说明:
①阴阳离子在两极上放电顺序复杂,与离子性质、溶液浓度、电流强度、电极材料等都有关,不应将放电顺序绝对化,以上仅是一般规律。
②电解过程中析出的物质的量(或析出物质的质量):
在电解若干串联电解池中的溶液时,各阴极或阳极所通过的电量相等,析出物质的量取决于电路中通过的电量。
电解类型
举例
电极反应
溶液变化
溶液
复原
物质类别
实例
pH
c浓度
电解水
含氧酸
H2SO4
阳极:
阴极:
强碱
NaOH
活泼金属的含氧酸盐
Na2SO4
电解电解质
无氧酸
HCl
阳极:
阴极:
不活泼金属的无氧酸盐
CuCl2
阳极:
阴极:
溶质和溶剂同时电解
活泼金属的无氧酸盐
NaCl
阳极:
阴极:
不活泼金属的含氧酸盐
CuSO4
阳极:
阴极:
总结:
1、阳极产物:
____________________________________
2、阴极产物:
_____________________________________
阴极:
发生___________反应的电极。
与电源________相连的电极。
阳极:
发生____________反应的电极。
与电源__________相连的电极。
放电:
离子在电极失去或得
到电子,发生__________反应的过程。
电解:
使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。
电解池:
把电能转变为化学能的装置。
分析电解反应的一般思路:
例1.用电解质溶液为氢氧化钾水溶液的氢氧燃料电池电解饱和硫酸钠溶液一段时间,假设电解时温度不变且用惰性电极,下列说法不正确的是
A.当电池负极消耗mg
气体时,电解池阴极有mg气体生成
B.电解池的阳极反应式为:
4OH--4e-=2H2O+O2↑
C.反应后,电池中n(KOH)不变;电解池中溶液pH变大
D.电解后,c(Na2SO4)不变,且溶液中有晶体析出
例2.可用于电动汽车的铝-空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液,铝合金为负极,空气电极为正极。
下列说法正确的是
A.NaCl溶液或NaOH溶液为电解液,正极反应都为O2+2H2O+4e-=4OH-
B.以NaOH溶液为电解液时,负极反应为:
Al+3OH--3e-=Al(OH)3↓
C.以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D.电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极
例3.电
解2L4mol/L的NaCl溶液,当电路中通过0.02mol电子时,若不考虑由于电解而引起的溶液体积的变化,则溶液的pH为
A.2B.7C.11D.12
例4.Na2SO4和CuSO4的混合溶液1L,硫酸根离子的浓度为2mol/L,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(标准状况)气体,则原溶液中c(Na+)为
A.0.5mol/LB.1mol/LC.1.5mol/LD.2mol/L
例5.右图①为直流电源,②为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸,③为电镀槽。
接通电路后发现②上的d点显红色。
为实现铁上镀锌,接通K后,使c、d两点短路。
下列叙述不正确的是
A.a为直流电源的负极
B.c极发生的反应为2
H++2e-=H2↑[来源:
学。
科。
网Z。
X。
X。
K]
C.f电极为锌板
D.e极发生还原反应
例6.若用右图装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验,则下表中所列各项对应关系均正确的一组是
选项
电源
X极
实验前U形管中液体
通电后现象或结论
A
正极
Na2SO4溶液
U形管两端滴入酚酞后,a管中呈红色
B
正极
AgNO3溶液
b管中电极反应式是4OH-﹣4e-=2H2O+O2↑
C
负极
KC
l和CuCl
2混合溶液
相同条件下,a、b两管中产生的气体总体积可能相等
D
负极
Fe(OH)
3胶体和导电液
b管中液体颜色加深
例7.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
例8.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l00g10.00%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?
_____________________________________________________。
电解池
(二)电解应用
一、氯碱工业
目的:
电解饱和NaCl溶液,制取NaOH、H2、Cl2,并以它们为原料生产一系列化工产品
技术上必须考虑的问题:
1.NaCl溶液的精制去除有影响的Ca2+、Mg2+、SO42-
2.Cl2对NaOH溶液的影响
3.H2与空气、Cl2的安全问题
氯碱工业-阳离子交换膜
•阳离子交换膜的特点:
只允许阳离子通过,阻
止阴离子和气体分子通过
•作用:
(1)阻止了H2、Cl2混合,避免了爆炸;
(2)阻止了Cl2与NaOH反应;
(3)极大地降低了碱液中NaCl的含量。
二、铜的精炼
•目的:
火法冶炼得到的铜纯度不够高,不能满足电气工业对铜
的要求(含Cu量≥99.95%)。
为了得到高纯度的铜常采用电解法精炼。
•粗铜中的主要杂质:
Zn、Fe、Ni、Pb、Au、Ag、Cu2O、CuS等
•原理:
电解质溶液为CuSO4(aq)
•阳极(粗铜
):
Zn-2e-=Zn2+、Fe-2e-=Fe2+、Ni-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+
•Ag、Au掉入阳极附近形成阳极泥
•阴极(纯
铜):
Cu2++2e-=Cu(2个判定)
三、电镀
•阳极—镀层金属M-ne-=Mn+
•阴极—镀件
M
n++ne-=M[来源:
学&科&网Z&X&X&K]
•电解液:
含镀层金属阳离子的盐溶液。
四、电冶金
1、钠的冶炼
•原料:
NaCl
•阴极材料:
不锈钢阳极材料
:
石墨
•电极反应:
阴极:
_______________阳极:
_______________
金属钠的冶炼
2、镁的冶炼
•原料:
MgCl2
•阴极材料:
不锈钢阳极材料:
石墨
•电极反应:
•阴极:
________________________阳极:
__________________________
3、铝的冶炼
•原料:
Al2O3
•阴极材料:
不锈钢阳极材料:
石墨
•阴极:
_________________________阳极:
_________________________
Al2O3的熔点2045℃
冰晶石___________将Al2O3的熔点降低到大约1000℃
电解食盐水
电镀
电解精炼铜(含Fe、Ag、Zn)
电冶金
(1)阴极室与阳极室应用阳离子交换膜分开,只允许阳离子Na+通过,而阻止阴离子(Cl-、OH-)和分子Cl2通过,这样既能阻止H2和Cl2混合爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。
(2)食盐水需经净化,除Mg2+、Ca2+、Fe3+、SO42-等离子。
(1)镀件必须作阴极。
镀层金属作阳极。
(2)用含镀层阳离子的溶液作电镀液。
(3)电镀液的浓度保持不变
(1)粗铜作阳极,溶解下来。
[来源:
学#科#网Z#X#X#K]
(2)
精铜作阴极。
(3)阳极泥包括Ag和Au,电解质溶液中c(Cu2+)会不断减少,应定期的更换电解质溶液,阳极减少Cu的质量小于阴极增加铜的质量。
(1)制备金属钠电解熔融的NaCl
(2)制备金属铝
电解熔融的Al2O3
例1、德国人哈伯发明了合成氨技术而获得1918年诺贝尔化学奖,但该方法须在高温高压催化剂条件下,否则难以自发进行。
2000年希腊化学家斯佳在《科学》杂志上公布了他的新发明在常
压下把氢气与氮气通入一加热到570℃的电解池(如图
),氢氮在电极上合成氨,而且转化率高于哈伯法的五倍,达到80%。
该电解池采用了能传导某种离子(H+、Li+、F-、O2-)的固体复合氧化物
为电解质(简称SCY),吸附在SCY内外侧表面的金
属钯多孔多晶薄膜为电极。
写出上文中电解池的阴阳极反应式和电解池总反应式。
例2、电解NaCl的饱和溶液,NaCl+H2O
NaClO+H2↑,画出电解装置图:
例3、碘被称为“智力元素”,科学合理地补充碘可防止碘缺乏病。
碘酸钾(KIO3)是国家规定的食盐加碘剂,它的晶体为白色,可溶于水。
碘酸钾在酸
性介质中与过氧化氢或碘化物作用均生成单质碘。
以碘为原料,通过电解制备碘酸钾的实验装置如右图所示。
(1)电解前,先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液,溶解时发生反应:
3I2+6KOH=5KI+KIO3+3H2O,将该溶液加入阳极区。
另将氢氧化钾溶液加入阴极区,电解槽用水冷却。
电解时,阳极上发生反应的电极反应式为;阴极上观察到的实验现象是。
(2)电解过程中,为确定电解是否完成,需检验电解液中是否有I-。
请设计一个检验电解液中是否有I-的实验方案,并按要求填写下表。
要求:
所需药品只能从下列试剂中选择,实验仪器及相关用品自选。
试剂:
淀粉溶液、碘化钾淀粉试纸、过氧化氢溶液、稀硫酸。
实验方法
实验现象及结论
例4、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金属铝,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
例5、下列关于铜电极的叙述正确的是
A.铜锌原电池中铜作负极
B.在铁制品上电镀铜时,用铜作阴极
C.电解饱和食盐水制烧碱时,用铜作阳极
D.电解法精炼铜时,粗铜连接电源的正极
例6、以下现象与电化学腐蚀无关的是
A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿
B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈
C.铁制器件附有铜
质配件,在接触处易生铁锈
D.银质奖牌长期放置后在其奖牌的表面变暗
电极反应式的书写
一、正确书写原电池电极反应式
(1)列出正、负电极上的反应物质,在等式的两边分别写出反应物和生成物。
(2)标明电子的得失。
(3)使质量守恒。
电极反应式书写时注意:
①负极反应生成物的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。
若不共存,则该电解质溶液中的阴离子应该写入负极反应式;
②若正极上的反应物质是O2,且电解质溶液为中性或碱性,则H2O必须写入极反应式,且生成物为,若电解液为酸性,则H+必须写入反应式中,生成物为。
③电极反应式的书写必须遵循离子方程式的书写要求。
(4)正负极反应式相加得到电池反应的总的化学方程式。
若能写出
总反应式,可以减去较易写出的电极反应式,从而写出较难书写的电极方程式。
注意相加减时电子得失数目要相等。
总结:
1、负极(失电子、氧化、阳极、阴离子向这运动)
2、电解质(参与反应)
例1.根据右图,可判断出下列离子方程式中错误的是
A.2Ag(s)+Cd2+(aq)=2Ag+(aq)+Cd(s)
B.Co2+(aq)+Cd(s)=Co(s)+Cd2+(aq)
C.2Ag+(aq)+Cd(s)=2Ag(s)+Cd2+(aq)
D.2Ag+(aq)+Co(s)
=2Ag(s)+Co2+(aq)
例2.右图装置中,U型管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液,各加入生铁块,放置一段时间。
下列有关描述错误的是
A.生铁块中的碳是原电池的正极
B.红墨水柱两边的液面变为左低右高
C.两试管中相同的电极反应式是:
Fe-
2e-=Fe2+
D.a试管中发生了吸
氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀
例3.Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。
该电池的电极材料分别为锂和碳,电解液是LiAlCl4-SOCl2。
电池的总反应可表示为:
4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2。
请回答下列问题:
(1)电池的负极材料为________,发生的电极反应为__________;
(2)电池正极发生的电极反应为___________________________;
(3)SOCl2易挥发,实验室中常用NaOH溶液吸收
SOCl2,有Na2SO3和NaCl生成。
如果把少量水滴到SOCl2中,实验现象是_____
______________,反应的化学方程式为_____________________;
(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行,原因是___________________________。
例4.被称之为“软电池”的纸质电池,采用一个薄层纸片作为传导体,在其一边镀锌,而在其另一边镀二氧化锰。
水(加入氧化锌)作为电解液。
电池总反应为:
Zn
+2MnO2+H2O=ZnO+2MnO(OH)。
下列说法正确的是
[来源:
学科网ZXXK]
A.该电池的正极为锌
B.该电池反应中二氧化锰起催化剂作用
C.电池正极反应式为:
2MnO2+2e一+2H2O=2MnO(OH)+2OH-
D.当0.lmolZn完全溶解时,流经电解液的电子个数为1.204×l023
例5.某新型电池,以NaBH4(B的化合价为+3价)和H2O2
作原料,
该电池可用作深水勘探等无空气环境电源,其工作原理如下图所
示。
下列说法正确的是
A.a极上的电极反应式为:
BH4-+8OH--8e-=BO2
-+6H2O
B.b极上的电极反应式为:
H2O2+2e-+2H+=2H2O
C.每消耗3molH2O2,转移3mole-
D.电池工作时Na+从b极区移向a极区
二、正确书写电解池的电极反应式
1、分析溶液中的阴阳离子2、根据实验目的或放电顺序写出电极反应
3、考虑电解质溶液看是否调整Na+F
-<含氧酸根SO42-总结:
1、阳极产物:
2、阴极产物:
例6.电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图如下图所示(电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴、阳极均为惰性电极)。
电解时,阳极的电极反应式为。
例7.用惰性电极电解溶液的装置如右图所示。
阳极区放出气体的成分为。
(填化学式)
三、关于充放电问题
铅蓄电池
放电电极反应:
负极:
Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s);
正极:
PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l)
总反应式:
充电电极反应:
阳极:
PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq);
阴极:
总反