11.电解、电离和电镀的区别
电解
电离
电镀
条件
受直流电作用
受热或水分子作用
受直流电作用
实质
阴阳离子定向移动,在两极发生氧化还原反应
阴阳离子自由移动,无明显的化学变化
用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金
实例
CuCl2
Cu+Cl2
CuCl2==Cu2++2Clˉ
阳极Cu-2e-=Cu2+
阴极Cu2++2e-=Cu
关系
先电离后电解,电镀是电解的应用
12.电镀铜、精炼铜比较
电镀铜
精炼铜
形成条件
镀层金属作阳极,镀件作阴极,电镀液必须含有镀层金属的离子
粗铜金属作阳极,精铜作阴极,CuSO4溶液作电解液
电极反应
阳极Cu-2e-=Cu2+
阴极Cu2++2e-=Cu
阳极:
Zn-2e-=Zn2+Cu-2e-=Cu2+等
阴极:
Cu2++2e-=Cu
溶液变化
电镀液的浓度不变
溶液中溶质浓度减小
12.电解方程式的实例(用惰性电极电解):
电解质溶液
阳极反应式
阴极反应式
总反应方程式
(条件:
电解)
溶液酸碱性变化
CuCl2
2Cl--2e-=Cl2↑
Cu2++2e-=Cu
CuCl2=Cu+Cl2↑
——
HCl
2Cl--2e-=Cl2↑
2H++2e-=H2↑
2HCl=H2↑+Cl2↑
酸性减弱
Na2SO4
4OH--4e-=2H2O+O2↑
2H++2e-=H2↑
2H2O=2H2↑+O2↑
不变
H2SO4
4OH--4e-=2H2O+O2↑
2H++2e-=H2↑
2H2O=2H2↑+O2↑
消耗水,酸性增强
NaOH
4OH--4e-=2H2O+O2↑
2H++2e-=H2↑
2H2O=2H2↑+O2↑
消耗水,碱性增强
NaCl
2Cl--2e-=Cl2↑
2H++2e-=H2↑
2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOH
H+放电,碱性增强
CuSO4
4OH--4e-=2H2O+O2↑
Cu2++2e-=Cu
2CuSO4+2H2O=2Cu+O2↑+2H2SO4
OHˉ放电,酸性增强
13,以惰性电极电解电解质溶液的规律:
⑴电解水型:
电解含氧酸,强碱,活泼金属的含氧酸盐,如稀H2SO4、NaOH溶液、Na2SO4溶液:
阳极:
4OH--4e-=2H2O+O2↑阴极:
2H++2e-=H2↑总反应:
2H2O
2H2↑+O2↑,
溶质不变,PH分别减小、增大、不变。
酸、碱、盐的加入增加了溶液导电性,从而加快电解速率(不是起催化作用)。
⑵电解电解质:
无氧酸(HF除外)、不活泼金属的无氧酸盐,如CuCl2
阳极:
2Cl--2e-=Cl2↑阴极:
Cu2++2e-=Cu总反应:
CuCl2=Cu+Cl2↑
⑶放氢生成碱型:
活泼金属的无氧酸盐(F化物除外)如NaCl
阳极:
2Cl--2e-=Cl2↑阴极:
2H++2e-=H2↑总反应:
2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOH
公式:
电解质+H2O→碱+H2↑+非金属
⑷放氧省酸型:
不活泼金属的含氧酸盐,如CuSO4
阳极:
4OH--4e-=2H2O+O2↑阴极:
Cu2++2e-=Cu总反应:
2CuSO4+2H2O=2Cu+O2↑+2H2SO4
公式:
电解质+H2O→酸+O2↑+金属
解NaCl溶液:
2NaCl+2H2O
H2↑+Cl2↑+2NaOH,溶质、溶剂均发生电解反应,PH增大
14.电解原理的应用
A、电解饱和食盐水(氯碱工业)
⑴反应原理
阳极:
2Cl--2e-==Cl2↑
阴极:
2H++2e-==H2↑
总反应:
2NaCl+2H2O
H2↑+Cl2↑+2NaOH
⑵设备(阳离子交换膜电解槽)
①组成:
阳极—Ti、阴极—Fe
②阳离子交换膜的作用:
它只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过。
⑶制烧碱生产过程(离子交换膜法)
①食盐水的精制:
粗盐(含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等)→加入NaOH溶液→加入BaCl2溶液→加入Na2CO3溶液→过滤→加入盐酸→加入离子交换剂(NaR)
②电解生产主要过程(见图20-1):
NaCl从阳极区加入,H2O从阴极区加入。
阴极H+放电,破坏了水的电离平衡,使OH-浓度增大,OH-和Na+形成NaOH溶液。
B、电解冶炼铝
⑴原料:
(A)、冰晶石:
Na3AlF6=3Na++AlF63-
(B)、氧化铝:
铝土矿
NaAlO2
Al(OH)3
Al2O3
⑵原理
阳极2O2--4e-=O2↑
阴极Al3++3e-=Al
总反应:
4Al3++6O2ˉ
4Al+3O2↑
⑶设备:
电解槽(阳极C、阴极Fe)
因为阳极材料不断地与生成的氧气反应:
C+O2→CO+CO2,故需定时补充。
C、电镀:
用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金的过程。
⑴镀层金属作阳极,镀件作阴极,电镀液必须含有镀层金属的离子。
电镀锌原理:
阳极Zn-2eˉ=Zn2+
阴极Zn2++2eˉ=Zn
⑵电镀液的浓度在电镀过程中不发生变化。
⑶在电镀控制的条件下,水电离出来的H+和OHˉ一般不起反应。
⑷电镀液中加氨水或NaCN的原因:
使Zn2+离子浓度很小,镀速慢,镀层才能致密、光亮。
D、电解冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。
E、电解精炼铜:
粗铜作阳极,精铜作阴极,电解液含有Cu2+。
铜前金属先反应但不析出,铜后金属不反应,形成“阳极泥”。
易错题总结
【1】取一张用饱和的NaCl溶液浸湿的pH试纸,两根铅笔芯作电极,接通直流电源,一段时间后,发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圈
为白色,外圈呈浅红色。
则下列说法错误的是()
A.b电极是阴极B.a电极与电源的正极相连
C.电解过程中水是氧化剂D.b电极附近溶液的pH变小
【错误分析】错选A或B,依据图示,b处出现圆圈,说明b极产生氯气,所以b为阳极与电源正极相连,a为阴极与电源负极相连。
答案:
D
【2】右图所示装置I是一种可充电电池,装置II为电解池。
离子交换膜只允许Na
通过,充放电的化学方程式为2Na2S2+NaBr3Na2S4+3NaBr。
闭合开关K时,b极附近先变红色。
下列说法正确的是
A.负极反应为4Na
4e
=
4Na
B.当有0.01molNa
通过离子交换膜时,b电极上析出标准状况下的气体
112mL
C.闭合K后,b电极附近的pH变小
D.闭合K后,a电极上有气体产生
【错误分析】错选C或D,错选C认为b极发生了
2Cl--2e-===Cl2↑,Cl2+H2O=HCl+HClO,错选D是认为a 极发生了2H2O-2e-===H2↑+
2OH-。
对于电解饱和食盐水原理不清析,阳极电极反应式为:
2Cl--2e-===Cl2↑,阴极电极反应式为:
2H2O-4e-===H2↑+2OH-,活波金属与电源正极相连首先失去电子。
【答案】B
【纠错】本题信息新颖,多数同学被所给的电池反应很不熟悉,习惯写出电极式的同学会因为写不出电极反应式而做不出来。
电源的正极:
Br3-+2e-=3Br-电源的负极2S22--2e-=S42-,内电路为Na+移动导电。
由题意可知b极(阴极):
2H2O-2e-===H2↑+2OH-,a 极(阳极):
Cu-2e-=Cu2+,所以C,D均错误。
对于B项当有0.01molNa
通过离子交换膜时,说明有内电路通过了0.01mol的电荷,外电路转移的电子也就为0.01mol。
结合b极反应,产生的气体就为0.005mol,体积为112mL。
只有B正确。
【3】燃料电池是燃料(如CO,H2,CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置,电解质溶液是强碱溶液,下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是
A.负极反应式:
O2+2H2O+4e==4OH-
B.负极反应式:
CH4+8OH--8e==CO2+6H2O
C.随着放电的进行,溶液的pH值不变
D.放电时溶液中的阴离子向负极移动
【答案】D
负极反应的另一误区是,不考虑介质环境,反应产物与实际不符。
如燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出,它将进一步反应转化成碳酸根。
所以负极反应式为:
由于部分碱液和二氧化碳反应,所以溶液的pH值将减小。
选项C为错误结论。
类似铅蓄电池在放电时,介质为硫酸溶液,所以负极反应式为:
以上还应归纳的:
①在碱性溶液中:
缺氧,应由氢氧根离子提供,剩下转化为水;氧多,应和水结合生成氢氧根离子。
②在中性溶液中:
缺氧,应由水提供,剩下转化为氢离子;氧多,应和水结合生成氢氧根离子。
③在酸性溶液中:
缺氧,应由水提供,剩下转化为氢离子;氧多,应和氢离子结合生成水。
总之,溶液的酸碱性变化应是由酸性→中性→碱性或碱性→中性→酸性。
【纠错】不考虑介质环境、离子方程式书写错误
【4】熔融碳酸盐燃料电池的电解质为Li2CO3和Na2CO3的混合物,燃料为CO,氧化剂是含CO2的O2,在工作过程中,电解质熔融液的组成、浓度都不变。
①负极反应为:
______,②正极反应为:
______,③工作时熔融体中的______向负极移动。
【解析】本题是全新信息给予题,燃料电池用熔融的碳酸盐作电解质,由于思维定势,正极的反应应为溶液中的阳离子得电子,根据同主族元素性质递变,锂离子应比钠离子易得电子,所以得出正极反应:
Li++e==Li,错误结论。
实际上题目给了很重要的信息,即电解质熔融液的组成和浓度都不变。
电解水时,水中的氢氧根离子,在负极参加反应被消耗,而在正极反应又生成,保持其浓度不变。
将其迁移到本题,在负极:
一氧化碳和碳酸根离子失电子转化为二氧化碳;在正极:
二氧化碳和氧气得电子转化为碳酸根离子。
本题的另一误区是,在原电池中不知阴、阳离子流向哪一极。
也是由于思维定势,往往认为负极电子多,应该阳离子流向负极。
实际上负极是活泼金属失电子,但电子不是停留在负极,而是由外电路很快流向正极(产生电流,释放电能),阳离子流向正极,在正极放电,生成新物质;相反阴离子将流向阴极。
【纠错】审题注意“电解质熔融液的组成和浓度都不变”的关键信息。
【5】在盛有稀H2SO4的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片,下列叙述正确的是()
A.正极附近的SO42-离子浓度逐渐增大
B.电子通过导线由铜片流向锌片
C.正极有O2逸出
D.铜片上有H2逸出
【答案】D
【解析】本题符合铜锌原电池的形成条件,原电池工作时,电子由负极(锌)经外电路(导线)流向正极(铜)。
负极锌片:
Zn-2e-
Zn2+;正极铜片:
2H++2e-
H2↑,总反应为:
Zn+2H+
Zn2++H2↑,原电池中没有产生O2。
没有参与反应的SO42-离子浓度不会逐渐增大。
【状元纠错】原电池工作时,电子由负极流向正极(电流由正极流向负极)。
不参与电极反应的离子不能定向移动,这种离子在溶液的各个区域浓度基本不变。
【6】如图所示各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序是()
A.④>②>①>③ B.②>①>③>④
C.④>②>③>① D.③>②>④>①
【答案】A
【解析】金属腐蚀在此条件下主要是电化学腐蚀,通常从原电池原理以及电解的原理进行分析。
当铁与比它不活泼的金属连在一起构成原电池时,铁为负极,被腐蚀的速度增大,②>①;当铁与比它活泼的金属连接,构成原电池时,铁是正极,铁被保护,被腐蚀的速度减小,③<①;在电解装置中,铁接电源的正极,铁被腐蚀的速度加快,因此,腐蚀速度④>②>①>③。
【纠错】金属腐蚀快慢的判断:
电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>
化学腐蚀>有防腐蚀措施的腐蚀;
【7】X、Y、Z、M代表四种金属元素,金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时,X溶解,Z极上有氢气放出;若电解Y2+和Z2+共存的溶液时,Y先析出;又知M2+的氧化性强于Y2+。
则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为()
A.X>Z>Y>MB.X>
Y>Z>MC.M>Z>X>YD.X>Z>M>Y
【答案】A
【解析】金属X和Z用导线连接放入稀H2SO4中,形成原电池,X溶解说明金属活动性X>Z;电解Y2+和Z2+共存的溶液时,Y先析出,则金属活动性Z>Y;离子的氧化性越强,其单质的金属活动性越弱,则金属活动性Y>M,所以正确答案为A。
【纠错】根据原电池原理和电解池原理综合判断,熟悉金属活动顺序表
【8】某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。
滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿,然后平铺在一块铂片上,接通电源后,用铅笔在滤纸上写字,会出现红色字迹。
据此,下列叙述正确的是()
A.铅笔端作阳极,发生还原反应C.铅笔端有少量的氯气产生
B.铂片端作阴极,发生氧化反应D.a点是负极,b点是正极【答案】D
【解析】本题考查的是电解饱和食盐水实验,电解实验中阳极发生氧化反应,生成氯气,阴极发生还原反应生成氢气,由电极反应式可知,在阴极生成氢氧化钠,出现红色字迹,所以铅笔做阴极,a为电源负极。
【纠错】不熟悉电解原理和电极反应,对反应原理和实验现象不能正确判断。
【9】金属镍有广泛的用途。
粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是()(已知:
氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+)
A.阳极发生还原反应,其电极反应式:
Ni2++2e-=Ni
B.电解过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+
D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
【答案】D
【纠错】对离子的氧化性强弱与放电顺序不能正确一一对应,对电解原理认识模糊。
【10】500mLKNO3和Cu(N03)2的混合溶液中c(NO3-)=6.0mol·L-1,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22.4L气体(标准状况),假定电解后溶液体积仍为500mL,下列说法正确的是()
A.原混合溶液中c(K+)为4mol·L-1
B.上述电解过程中共转移4mol电子
C.电解得到的Cu的物质的量为0.5mol
D.电解后溶液中c(H+)为2mol·L-1
【答案】B
【解析】两极反应为:
阴极Cu2++2e-=Cu2H++2e-=H2↑阳极:
4OH--4e-=O2↑+2H2O,两极都收集1mol气体,由阳极得到转移电子为4mol,又知生成1molH2转移电子2mol,根据电子得失守恒:
n(Cu2+)=1mo;再通过离子所带电荷的守恒,在500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中存在关系:
2c(Cu2+)+c(K+)