高中化学专题五电化学问题研究课题电解与电镀学案.docx

课题2电解与电镀一、判断电解过程中的电极产物判断电解过程中电极产物的依据是：电极材料和离子放电顺序。阴离子失去电子和阳离子得到电子的过程叫放电。放电顺序取决于离子本身的性质，也与离子浓度及电极材料有关。电解时所使用的电极分为两类：一类为惰性电极，只起导体的作用(如铂、石墨等)，并不参与反应；另一类为活性电极(除铂、金以及在电解时很易钝化的铅、铬以外的金属)，活性电极若作阴极，只起导体的作用；若为阳极，发生氧化反应的往往是电极本身。电极上物质的变化情况以及电子的转移情况用电极反应式来表明。当电解质溶液中存在多种阳离子或者多种阴离子时，电解质溶液中各种离子在两极上得失电子是有一定顺序的，称之为放电顺序。放电顺序涉及多种因素，在中学阶段只要求掌握：阳极若为惰性电极，则阴离子放电(失电子，发生氧化反应)，放电顺序为：S2IBrClOH含氧酸根离子F若为活性电极，则电极本身失去电子而放电，电极溶解。因为活性电极的还原性几乎大于一切的阴离子。阴极无论是惰性电极，还是活性电极，阴极总是受到保护，不会参与电极反应，始终为阳离子放电(得电子，发生还原反应)，放电顺序为：AgHg2Fe3Cu2H(酸)Pb2Sn2Fe2Zn2H(H2O)Al3Mg2NaCa2K因此，判断电解过程中电极产物的步骤可以概括为：分析电解质溶液的组成，找全离子(包括水电离出的H及OH)并分为阴、阳两组；分析离子的放电顺序；确定电极，写出电极反应式。【例1】某同学按下图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是()A电解过程中，铜电极上不会有H2产生B电解初期，主反应方程式为CuH2SO4CuSO4H2C电解一定时间后，石墨电极上不会有铜析出D整个电解过程中，H的浓度不断增大解析：从装置图可以看出铜接电源正极作阳极，石墨作阴极，应在阴极区产生H2，且H浓度应逐渐减小，故A、D错。电解初期主要是电解Cu和H2SO4，而随电解的进行，溶液中CuSO4浓度逐渐增大，Cu2参与电极反应而在石墨电极上析出Cu，C错误，故B正确。答案：B11某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为31，用石墨作电极电解该混合溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是()A阴极自始至终只放出H2B阳极先放出Cl2，后放出O2C电解最后阶段为电解水D溶液pH不断增大，最后为712某同学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，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是()Aa为正极，b为负极；NaClO和NaClBa为负极，b为正极；NaClO和NaClCa为阳极，b为阴极；HClO和NaClDa为阴极，b为阳极；HClO和NaCl二、用惰性电极电解电解质溶液的规律类型电极反应特点物质类型及实例电解的对象电解质浓度的变化溶液pH变化恢复原浓度的方法电解水型水电离出的H、OH放电阴极：2H2e=H2阳极：4OH4e=2H2OO2强碱(NaOH)水增大升高加水含氧酸(H2SO4)降低活泼金属含氧酸盐(Na2SO4)不变电解电解质型电解质电离出的阴离子在阳极上失电子，阳离子在阴极上得电子无氧酸(HCl)电解质减小升高加电解质本身不活泼金属无氧酸盐(CuCl2)放H2生碱型阴极：水电离出的H放电2H2e=H2阳极：电解质电离出的阴离子在阳极上失电子活泼金属的无氧酸盐(NaCl、MgCl2)电解质和水生成新电解质，原电解质浓度减小升高加对应的无氧酸放O2生酸型阴极：电解质电离出的阳离子在阴极上得电子阳极：水电离出的OH放电4OH4e=2H2OO2不活泼金属含氧酸盐(CuSO4、AgNO3)电解质和水生成新电解质，原电解质浓度减小降低加对应的氧化物【例2】如下图所示，在一U形管中装入含有紫色石蕊的Na2SO4试液，通直流电，一段时间后U形管内会形成一个倒立的三色“彩虹”，从左到右的颜色次序是()A蓝、紫、红B红、蓝、紫C红、紫、蓝 D紫、红、蓝解析：本题以电解原理为核心命题点，考查电解后溶液的酸碱性与酸碱指示剂的变色关系等知识点。用惰性电极电解Na2SO4溶液，就等同于电解水，阳极OH放电，使阳极附近H浓度增大，阴极H放电，使阴极附近OH的浓度增大，所以选C。答案：C电解池两电极的判断方法：判断方法阳极阴极发生反应类型氧化反应还原反应电子得失情况失去电子获得电子电子流向电子流出极电子流入极与直流电源的连接情况与直流电源的正极连接与直流电源的负极连接另外，我们还可以根据电极的产物来判断阴阳极：产生氢气、电极质量增加的是阴极；产生氧气、氯气、电极的质量减少的是阳极。两电极产生气体的体积比为21的应是氢气与氧气。21用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液，电解一段时间后，再加入W，能使溶液恢复到电解前的状态，符合题意的一组是()组号XYZWACFeNaClH2OBPtCuCuSO4CuSO4溶液CCCH2SO4H2ODAgFeAgNO3AgNO3晶体22下列叙述正确的是()A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B用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴阳两极产物的物质的量之比为12C用惰性电极电解饱和NaCl溶液，若有1 mol电子转移，则生成1 mol NaOHD镀层破损后，镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀23pHa的某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液的pHa，则电解质可能是()ANaOH BH2SO4CAgNO3 DNa2SO4三、电解原理的应用电解原理应用于实际生产中，除了电解食盐水制取烧碱、氢气和氯气以及电镀外，还有电解精炼铜及电解冶炼活泼金属等。(1)电解精炼铜用粗铜作阳极，纯净的铜作阴极，含铜离子的水溶液(可以含有其他比铜离子氧化性弱的阳离子，但是绝不能含有比铜离子氧化性强的离子)作电解质溶液。通电后，因为阳极的主要成分是铜，所以阳极(粗铜)的主要反应是Cu2e=Cu2。当粗铜的表面出现比铜活泼的金属时，比铜活泼的Zn、Fe、Ni等也会放电：Zn2e=Zn2；Fe2e=Fe2；Ni2e=Ni2，但生成的这些阳离子的氧化性比铜离子弱，不可能在阴极上析出，故留在溶液中。当粗铜的表面出现比铜不活泼的金属时，该金属不会优先失去电子，当其周围的金属铜反应完毕时，该金属会以单质的形式落到阳极的底部沉积，成为阳极泥，不可能在阴极上析出，所以阴极(精铜)的反应只有Cu22e=Cu，这样就可以在阴极上获得纯净的金属铜。阳极泥可用于提炼金、银等贵重金属。硫酸铜溶液的浓度变化不大，但要定时除去里面的杂质。(2)电解冶炼活泼金属Na、Mg、Al等如电解熔融NaCl得金属钠电解熔融MgCl2得单质Mg电解熔融Al2O3制单质Al【例3】下图能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是()解析：电解NaCl溶液时的产物是NaOH、H2、Cl2。NaOH生成后存在于氯化钠溶液中，可用酚酞检验。Cl2在阳极上生成并在阳极上逸出，可用碘化钾淀粉溶液检验。H2在阴极上生成并在阴极上逸出，可用小试管收集后点燃，根据有无爆鸣声检验。答案：D31电解原理在化学工业中有广泛应用。如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极上的电极反应式是_。在X极附近观察到的现象是_。Y电极上的电极反应式是_，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_；电极反应式是_。Y电极的材料是_；电极反应式是_。(说明：杂质发生的电极反应不必写出)32下列描述中，不符合生产实际的是()A电解熔融的氧化铝制取铝，用铁作阳极B电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极C电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极D在镀件上电镀锌，用锌作阳极33下列有关电化学知识的描述中正确的是()A原电池的正极和电解池的阳极均发生氧化反应B铜的电解精炼时，粗铜板作阳极C铜、锌和稀硫酸构成的原电池中铜为负极D石墨作电极电解氯化镁溶液的离子方程式为2Cl2H2O2OHH2Cl2答案：【互动课堂】触类旁通11D解析：电解质溶液中，n(Na)n(Cl)n(H)n(SO)3321，开始电解产生H2和Cl2，随着H2和Cl2的产生，生成的OH中和H2SO4，且OH过量，最后是电解水，因而最终溶液的pH7，阴极只放出H2。12B解析：用石墨作电极电解饱和食盐水伴随着副反应发生。2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，Cl22NaOH=NaClNaClOH2O，可推知Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，其有效成分是NaClO。电解过程中阴极产生氢气，结合图示可知液体上部空间充满的是氢气，从中可推知电源a极是负极，b极是正极。21C解析：选项A中，电解食盐水，生成NaOH、H2、Cl2，加水显然不能恢复到电解前的状态，应通入适量的HCl气体；选项B中，电解CuSO4溶液时SO的物质的量没变，加CuSO4溶液不能复原；选项C中，电解H2SO4溶液实质是电解水，再加适量水，可恢复原状；选项D中，实质是铁上电镀银，AgNO3溶液浓度不变，不需加AgNO3晶体。22C解析：选项A中在电解池的阴极是阳离子得到电子，发生的是还原反应；选项B中用惰性电极电解Na2SO4溶液，实际上是电解水，在阴极上：2H2e=H2，在阳极上：4OH4e=2H2OO2，所以阴阳两极产物的物质的量之比为21；选项C中2NaCl2H2O2NaOHCl2H2，每生成2 mol的NaOH转移的电子数为2 mol，所以转移1 mol电子，生成的NaOH就是1 mol；选项D中镀层破损后，镀锡铁组成的原电池，Fe作负极而被腐蚀，镀锌铁组成的原电池，Zn作负极，所以镀锡铁板比镀锌铁板更容易腐蚀。23A解析：B由于浓度增大，pH减小。C由于生成HNO3，pH减小。D相当于电解水，pH不变。31解析：(1)根据电解原理，阳极上，发生氧化反应：2Cl2e=Cl2；阴极上发生还原反应：2H2e=H2。根据分析可知，由于水电离出来的H和OH的数目是相等的，H减少，OH增加，在阴极附近滴入酚酞试液会显红色。在Y电极上产生的是Cl2，可用Cl2的“黄绿色”“强氧化性”来检验。(2)粗铜中含有铁、锌杂质，在电解精炼过程中，铁、锌、铜在阳极上失去电子，变成金属阳离子进入溶液，而Cu2得电子的能力大于Fe2、Zn2，所以在阴极上Cu2先得到电子变成金属铜。电解精炼铜的电极反应式如下：阳极：Fe2e=Fe2；Zn2e=Zn2；Cu2e=Cu2阴极：Cu22e=Cu答案：(1)2H2e=H2有气泡冒出，溶液变红2Cl2e=Cl2把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色(2)纯铜Cu22e=Cu粗铜C