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高三第一轮复习资料 电解与电解池 1 电解 使 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 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 构成条件 有与相连的两个电极 或 形成 电流 阴 阳两极 氧化还原反应 电能 化学能 一 电解原理 电源 电解质溶液 熔融盐 闭合回路 阳极 氧化 阴极 还原 2Cl 2e Cl2 Cu2 2e Cu 电流 氧化还原反应 正极 氧化 负极 还原反应 负极 阴极 阳极 S2 I Cl OH Cu2 Pb2 Fe2 正极 阴极 阳极 自我诊断 1 判断下列说法是否正确 A 电解池的内电路中 阳离子向阴极移动 B 电解稀硫酸 实质上是电解水 故溶液pH不变 C 在原电池的负极和电解池的阴极上都是发生失电子的氧化反应 2 电解时电子通过电解质溶液吗 3 电解质溶液导电时 一定会有化学反应发生吗 电解质溶液通电电解时 在外电路中有电流 电子 通过 而溶液中是依靠离子定向移动 形成了闭合电路 一定有化学反应发生 因在电解池的两极发生了氧化还原反应 有电子转移 生成了新物质 所以一定有化学反应发生 1 氯碱工业 2H2O 2e H2 2OH 阴极阳极 氧化 还原 二 电解原理的应用 1 概念 用电解饱和NaCl溶液的方法来制取 和 并以它们为原料生产一系列化工产品的工业 称为 NaOH H2 Cl2 氯碱工业 2 电极反应 阳极 反应 阴极 反应 3 总反应式 2Cl 2e Cl2 2H 2e H2 2 电镀铜或电解精炼铜 1 两极材料 待镀金属或精铜作 镀层金属或粗铜作 2 电解质溶液是 3 电极反应 阳极 阴极 4 反应原理 阳极粗铜 以及比铜活泼的锌 铁 镍等 被 阴极Cu2 被 其他Zn2 Fe2 留在溶液中 而比铜活泼性弱的银 金等金属沉积在阳极下面 形成 CuSO4溶液 阴极 阳极 Cu 2e Cu2 Cu2 2e Cu 氧化 还原 阳极泥 为什么粗铜通过电解精炼可以提纯 4 电镀电镀时 镀件接电源极 镀层金属接电源极 溶液中必须含有一定浓度的 当通电时 阳极 在阴极 3 电解冶炼钠 电解熔融NaCl 1 电极反应 阳极 阴极 3 应用 冶炼Na Mg Al等活泼金属 2Na 2e 2Na 2Cl 2e Cl2 注意 活泼金属都用电解其熔融盐或氧化物制得 如Na Mg Al等 2NaCl2Na Cl2 制Na MgCl2Mg Cl2 制Mg 2Al2O34Al 3O2 制Al 负 正 镀层金属离子 逐渐溶解 析出镀层金属 特点 电镀液性质不变 阳极减少质量 阴极增加质量 练习3 判断下列说法是否正确 A 铁表面镀锌 铁作阳极 B 工业上电解饱和食盐水的阳极反应 2Cl 2e Cl2 C 电解熔融的氧化铝制取金属铝 用铁作阳极 练习4 如图有关电化学的装置完全正确的是 D 三 电极产物的判断与电极反应式的书写 1 电极名称级溶液中离子的移动方向原电池的两极由其材料的相对活泼性决定 称为正 负极 电解池的两极由外接电源决定 称为阴 阳极 两极上发生的反应类型为 注意 无论是原电池还是电解池 阳离子总是向阴极 发生还原反应的电极 移动 阴离子总是向阳极 发生还原反应的电极 移动 2 阴极产物的判断阴极与电源负极相连 得电子发生还原反应 电极本身不参加反应 直接根据电解质溶液中阳离子的氧化性强弱 得电子 顺序进行判断 其放电顺序 Ag Hg2 Fe3 Cu2 H Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 Al3 注意 金属活动顺序表中Al及前面的金属离子在溶液中不放电 2 电解时电极产物的判断 1 阳极产物的判断阳极与电源正极相连 失去电子发生氧化反应 首先看电极 若是活性电极 金属活动性顺序中Ag及以前 则阳极本身失电子 电极被溶解 电解质溶液中的阴离子不参加电极反应失电子 若是惰性电极 Pt Au 石墨 则要再看溶液中阴离子的失电子能力 还原性强弱 此时根据阴离子失电子顺序加以判断 阴离子失电子顺序为 S2 I Br Cl OH 含氧酸根 SO42 NO3 等 F 3 电极反应式的书写 1 首先分析电解质溶液的组成 找全并分为阴 阳两组 2 然后分别对阴阳离子排出放电顺序 写出两极的电极反应式 在书写时要遵循原子守恒和电荷守恒 3 最后按得失电子守恒合并两极反应式得出电解反应的总化学方程式或离子方程式 注意 书写电解池中电极反应式时 一般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 分子式 形式 如当电解过程中电解的是水和电解质时 电极反应式中出现的是H 或OH 放电 但在书写总反应式时要将反应物中的H 或OH 均换成水 在生成物中出现的是碱或酸 要确保两极电子转移数目相同 且注明条件 电解 电解水溶液时 应注意放电顺序中H OH 之后的离子一般不参与放电反应 A 石墨电极上产生氢气B 铜电极发生还原反应C 铜电极接直流电源的负极D 当有0 1mol电子转移时 有0 1molCu2O生成 A 析解 由总反应知失电子的为Cu 得电子的是H2O中氢 因此Cu极为电解池的阳极 接电源的正极 石墨为阴极 接电源的负极 当有0 1mol电子转移时 有0 05molCu2O生成 析解 由题意可知 通电后a极板质量增加 说明有金属析出 由此可知 a极为电解池的阴极 则X为电源负极 B C均不符合 又b放出的是无色无味的气体 可淘汰D 练习6 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极板处有无色 无味气体放出 符合这一情况的是 A 四 电解的类型 惰性电极 与计算 15 高等课件 1 用惰性电极电解时 若要使电解后的溶液恢复到原状态 应遵循 缺什么加什么 缺多少加多少 的原则 一般加入从电解液中析出的阴极产物与阳极产物的化合物 2 电解过程中溶液酸碱性变化规律 有氢无氧增碱性 有氧无氢增酸性 有氢有氧增原性 无氢无氧减原性 3 三池判断 先查有无外接电源 若无可能是原电池 然后按形成条件 三看 一看电极 两极为活泼性不同的导体 二看溶液 两极插入电解质溶液中 三看回路 形成闭合回路还是两极接触 若有外接电源 两极插入电解质溶液 则可能是电解池或电镀池 当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池 其余为电解池 2 与电解有关的计算 1 根据电子守恒计算 用于串联电路 阴阳两极产物 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 凡是总反应式中反映出的物质的量关系可以列比例式计算 3 根据关系计算 由得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁 建立计算所需的关系式 常见的计算关系 物质 H2 O2 Cl2 Cu Ag H OH e n mol 21224444 练习7 如图 甲烧杯中盛有100mL0 50mol LAgNO3溶液 乙烧杯中盛有100mL0 25mol LCuCl2溶液 A B C D均为质量相同的石墨电极 如点解一段时间后 发现A极比C极重1 9g 则 1 电源E为极 F为极 2 A极的电极反应式为 析出物质mol 3 B极的电极反应式为 析出气体mL 标况 4 C极的电极反应式为 析出物质mol 5 D极的电极反应式为 析出气体mL 标况 6 甲烧杯中滴入石蕊试液 极附近变红 如果继续电离 在甲烧杯中最终得到溶液 负正4Ag 4e 4Ag0 0254OH 4e 2H2O O2 140Cu2 2e Cu0 01252Cl 2e Cl2 280BHNO3 练习8 两个惰性电极插入500mLAgNO3溶液中通电电解 当电解液的PH从6 0变为3 0时 设电解过程中阴极没有H2放出 且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计 电极上析出银的质量最大为A27mgB54mgC106mgD216mg B 析解 首先结合离子放电顺序 弄清楚两极的反应 阳极 4OH 4e O2 2H2O阴极 Ag e Ag m Ag 5 10 4mol 108g mol 0 054g 由电解的总反应式可知 电解过程中生成的H n H n HNO3 n Ag 10 3mol L 10 6mol L 0 5L 5 10 4mol 练习9 电解原理在化学工业中有广泛的应用 下图表示一个电解池 装有电解液a X Y是两块电极板 通过导线与直流电源相连 请回答以下问题 1 若X Y都是惰性电极 a是饱和NaCl溶液 实验开始时 同时在两边各滴入几滴酚酞试液 则 电解池中X极上的电极反应式为 在X极附近观察到的现象是 Y电极上的电极反应式为 检验该电极反应产物的方法是 2 如要用电解方法精炼粗铜 电解液a选用CuSO4溶液 则 X电极的材料是 电极反应式为 Y电极的材料是 电极反应式为 说明 杂质发生的电极反应不必写出 2H 2e H2 有气泡产生 溶液变红2Cl 2e Cl2 把湿润KI淀粉试纸放在Y极附近 试纸变蓝纯铜Cu2 2e Cu粗铜Cu 2e Cu2 析解 1 用惰性电极电解饱和食盐水时 阳极反应 2Cl 2e Cl2 阴极反应 2H 2e H2 与电源正极相连的为阳极 反之为阴极 故X为阴极 Y为阳极 X极在反应过程中消耗了水电离出的H 溶液呈碱性 加入酚酞试液变成红色 Y极产生Cl2 能使湿润的淀粉KI试纸变蓝 2 电解精炼铜时 用含杂质的Cu为阳极 纯Cu为阴极 反应过程中阳极上的Cu及比Cu活泼的金属失去电子 成为离子进入溶液 活泼性比Cu差的金属形成阳极泥 在阴极只有Cu2 能得电子成为单质 其他相对比较活泼的金属离子不能得电子 根据装置图 X为阴极 Y为阳极 故X极的材料是纯铜 电极反应式为Cu2 2e Cu Y电极材料是粗铜 电极反应式为 Cu 2e Cu2 电化学原理在实验中的应用 实验探究1 对金属制品进行抗腐蚀处理 可延长其使用寿命 1 一下为铝材表面处理的一种方法 碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜 碱洗时常有气泡冒出 原因是 用离子方程式表示 为将碱洗槽液中铝元素以沉淀形式回收 最好向槽液中加入下列试剂中的 a NH3b CO2c NaOHd HNO3 以铝材为阳极 在H2SO4溶液中电解 铝材表面形成氧化膜 阳极电极反应式为 取少量废电解液加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀 产生沉淀的原因是 2 镀铜可防止铁制品腐蚀 电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是 b 析解 1 Al能与NaOH反应生成H2 NaOH与Al2O3反应时不能生成H2 则根据气泡冒出的现象断定Al与NaOH发生了化学反应 AlO2 转化成Al OH 3须加入酸 而能溶于强酸 所以选择CO2 Al在阳极失电子生成Al2O3 Al2O3中的氧是由水提供的 溶液显酸性 故有H 生成 废电解液中含有Al3 Al3 3H2OAl OH 3 3H NaHCO3水解显碱性 相互促进 2 电镀时铜作阳极失电子 Cu 2e Cu2 阴极Cu2 得电子生成Cu 3 碳棒的活性小于Fe 则需用电解原理 利用Fe作阴极与电源负极相连从而保护Fe不被腐蚀 Zn的活性大于Fe 则形成原电池时Zn作负极而保护Fe不被腐蚀 3 利用右图装置 可以模仿铁的电化学防护 若X为碳棒 为减缓铁的腐蚀 开关K应置于处 若X为锌 开关K置于M处 该电化学防护法称为 N HFGDEC 12 5 题组一 电解原理及其应用1 利用电解法可将含有Fe Zn Ag Pt等杂质的粗铜提纯 下列叙述正确的是A电解时以精铜作阳极B电解时阴极发生氧化反应C粗铜链接电源负极 其电极反应是Cu 2e Cu2 D点解后 电解槽底部会形成含少量Ag Pt等金属的阳极泥 D 析解 电解时粗铜作阳极 与电源正极相连 失电子发生氧化反应 精铜坐阴极 与电源负极相连 得电子发生还原反应 A B C均有错误 因为在金属活动顺序表中Ag Pt排在Cu后 所以电解时Ag Pt不会失电子 2 下图为直流电源电解稀Na2SO4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试液 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的气体Ca电极附近呈红色 b电极附近呈蓝色Da电极附近呈蓝色 b电极附近呈红色 D 析解 以石墨为电极电解Na2SO4溶液时 阳极 b极 4OH 4e 2H2O O2 阴极 a极 4H 4e 2H2 则a极附近溶液显碱性 b极附近溶液显酸性 滴加石蕊试液后 a极附近呈蓝色 b极附近呈红色 3 下图是一个用铂丝作电极电解稀MgSO4溶液的装置 电解液中加有中性红指示剂 此时溶液呈红色 指示剂的PH变色范围 6 8 8 0 酸色 红色 碱色 黄色 回答下列问题 1 下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是 填编号 A管溶液由红变黄 B管溶液由红变黄 A管溶液不变色 B管溶液不变色 2 写出A管中发生反应的反应式 3 写出B管中发生反应的反应式 4 检验a管中气体的方法是 5 检验b管中气体的方法是 6 电解一段时间后 切断电源 将电解液倒入烧杯内观察到的现象是 析解 该电解池A为阴极 反应式为2H 2e H2 B为阳极 反应式为4OH 4e O2 2H2O A管附近产生OH 故溶液由红变黄 B管附近产生H 溶液仍呈红色 A管附近产生的与Mg2 结合成Mg OH 2沉淀 但停止电解后 生成的Mg OH 2与H 作用而溶解 溶液仍呈红色 检验a管中产生的H2的方法是 用拇指按住管口 取出试管 接近火焰 放开拇指 有爆鸣声 管口有蓝色火焰 证明是H2 检验b管中产生的O2的方法是 用拇指按住管口 取出试管 放开拇指 将带火星的木条伸入试管内复燃 证明是O2 B 题组二 金属的电化腐蚀和防护4 下列有关钢铁腐蚀与防护的说法叙述正确的是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 析解 钢管与电源正极连接作电解池的阳极 被氧化而腐蚀 A错 铁在冷浓硝酸中表面生成一层致密的氧化物保护膜 从而保护内部不被腐蚀 钢管与铜管堆放在一起时 构成原电池 钢管作负极而易被腐蚀 所以C错误 钢铁发生析氢腐蚀 水膜呈强酸性 PH 4 3 时 负极的反应式为Fe 2e Fe2 故D错误 题组三 电解规律及有关计算6 电解100mL含c H 0 30mol L的下列溶液 当电路中通过0 04mol电子时 理论上析出金属质量最大的是A0 10mol LAg B0 20mol LZn2 C0 20mol LCu2 D0 20mol LPb2 5 下列叙述不正确的是A铁表面镀锌 铁作阳极B船底镶嵌锌块 锌作负极 以防船体被腐蚀C钢铁吸氧腐蚀的正极反应为 O2 2H2O 4e 4OH D工业上电解饱和食盐水的阳极反应为 2Cl 2e Cl2 析解 铁表面镀锌 铁应作阴极而锌作阳极 A错误 锌比铁活泼 在船底镶嵌锌块 可有效保护船体不被腐蚀 B正确 钢铁的吸氧腐蚀中正极上O2得到电子被还原 C正确 工业上电解饱和食盐水的反应中阳极上Cl 失去电子被氧化 其反应式为2Cl 2e Cl2 故D正确 A C 7 下图所示装置中 甲 乙 丙三个烧杯依次分别盛有100g5 00 的NaOH溶液 足量CuSO4溶液和100g10 00 的K2SO4液 电极均为石墨电极 回答下列问题 1 接通电源 经过一段时间后 测得丙中质量分数为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 简述原因 甲溶液 乙溶液 丙溶液 2 若电解过程中铜全部析出 此时电解能否继续进行 为什么 析解 1 乙中c电极质量增加 说明c处发生的反应为 Cu2 2e Cu c电极应为阴极 则b为阳极 a为阴极 M为负极 N为正极 甲中放的是NaOH溶液 电解时实质上是电解水 b电极上发生的电极反应为 4OH 4e 2H2O O2 而要求算出b电极上产生的气体体积 就必须先根据丙中K2SO4浓度的变化计算出转移电子的数目 丙中实质是电解水 设电解的水的质量为xg 由电解前后溶质质量相等有 100 10 100 x 10 47 x 4 5g 即0 25mol 因整个电路是串联的 故每个烧杯中的电极上转移的电子数相等 即整个反应转移了0 5mol电子 甲中为NaOH 实质电解水 根据电极方程式可计算出b电极为OH 放电 放出的O2为0 5 4mol 0 125mol 其体积为2 8L c电极上析出的铜为0 25mol 其质量为m Cu 0 5mol 2 64g mol 16g 甲中电解的是水 NaOH浓度增大 乙中水电离出来的OH 放电 H 浓度增大 丙中电解的也是水 虽然K2SO4浓度变大 但pH不变 故 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 实质是电解水 而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 电解反应也就变为水的电解反应 高分策略 本题采用多池相连形式 来综合考查电解池有关问题 涉及基本原理 电极反应等 考生往往不清楚甲 乙 丙三装置中电极串联 而错误判断电极 导致出错 所以需要高度关注以下几点 1 串联电解装置 抓住两点 一是电子守恒 即通过各电极的电量相等 二是阴极与阳极相接 依次类推 同一装置必有阴极和阳极 2 分析电解装置中所装物质 判断电极反应 根据电极质量变化 判断电极名称 电源负极与电解池的阴极相连 3 根据电解质溶液中的阳 阴离子放电顺序 书写电极方程式 4 根据电极反应 电解反应等计算 判断溶液成分变化以及溶液浓度 酸碱性变化 8 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 2D 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 析解 电解稀H2SO4溶液 实质上是电解水 硫酸的物质的量不变 但溶液体积减少 浓度增大 故溶液pH减小 电解稀NaOH溶液 阳极消耗OH 阴极消耗H 实质也是电解水 NaOH溶液浓度增大 故溶液的pH增大 电解Na2SO4溶液时 在阳极发生反应 4OH 4e 2H2O O2 在阴极发生反应 2H 2e H2 由于两电极通过电量相等 故放出H2与O2的物质的量之比为2 1 电解CuCl2溶液时 阴极反应为Cu2 2e Cu 阳极反应为2Cl 2e Cl2 两极通过电量相等时 Cu和Cl2的物质的量之比为1 1 D 延伸 电解时电极附近溶液pH的变化 惰性电极 1 电极区域 阴极H 放电产生H2 阴极区域pH变大 阳极OH 放电产生O2 阳极区域pH变小 2 电解质溶液中 电解过程中 既产生H2 又产生O2 则原溶液呈酸性的pH变小 原溶液呈碱性的pH变大 原溶液呈中性的pH不变 浓度变大 电解过程中 无H2和O2产生 pH几乎不变 电解过程中 只产生H2 pH变大 电解过程中 只产生O2 pH变小 电化学计算包括两极产物的定量计算 溶液pH计算 相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算 电量与产物量的互算等 不论哪类计算 均可概括为下列三种方法 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 其依据是电路上转移的电子数目相等 2 根据总反应式计算 凡是总反应式中反映出的物质的量的关系都可以列比例式计算 3 根据关系式计算 由得失电子守恒关系建立各量间的关系 如串联电池各电极产物的关系 9 用铂电极电解CuSO4和KNO3的混合溶液500mL 经过一段时间后 两极均得到标准状况下11 2L的气体 则原混合溶液中CuSO4的物质的量浓度为A 0 5mol LB 0 8mol LC 1 0mol LD 1 5mol L C 析解 阳极电极反应4OH 4e 2H2O O2 失去电子的物质的量 n O2 4 11 2L 22 4L mol 1 4 2mol 阴极电极反应 首先发生的是Cu2 2e Cu 其次发生的是2H 2e H2 阴极被还原物质得到电子的总量n Cu2 2 n H2 2 n Cu2 2 11 2L 22 4L mol 1 2两电极物质得失电子数相等 即2mol n Cu2 2 11 2L 22 4L mol 1 2 n Cu2 0 5moln CuSO4 n Cu2 0 5mol其物质的量浓度为 0 5mol 500 10 3L 1 0mol L 10 在水中加入等物质的量的Ag Pb2 Na SO42 NO3 Cl 该溶液放在用惰性材料作电极的电解槽中 通电片刻后氧化产物与还原产物质量比为A 35 5 108B 16 207C 8 1D 108 35 5 C 要注意电解的阶段性 如含Cl 的溶液中Cl 电解完后继续通电会使OH 放电 Cu2 在阴极上被电解完后H 又会放电等 串联电解池 阴极 阳极交叉排列 中相同时间内各电极转移电子数相等 1 影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面 就金属本性来说 金属越活泼 就越容易失去电子而被腐蚀 介质对金属的腐蚀的影响也很大 如果金属在潮湿的空气中 接触腐蚀性气体或电解质溶液 都容易被腐蚀 2 金属的腐蚀主要是电化学腐蚀 3 判断金属腐蚀快慢的规律 1 电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防护腐蚀措施的腐蚀 2 对同一种金属来说 腐蚀的快慢 强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液 3 活泼性不同的两金属 活泼性差别越大 腐蚀越快 4 对同一种电解质溶液来说 电解质溶液浓度越大 腐蚀越快 牺牲负极的正极保护 被保护的金属设