电解原理及应用.pdf

考点 40 电解原理及应用 1复习重点 1电解原理及其应用，放电顺序，电极反应式的书写及有关计算； 2氯碱工业。 2难点聚焦 一、理解掌握电解池的构成条件和工作原理 电解池 有外接电源 两个电极；有外接电源；有电解质溶液 阴极：与电源负极相连 阳极：与电源正极相连 阴极：本身不反应，溶液中阳离子得电子发生还原反应。 阳极：发生氧化反应，若是惰性中极，则是溶液中阴离子失电子；若是非惰性电极，则电极本身失电子 电源负极 e 阴极，阳极 e 电源正极 电能化学能 二、掌握电解反应产物及电解时溶液pH 值的变化规律及有关电化学的计算 1、要判断电解产物是什么，必须理解溶液中离子放电顺序 阴极放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。放电顺序是 K +、Ca2+、Na+、 Mg2+、Al3+、Zn2+、 Fe2+(H+)、 Cu2+、Hg2+、Ag+、Au3+ 放电由难到易 阳极：若是惰性电极作阳极，溶液中的阴离子放电，放电顺序是 S 2-、I-、Br-、Cl-、OH-、含氧酸根离子 (NO3-、SO4 2-、 CO 3 2-)、F- 失电子由易到难 若是非惰性电极作阳极，则是电极本身失电子。 要明确溶液中阴阳离子的放电顺序，有时还需兼顾到溶液的离子浓度。如果离子浓度相差十分悬殊的情况下， 离子浓度大的有可能先放电。如理论上H +的放电能力大于 Fe 2+、Zn2+，但在电解浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶 液时，由于溶液Fe2+或 Zn 2+H+，则先在阴极上放电的是 Fe 2+或 Zn2+，因此，阴极上的主要产物则为 Fe 和 Zn。但在水溶液中，Al 3+、Mg2+、Na+等是不会在阴极上放电的。 2、电解时溶液pH 值的变化规律 电解质溶液在电解过程中，有时溶液pH 值会发生变化。判断电解质溶液的pH 值变化，有时可以从电解产 物上去看。若电解时阴极上产生H2，阳极上无O2产生，电解后溶液pH 值增大；若阴极上无H2，阳极上产 生 O2，则电解后溶液pH 值减小；若阴极上有H2，阳极上有O2，且 22 2 OH VV，则有三种情况：a 如果原溶 液为中性溶液，则电解后pH 值不变； b 如果原溶液是酸溶液，则pH 值变小； c 如果原溶液为碱溶液，则pH 值变大；若阴极上无H2，阳极上无O2产生，电解后溶液的pH 可能也会发生变化。如电解CuCl2溶液（ CuCl2 溶液由于 Cu 2+水解显酸性） ，一旦 CuCl 2全部电解完， pH 值会变大，成中性溶液。 3、进行有关电化学计算，如计算电极析出产物的质量或质量比，溶液pH 值或推断金属原子量等时，一定 要紧紧抓住阴阳极或正负极等电极反应中得失电子数相等这一规律。 三、理解金属腐蚀的本质及不同情况，了解用电化学原理在实际生活生产中的应 电解原理的应用 （1）制取物质：例如用电解饱和食盐水溶液可制取氢气、氯气和烧碱。 （2）电镀：应用电解原理，在某些金属或非金属表面镀上一薄层其它金属或合金的过程。电镀时，镀件作 阴极，镀层金属作阳极，选择含有镀层金属阳离子的盐溶液为电解质溶液。电镀过程中该金属阳离子浓度不变。 （3）精炼铜：以精铜作阴极，粗铜作阳极，以硫酸铜为电解质溶液，阳极粗铜溶解，阴极析出铜，溶液中 Cu 2+浓度减小 （4）电冶活泼金属：电解熔融状态的Al 2O3、MgCl2、NaCl 可得到金属单质。 3例题精讲 例 1 某学生试图用电解法根据电极上析出物质的质量来验证阿伏加德罗常数值，其实验方案的要点为： 用直流电电解氯化铜溶液，所用仪器如图241。 强度为I A，通电时间为t s 后，精确测得某电极上析出的铜的质量为m g。 图 241 试回答： (1)这些仪器的正确连接顺序为(用图中标注仪器接线柱的英文字母表示，下同) E 接_，C 接_，_接 F。 实验线路中的电流方向为_C_ (2)写出 B 电极上发生反应的离子方程式_，G 试管中淀粉KI 溶液变化的现象为_， 相应的离子方程式是_。 (3)为精确测定电极上析出铜的质量，所必需的实验步骤的先后顺序是_。 称量电解前电极质量刮下电解后电极上的铜并清洗用蒸馏水清洗电解后电极低温烘干电极后称 量 低温烘干刮下的铜后称量再次低温烘干后称量至恒重 (4)已知电子的电量为1.6×10 19 C。试列出阿伏加德罗常数的计算表达式： NA=_。 命题意图：考查学生对电解原理的理解及完成电解实验的能力。 知识依托：电解原理。 错解分析：电解CuCl 2(aq)发生如下反应： Cu 22Cl 电解 CuCl2 Cl2有毒，须作处理，装置中 G，作用即此，如果不注意观察，忽略了或猜不透G 的作用，就会得出错误的 答案。不能排除干扰，也会得出错误答案。 解题思路： (1)B 电极上应产生Cl2： 2Cl 2e=Cl 2 B 极上流出电子，电子进入直流电源的正极，即F 极，由此可得仪器连接顺序及电流方向。 (2)B 中产生 Cl2，Cl2进入 G 中与 KI 反应，有 I2生成， I2使淀粉变蓝色。 (3)镀在 A 电极上的Cu 是没必要刮下的，也无法刮干净，还能将A 电极材料刮下，故两步须排除在外。 (4)由电学知识，可求电量Q： Q=I A×t s=It C 由此可求出通过的电子个数： N(e )= 1919- 106.1C101.6 CItIt 其物质的量为： n(e )= A 19 A 19- 106.1101.6N It N It 而电子个数与Cu 的关系为： Cu 22e=Cu 根据生成Cu m g 得： 1- molg64 gm = A 19 106.1N It × 2 1 NA可求。 答案： (1)D A B F B A D E (2)2Cl 2e=Cl 2 变蓝色 Cl22I =2Cl I 2 (3) (4)NA= 19 106.12 64tI m mol 1 例 2.用 Pt 电极电解AgF(aq)，电流强度为a A，通电时间为t min，阴极增重m g，阳极上生成标准状况下的 纯净气体 V L，以 q C 表示一个电子的电量，Mr表示 Ag 的相对原子质量，则阿伏加德罗常数NA可表示为 ( ) A. Vq ta1344 mol 1 B. mq tMa r mol 1 C. mq tMa r 60 D.以上答案都不对 .解析：若认为逸出气体是F2，则会误选 A；若粗心未把t min 转化为 60t s进行计算，则会误选B；若忽视 单位则会误选C。正确答案应是： mq tMa r 60 mol 1 例 3.用图 242 所示的装置进行电解。通电一会儿，发现湿润的淀粉KI 试纸的 C 端变为蓝色。则： 图 242 (1)A 中发生反应的化学方程式为_。 (2)在 B 中观察到的现象是_、_、_。 (3)室温下，若从电解开始到时间t s，A、B 装置中共收集到标准状况下的气体0.168 L，若电解过程中无其 他副反应发生，经测定电解后A 中溶液体积恰为1000 mL，则 A 溶液的 pH 为_。 解析：可以认为线路中串联了3 个电解池。当选定一个为研究对象时，另外的2 个可看作是线路或是电阻。 先选定湿润的淀粉KI 试纸为研究对象。由于C 端变为蓝色，可知C 端有 I2生成： 2I 2e=I 2 I2使淀粉变蓝色。 该反应是在电解池的阳极发生的反应， 由此可以断定外接电源的E 端为负极， F 端为正极。 (1)(2) 选 A(或 B)为研究对象，可忽略B( 或 A)和淀粉 KI 试纸的存在。 (3)由题意可得如下关系式： 4H O 22H2 根据气体的体积可求出n(H )、c(H)及 pH。 答案： (1)4AgNO 3 电解 4AgO2 4HNO3 (2)石墨极有气泡产生Cu 极周围变蓝色溶液中有蓝色沉淀生成 (3)2 例 4.将羧酸的碱金属盐电解可得烃类化合物。例如： 2CH3COOK H2O 电解 CH3 CH3 2CO2 H2 2KOH (阳) (阳) (阴) (阴) 据下列衍变关系回答问题： ClCH2COOK(aq) 电解 A( 混合物 )EDCB BOO (1)写出电极反应式 阳极，阴极。 (2)写出下列反应方程式 AB：，B C：。 (3)D 和 B 在不同条件下反应会生成三种不同的E，试写出它们的结构简式、 、。 解析：准确理解题给信息是解决问题的关键。电解CH3COOK(aq) 时，阳极吸引阴离子： CH3COO 和 OH， 事实上放电的是CH3COO ，2CH 3COO 2e 2CO2CH3CH3，阴极吸引阳离子： H 和 K，放电的 是 H ，2H2e=2H 2 浓 H2SO4 答案： (1)2ClCH 2COO 2e CH2ClCH2Cl2CO2 2H 2e=H 2 (2)CH2ClCH2Cl2KOHCH2(OH) CH2(OH)2KCl CH2(OH)CH2(OH) O2 Cu OHCCHO2H2O 4实战演练 一、选择题（每小题5 分，共 45 1.银锌电池广泛用做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 Ag2OZnH2O, A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn 2.（2002 年上海高考题）某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液， 通电时，为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的 A.a 为正极， b 为负极； NaClO 和 NaCl B.a 为负极， b 为正极； NaClO 和 NaCl C.a 为阳极， b 为阴极； HClO 和 NaCl D.a 为阴极， b 为阳极； HClO 和 NaCl 3. A. B. C. 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 4.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： 2 1 H2 NO（ OH） N（ 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 B. C. D.电池放电时，H2 5.如下图所示两个装置中，溶液体积均为200 mL ，开始时电解质溶液的浓度均为0.1 mol·L 1，工作一段时 间后，测得导线上通过0.02 mol 电子，若不考虑盐水解和溶液体积的变化，则下列叙述正确的是 A. B. C.溶液的 pH D. 阳极： 4OH 4e=2H 2OO2 阴极： 2H 2e =H 2 6.甲、乙两个电解池均以Pt 为电极，且互相串联，甲池盛有AgNO3溶液，乙池中盛有一定量的某盐溶液， 通电一段时间后，测得甲池中电极质量增加2.16 g，乙池中电极上析出0.64 g A.CSO4B.MgSO4 C.Al （NO3）3D.Na2SO4 7.用石墨电极电解100 mL H2SO4与 CuSO4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到 2.24 L 气体（标准 状况），则原混合溶液中Cu2 A.1 mol ·L 1 B.2 mol·L 1 C.3 mol ·L 1 D.4 mol·L 1 8.用惰性电极电解VLSO4的水溶液，当阴极上有 m 金属析出 (阴极上无气体产生)时，阳极上产生 L 气体 (标准状况 )，同时溶液的pH 由原来的 6.5 变为 2.0(设电解前后溶液体积不变)。则 M 的相对原子质量的 A. V m100 B. V m200 C. x m4.22 D. x m2.11 9.用 Pt 电极电解CCl2溶液，当电流强度为 a A，通电时间为时，阴极质量增加，阳极上 生成标准状况下纯净气体VL，电极上产生的气体在水中的溶解忽略不计，且以表示 1 个电子的电量，表 示铜的相对原子质量，则阿伏加德罗常数可表示为 A. Vq at672 B. Vqm at64 C. mq Mat60 D.不能确定 二、非选择题(共 55 分) 10.(12 分)由于 Fe（OH）2极易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的 Fe（OH） 2沉淀，应用下图电解实验可以制得白色纯净的 Fe（OH）2沉淀。两电极材料分别 (1)a 电极材料应为，电极反应式为。 (2)电解液 c 可以是。(填编号 ) A.纯水B.NaCl C.NaOH 溶液D.CCl2 (3)d 为苯，其作用是，在加入苯之前对c 应作何简单处理。 (4)为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是(填编号 ) 。 A.改用稀硫酸做电 B. C. D. (5)若 c 中用 Na2SO4溶液，当电解一段时间看到白色 Fe（OH）2沉淀后，再反接电源电解，除了电极上看到 气泡外，混合物中另一明显现象为。 11.(8 分)蓄电池使用日久后，正负极标志模糊，现根据下列两种条件，如何判断正负极： （1）氯化铜溶液，两根带铜导线的碳棒。 （2）硫酸铜溶液，两根铜导线。 12.（ 12 分）氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH 的工艺流程如下图： (1)在电解过程中，与电源正极相连的电极上的电极反应式为。与电源负极相连的电极附近 溶液 pH (填“不变”“升高”或“下降”) (2)工业食盐含Ca 2、Mg2等杂质。 精制过程发生反应的离子方程式为 、。 (3)如果粗盐中SO 2 4 含量较高，必须添加钡试剂除去SO 2 4 ，该钡试剂可以是(选填“ A” “B” “C” ， 多选扣分 ) A.Ba(OH)2 B.Ba(NO3)2 C.BaCl2 (4)为有效除去Ca 2、Mg2、SO2 4 ，加入试剂的合理顺序为(选填“ A” “B” “C” ，多选扣分 ) A.先加 NaOH，后加 Na2CO3 B.先加 NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3 C.先加钡试剂，后加NaOH ，再加 Na2CO3 (5)脱盐工序中利用NaOH 和 NaCl 在溶解度上的差异，通过、冷却、(填写操作名称 )除去 NaCl (6)在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止 Cl2与 NaOH 反应； 采用无隔膜电解冷的食 盐 水 时 ， Cl2与NaOH充 分 接 触 ， 产 物 仅 是NaClO和H2， 无 隔 膜 电 解 食 盐 水 的 总 的 化 学 方 程 式 为。 13.(12 分)碘缺乏症遍及全球，多发生于山区，南美的安第斯山区、欧洲的阿尔卑斯山区和亚洲的喜马拉雅 山区是高发病地区。我国云南、河南等十余省的山区发病率也较高，据估计我国患者大约有1000 万人左右。为 控制该病的发生， 较为有效的方法是食用含碘食盐。我国政府以国家标准的方式规定在食盐中添加碘酸钾(KIO 3） 。 (1) A.胰岛素B. C.生长激素D. (2) A.甲状腺亢进B. C.地方性甲状腺肿D. (3)可用盐酸酸化的碘化钾和淀粉检验食盐中的碘酸钾。反应的化学方程式为，氧化 产物与还原产物的物质的量之比为，能观察到的明显现象是。 (4)已知 KIO3可用电解方法制得，原理是：以石墨为阳极，以不锈钢为阴极，在一定电流强度和温度下电解 KI 溶液。总反应化学方程式为：KI3H2O 电解 KIO33H2，则两极反应式分别为：阳极 ，阴 极。 (5)在 某温度下， 若以12 A的电流强度电 解KI溶 液 达10 min， 理论上可得 标准状况下的氢气 L。 14.(11 分)100.0 g 无水氢氧化钾溶于100.0 g 水。在 T 温度下电解该溶液，电流强度I 600A，电解时间10.00 h。电解结束温度重新调至，分离析出KOH ·2H2O 固体后，测得剩余溶液的 总质量为1648 。已知不同温度下每100 g 温度0 10 20 30 KOH 492 508 528 558 通过计算先确定温度T的区间，然后求出(最后计算结果只要求两位有效数字)。 注：法拉第常数F965×104C·mol 1 A安培h小时相对原子质量： H：101 O：160 K： 391 附参考答案 一、 1.D 2.解析： Cl2被完全吸收， Cl2应在下部生成，推知 b 为正极， a 答案： B 3.C 4.CD 5.B 6.A 7.A 8.BD 9.A 二、 10.(1)Fe Fe2e =Fe2 （ 2） C (3)隔离空气，防止生成的Fe（OH）2被氧化 加热 c，以除去溶解的O2 (4)BC (5) 11.（1）有红色物质析出为负极（2 12.(1)2Cl 2e=Cl 2 (2)Ca 2+CO2 3 =CaCO3 Mg 2+2OH=Mg(OH) 2 (3)AC (4)BC (5)蒸发 (6)NaCl+H2O 电解 NaClO+H2(或 2NaCl+2H2O 电解 2NaOH H2+Cl2 Cl2 2NaOH=NaCl+NaClO+H2O) 13.(1)B (2)C (3)5K KO36HCl=6KCl 32 3H2O 5 (4)阳极： 3H 2O6e =O 36H 阴极： 6H2O6e =3H 2 6OH (5)0837 14.T 介于 20 30之间T 为 28