第19讲 电解池有答案.docx
《第19讲 电解池有答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第19讲 电解池有答案.docx（59页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
第19讲电解池有答案
第19讲
电_解_池
1．电解
使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。
在此过程中，电能转化为化学能。
2．电解池
（1）概念：
电解池是把电能转化为化学能的装置。
（2）电解池的构成条件：
①有外接电源；
②有与电解质溶液相连的两个电极；
③形成闭合回路。
（3）电解池中电子和离子的移动：
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。
（4）举例（电解CuCl2溶液）：
总反应方程式：
CuCl2通电,Cu＋Cl2↑
3．电解的应用
（1）氯碱工业：
①概念：
用电解饱和NaCl溶液的方法来制取Cl2、H2和NaOH，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。
②原理
（2）电镀：
电镀时，用镀层金属作阳极，待镀金属作阴极，用含镀层金属离子的溶液作电解质溶液。
理论上讲，电镀时，电解质溶液的成分及浓度是不变的。
右图为金属钥匙表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：
①镀件作阴极，镀层金属银作阳极。
②电解质溶液是AgNO3溶液。
③电极反应：
阳极：
Ag－e－===Ag＋；阴极：
Ag＋＋e－===Ag。
④特点：
阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。
（3）铜的精炼（粗铜中通常含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质）：
电极名称
电极材料
电极反应
电解质溶液
阳极
粗铜
Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，
Ni－2e－===Ni2＋，Cu－2e－===Cu2＋
CuSO4溶液
阴极
纯铜
Cu2＋＋2e－===Cu
粗铜中比较活泼的金属杂质形成阳离子进入溶液，金属活动性弱于铜的金属（Ag和Au）沉淀在电解槽底部，形成阳极泥。
（4）电冶金：
由于电解是最强有力的氧化还原手段，因此，冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属时，只能采用电解法，而且上述金属元素的化合物必须是熔融状态。
①钠的冶炼：
总反应：
2NaCl（熔融）电解,2Na＋Cl2↑；
阴极：
2Na＋＋2e－===2Na；阳极：
2Cl－－2e－===Cl2↑。
②Mg的冶炼：
总反应：
MgCl2（熔融）
Mg＋Cl2↑。
③Al的冶炼：
总反应：
2Al2O3（熔融）
4Al＋3O2↑。
[认知无盲区]
（1）电解质溶液导电的过程，就是电解的过程，即电流通过电解质溶液，必然会引起氧化还原反应。
（2）判断原电池和电解池的关键是看是否有外加电源。
（3）电镀铜时，电解质溶液中c（Cu2＋）不变；电解精炼铜时，电解质溶液中c（Cu2＋）减小。
（4）电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉在电解池底部形成阳极泥。
（5）电解MgCl2冶炼镁，而不能电解MgO冶炼镁，因MgO的熔点很高，电解Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，因AlCl3是共价化合物，其在熔融态不导电。
（6）电解池与原电池的比较：
电解池
原电池
电极名称
阴极
（与电源
负极相连）
阳极
（与电源
正极相连）
负极
（电子流
出的电极）
正极
（电子流
入的电极）
电极反应
（氧化、还原）
还原反应
氧化反应
氧化反应
还原反应
能量转变
电能转化为化学能
化学能转化为电能
[练习点点清]
1．下列叙述中不正确的是（ ）
A．电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应
B．原电池跟电解池连接后，电子从原电池负极流向电解池阳极
C．电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应
D．电解饱和食盐水时，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气
解析：
选B 原电池与电解池相连时，原电池的正极与电解池的阳极相连，负极与电解池的阴极相连，因此电子从原电池的负极流向电解池的阴极，B错。
2.（2012·新城中学质检）关于如图装置所示的两个实验，说法正确的是（ ）
A．①②中均发生了化学变化，均是化学能转变为电能的装置
B．②中电流方向是从Zn经导线流入Cu
C．反应开始阶段，①②中均有氢气产生
D．电极反应式：
①中阳极2Cl－－2e－===Cl2↑②中正极2H＋＋2e－===H2↑
解析：
选D A项①装置为电解池，将电能转化为化学能；B项电流方向为从Cu流向Zn；C项①中产生的气体是Cl2。
1．化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属与接触到的物质直接反应
不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应
本质
M－ne－===Mn＋
现象
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
区别
无电流产生
有电流产生
2．电化学腐蚀的分类（以钢铁腐蚀为例）
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
水膜性质
酸性
弱酸性、中性或碱性
负极反应
Fe－2e－===Fe2＋
正极反应
2H＋＋2e－===H2↑
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
总反应
Fe＋2H＋===
Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===
2Fe（OH）2
其他反应
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
2Fe（OH）3===Fe2O3·xH2O＋（3－x）H2O
3．金属的防护
（1）电化学防护：
①牺牲阳极的阴极保护法——利用原电池原理，负极（阳极）是作保护材料的金属，正极（阴极）是被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法——利用电解原理，阴极是被保护的金属设备，阳极是惰性电极。
（2）其他方法：
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。
[认知无盲区]
（1）钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe2＋，而不是生成Fe3＋。
（2）金属腐蚀时，电化学腐蚀与化学腐蚀往往同时存在，但前者更普遍，危害也更严重。
（3）吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍。
（4）金属腐蚀快慢的规律为：
电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
[练习点点清]
3．下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是（ ）
A．钢铁在弱碱性条件下发生电化学腐蚀的正极反应是：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用
C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法
D．可将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀
解析：
选B 弱碱性条件下，钢铁发生吸氧腐蚀，A正确；当镀层破损时，锡、铁可形成原电池，铁作负极，加快了铁的腐蚀，B错误；铁、锌、海水形成原电池，锌失去电子作负极，从而保护了铁，C正确；采用外加电流的阴极保护法时，被保护金属与直流电源的负极相连，D正确。
4.（2009·广东理综）钢铁生锈过程发生如下反应：
①2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2；
②4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3；
③2Fe（OH）3===Fe2O3＋3H2O。
下列说法正确的是（ ）
A．反应①、②中电子转移数目相等
B．反应①中氧化剂是氧气和水
C．与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀
D．钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀
解析：
选A ①②反应中消耗O2的量相等，两个反应也仅有O2作为氧化剂，故转移电子数是相等的，A项正确。
①中H2O的H、O两元素的化合价没有变，故不作氧化剂，B项错；铜和钢构成原电池，腐蚀速度加快，C项错；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气中易发生吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀，故D项错。
1.把握电解池中2个电极的判断：
（1）阳极：
与电源正极相连、发生氧化反应、阴离子移向的一极。
（2）阴极：
与电源负极相连、发生还原反应、阳离子移向的一极。
2.牢记电解过程中两极离子的放电顺序：
（2）阴极：
Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Zn2＋。
3.正确书写2种电化学腐蚀中的正极反应：
（1）析氢腐蚀（强酸性条件）：
2H＋＋2e－===H2↑。
（2）吸氧腐蚀（弱酸性或中性条件）：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
[考点一 电极产物的判断及有关反应式的书写]
1．用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液，电解过程中两极均有两种产物产生，请回答下列问题：
（1）判断阴、阳两极的产物并写出电极反应方程式。
（2）若用铁电极电解上述溶液，其阳极电极反应如何书写？
答案：
（1）阴极：
Cu、H2 Cu2＋＋2e－===Cu
2H＋＋2e－===H2↑
阳极：
Cl2、O2 2Cl－－2e－===Cl2↑
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
（2）Fe－2e－===Fe2＋
2．你能写出电解HNO3（aq）、MgCl2（aq）的总反应方程式吗？
答案：
2H2O通电,2H2↑＋O2↑ MgCl2＋2H2O通电,Mg（OH）2↓＋H2↑＋Cl2↑
1．电解时的离子放电顺序
（1）首先判断阴、阳极，分析电极材料，判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。
阳极为金属活性电极时，电极材料放电。
（2）再分析溶液中的离子种类，根据离子放电顺序，分析电极反应，并判断电极产物，写出电极反应式。
阳极放电顺序：
活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。
阴极放电顺序：
Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋（酸）>Fe2＋>Zn2＋>H＋（水）>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。
2．电解时化学方程式的书写
（1）必须在连接号上标明通电或电解。
（2）只是电解质被电解，电解化学方程式中只写电解质及电解产物。
如电解CuCl2溶液：
CuCl2
Cu＋Cl2↑。
（3）只有水被电解，只写水及电解产物即可。
如电解稀硫酸、电解NaOH溶液、电解Na2SO4溶液时，化学方程式应写为：
2H2O
2H2↑＋O2↑。
（4）电解质、水同时被电解，则都要写进化学方程式。
如电解饱和食盐水：
2NaCl＋2H2O
H2↑＋Cl2↑＋2NaOH。
3．注意事项
（1）书写电解池中电极反应式时，要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。
（2）要确保两极电子转移数目相同。
（3）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。
[例1] （2012·安徽高考）某兴趣小组设计如下图所示的微型实验装置。
实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生：
一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。
下列有关描述正确的是（ ）
A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：
2H＋＋2Cl－通电,Cl2↑＋H2↑
B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红
C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为：
Cl2＋2e－===2Cl－
D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极
[解析] 由题意知，断开K2，闭合K1时，该装置为电解池，由两极均有气泡产生可知铜电极为阴极，总反应的离子方程式为2Cl－＋2H2O
Cl2＋H2＋2OH－，A项错；由此可知铜电极附近溶液中因有OH－生成，溶液变红色，B项错；断开K1，闭合K2时，装置为原电池，铜极上产生的氢气发生氧化反应，电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，由此可知铜电极为负极，石墨电极为正极，故C项错、D项正确。
[答案] D
1．用下图Ⅰ所示装置通电10分钟后，去掉直流电源，连接成图Ⅱ所示装置，可观察到U形管左端铁电极表面析出白色胶状物质，U形管右端液面上升。
下列说法正确的是（ ）
A．同温、同压下，装置Ⅰ中石墨电极上方得到的气体比铁电极上方得到的气体多
B．用装置Ⅱ进行实验时铁电极的电极反应为Fe－2e－＋2OH－===Fe（OH）2
C．用装置Ⅱ进行实验时石墨电极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
D．装置Ⅰ通电10分钟后铁电极周围溶液pH降低
解析：
选B 装置Ⅰ是电解10%NaCl溶液的装置，石墨连接到电源的正极，溶液中的Cl－在该极失去电子产生Cl2：
2Cl－－2e－===Cl2↑，铁电极上产生H2：
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，由于有OH－生成，故溶液的pH升高。
因Cl2能溶解在水中，且与H2O发生反应：
Cl2＋H2OHCl＋HClO，而H2不溶于水，故石墨电极上方得到的气体比铁电极上方得到的气体少。
装置Ⅱ是原电池装置，Fe为负极，失去电子产生Fe2＋，Fe2＋再与溶液中的OH－反应生成Fe（OH）2：
Fe－2e－＋2OH－===Fe（OH）2，正极为Cl2得到电子，故石墨电极的电极反应为：
Cl2＋2e－===2Cl－（或HClO＋H＋＋2e－===Cl－＋H2O）。
综合上述，只有选项B正确。
2．
（1）以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应为________________________________________________________________________。
（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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）用Al单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q。
写出阳极生成R的电极反应式：
______________________________。
解析：
（1）依据信息知阳极形成的氧化膜为Al2O3，Al失电子生成Al2O3，Al2O3中的氧是由水提供的，溶液显酸性，有H＋生成；（3）Al作阳极，失电子，生成Al3＋，Al3＋水解显酸性，溶液中HCO
水解显碱性，两者水解互相促进，生成Al（OH）3。
答案：
（1）2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
（2）镀铜时，铜单质作阳极，铜发生氧化反应生成Cu2＋，使溶液中的Cu2＋保持一定浓度
（3）Al＋3HCO
－3e－===Al（OH）3＋3CO2↑
[考点二 电解规律及相关计算][动态课件见光盘]
现用惰性电极分别电解H2SO4（aq）、NaCl（aq）、CuSO4（aq）。
请解答下列有关问题。
1．写出电解三种溶液的总反应方程式。
答案：
2H2O
2H2↑＋O2↑ 2NaCl＋2H2O
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 2CuSO4＋2H2O
2Cu＋O2↑＋2H2SO4
2．电解一段时间后，三种溶液的pH有何变化？
应通入（或加入）何物质可以使电解质溶液复原？
答案：
减小、增大、减小；水、HCl、CuO
3．若NaCl（aq）的体积为1L，电解时有0.01mole－转移时，溶液的pH是多少？
（忽略溶液体积的变化）。
答案：
12
4．CuSO4（aq）电解完成后，需加入9.8gCu（OH）2才能使电解质溶液复原，则该过程
中电子转移的物质的量是多少？
答案：
0.4mol
分析电解过程中电解质溶液变化的关键是牢记离子的放电顺序。
熟练解答电解计算的关键是灵活应用电子得失守恒，建立计算所需要的关系式。
1．以惰性电极电解电解质溶液的类型
类型
电极反应特点
电解质溶液
电解对象
电解质浓度
pH
电解质溶液复原
电解水型
阴：
4H＋＋4e－===2H2↑
阳：
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
强碱（NaOH）
水
增大
增大
加水
含氧酸（H2SO4）
水
增大
减小
加水
活泼金属的含氧酸盐（Na2SO4）
水
增大
不变
加水
电解电解质型
电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电
无氧酸（HCl）
电解质
减小
增大
通氯化氢
不活泼金属的无氧酸盐（CuCl2）
电解质
减小
加氯化铜
放H2生碱型
阴极：
H2O放H2生成碱
阳极：
电解质阴离子放电
活泼金属的无氧酸盐（NaCl）
电解质和水
生成新电解质
增大
通氯化氢
放O2生酸型
阴极：
电解质阳离子放电
阳极：
H2O放O2生成酸
不活泼金属的含氧酸盐（CuSO4）
电解质和水
生成新电解质
减小
加氧化铜
2．电解池中有关量的计算或判断
主要包括以下几方面：
根据直流电源提供的电量求产物的量（析出固体的质量、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。
解题方法：
[例2] （2012·化州市高三检测）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：
①电源的N端为________极；
②电极b上发生的电极反应为______________________________________________；
③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积；
④电极c的质量变化是________g；
⑤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？
___________________
[解析]
（1）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M为负极，N为正极。
②甲中盛放的是NaOH溶液，电解时实质上是电解水，b电极上的电极反应为：
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。
而要计算出b电极上产生气体的体积，就必须先根据丙中K2SO4浓度的变化计算出转移电子的物质的量。
设丙中电解水的质量为xg，由电解前后溶质质量相等可得：
100×10%＝（100－x）×10.47%，x＝4.5g，所以整个反应转移了0.5mol电子，根据电极方程式可计算出b电极放出的O2为0.125mol，其体积为2.8L，c电极上析出的铜为0.25mol，其质量为16g。
⑤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。
（2）铜全部析出时溶液变为H2SO4溶液，电解仍可以继续进行。
[答案]
（1）①正 ②4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
③丙中水减少的质量：
100g×
＝4.5g，
转移电子的物质的量：
×2＝0.5mol，
生成O2的体积：
×22.4L/mol＝2.8L。
④16
⑤碱性增大，因为电解后，水量减少，溶液中NaOH浓度增大 酸性增大，因为电解后生成H2SO4，溶液中H＋浓度增大 酸碱性大小没有变化，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
3．1L某溶液中含有的离子如下表：
离子
Cu2＋
Al3＋
NO
Cl－
物质的量浓度
（mol/L）
1
1
a
1
用惰性电极电解该溶液，当电路中有3mole－通过时（忽略电解时溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象），下列说法正确的是（ ）
A．电解后溶液的pH＝0 B．a＝3
C．阳极生成1.5molCl2D．阴极析出的金属是铜与铝
解析：
选A 根据离子的放电顺序及电子守恒可知：
阳极：
1mol氯离子先放电，产生0.5mol氯气，然后OH－放电转移2mole－，产生2molH＋，阴极Cu2＋放电，转移2mole－，然后H＋放电，消耗1molH＋，溶液中共产生1molH＋，故c（H＋）＝1mol/L，溶液pH＝0。
根据电荷守恒可推知a应等于4。
4．（2012·海南高考）下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是（ ）
A．HCl、CuCl2、Ba（OH）2
B．NaOH、CuSO4、H2SO4
C．NaOH、H2SO4、Ba（OH）2
D．NaBr、H2SO4、Ba（OH）2
解析：
选C 电解时只生成氢气和氧气，则电解质所含的阳离子在金属活动性顺序表中铜之前，阴离子不能是简单离子；电解HCl的方程式为：
2HCl
Cl2↑＋H2↑，A选项错；电解CuSO4溶液的方程式为：
2CuSO4＋2H2O
2Cu＋2H2SO4＋O2↑，B选项错；电解NaBr的方程式为：
2NaBr＋2H2O
2NaOH＋H2↑＋Br2，D选项错。
[考点三 金属的腐蚀和保护][ ]
1．镀锡铁制品的镀层破损后，镀层的锡对铁制品还有保护作用吗？
答案：
铁比锡活泼，镀层破损后，会加速铁的腐蚀。
2．在轮船外壳上嵌锌块的原因是什么？
答案：
铁、锌与海水构成原电池，锌作负极，铁作正极，铁受到了保护。
3．钢铁在潮湿的空气中长时间放置，最终生成铁锈的主要成分是什么？
用化学方程式表示这一过程。
答案：
Fe2O3；2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2、4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3、2Fe（OH）3===Fe2O3＋3H2O
金属腐蚀快慢的规律
（1）电解原理引起的阳极腐蚀＞原电池原理引起的负极腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。
（2）对同一种金属，腐蚀的快慢：
强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。
活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。
（3）对同一种电解质溶液，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
（4）由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液，故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式；另外，只有在金属活动性顺序表中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属腐蚀时只能是吸氧腐蚀。
如铜绿Cu2（OH）2CO3的形成就是吸氧腐蚀。
铜绿形成的原理是：
负极（Cu）：
2Cu－4e－===2Cu2＋；
正极（杂质）：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应：
O2＋2H2O＋2Cu===2Cu（OH）2；2Cu（OH）2＋CO2===Cu2（OH）2CO3＋H2O
[例3] （2012·山东高考）下列与金属腐蚀有关的说法正确的是（ ）
A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B．图b中，开关由M改置于N时，Cu Zn合金的腐蚀速率减小
C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大
D．图d中，Zn MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
[解析] 图a中，铁棒发生化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻，A项错误；图b中开关由M置于N，Cu Zn合金作正极，腐蚀速率减小，B对；图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt上放出，C项错误；图d中干电池放电时M
升级会员 