第九章 第二节 电解池

nullnullnull  【考纲点击】 1．了解电解池的工作原理． 2．能写出电解池的电极反应式和总反应方程式．  null  【考情播报】 1．理解电解原理及利用电解原理的创新实验设计． 2．应用电解原理解决工业、生产、生活中的实际问题.null2．电解池(也叫电解槽) 把 转变为 的装置．1．电解 使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在 、 引起 的过程．阴阳两极氧化还原反应电能化学能null3．电解池的工作原理 以电解CuCl2溶液为例null(1)电极名称和电极反应 与电源正极相连的为 ，发生 ，电极反应式 为： . 与电源负极相连的为 ，发生 ，电极反应式 为： . (2)总反应方程式： .阳极氧化反应阴极还原反应2Cl－－2e－ === Cl2↑Cu2＋＋2e－ === Cunull 电极产物的判断与电极反应式的书写 1．电解时电极产物的判断null2．电解池中电极反应式的书写 (1)根据装置书写 ①根据电源确定阴、阳两极―→确定阳极是否是活性金属 电极―→据电极类型及电解质溶液中阴、阳离子的放电顺 序写出电极反应式． ②在确保阴、阳两极转移电子数目相同的条件下，将两极 电极反应式合并即得总反应式． null(2)由氧化还原反应方程式书写电极反应式 ①找出发生氧化反应和还原反应的物质―→两极名称和 反应物―→利用电子守恒分别写出两极反应式． ②若写出一极反应式，而另一极反应式不好写，可用总 反应式减去已写出的电极反应式即得另一电极反应式． null 可充电电池放电时作原电池，充电时作电解池，两池的电极反应式正好相反，即电解池的阴极反应式对应于原电池的负极反应的逆反应式，电解池的阳极反应式对应于原电池正极反应的逆反应式，但电解池反应与原电池反应并不是相应的可逆反应．null1．能用电解原理说明的问题是 (　　) ①电解是把电能转变为化学能 ②电解是把化学能转变为电能 ③电解质溶液的导电是化学变化，金属导电是物理变化 ④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以 实现 ⑤任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生 A．①②③④　　　　　　　　　B．②③⑤ C．③④ D．①③④⑤null解析：电解是在电流的作用下，使不能自发反应的氧化还原反应发生，故电解完成的是电能变为化学能．同时电解质溶液的导电过程实质就是电解质溶液的电解过程，故电解质溶液的导电是化学变化．金属导电是物理变化． 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 ：D null2．右图是电解饱和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 null解析：从电流方向可以判断电源中a为正极，b为负极；因此电解池中c为阳极，d为阴极．电解过程中，阴极上H＋放电，电极质量不变，阳极上Cl－放电，氯离子浓度减小． 答案：A null1．电解饱和食盐水 (1)电极反应：阳极： . 阴极： . (2)总反应方程式： . (3)应用：氯碱工业制 、 和 ．2Cl－－2e－ === Cl2↑2H＋＋2e－ === H2↑烧碱氯气氢气null2．电镀铜或电解精炼铜 (1)两极材料：待镀金属或精铜做 ，镀层金属或粗铜做 ． (2)电极反应：阳极： . 阴极： .阴极阳极Cu－2e－ === Cu2＋Cu2＋＋2e－ === Cunull3．电解冶炼钠(电解熔融NaCl) (1)电极反应：阳极 . 阴极： . (2)总反应方程式：2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑.2Cl－－2e－ === Cl2↑2Na＋＋2e－ === 2Nanull 电解规律及相关计算 1．以惰性电极电解电解质溶液的类型nullnullnull2．电解池中有关量的计算或判断 电解池中有关量的计算或判断主要包括以下方面：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．解题依据是得失电子守恒，解题 方法有： null(1)根据电子守恒法计算 用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电 量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等． (2)根据总反应式计算 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应 式计算． (3)根据关系式计算 根据得失电子守恒关系，在已知量与未知量之间，建立 计算所需的关系式． null 在电解混合溶液时，应先分别给阳离子和阴离子的放电顺序排队，然后根据具体离子的物质的量和电子的物质的量来确定电解产物及其量．null3．(2009·盐城调研)用惰性电极实现电解，下列说法正确 的是 (　　) A．电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变 B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小 C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质 的量之比为1∶2 D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质 的量之比为1∶1null解析：电解稀H2SO4，实质上是电解水，硫酸的物质的量不变，但溶液体积减小，浓度增大，溶液的pH减小．电解稀NaOH溶液，实质也是电解水，NaOH溶液浓度增大，溶液的pH增大．电解Na2SO4溶液时，阳极产生O2，阴极产生H2，H2与O2的物质的量之比为2∶1.电解CuCl2溶液时，阴极产物为Cu，阳极产物为Cl2，Cu和Cl2的物质的量之比为1∶1.答案：D null[例1]　 (2009·安徽高考)Cu2O是一种半导体材料，基于绿 色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图所示， 电解总反应为：2Cu＋H2O Cu2O＋H2↑.下列说法正确 的是 (　　)nullA．石墨电极上产生氢气 B．铜电极发生还原反应 C．铜电极接直流电源的负极 D．当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成 null[思路点拨]　null[课堂笔记] 　选 　从反应中得知Cu在通电时失电子在阳极放电，发生氧化反应，另一电极(石墨)作阴极，发生还原反应，2H2O＋2e－―→H2↑＋2OH－，相应的Cu Cu2O，转移0.1 mol电子生成0.05 mol Cu2O，故B、C、D项错．Anull 解答有关电解问题的步骤可概括为： (1)首先判断是否为电解池，若有外接直流电源，则一般 为电解池． (2)对于电解池，首先要考虑阳极材料，若为惰性电极， 则溶液中的阴离子被氧化；若为活性金属电极，则被 氧化的是阳极本身.null[例2]　 (2009·全国卷Ⅰ)下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100 g 10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极．null(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列式计算电极b上生成的气体在 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 状况下的体积： ______________________________________________； ④电极c的质量变化是________g； null⑤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？ ______________________________________. null[思路点拨] 解答本题要注意以下几点： (1)溶液中离子的放电顺序； (2)电解质溶液电解后的变化分析； (3)电子得失守恒的应用．null[课堂笔记]　 (1)①乙中c电极质量增加，说明c处发生的反应为：Cu2＋＋2e－ === Cu，c电极应为阴极，则M为负极，N为正极．②甲中放的是NaOH溶液，电解时实质上是电解水，b电极上发生的电极反应为：4OH－－4e－ === 2H2O＋O2↑.而要求算出b电极上产生的气体体积，就必须先根据丙中K2SO4浓度的变化计算出转移电子的数目．null设丙中电解水的质量为x g，由电解前后溶质质量相等可得：100×10%＝(100－x)×10.47%，x＝4.5 g，所以整个反应转移了0.5 mol电子，根据电极方程式可计算出b电极放出的O2为0.125 mol，其体积为2.8 L，c电极上析出的铜为0.25 mol，其质量为16 g．⑤甲中电解的是水，NaOH浓度增大；乙中水电离出来的OH－放电H＋浓度增大；丙中电解的也是水，虽然K2SO4浓度变大，但pH不变． (2)铜全部析出时溶液变为H2SO4溶液，电解仍可以进行． null[答案]　(1)①正 ②4OH－－4e－ === 2H2O＋O2↑ ③水减少的质量： 生成O2体积： ④16 null ⑤碱性增大，因为电解后，水量减少，溶液中的NaOH浓 度增大　酸性增大，因为阳极上OH－生成O2，溶液中H＋ 离子浓度增加　酸碱性大小没有变化，因为K2SO4是强酸 强碱盐，浓度增加不影响溶液的酸碱性 (2)能继续进行，因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应 也就变为水的电解反应 null 解答电解计算题的方法有两种：一是根据电解方程式或电极反应式，应用阴、阳两极得失电子守恒进行有关的计算；二是用惰性电极进行电解的过程，若电解质的阴阳离子不同时在两极上放电，则阳离子放电的同时必有H＋生成，n(H＋)＝n(阳离子)×电荷数；阴离子放电的同时必须OH－生成，n(OH－)＝n(阴离子)×电荷数．也可利用物质的量的相当量关系(由电子得失守恒得)，如H2～Cl2～ O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－.null 探究电解原理的应用 电解原理在工业生产的日常生活中有着广泛的应用，除了课本上介绍的氯碱工业，电解精炼和冶炼金属之外，还可用于净化工业废水、制备通常情况下难以得到的物质、测定金属的相对原子质量和阿伏加德罗常数等．随着高考与工业生产、日常生活的紧密联系，关于电解原理应用的题目频频出现，该类题目综合性强，能够很好地考查学生对化学知识“学以致用”的能力． null 某研究性学习小组设计了一个 环保型消毒液发生器，如图所示，用石墨 作电极电解饱和氯化钠溶液，请你完成以 下实验探究过程： 已知：25℃ H2CO3：K1＝4.4×10－7、 K2＝4.7×10－11，HClO：K＝2.9×10－8. null (1)推断电源电极名称：a为________极，电解过程中，与电源正极相连的电极，其电极反应式为_______________________________________________． 与电源负极相连的电极附近溶液pH________(填“不变”、“升高”或“降低”)．null(2)产生消毒液过程的有关化学方程式为__________________________________________________. (3)若要保存消毒液必须密封，原因是(用化学方程式 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示) ________________________________________________． (4)有人认为该消毒液和“洁厕液”(含盐酸)混合使用能增强洁净效果，你认为可行吗？________________________________________________.null(5)对该消毒液对碳钢制品是否有腐蚀作用进行探究． 仅限选择的仪器和试剂：烧杯、试管、玻璃棒、量筒、容量瓶、滴管、药匙；光亮的铁钉、消毒液、酚酞试液、2 mol/L盐酸、1 mol/L硫酸、2 mol/L硝酸、20% KSCN溶液.null 【解析】　 (1)电解装置中下方的电极产物为氯气，氯气上升与上方电极产物氢氧化钠发生反应生成次氯酸钠，所以a为负极；与正极相连的电极发生氧化反应，即2Cl－－2e－ === Cl2↑；与负极相连的电极发生还原反应，得到氢气及氢氧化钠2H2O＋2e－ === 2OH－＋H2 ↑ ，故该电极附近溶液pH升高． (2)电解装置中发生两个反应，氯化钠水溶液的电解反应和氯气与氢氧化钠的反应． (3)空气中的二氧化碳溶解于消毒液，生成次氯酸，次氯酸容易分解而失效．null (4)该消毒液的有效成分是次氯酸钠，而洁厕液中含有盐酸，盐酸与次氯酸钠可以发生反应生成有毒的氯气，容易导致人中毒． (5)用铁钉做腐蚀性实验，消毒液会对铁钉造成腐蚀；取铁钉与消毒液的浸泡液，加稀硫酸酸化，滴加KSCN溶液，检验溶液中是否含有三价铁离子．null 【答案】 (1)负　2Cl－－2e－ === Cl2↑　升高 (2)2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2 ↑ ＋Cl2 ↑ ， 2NaOH＋Cl2 === NaCl＋NaClO＋H2O (3)CO2＋H2O＋NaClO === NaHCO3＋HClO,2HClO 2HCl＋O2↑ (4)不行，因为二者混合发生反应：2HCl＋NaClO === Cl2↑＋NaCl＋H2O，产生有毒气体氯气null(5) null1．取一张用饱和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，内圆 为白色，外圈呈浅红色．则下列说法 错误的是 (　　)nullA．b电极是阴极 B．a电极与电源的正极相连接 C．电解过程中，水是氧化剂 D．b电极附近溶液的pH变小null解析：电解饱和NaCl溶液，阳极生成Cl2，Cl2与水反应生成HClO和HCl，HClO具有漂白性，盐酸具有酸性，可使pH试纸变红色，HClO又可将红色漂白，故内圆为白色外圈为红色，可推出a为阳极，b为阴极，A正确；a为阳极与电源正极相连，B正确；电解过程中，H2O得电子，为氧化剂，C正确；b电极附近有OH－生成，pH增大，D错误．答案：D null2．(2009·长春模拟)已知蓄电池在充电时作电解池，放电 时作原电池．铅蓄电池上有两个接线柱，一个接线柱 旁标有“＋”，另一个接线柱旁标有“－”．关于标 有“＋”的接线柱，下列说法中正确的是 (　　) A．充电时作阳极，放电时作正极 B．充电时作阳极，放电时作负极 C．充电时作阴极，放电时作负极 D．充电时作阴极，放电时作正极 null解析： “＋”表示的是原电池的正极，“－”表示的是原电池的负极；在充电时“＋”接的是电源的正极，即作阳极，“－”接的是电源的负极，即作阴极． 答案：A null3．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.null解析：活泼电极在阳极失电子被氧化，A中会发生Fe－2e－ === Fe2＋，Fe2＋移动到阴极发生Fe2＋＋2e－ === Fe，使得到的Al不纯． 答案：A null4．将分别盛有熔融的KCl、MgCl2、Al2O3的三个电解池串联， 在一定条件下通电一段时间后，析出K、Mg、Al的物质 的量之比为 (　　) A．1∶2∶3 B．3∶2∶1 C．6∶3∶2 D．6∶3∶1null解析：串联电路电量相等，生成1 mol Al、Mg、K分别需要3 mol、2 mol、1 mol电子，转移1 mol电子，分别得到 mol Al， mol Mg,1 mol K. 答案：C null5．采用惰性电极从 、H＋、Cu2＋、Ba2＋、Ag＋、 Cl－等离子中，选出适当的离子组成电解质，对其溶液 进行电解： (1)两极分别放出H2和O2时，电解质的化学式可能是 ____________． (2)若阴极析出金属，阳极放出O2时，电解质的化学式 可能是____________________． (3)两极分别放出气体，且体积比为1∶1时，电解质的 化学式可能是__________________．null解析： (1)当生成H2、O2时，相当于电解水，是含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐溶液的电解，符合要求的有HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2. (2)若有金属析出，O2放出，是不活泼金属的含氧酸盐溶液的电解，符合要求的有Cu(NO3)2、CuSO4、AgNO3. (3)两极分别放出气体且体积比为1∶1，则应是放出H2、Cl2，符合要求的有HCl、BaCl2.null答案： (1)HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2 (2)Cu(NO3)2、CuSO4、AgNO3　(3)HCl、BaCl2null6．电解原理在化学工业中有着广泛的 应用．现将你设计的原电池通过导 线与右图中的电解池相连，其中，a 为电解液，X和Y是两块电极板，则： (1)如果用电解方法精炼粗铜(含Fe、 Zn、Ag、Au等杂质)，电解液a选用CuSO4溶液，则null①X极的材料是__________，电极反应为___________________________________________． ②Y极的材料是__________，电极反应为______________________________________________. ③电解质溶液中Cu2＋浓度__________．(填“增大”“减小”或“不变”) (2)若在铁棒上镀锌，则X极材料是__________，该电极反应式为____________________，Y极材料是____________，该电极反应式为__________________．a溶液是_________________， 工作过程中a溶液的浓度__________，pH__________. null解析： (1)在铜的精炼中，粗铜作阳极，Zn－2e－ === Zn2＋、 Fe－2e－ === Fe2＋、Cu－2e－ === Cu2＋，纯铜作阴极，Cu2＋ ＋2e－ === Cu，但由于阳极(粗铜)含有Fe、Zn等杂质，Fe、Zn 在阳极也失电子生成Fe2＋、Zn2＋，因两电极得失电子数目相等，故电解质溶液中Cu2＋的浓度减小． (2)根据电镀的原理，镀层金属为阳极，故Y极为Zn，镀件为阴极，X极为铁棒，电镀过程中电解质溶液浓度不变，pH不变．null 答案： (1)①纯铜　Cu2＋＋2e－ === Cu ②粗铜　Cu－2e－ === Cu2＋ ③减小 (2)铁棒　Zn2＋＋2e－ === Zn 锌　Zn－2e－ === Zn2＋ ZnSO4溶液　不变　不变