电解的原理.pdf
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1、考纲要求1.理解电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式。2.了 解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。 考点一电解的原理 1电解定义 在电流作用下,电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 2能量转化形式 电能转化为化学能。 3电解池 (1)构成条件 有与电源相连的两个电极。 电解质溶液(或熔融盐 )。 形成闭合回路。 (2)电极名称及电极反应式(如图 ) (3)电子和离子的移动方向 4阴阳两极上放电顺序 阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。离子的放电顺序取决于离子本身的性质即 离子得失电子的能力,另外也与离子的浓度及电极材料有
2、关。 (1)阴极:阴极上放电的总是溶液中的阳离子,与电极材料无关。氧化性强的先放电,放电顺 序: (2)阳极:若是活性电极作阳极,则活性电极首先失电子,发生氧化反应。 若是惰性电极作阳极,则仅是溶液中的阴离子放电,常见离子的放电顺序是 特别提醒一般情况下,离子按上述顺序放电,但如果离子浓度相差十分悬殊,离子浓度大 的也可以先放电。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 硫酸锌溶液中,由于溶液中c(Fe2 )或 c(Zn2 ) c(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为Fe 或 Zn;但在水溶液中,Al 3、Mg2、Na 等
3、是不会在阴极上放 电的。 深度思考 1分析电解下列物质的过程,并总结电解规律(用惰性电极电解)。 (1)电解水型 电解质 (水溶液 ) 电极 方程式 电解 物质 总化学 方程式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 含氧酸 (如 H2SO4) 阳极: 4OH 4e =O22H2O 阴极: 4H 4e =2H2 H2O 2H2O= 电解 O22H2 增大 减小加 H2O 强碱 (如 NaOH) 增大加 H2O 活泼金属的含 氧酸盐 (如 KNO3、 Na2SO4) 不变加 H2O 电解水型电解一段时间后,其电解质的浓度一定增大吗?举例说明。 答案不一定,如用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液,一段
4、时间后会析出Na2SO4 10H2O 晶体, 剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液,此时浓度保持不变。 (2)电解电解质型 电解质 (水溶液 ) 电极 方程式 电解 物质 总化学 方程式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 无氧酸 (如 HCl) ,除 HF 外 阳极: 2Cl 2e=Cl 2 阴极: 2H 2e=H 2 酸 2HCl= 电解 H2Cl2 减小 增大 通入 HCl 气体 不活泼金 属的无氧 酸盐 (如 CuCl2), 除 氟化物外 阳极: 2Cl 2e=Cl 2 阴极: Cu2 2e=Cu 盐 CuCl2= 电解 CuCl2 加 CuCl2 固体 (3)放 H2生碱型 电解质 (水
5、溶液 ) 电极 方程式 电解 物质 总化学方程式电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 活泼金属 的无氧酸 盐(如 NaCl) 阳极: 2Cl 2e =Cl2 阴极: 2H 2e=H 2 水 和 盐 2Cl 2H2O= 电解 Cl2 H22OH 生成新 电解质 增大通入 HCl 气体 要使电解后的NaCl 溶液复原,滴加盐酸可以吗?为什么? 答案不可以,因为电解NaCl 溶液时析出的是等物质的量的Cl2和 H2,所以应通入氯化氢 气体,加入盐酸会引入过多的水。 (4)放 O2生酸型 电解质 (水溶液 ) 电极方程式 电解 物质 总化学方程式电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 不活泼金属 的含氧
6、酸盐 (如 CuSO4) 阳极: 4OH 4e =2H2OO2 阴极: 2Cu2 4e =2Cu 水 和 盐 2Cu 2 2H2O= 电解 2Cu O2 4H 生成新 电解质 减小加 CuO 或 CuCO3 要使电解后的CuSO4溶液复原,加入Cu(OH) 2固体可以吗?为什么?加入 CuCO3为什么 也可复原? 答案不可以因为电解CuSO4溶液时,尽管Cu2 和 OH分别放电,按照电极反应式 Cu2 2e =Cu、4OH4e=2H 2OO2,氢元素变成 H2O 仍然留在溶液中,只有 Cu 析出 和 O2逸出,且物质的量之比为21,所以要让溶液复原,需要加CuO,而不能加Cu(OH) 2。 加
7、入 CuCO3时, CO2变为气体逸出,相当于加的是CuO。 若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后,需加入98gCu(OH) 2固体,才能使电解质溶液 复原,则这段时间,整个电路中转移的电子数为多少? 答案4NA 解析方法一: 98gCu(OH)2的物质的量为1mol,相当于电解了1mol 的 CuSO4后,又电解了 1mol 的水,所以转移的电子数为2NA2NA4NA。 方法二:可以认为整个电路中转移的电子数与Cu(OH)2的 O 2失电子数相等,共 4NA。 (5)通过以上分析,电解质溶液复原应遵循什么原则? 答案电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则,即从溶液中析出哪
8、种 元素的原子,则应按比例补入哪些原子。 2根据金属活动顺序表,Cu 和稀 H2SO4不反应, 怎样根据电化学的原理实现 Cu 和稀 H2SO4 反应产生H2? 答案Cu 作阳极, C 作阴极,稀 H2SO4作电解质溶液,通入直流电就可以实现该反应。电解 反应式为阳极:Cu 2e =Cu2,阴极: 2H2e=H 2。总反应式: Cu2H =电解 Cu 2 H 2。 题组一电解规律的应用 1以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水,关于两个电解池反应的说法正确的是() A阳极反应式相同 B电解结束后所得液体的pH 相同 C阴极反应式相同 D通过相同电量时生成的气体总体积相等(同温同压 ) 答案C 解析
9、A 项,以石墨为电极电解水,阳极:4OH 4e=2H 2OO2,以石墨为电极电解 饱和食盐水,阳极:2Cl 2e=Cl 2,二者阳极电极反应式不同,故 A 错误; B 项,电解 水溶液的pH 不变,电解饱和氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气,pH 变大,所以电解结 束后所得液体的pH 不相同,故B 错误; C 项,以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水阴极 上都是 2H 2e =H2, 所以阴极电极反应式相同, 故 C 正确;D 项, 设转移电子数为4mol, 则依据电解方程式:2H2O= 电解 2H2O24e ,电解水生成 3mol 气体, 依据电解方程式 2NaCl2H2O= 电解 2NaOH
10、Cl2H2 2e , 电解饱和食盐水生成 4mol 气体,故 D 错误。 2 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() AAgNO3 CuCl2Cu(NO 3)2 BKClNa2SO4 CuSO4 CCaCl2 KOHNaNO3 DHClHNO3 K2SO4 答案B 解析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、AgNO 3、Cu(NO3)2降低 放 H2生碱型KCl 、CaCl2 升高 电解电解质型 CuCl2 HCl 升高 电解 H2O 型 NaNO3、 Na2SO4、K2SO4 不
11、变 KOH 升高 HNO3降低 题组二电极方程式及电极产物的判断 3(2016 北京理综, 12)用石墨电极完成下列电解实验。 实验一实验二 装置 现象 a、d 处试纸变蓝; b 处变红,局部褪色; c 处无明显变化 两个石墨电极附近有气泡产生;n 处有气 泡产生 , 下列对实验现象的解释或推测不合理的是() Aa、d 处: 2H2O 2e =H 2 2OH Bb 处: 2Cl 2e=Cl2 Cc 处发生了反应:Fe2e =Fe2 D根据实验一的原理,实验二中m 处能析出铜 答案B 解析A 项, a、d 处试纸变蓝,说明溶液显碱性,是溶液中的氢离子得到电子生成氢气,氢 氧根离子剩余造成的,正确
12、;B 项, b 处变红,局部褪色,说明是溶液中的氯离子放电生成 氯气同时与H2O 反应生成 HClO 和 H ,Cl2eH 2O=HClO H ,错误; C 项, c 处为 阳极,铁失去电子生成亚铁离子,正确;D 项,实验一中ac 形成电解池,bd 形成电解池, 所以实验二中形成3 个电解池, n(右面 )有气泡生成,为阴极产生氢气,n 的另一面 (左面 )为 阳极产生Cu2 ,Cu2在 m 的右面得电子析出铜,正确。 4按要求书写电极反应式和总反应方程式: (1)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: 。 (2)用 Al 作电极电解NaOH 溶液
13、 阳极反应式:; 阴极反应式: ; 总反应离子方程式: 。 (3)用 Al 作阳极,电解H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜 阳极反应式: ; 阴极反应式: ; 总反应离子方程式: 。 答案(1)2Cl 2e =Cl 2 2H 2e=H 2(或 2H2O 2e =H 2 2OH ) Mg 22Cl2H 2O= 电解 Mg(OH)2 Cl2 H2 (2)2Al 6e 8OH=2AlO 24H2O6H2O6e =3H 2 6OH (或 6H6e =3H2) 2Al 2H2O 2OH = 电解 2AlO 23H2 (3)2Al 6e 3H 2O=Al2O36H 6H 6e=3H 2 2Al 3H2O=
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