2↑
2Al+3H2O=====Al2O3+3H2↑
(4)负
-
-
-
H2
4Al2Cl7
+3e
===Al+7AlCl4
解析
(4)电镀时,镀件作阴极,即钢制品作阴极,接电源负极,根据阴极生成
Al可知反应
式为
4Al2Cl7-+3e-===Al+7AlCl4-。
若改用
AlCl3水溶液作电解液,阴极反应为
2H++2e-
===H2↑,产物为H2。
7.整合有效信息书写电极反应
(1)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。
由硫化氢获得硫单质有多种方法。
将用烧碱吸收
H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。
电解过程中阳极
区发生如下反应:
2-
-
2-
2-
S
-2e===S
(n-1)S+S
===Sn
①写出电解时阴极的电极反应式:
____________________________________________。
②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,其离子方程式可写成
____________。
(2)电解NO制备NH4NO3,其工作原理如图所示,为使电解产物全部转化为
NH4NO3,需补
充物质A,A是____________,说明理由:
____________________________________。
答案
-
2OH
-
2-
+2H
+
(1)①2H2O+2e===H2↑+
②Sn
===(n-1)S↓+H2S↑
(2)NH3
电解
根据总反应:
8NO+7H2O=====3NH4NO3+2HNO3,电解产生的HNO3多,应补充
NH3
解析
(1)①电解时,阴极区溶液中的阳离子放电,即水溶液中的
H+放电生成H2。
②由题给
反应可知,阳极区生成了
Sn2-,Sn2-可以理解为(n-1)S+S2-,加入稀硫酸生成S单质和H2S
气体。
(2)根据电解NO制备NH4NO3
的工作原理示意图知:
阴极反应式为
3NO+15e-+18H+
+
-
-
+20H
+
,总反应式为8NO+
===3NH4+3H2O,阳极反应式为
5NO-15e+10H2O===5NO3
电解
HNO3全部转化为NH4NO3,应补充NH3。
7H2O=====3NH4NO3+2HNO3,为了使电解产生的
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,金属一定被电解
2+
而不是
(注:
Fe生成Fe
生成Fe3+)。
(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。
考点二电解原理的应用
1.氯碱工业
阳极反应式:
2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应)
+-
阴极反应式:
2H+2e===H2↑(还原反应)
电解
2NaCl+2H2O=====2NaOH+H2↑+Cl2↑
2.电镀与电解精炼
电镀电解精炼铜
示意图
阳极
-
+
-
+
-
===Cu2
+
Cu-2e
===Cu2
Zn-2e===Zn2
,Cu-2e
电极反应
Cu2++2e-===Cu
2++
2e-===Cu
阴极
Cu
电解质溶液的浓度变化
CuSO4溶液的浓度不变
CuSO4溶液的浓度变小
3.电冶金
电解冶炼
冶炼钠
冶炼铝
电极反应
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑
阳极:
6O2--12e-===3O2↑
阴极:
2Na++2e-===2Na
阴极:
4Al3++12e-===4Al
总反应
电解
电解
2NaCl(熔融)=====2Na+Cl2↑
2Al2O3(熔融)=====4Al+3O2↑
(1)在镀件上电镀铜时,也可以用惰性材料作阳极,用硫酸铜溶液作电解液(√)
(2)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料(×)
(3)电镀铜和电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2+)均保持不变(×)
(4)电解冶炼镁、铝通常电解
MgCl2和Al2O3,也可以电解
MgO和AlCl3(×)
(5)电解精炼时,阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料(√)
(6)用Zn作阳极,Fe作阴极,ZnCl2作电解质溶液,由于放电顺序
H+>Zn2+,不可能在铁上
镀锌(×)
题组一
电解原理的常规应用
1.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有
Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制得高纯度的镍。
下列叙述中正确的是(已知:
氧化性
Fe2+<Ni2+<Cu2+)(
)
A.阳极发生还原反应,其电极反应式为
Ni2++2e-===Ni
B.电解过程中,阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等
C.电解后,溶液中存在的阳离子只有
Fe2+和Zn2+
D.电解后,电解槽底部的阳极泥中有
Cu和Pt
答案
D
解析
电解时,阳极Zn、Fe、Ni失去电子,发生氧化反应,A项错误;因氧化性
Ni2+>Fe2+
>Zn2+,故阴极反应式为
Ni2++2e-===Ni,可见,阳极质量减少是因为
Zn、Fe、Ni溶解,
而阴极质量增加是因为
Ni析出,B项错误;电解后溶液中的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电解 原理