届高三化学学案电解池.docx
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届高三化学学案电解池
电解池
[考纲要求]
1、理解电解池的工作原理。
2、能写出常见的简单电极反应和电池反应。
3、认识金属腐蚀的危害与如何防腐。
[重点知识梳理]
1.概念:
使通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起的过程。
2.电解池(也叫电解槽)
(1)概念:
电解池是把的装置。
(2)构成条件:
①有与相连的两个电极。
②。
③形成。
(3)电极名称及电极反应式(如图):
总反应方程式:
Cu2++2Cl-
Cu+Cl2↑
(4)电子和离子移动方向:
①电子:
从电源极流向电解池的极;从电解池的极流向电源的极。
②离子:
阳离子移向电解池的极;阴离子移向电解池的极。
3.写电极反应的方法步骤
(1)首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成,找全离子并分阴、阳两组(勿忘水溶液中的H+和OH-)。
(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序。
阴极:
阳离子放电顺序:
。
阳极:
。
(4)分析电极反应,判断电极产物,写出电极反应式,要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
4.电解饱和食盐水
(1)电极反应:
阳极:
(反应)
阴极:
(反应)
(2)总反应方程式:
。
5.电镀和电解精炼铜
电镀
(Fe上镀Cu)
电解精炼铜
阳
极
电极材料
电极反应
阴
极
电极材料
电极反应
电解质溶液
电解精炼铜时,粗铜中的Ag、Au等不反应,沉积在电解池底部形成
6.电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
总方程式
阳极、阴极反应式
冶炼钠
冶炼镁
冶炼铝
7.化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟接触
不纯金属或合金跟接触
现象
电流产生
电流产生
本质
金属被
较活泼金属被
联系
两者往往同时发生,腐蚀更普遍
8.析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较(以钢铁的腐蚀为例)
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
电极
反应
负极
正极
总反应式
联系
腐蚀更普遍
9.金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阳极的保护法——原理
a.极:
比被保护金属活泼的金属;b.极:
被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法——电解原理
a.极:
被保护的金属设备;b.极:
惰性金属。
(2)改变金属的内部结构,如制成合金、不锈钢等。
(3)加防护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
10.惰性电极电解电解质溶液的四种类型
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
阴极:
4H++4e-===2H2↑
阳极:
4OH-
-4e-===
2H2O+O2↑
强碱(如NaOH)
含氧酸(如H2SO4)
活泼金属的含氧酸盐(如
Na2SO4)
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(如HCl)
不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)
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(如NaCl)
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(如CuSO4)
11.根据电解原理进行的相关计算主要包括以下几个方面,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。
具体解题方法主要有以下三种:
12.金属腐蚀速率快慢的判断方法
不纯的金属或合金,在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀,活泼金属因被腐蚀而损耗。
金属腐蚀的快慢与下面两种因素有关:
(1)与构成原电池的材料有关,两极材料的活泼性差别越大,氧化还原反应的速率越快,活泼金属被腐蚀的速度就越快。
(2)与金属所接触电解质的强弱有关,活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀,在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。
一般来说,可用下列原则判断:
电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
电解池习题
1.电解装置如图所示,电解槽内装有KI及淀粉溶液,中间用阴离子交换膜隔开。
在一定的电压下通电,发现左侧溶液变蓝色,一段时间后,蓝色逐渐变浅。
已知:
3I2+6OH-===IO
+5I-+3H2O
下列说法不正确的是
A.右侧发生的电极反应式:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-
B.电解结束后,右侧溶液中含有IO
C.电解槽内发生反应的总化学方程式:
KI+3H2O
KIO3+3H2↑
D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电解槽内发生的总化学反应不变
2.利用如图所示装置,当X、Y选用不同材料时,可将电解原理广泛应用于工业生产。
下列说法中正确的是
A.氯碱工业中,X、Y均为石墨,X附近能得到氢氧化钠
B.铜的精炼中,X是纯铜,Y是粗铜,Z是CuSO4
C.电镀工业中,X是待镀金属,Y是镀层金属
D.外加电流的阴极保护法中,Y是待保护金属
3.电化学原理广泛用于工业生产中,如有一种电化学净水法的原理是:
在电解过程中将低价金属离子(如Co2+)氧化成高价态的离子(Co3+),然后以此高价态的金属离子作氧化剂把废水中的有机物氧化成CO2而净化。
实验室用如图装置模拟上述过程,下列说法正确的是
A.电极a可以是石墨,电极b可以是铜
B.电解后阴极附近H+浓度不变
C.Co3+氧化甲醇的离子方程式为:
6Co3++CH3OH+H2O===CO2↑+6Co2++6H+
D.当1mol甲醇被完全氧化时,阳极应该失去4mol电子
4.利用右图装置进行实验,开始时,a、b两处液面相平,密封好,放置一段时间。
下列说法不正确的是
A.a管发生吸氧腐蚀,b管发生析氢腐蚀
B.一段时间后,a管液面高于b管液面
C.a处溶液的pH增大,b处溶液的pH减小
D.a、b两处具有相同的电极反应式:
Fe-2e-===Fe2+
5.图中X为电源,Y为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸,滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液,通电后Y中央的紫红色斑向d端扩散。
下列判断正确的
A.滤纸上c点附近会变红色
B.Cu电极质量减小,Pt电极质量增大
C.Z中溶液的pH先减小,后增大
D.溶液中的SO
向Cu电极定向移动
6.某同学按下图所示的装置进行实验。
A、B为两种常见金属,它们的硫酸盐可溶于水,当K闭合时,SO
从右向左通过交换膜移向A极。
下列分析正确的是
A.溶液中c(A2+)减小B.B极的电极反应:
B-2e-===B2+
C.Y电极上有H2产生,发生还原反应D.反应初期,X电极周围出现白色胶状沉淀
7.下列关于各图的说法,正确的是
A.①中阴极处能产生使湿润淀粉_KI试纸变蓝的气体
B.②中待镀铁制品应与电源正极相连
C.③中电子由b极流向a极
D.④中的离子交换膜可以避免生成的Cl2与NaOH溶液反应
8.将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解,通电一定时间后,某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出,且不考虑水解和溶液体积变化),此时溶液中氢离子浓度约为
A.4×10-3mol/L B.2×10-3mol/LC.1×10-3mol/LD.1×10-7mol/L
9.电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法:
保持污水的pH在5.0~6.0之间,通过电解生成Fe(OH)3沉淀。
Fe(OH)3有吸附性,可吸附污物而沉积下来,具有净化水的作用。
阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层,刮去(或撇掉)浮渣层,即起到了浮选净化的作用。
某科研小组用电浮选凝聚法处理污水,设计如图所示装置示意图。
(1)实验时若污水中离子浓度较小,导电能力较差,产生气泡速率缓慢,无法使悬浮物形成浮渣。
此时,应向污水中加入适量的________。
A.BaSO4 B.CH3CH2OHC.Na2SO4D.NaOH
(2)电解池阳极发生了两个电极反应,其中一个反应生成一种无色气体,则阳极的电极反应式分别是:
Ⅰ.________________________;Ⅱ.________________________。
(3)电极反应Ⅰ和Ⅱ的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是_________________________________________________。
(4)该燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质,CH4为燃料,空气为氧化剂,稀土金属材料作电极。
为了使该燃料电池长时间稳定运行,电池的电解质组成应保持稳定,电池工作时必须有部分A物质参加循环(见上图)。
A物质的化学式是______________________。
10.如图所示三套实验装置,分别回答下列问题。
(1)装置1为铁的吸氧腐蚀实验。
一段时间后,向插入铁钉的玻璃筒内滴入NaOH溶液,即可观察到铁钉附近的溶液有沉淀,表明铁被________(填“氧化”或“还原”);向插入石墨棒的玻璃筒内滴入酚酞溶液,可观察到石墨棒附近的溶液变红,该电极反应式为______________________。
(2)装置2中的石墨是______极(填“正”或“负”),该装置发生总反应的离子方程式为________________________。
(3)装置3中甲烧杯盛放100mL0.2mol·L-1的NaCl溶液,乙烧杯盛放100mL0.5mol·L-1的CuSO4溶液。
反应一段时间后,停止通电。
向甲烧杯中滴入几滴酚酞,观察到石墨电极附近首先变红。
①电源的M端为________极;甲烧杯中铁电极的电极反应式为_________________。
②乙烧杯中电解反应的离子方程式为________________。
③停止电解,取出Cu电极,洗涤、干燥、称量,电极增重0.64g,甲烧杯中产生的气体标准状况下的体积为________mL。
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。
2.电解池(也叫电解槽)
(1)概念:
电解池是把电能转变为化学能的装置。
(2)构成条件:
①有与电源相连的两个电极。
②电解质溶液(或熔融盐)。
③形成闭合回路。
(3)电极名称及电极反应式(如图):
总反应方程式:
Cu2++2Cl-
Cu+Cl2↑
(4)电子和离子移动方向:
①电子:
从电源负极流向电解池的阴极;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。
[高考考查层面]
命题点1 电解方程式的书写
1.方法步骤
(1)首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成,找全离子并分阴、阳两组(勿忘水溶液中的H+和OH-)。
(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序。
阴极:
阳离子放电顺序:
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+(水溶液中Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+不放电)。
阳极:
活泼电极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子(水溶液中含氧酸根离子不放电)。
(4)分析电极反应,判断电极产物,写出电极反应式,要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
2.注意问题
(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,且注明条件“电解”。
(3)注意题目信息中提示的离子的放电,如电解法制取KMnO4等。
[典题示例]
1.按要求书写有关的电极反应式及总方程式。
(1)用惰性电极电解AgNO3溶液:
阳极反应式:
_______________________________________________________;
阴极反应式:
________________________________________________________;
总反应离子方程式:
__________________________________________________。
(2)用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式:
________________________________________________________;
阴极反应式:
________________________________________________________;
总反应离子方程式:
__________________________________________________。
(3)用铁作电极电解NaCl溶液
阳极反应式:
______________________________________________________;
阴极反应式:
________________________________________________________;
总化学方程式:
______________________________________________________。
(4)用铜作电极电解盐酸溶液
阳极反应式:
_________________________________________________________;
阴极反应式:
________________________________________________________;
总反应离子方程式:
___________________________________________________。
答案:
(1)4OH--4e-===O2↑+2H2O 4Ag++4e-===4Ag 4Ag++2H2O
4Ag+O2↑+4H+
(2)2Cl--2e-===Cl2↑ 2H++2e-===H2↑
Mg2++2Cl-+2H2O
Mg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑
(3)Fe-2e-===Fe2+ 2H++2e-===H2↑
Fe+2H2O
Fe(OH)2↓+H2↑
(4)Cu-2e-===Cu2+ 2H++2e-===H2↑
Cu+2H+
Cu2++H2↑
2.Ⅰ.以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极电极反应式为________________________________________________________________________。
Ⅱ.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:
Ⅰ.依据信息阳极形成的氧化膜一定为Al2O3,Al失电子生成Al2O3,Al2O3中的氧是由水提供的,溶液显酸性,所以有H+生成;Ⅱ.Al作阳极,失电子,生成Al3+,Al3+水解显酸性,溶液中的HCO
水解显碱性,两者水解互相促进,生成Al(OH)3和CO2。
答案:
Ⅰ.2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+
Ⅱ.Al+3HCO
-3e-===Al(OH)3+3CO2↑
命题点2 电解质溶液的类型及规律
[典题示例]
1.如图是电解饱和NaCl溶液的实验装置,其中c、d为石墨电极。
则下列有关判断中正确的是( )
A.a为正极、b为负极
B.c为阴极、d为阳极
C.电解过程中,d电极质量增加
D.电解过程中,氯离子浓度不变
解析:
选A 由电子流向可知,a为正极,b为负极,c为阳极,d为阴极,c极:
2Cl--2e-===Cl2↑;d极:
2H++2e-===H2↑,因此,B、C、D项均错。
2.(2014·海南高考)以石墨为电极,电解KI溶液(其中含有少量酚酞和淀粉)。
下列说法错误的是( )
A.阴极附近溶液呈红色
B.阴极逸出气体
C.阳极附近溶液呈蓝色
D.溶液的pH变小
解析:
选D 以石墨为电极,电解KI溶液的方程式是2KI+2H2O通电,I2+H2↑+2KOH。
由于其中含有少量酚酞和淀粉,所以在阳极附近碘单质遇淀粉,溶液变为蓝色;在阴极由于产生氢气,溶液显碱性,遇酚酞,溶液变为红色。
因为产生了碱,溶液碱性增强,所以溶液的pH变大。
因此选项是D。
3.用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液,在电解的过程中,溶液的pH依次为升高、不变、降低的是( )
A.AgNO3CuCl2 Cu(NO3)2
B.KCl Na2SO4 CuSO4
C.CaCl2 KOH NaNO3
D.HCl HNO3 K2SO4
解析:
选B 由电解电解质溶液的四种类型可知:
类 型
化学物质
pH变化
放O2生酸型
CuSO4、AgNO3、
Cu(NO3)2
降低
放H2生碱型
KCl、CaCl2
升高
电解电解质型
CuCl2
升高
HCl
升高
电解H2O型
NaNO3、Na2SO4、K2SO4
不变
KOH
升高
HNO3
降低
[方法技巧]
惰性电极电解电解质溶液的四种类型
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
阴极:
4H++4e-===2H2↑
阳极:
4OH-
-4e-===
2H2O+O2↑
强碱(如NaOH)
水
增大
增大
加水
含氧酸(如H2SO4)
水
增大
减小
加水
活泼金属的含氧酸盐(如
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(如HCl)
电解质
减小
增大
通入氯化氢气体
不活泼金属的无氧酸盐(如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(如NaCl)
电解质
和水
生成新电
解质
增大
通入氯化氢气体
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(如CuSO4)
电解质
和水
生成新电解质
减小
加氧化铜
[考点达标层面]
1.(2013·浙江高考)电解装置如图所示,电解槽内装有KI及淀粉溶液,中间用阴离子交换膜隔开。
在一定的电压下通电,发现左侧溶液变蓝色,一段时间后,蓝色逐渐变浅。
已知:
3I2+6OH-===IO
+5I-+3H2O
下列说法不正确的是( )
A.右侧发生的电极反应式:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-
B.电解结束后,右侧溶液中含有IO
C.电解槽内发生反应的总化学方程式:
KI+3H2O
KIO3+3H2↑
D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电解槽内发生的总化学反应不变
解析:
选D 装置图中左侧电极为阳极,I-失去电子生成I2,右侧电极为阴极,H2O得到电子生成H2,A、C项正确;电解结束后,左侧溶液中的IO
经阴离子交换膜进入右侧,B项正确;D项,如果将阴离子交换膜换为阳离子交换膜,那么阴极产生的OH-不会与I2发生反应,故电解槽内发生的总化学反应要变化,D项错误。
2.如下图所示,x、y分别是直流电源的两极,通电后发现a极极板质量增加,b极极板处有无色无味的气体放出,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
解析:
选A 由题意知a极板质量增加,a应为阴极,则b为阳极,x为电源的负极,y为电源正极。
A选项中a极板为阴极,b极板为阳极,参考各个选项知,A项符合,电解时,a极有Cu附着,b极有O2放出;B项不符合,电解时a极无质量变化;C项阳极为Fe,为活性电极,电解时Fe在阳极放电溶解,无气体生成,故C项不符合;D项电解时,Cl-在阳极放电生成Cl2,Cl2为黄绿色有刺激气味的气体,与原题题意不符合。
考点二
电解原理的应用
[教材知识层面]
1.电解饱和食盐水
(1)电极反应:
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应)
阴极:
2H++2e-===H2↑(还原反应)
(2)总反应方程式:
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
离子方程式:
2Cl-+2H2O
2OH-+H2↑+Cl2↑
(3)应用:
氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。
2.电镀和电解精炼铜
电镀
(Fe上镀Cu)
电解精炼铜
阳
极
电极材料
镀层金属铜
粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)
电极反应
Cu-2e-===Cu2+
Cu-2e-===Cu2+
Zn-2e-===Zn2+
Fe-2e-===Fe2+
Ni-2e-===Ni2+
阴
极
电极材料
待镀金属Fe
纯铜
电极反应
Cu2++2e-===Cu
电解质溶液
含Cu2+的盐溶液
电解精炼铜时,粗铜中的Ag、Au等不反应,沉积在电解池底部形成阳极泥
3.电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
总方程式
阳极、阴极反应式
冶炼钠
2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑
2Cl--2e-===Cl2↑
2Na++2e-===2Na
冶炼镁
MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑
2Cl--2e-===Cl2↑
Mg2++2e-===Mg
冶炼铝
2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑
6O2--12e-===3O2↑
4Al3++12e-===4Al
[高考考查层面]
命题点1 电解原理在工业中的应用
1.利用如图所示装置,当X、Y选用不同材料时,可将电解原理广泛应用于工业生产。
下列说法中正确的是( )
A.氯碱工业中,X、Y均为石墨,X附近能得到氢氧化钠
B.铜的精炼中,X是纯铜,Y是粗铜,Z是CuSO4
C.电镀工业中,X是待镀金属,Y是镀层金属
D.外加电流的阴极保护法中,Y是待保护金属
解析:
选D 电解饱和食盐水时,阴极区得到H2和NaOH。
铜的电解精炼时,应用粗铜作阳极、纯铜作阴极;电镀时,应以镀层金属作阳极、待镀金属作阴极。
2.电化学原理广泛用于工业生产中,如有一种电化学净水法的原理是:
在电解过程中将低价金属离子(如Co2+)氧化成高价态的离子(Co3+),然后以此高价态的金属离子作氧化剂把废水中的有机物氧化成CO2而净化。
实验室用如图装置模拟上述过程,下列说法正确的是( )
A.电极a
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- 届高三 化学 电解池