二 电解池.docx

二 电解池.docx

《二 电解池.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二 电解池.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

二电解池

二电解池

电解原理

1、电解和电解池：

使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。

把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。

CuCl2

Cu＋Cl2↑

2、电解池的组成：

①有两个电极插入电解质溶液（或熔融状态的电解质）中。

②两极连外接直流电源。

3、离子的放电顺序：

阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。

电解电解质溶液时，在阴阳两极上首先发生放电反应的离子分别是溶液里最容易放电的阳离子和最容易放电的阴离子。

（1）阳极：

（还原性强的先放电）

惰性电极（Pt、Au、石墨、钛等）时：

S2－>I－>Br－>Cl－>OH－（水）>NO3－>SO42－>F－

活性电极时：

电极本身溶解放电。

（2）阴极：

（氧化性强的先放电）

无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。

阳离子在阴极上的放电顺序是：

Ag+>Hg2+>Cu2+>H+（水）>Pb2+>Fe2+>…>Na+>Ca2+>K+

4、电解规律：

（惰性电极）

（1）电解电解质：

阳离子和阴离子放电能力均强于水电离出H+和OH－。

如无氧酸和不活泼金属的无氧酸盐。

①HCl（aq）

阳极（Cl－＞OH－）2Cl――2e－＝Cl2↑

阴极（H＋）　　　　2H＋＋2e－＝H2↑

总方程式　　2HCl

H2↑＋Cl2↑

②CuCl2（aq）

阳极（Cl－＞OH－）2Cl――2e－＝Cl2↑

阴极（Cu2＋＞H＋）　Cu2＋＋2e－＝Cu

总方程式　　CuCl2

Cu＋Cl2↑

（2）电解水：

阳离子和阴离子放电能力均弱于水电离出H+和OH－。

如含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐。

①H2SO4（aq）

阳极（SO42－＜OH－＝4OH――4e－＝2H2O＋O2↑

阴极（H＋）　　　　　2H＋＋2e－＝H2↑

总方程式　　　2H2O

2H2↑＋O2↑

②NaOH（aq）

阳极（OH－）4OH――4e－＝2H2O＋O2↑

阴极：

（Na＋＜H＋＝　2H＋＋2e－＝H2↑

总方程式　　　2H2O

2H2↑＋O2↑

③Na2SO4（aq）

阳极（SO42－＜OH－＝　4OH――4e－＝2H2O＋O2↑

阴极：

（Na＋＜H＋＝2H＋＋2e－＝H2↑

总方程式　　　2H2O

2H2↑＋O2↑

（3）电解水和电解质：

阳离子放电能力强于水电离出H+，阴离子放电能力弱于水电离出OH－，如活泼金属的无氧酸盐；阳离子放电能力弱于水电离出H+，阴离子放电能力强于水电离出OH－，如不活泼金属的含氧酸盐。

①NaCl（aq）

阳极（Cl－＞OH－）2Cl――2e－＝Cl2↑

阴极：

（Na＋＜H＋＝　2H＋＋2e－＝H2↑

总方程式　2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

②CuSO4（aq）

阳极（SO42－＜OH－＝　4OH――4e－＝2H2O＋O2↑

阴极（Cu2＋＞H＋）　Cu2＋＋2e－＝Cu

总方程式2CuSO4＋2H2O

2Cu＋2H2SO4＋O2↑

【归纳总结】

（1）电解的四种类型（惰性电极）：

典型例题分析

例1、下图中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极板处有无色无臭气体放出，符合这一情况的是（）

a极板

b极板

x电极

Z溶液

A

锌

石墨

负极

CuSO4

B

石墨

石墨

负极

NaOH

C

银

铁

正极

AgNO3

D

铜

石墨

负极

CuCl2

分析：

通电后a极板增重，表明溶液中金属阳离子在a极板上放电，发生还原反应析出了金属单质，因此可确定a极板是电解池的阴极，与它相连接的直流电源的x极是负极。

选项C中x极为正极，故C不正确。

A中电解液为CuSO4溶液，阴极a板上析出Cu而增重，阳极b板上由于OH－离子放电而放出无色无臭的O2，故A正确。

B中电解液为NaOH溶液，通电后阴极a上应放出H2，a极板不会增重，故B不正确。

D中电解液为CuCl2溶液，阴极a板上因析出Cu而增重，但阳板b板上因Cl－离子放电，放出黄绿色有刺激性气味的Cl2，故D不正确。

答案为A。

例2、高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。

高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O

3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH

下列叙述不正确的是

A、放电时负极反应为：

Zn－2e—+2OH—=Zn（OH）2

B、充电时阳极反应为：

Fe（OH）3－3e—+5OH—=FeO

+4H2O

C、放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化

D、放电时正极附近溶液的碱性增强

分析：

A是关于负极反应式的判断，判断的要点是：

抓住总方程式中“放电”是原电池、“充电”是电解池的规律，再分析清楚价态的变化趋势，从而快速准确的判断，A是正确的。

B是充电时的阳极方程式，首先判断应该从右向左，再判断阳极应该是失去电子，就应该是元素化合价升高的元素所在的化合物参加反应，然后注重电子、电荷以及元素三个守恒，B正确；C主要是分析原总方程式即可，应该是1molK2FeO4被还原，而不是氧化。

D选项中关于放电时正极附近的溶液状况，主要是分析正极参加反应的物质以及其电极反应式即可，本答案是正确的。

答案选C。

例3、通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为+1价）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n（硝酸银）︰n（硝酸亚汞）=2︰1，则下列表述正确的是（）

A、在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n（Ag）︰n（Hg）=2︰1

B、在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等

C、硝酸亚汞的分子式为HgNO3

D、硝酸亚汞的分子式为Hg2（NO3）2

分析：

通以相等的电量即是通过相同的电子数，银和亚汞都是+1价，因此，得到的单质银和汞的物质的量也应相等；又因电解的n（硝酸银）︰n（硝酸亚汞）=2︰1，硝酸银的化学式为AgNO3，故硝酸亚汞的化学式不可能为HgNO3，只能为Hg2（NO3）2。

答案为D。

例4、下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。

通电一段时间后，只在c、d两极上共收集到336mL（标准状态）气体。

回答：

（1）直流电源中，M为极。

（2）Pt电极上生成的物质是，其质量为g。

（3）电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为：

2∶∶∶。

（4）AgNO3溶液的浓度（填增大、减小或不变。

下同），AgNO3溶液的pH，H2SO4溶液的浓度，H2SO4溶液的pH。

（5）若H2SO4溶液的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的H2SO4溶液为多少g。

分析：

电解5.00%的稀H2SO4，实际上是电解其中的水。

因此在该电解池的阴极产生H2，阳极产生O2，且V（H2）：

V（O2）=2：

1。

据此可确定d极为阴极，则电源的N极为负极，M极为正极。

在336mL气体中，V（H2）=2/3×336ml=224ml，为0.01mol，V（O2）=1/3×336ml=112ml，为0.005mol。

说明电路上有0.02mol电子，因此在b极（Pt、阴极）产生：

0.02×108=2.16g，即0.02mol的Ag。

则n（e）∶n（Ag）∶n（O2）∶n（H2）=0.02∶0.02∶0.005∶0.01=4：

4：

1：

2。

由Ag（阳）电极、Pt（阴）电极和AgNO3溶液组成的电镀池，在通电一定时间后，在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag+离子的物质的量，等于Ag电极被还原给溶液补充的Ag+离子的物质的量，因此[AgNO3]不变，溶液的pH也不变。

电解5.00%的H2SO4溶液，由于其中的水发生电解，因此[H2SO4]增大，由于[H+]增大，故溶液的pH减小。

设原5.00%的H2SO4溶液为xg，电解时消耗水0.01×18=0.18g，则：

，解得：

。

答案：

（1）正

（2）Ag、2.16（3）2∶1/2∶1；

（4）不变、不变、增大、减小；（5）45.18。

（2）电解质溶液浓度复原：

加入物质与电解产物的反应必须符合电解方程式生成物的化学计量数。

（3）电解时pH的变化：

电极区域：

阴极H+放电产生H2，破坏水的电离平衡云集OH－，阴极区域pH变大；阳极OH－放电产生O2，破坏水的电离平衡云集H+，阳极区域pH变小。

电解质溶液：

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。

如电解CuCl2溶液（CuCl2溶液由于Cu2+水解显酸性），一旦CuCl2全部电解完，pH值会变大，成中性溶液。

电解过程中，只产生H2，pH变大。

电解过程中，只产生O2，pH变小。

（4）电极方程式的书写：

①先看电极；②再将溶液中的离子放电顺序排队，依次放电；③注意要遵循电荷守恒，电子得失的数目要相等。

（二）电解原理的应用

1、铜的电解精炼

2、

阳极（粗铜棒）：

Cu－2e－＝Cu2＋

阴极（精铜棒）：

Cu2＋＋2e－＝Cu

电解质溶液：

含铜离子的可溶性电解质

分析：

因为粗铜中含有金、银、锌、铁、镍等杂质，电解时，比铜活泼的锌、铁、镍会在阳极放电形成阳离子进入溶液中，Zn－2e－=Zn2+、Fe－2e－=Fe2+、Ni－2e－=Ni2+，Fe2+、Zn2+、Ni2+不会在阴极析出，最终留存溶液中，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均会改变。

还原性比铜差的银、金等不能失去电子，它们以单质的形式沉积在电解槽溶液中，成为阳极泥。

阳极泥可再用于提炼金、银等贵重金属。

2、电镀

阳极（镀层金属）：

Cu－2e－＝Cu2＋

阴极（镀件）：

Cu2＋＋2e－＝Cu

电镀液：

含镀层金属的电解质

分析：

因为由得失电子数目守恒可知，阳极放电形成的Cu2＋离子和阴极Cu2＋离子放电的量相等，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均不会改变。

（1）电镀是电解的应用。

电镀是以镀层金属为阳极，待镀金属制品为阴极，含镀层金属离子为电镀液。

（2）电镀过程的特点：

牺牲阳极；电镀液的浓度（严格说是镀层金属离子的浓度）保持不变；在电镀的条件下，水电离产生的H+、OH—一般不放电。

电解饱和食盐水——氯碱工业

氯碱工业所得的NaOH、Cl2、H2都是重要的化工生产原料，进一步加工可得多种化工产品，涉及多种化工行业，如：

有机合成、医药、农药、造纸、纺织等，与人们的生活息息相关。

阳极：

石墨或金属钛　2Cl――2e＝Cl2↑

阴极：

铁网　　　　　2H＋＋2e＝H2↑

电解质溶液：

饱和食盐水

总方程式：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

分析：

在饱和食盐水中接通直流电源后，溶液中带负电的OH—和Cl—向阳极移动，由于Cl—比OH—容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出；溶液中带正电的Na+和H+向阴极移动，由于H+比Na+容易失去电子，在阴极被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子放出；在阴极上得到NaOH。

（1）饱和食盐水的精制：

原因：

除去NaCl中的MｇCl2、Na2SO4等杂质，防止生成氢氧化镁沉淀影响

溶液的导电性，防止氯化钠中混有硫酸钠影响烧碱的质量。

试剂加入的顺序：

先加过量的BaCl2和过量的NaOH（顺序可换），再加入过量的Na2CO3，过滤，加盐酸调节pH为7。

（2）隔膜的作用：

防止氢气和氯气混合发生爆炸；防止氯气和氢氧化钠反应影响烧碱的质量。

4、电解法冶炼活泼金属：

（1）电解熔融的氯化钠制金属钠：

2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑

（2）电解熔融的氯化镁制金属镁：

MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑

（3）电解熔融的氧化铝制金属铝：

2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑

分析：

在金属活动顺序表中K、Ca、Na、Mg、Al等金属的还原性很强，这些金属都很容易失电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用电解其化合物熔融状态方法来冶炼。

注意：

电解熔融NaCl和饱和NaCl溶液的区别；不能用MgO替代MgCl2的原因；不能用AlCl3替代Al2O3的原因。

1．确定金属活动性顺序

例1．（1993年上海高考化学题）有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线联结起来，浸入电解质溶液中，B不易被腐蚀；将A、D分别投入到等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液中无明显变化；将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。

据此可推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为（）

A．D＞C＞A＞BB．D＞A＞B＞C

C．D＞B＞A＞CD．B＞A＞D＞C

解析：

根据原电池原理，较活泼金属作负极，较不活泼金属作正极，B不易被腐蚀，说明B为正极，金属活动性A＞B。

另可比较出金属活动性D＞A，B＞C。

故答案为B项。

2．比较反应速率

例2．（2000年北京春季高考化学题）100mL浓度为2mol·L-1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是（）

A．加入适量的6mol·L-1的盐酸

B．加入数滴氯化铜溶液

C．加入适量蒸馏水

D．加入适量的氯化钠溶液

解析：

向溶液中再加入盐酸，H+的物质的量增加，生成H2的总量也增加，A错。

加入氯化铜后，锌置换出的少量铜附在锌片上，形成了原电池反应，反应速率加快，又锌是过量的，生成H2的总量决定于盐酸的量，故B正确。

向原溶液中加入水或氯化钠溶液都引起溶液中H+浓度的下降，反应速率变慢，故C、D都不正确。

本题答案为B项。

3．书写电极反应式、总反应式

例3．（2000年全国高考理综题）熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：

阳极反应式：

2CO+2CO32--4e-==4CO2

阴极反应式：

_________________，

电池总反应式：

_______________。

解析：

作为燃料电池，总的效果就是把燃料进行燃烧。

本题中CO为还原剂，空气中O2为氧化剂，电池总反应式为：

2CO+O2==2CO2。

用总反应式减去电池负极（即题目指的阳极）反应式，就可得到电池正极（即题目指的阴极）反应式：

O2+2CO2+4e-==2CO32-。

4．分析电极反应

例4．（1999年全国高考化学题）氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。

氢镍电池的总反应式是：

（1/2）H2+NiO（OH）Ni（OH）2

根据此反应式判断下列叙述中正确的是（）

A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大　

B．电池放电时，镍元素被氧化

C．电池充电时，氢元素被还原　　　　　　　　　

D．电池放电时，H2是负极

解析：

电池的充、放电互为相反的过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。

根据氢镍电池放电时的总反应式可知，电解质溶液只能是强碱性溶液，不能是强酸性溶液，因为在强酸性溶液中NiO（OH）和Ni（OH）2都会溶解。

这样可写出负极反应式：

H2+2OH--2e-==2H2O，H2为负极，附近的pH应下降。

放电时镍元素由+3价变为+2价，被还原，充电时氢元素由+1价变为0价，被还原。

故答案为C、D项。

例5．（2000年全国高考理综题）钢铁

发生电化学腐蚀时,负极发生的反应（）

A．2H++2e-==H2B．2H2O+O2+4e-==4OH-

C．Fe-2e-==Fe2+D．4OH-+4e-==2H2O+O2

解析：

钢铁在潮湿的空气中发生电化学腐蚀时，负极为铁，正极为碳，电解质溶液为溶有O2或CO2等气体的水膜。

当水膜呈弱酸性或中性时发生吸氧腐蚀，负极反应为：

Fe-2e-==Fe2+，正极反应为：

2H2O+O2+4e-==4OH-；当水膜呈酸性时发生析氢腐蚀，负极反应为：

Fe-2e-==Fe2+，正极反应为：

2H++2e-==H2。

钢铁的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主。

故答案为C项。

5．判断原电池的电极

例6．（2001年广东高考化学题）镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行：

由此可知，该电池放电时的负极材料是（）

A．Cd（OH）2B．Ni（OH）2

C．CdD．NiO（OH）

解析：

此电池放电时为原电池反应，所列反应由右向左进行，Cd元素由0价变为+2价，失去电子，被氧化，故Cd是电池的负极反应材料。

本题答案为C项。

例9．（2004年江苏高考化学题）碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。

锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：

Zn（s）+2MnO2（s）+H2O（l）==

Zn（OH）2（s）+Mn2O3（s）

下列说法错误的是（）

A．电池工作时，锌失去电子

B．电池正极的电极反应式为：

2MnO2（s）+H2O

（1）+2e-==Mn2O3（s）+2OH-（aq）

C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

D．外电路中每通过O.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g

解析：

该电池的电解液为KOH溶液，结合总反应式可写出负极反应式：

Zn（s）+2OH-（aq）-2e-==Zn（OH）2（s），用总反应式减去负极反应式，可得到正极反应式：

2MnO2（s）+H2O

（1）+2e-==Mn2O3（s）+2OH-（aq）。

Zn为负极，失去电子，电子由负极通过外电路流向正极。

1molZn失去2mol电子，外电路中每通过O.2mol电子，Zn的质量理论上减小6.5g。

故答案为C项。

1.在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是（）

A．原电池正极和电解池阳极所发生的反应B．原电池正极和电解池阴极所发生的

C．原电池负极和电解池阳极所发生的反应D．原电池负极和电解池阴极所发生的反应

2、关于原电池和电解池的叙述正确的是（）

A．原电池失去电子的电极称为阴极

B．电解池的阳极、原电池的负极都发生氧化反应

C．原电池的两极，一定要由活动性不同的两种金属组成

D．电解时电解池的阳极一定是阴离子放电

3．用石墨作电极，电解1mol·L－1下列物质的溶液，溶液的pH保持不变的是（）

A．HClB．NaOHC．Na2SO4D．NaCl

4．在铁制品上镀上一定厚度的锌层，以下设计方案正确的是（）

A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子

B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子

C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子

D．锌用阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子

5、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。

氢镍电池的总反应式是

。

根据此反应式判断，下列叙述中正确的是：

（）

A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH值不断增大

B．电池放电时，镍元素被氧化

C．电池充电时，氢元素被还原D．电池放电时，H2是负极

6．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为2Ag+Zn（OH）2

Ag2O+Zn+H2O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）

A．AgB．Zn（OH）2C．Ag2OＤ．Zn

7．用惰性电极电解M（NO3）ｘ的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生bL氧气（标准状况），从而可知M的相对原子质量是（）

A.

B.

C.

D.

8．100mL浓度为2mol·L－1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是（）

A.加入适量的6mol·L－1的盐酸B.加入数滴氯化铜溶液

C.加入适量蒸馏水D.加入适量的氯化钠溶液

9．下列关于实验现象的描述不正确的是（）

A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡

B.用锌片做阳极，铁片做阴极，电解氯化锌溶液，铁片表面出现一层锌

C.把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁

D.把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快

10．用两支惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解。

当电解液的pH从6.0变为3.0时（设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略），电极上析出银的质量大约是（）

A.27mgB.54mgC.108mgD.216mg

11.氢镍电池是近年来开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。

氢镍电池的总反应式是：

根据此反应式判断，下列叙述中正确的是（  ）

　　（A）电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大

　　（B）电池放电时，镍元素被氧化　　（C）电池充电时，氢元素被还原

12.右图中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极板处有无色无臭气体放出，合这一情况的是（）

a极板

b极板

x电极

Z溶液

A

锌

石墨

负极

CuSO4

B

石墨

石墨

负极

NaOH

C

银

铁

正极

AgNO3

D

铜

石墨

负极

CuCl2

13.电解原理在化学工业中有广泛应用。

右图表示一个电解池，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

①电解池中X极上的电极反应式为。

在X极附近观察到的实验现象是。

②Y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

①X电极的材料是，电极反应式为。

②Y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）

参考答案：

1、BC、2、B、3、C、4、A、5、CD、6、D、7、C、8、B、

9、C、10、B、11、CD、12、A

13、

（1）①2H++2e-=H2↑放出气体，溶液变红

②2Cl—2e-=Cl2↑把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色。

（2）①纯铜Cu2++2e-=Cu②粗铜Cu—2e-=Cu2+