2012化学高考总复习 第六章 化学反应与能量 第六章 第18讲.ppt

第18讲化学反应与电能之电解池 一 电解原理1 电解 使电流通过电解质溶液 或熔融的电解质 而在 引起 的过程 2 电解池 也叫电解槽 把 转变为 的装置 3 电解池的组成和工作原理 电解CuCl2溶液 1 为什么说电解质溶液导电过程就是电解过程 提示 电解质溶液导电时 溶液中的阴 阳离子在电场作用下分别移向两个电极 从而在两个电极上得 失电子发生还原反应和氧化反应 所以说电解质溶液导电过程就是电解过程 二 电解原理的应用1 电解饱和食盐水 1 电极反应 阳极 阴极 2 总反应方程式 3 应用 氯碱工业制烧碱 氯气和氢气 2 电镀铜或电解精炼铜 1 两极材料 待镀金属或精铜做 镀层金属或粗铜做 2 电极反应 阳极 阴极 3 电解冶炼钠 电解熔融NaCl 1 电极反应 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2Na 2e 2Na 2 总反应方程式 3 应用 冶炼 等活泼金属 Na Mg Al 2 电解精炼铜时 阳极减少的质量与阴极增加的质量相等吗 提示 不相同 电解精炼时 粗铜作阳极 在Cu失电子的同时 粗铜中活泼的金属也能失电子进入溶液 不活泼的金属沉淀在电解槽底部形成阳极泥 而在阴极上Cu2 2e Cu 虽然两极得失电子数相等 但阳极减少的质量比阴极增加的质量多 三 金属的防护1 电化学防护 1 牺牲阳极的阴极保护法 2 外加电流的阴极保护法2 其他 1 改变金属内部结构 如制成合金 2 使金属与空气 水等物质隔离 如电镀 喷油漆等 电解原理1 电解池的构成条件 1 直流电源 2 两个电极 阳极和阴极 3 电解质溶液或熔融的电解质 电源和电极形成闭合回路 2 电解的过程及实质 1 电解质电离产生的阴 阳离子在电流的作用下定向移动 阳离子在阴极得到电子发生还原反应 阴离子在阳极失去电子发生氧化反应 2 电子从电源负极沿导线流入阴极 并从阳极流出 沿导线回到电源正极 所以 电解质溶液的导电过程就是该溶液的电解过程 3 电极产物的判断 1 阳极产物的判断 首先看电极 如果是活性电极 除Au Pt 石墨以外的金属材料作电极 则电极材料失电子 电极被溶解 溶液中阴离子不能失电子 如果是惰性电极 Au Pt 石墨 则要再看溶液中阴离子的失电子能力 此时依据阴离子放电顺序加以判断 4 电极反应式及电解总反应式的书写 1 电极反应式 确定电极 与电源正极相连的为阳极 与电源负极相连的为阴极 确定电极反应 阳极发生氧化反应 若是活泼金属电极 电极材料放电 若是惰性电极 溶液中阴离子放电 阴极发生还原反应 溶液中的阳离子放电 写电极反应式 根据电极反应分别写出两极反应式 2 电解总反应式 在确保两极转移电子数目相同的条件下 将两电极反应式合并即得总反应式 总反应式要注明条件 通电 若电解的H 或OH 来自于H2O 方程式中要以水分子的形式书写 5 电解池中有关量的计算或判断电解池中有关量的计算或判断主要包括以下方面 根据直流电源提供的电量求产物的量 析出固体质量 产生气体的体积等 溶液的pH 相对原子质量或某元素的化合价 化学式等 解题依据得失电子守恒 解题有如下方法 1 根据电子守恒法计算 用于串联电路 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 根据总反应式计算 先写出电极反应式 再写出总反应式 最后根据总反应式计算 3 根据关系式计算 根据得失电子守恒关系 在已知量与未知量之间 建立计算所需的关系式 电解后要恢复原电解质溶液的浓度 需加适量的某物质 该物质可以是阴极与阳极产物的化合物 例如用惰性电极电解CuSO4 要恢复原溶液的浓度 可向电解后的溶液中加入CuO 也可以加入CuCO3 但不能加入Cu OH 2 因为Cu OH 2与生成的H2SO4反应后使水量增加 2009年全国卷 下图所示装置中 甲 乙 丙三个烧杯依次分别盛放100g5 00 的NaOH溶液 足量的CuSO4溶液和100g10 00 的K2SO4溶液 电极均为石墨电极 1 接通电源 经过一段时间后 测得丙中K2SO4浓度为10 47 乙中c电极质量增加 据此回答问题 电源的N端为 极 电极b上发生的电极反应为 列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积 电极c的质量变化是 g 电解前后各溶液的酸 碱性大小是否发生变化 简述其原因 甲溶液 乙溶液 丙溶液 2 如果电解过程中铜全部析出 此时电解能否继续进行 为什么 16 碱性增强 因为电解后 水量减少溶液中NaOH浓度增大酸性增强 因为阳极上OH 生成O2 溶液中H 离子浓度增加酸碱性强弱没有变化 因为K2SO4是强酸强碱盐 浓度增加不影响溶液的酸碱性 2 能继续进行 因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液 反应也就变为水的电解反应 友情提示解答电解类的题目必须注意两点 一是判断阳极材料是活性还是惰性 二是判断溶液中可能在阳极或阴极放电的离子 抓住这两点 题目就迎刃而解了 1 2010年诸城调研 如图为相互串连的甲乙两个电解池 X Y为直流电源的两个电极 电解过程中 发现石墨电极附近先变红 请回答 1 电源X极为 极 填 正 或 负 乙池中Pt电极上的电极反应式为 2 甲池若为电解精炼铜的装置 其阴极增重12 8g 则乙池中阴极上放出的气体在标准状况下的体积为 电路中通过的电子为 mol 3 若乙池剩余溶液的体积仍为400mL 则电解后所得溶液c OH 答案 1 正2Cl 2e Cl2 2 4 48L0 4 3 1mol L 1 电解质溶液的电解规律1 有惰性电极电解电解质溶液时的规律 2 电解电解质型 无氧酸 HF除外 不活泼金属的无氧酸盐 氟化物除外 的电解 如 阴极 Cu2 2e Cu阳极 2Cl 2e Cl2 总反应 CuCl2电解 Cu Cl2 阴 阳 3 两极分别放出气体 且体积比为1 1 电解质的化学式是 电解的化学方程式是 解析 1 要求两极分别放出H2和O2 实际上是电解水 电解某些强含氧酸 强碱 某些活泼金属含氧酸盐的水溶液时 例如电解H2SO4 HNO3 KOH NaOH Na2SO4 KNO3 Na2CO3等物质的水溶液 就属于此种情况 2 电解某些不活泼金属含氧酸盐的水溶液时 例如 电解CuSO4 AgNO3 Cu NO3 2等物质的水溶液 电解质和水都参加反应 阴极产物是不活泼金属单质 阳极产物是O2 同时生成酸 H 归纳整理电解时电极反应式的书写规律 1 电极反应 阴极发生还原反应 电极与电源负极相连 且为惰性电极 则本身不参与反应 溶液中的阳离子得电子 阳极与电源正极相连 发生氧化反应 若为活性电极 则本身参与反应 若为惰性电极 则是溶液中的阴离子失电子 2 书写电极反应式时应注意 先看电极 主要是看阳极是何种类型的电极 若为活性电极 电极本身被氧化 发生氧化反应 再看离子 搞清电解质溶液中存在哪些离子 根据放电顺序 书写电极反应式 水溶液中始终有H 和OH 放电顺序中H OH 之后的离子一般不参与电极反应 2 2010年武汉调考题 下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附近分别滴加一滴石蕊溶液 下列实验现象中正确的是 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味气体C a电极附近呈红色 b电极附近呈蓝色D 若电解饱和Na2SO4溶液 一段时间后 溶液中会析出Na2SO4 10H2O晶体 答案 D 工业电解食盐水是在电解槽中进行的 阳离子交换膜把电解槽分为阳极室和阴极室 阳极室加入精制饱和食盐水 阴极室加入水 含少量NaOH 离子交换膜只允许阳离子通过 不允许阴离子和分子通过 主要目的是为防止Cl2与H2混合而发生爆炸和Cl2与NaOH反应而影响产品质量 2 电解精炼 以精炼铜为例 粗铜 含杂质的铜 接电源的正极 精铜接电源的负极 溶液中含有一定浓度的Cu2 通电时 阳极上主要是Cu失e 生成Cu2 其次还有比Cu活泼的杂质如Zn也失e 有关的电极反应为Zn 2e Zn2 Cu 2e Cu2 而比Cu活动性弱的金属杂质如Ag则脱离阳极以单质 填 单质 或 化合物 的形式沉积在阴极底部 在阳极由于Cu2 与Zn2 相比 Cu2 更易得到e 而被还原 阴极的电极反应为Cu2 2e Cu 精炼进行一定时间后 溶液中的Cu2 浓度有所改变 填 有所改变 或 不变 3 电镀 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过程 电镀时 镀层金属作阳极 镀件作阴极 含镀层金属离子的电解质溶液作电镀液 电镀的方法可应用在铜的精炼上 粗铜作阳极 纯铜作阴极 CuSO4溶液作电解质溶液 电解时 发生如下反应 阳极 Cu 2e Cu2 阴极 Cu2 2e Cu 阳极中存在的金 银等不活泼的贵重金属在电解液中沉积下来 阴极得到纯铜 2009年宁夏高考理综 氯碱工业是高耗能产业 一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节 电 能30 以上 在这种工艺设计中 相关物料的传输与转化关系如下图所示 其中的电极未标出 所用的离子膜都只允许阳离子通过 1 图中X Y分别是 填化学式 分析比较图示中氢氧化钠质量分数a 与b 的大小 2 分别写出燃料电池B中正极 负极上发生的电极反应 正极 负极 3 这样设计的主要节 电 能之处在于 写出2处 解析 本题主要考查有关电化学知识的应用 电解饱和氯化钠溶液时 溶液中的Na 和H 向阴极移动 且氧化性较强的H 首先放电发生还原反应 生成氢气 因消耗氢离子 使阴极附近的溶液显碱性 Cl 和OH 向阳极移动 还原性较强的Cl 首先放电 发生氧化反应生成氯气 3 工业上对海水资源综合开发利用的部分工艺流程如图所示 1 电解饱和食盐水常用离子膜电解槽和隔膜电解槽 离子膜和隔膜均允许通过的分子或离子是 电解槽中的阳极材料为 2 本工艺流程中先后制得Br2 CaSO4和Mg OH 2 能否按Br2 Mg OH 2 CaSO4顺序制备 填 是 或 否 原因是 3 溴单质在四氯化碳中的溶解度比在水中大得多 四氯化碳与水不互溶 故可用于萃取溴 但在上述工艺中却不用四氯化碳 原因是 解析 1 电解饱和食盐水用的是阳离子交换膜 而在食盐水中的阳离子只有H 和Na 电解时 H 在阴极上生成氢气 Na 在外加电场作用下向阴极运动 所以通过离子膜和隔膜的是Na 由于阳极上发生氧化反应 是溶液中Cl 放电生成Cl2 所以必须用惰性电极 工业上一般用钛 表面涂有钌氧化物 也可以用石墨电极 2 在该流程开始时向苦卤中加入硫酸 因CaSO4微溶于水 先形成CaSO4沉淀而将Ca2 除去 若先制取Mg OH 2 加入的石灰水会有部分与硫酸反应生成CaSO4而使制得的Mg OH 2不纯净 3 CCl4是一种易挥发 有毒的液体 所以此流程中不用CCl4萃取的方法 而是利用溴的挥发性 向得到的含溴水的海水中吹入热空气 使溴挥发出来 与萃取相比 该方法简单 实用 经济 无污染 答案 1 阳离子 或Na 钛 或石墨 2 否如果先沉淀Mg OH 2 则沉淀中会夹杂有CaSO4沉淀 产品不纯 3 四氯化碳萃取法工艺复杂 设备投资大 经济效益低 环境污染严重 1 2010年福建 铅蓄电池的工作原理为 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 研读下图 下列判断不正确的是 答案 C 2 2010年北京 下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是 A 钢管与电源正极连接 钢管可被保护B 铁遇冷浓硝酸表面钝化 可保护内部不被腐蚀C 钢管与铜管露天堆放在一起时 钢管不易被腐蚀D 钢铁发生析氢腐蚀时 负极反应是Fe 3e Fe3 解析 铁易失去电子 故钢管与电源正极相连时 更易使铁失电子 故A错 铁遇冷浓硝酸时表面能形成一层致密的氧化膜 故B正确 铁比铜活泼 当铁 铜相接触时构成原电池 铁作负极被腐蚀 故C错 钢铁发生析氢腐蚀时 负极发生反应 Fe 2e Fe2 故D错 答案 B 3 2010年江苏 下图是一种航天器能量储存系统原理示意图 下列说法正确的是 A 该系统中只存在3种形式的能量转化B 装置Y中负极的电极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH C 装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D 装置X Y形成的子系统能实现物质的零排放 并能实现化学能与电能间的完全转化 解析 A项 系统中存在光能 电能 电能 化学能 化学能 电能 电能 机械能等多种能量转化方式 B项 Y中负极的电极反应式为H2 2e 2H C项 装置X可电解水生成H2和O2 D项 无论是原电池还是电解池都不可能实现电能与化学能的完全转化 故只有C正确 答案 C 1 2010年北京崇文1月统练 2008年10月8日 美籍华裔科学家钱永健获得2008年度诺贝尔化学奖 16岁时 他凭借一个 金属易受硫氰酸盐腐蚀 的调查项目 荣获 美国西屋科学天才奖 下列叙述正确的是 A 金属腐蚀就是金属失去电子被还原的过程B 将水库中的水闸 钢板 与外加直流电源的负极相连 正极连接到一块废铁上可防止水闸被腐蚀C 合金的熔点都高于它的成分金属 合金的耐腐蚀性也都比其成分金属强D 铜板上的铁铆钉处在潮湿的空气中直接发生反应 Fe 3e Fe3 继而形成铁锈 解析 A项 金属失去电子 被氧化 B项正确 外加电源保护金属 C项 合金的熔点比其成分金属的熔点低 D项 应为Fe 2e Fe2 答案 B 解析 A项错 电解产物H2O2在分解反应中既是氧化剂也是还原剂 B项错 电解后产生的H2O2显酸性 pH降低 C项错 水中的氧原子化合价升高应变成 1价 生成H2O2 阳极反应为2H2O 2e H2O2 2H D项正确 答案