第二十一讲电解原理及其运用

第二十一讲电解原理及其运用一、要点精讲1．电解。电解池的装置。构成条件是：。2．电解反应及规律⑴阳极：①活性材料作电极时，阳极材料(金属)本身失电子被氧化成阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电；②惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)作电极时；溶液中阴离子的放电顺序主要是：OH－、Cl－、Br－、I－、S2－；⑵阴极：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，阳离子在阴极上放电顺序主要和金属活泼性相反；⑶电解质溶液用惰性电极电解的规律小结：电解类型物质类别实例电极反应及产物溶液pH变化溶液复原方法仅溶剂水电解含氧酸H2SO4阳极：阴极：强碱NaOH活泼金属的含氧酸盐Na2SO4仅溶质电解无氧酸HCl阳极：阴极：不活泼金属的无氧酸盐CuCl2阳极：阴极：溶质和溶剂同时电解活泼金属的无氧酸盐NaCl阳极：阴极：不活泼金属的含氧酸盐CuSO4阳极：阴极：3．电解原理的应用：电镀(以镀铜为例)、电解精炼(以电解精炼铜为例)、氯碱工业。4．原电池、电解池、电镀池的比较二、典型例题【例1】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∶2D．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∶1【例2】如图所示，通电后，A极上析出Ag，对该装置的有关叙述中正确的是A．P是电源的正极B．F极上发生的反应为4OH――4e－＝2H2O＋O2↑C．电解时，甲、乙、丙三池中，除了E、F两极外，其他电极均参加了反应D．通电后，甲池溶液的pH减小，而乙、丙两池溶液的pH不变【例3】如下图所示，若电解5min时铜电极质量增加2.16g，试回答：⑴电源电极X名称为_______。⑵变化：A________,B_________,C_________。⑶通电5min时，B中共收集224mL气体（标况），溶液体积为200mL。（设电解前后无体积变化）则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为__________。⑷若A中KCl溶液的体积也是200mL，电解后，溶液的pH是___________（设前后体积无变化）。【例4】．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：04福浙理综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，电极反应式是。②Y电极的材料是，电极反应式是。（说明：杂质发生的电极反应不必写出）三、当堂反馈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．原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应B．原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应C．原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应D．原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应2．在水中加入等物质的量的Ag＋、Pb2＋、Na＋、SO42－、NO3－、Cl－。该溶液放在用惰性材料作电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物和还原产物的质量比为A．35.5∶108B．16∶207C．8∶1D．108∶a电源ba电源bABA．电源中“a”为负极，“b”为正极B．电解池中的电解液可以是NaOH溶液或NaCl溶液C．B电极发生的反应：2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－D．A、B两端都必须使用铁作电极4．（2004上海13）下图中能验证氯化钠溶液（含酚酞）电解产物的装置是5．（2002春季12）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）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（银）︰n（汞）＝2︰1B.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HgNO3D.硝酸亚汞的分子式为Hg2(NO3)26．氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如图所示：依据上图，完成下列填空：⑴在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的化学方程式为_______，溶液的pH______（填“升高”或“降低”或“不变”）；⑵工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质，精制过程发生反应的离子方程式为______；⑶如果粗盐中SO42-含量较高，必须添加钡试剂除去SO42－，该钡试剂可以是_____（选填a、b、c）；a．Ba(OH)2，b．Ba(NO3)2，c．BaCl2；⑷为有效除去Ca2+、Mg2+、SO42－，加入试剂的合理顺序为_____（选填a、b、c）；a．先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂；b．先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3；c．先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3；⑸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；⑹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，相应的化学方程式为__________。课后练习1．下列关于铜电极的叙述正确的是A．铜锌原电池中铜是正极，锌是负极B．用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极C．在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极D．电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极2．若某装置(电解池或原电池)中发生反应的离子方程式是：Cu＋2H+＝Cu2++H2↑，关于该装置的有A．可能是原电池，也可能是电解池B．只能是原电池，且电解质溶液为硝酸C．只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极D．只能是电解池，电解质溶液可以是硝酸3．在铁品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是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．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子4．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的原子量为A．22.4ax/bB．11.2ax/bC．5.6ax/bD．2.5ax/b5．用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液，电解一段时间，再加入W，能使溶液恢复到电解前的状态，符合题意的组是（各组物质依次分别为X、Y、Z、W）A．C、Fe、NaCl、H2OB．Pt、Cu、CuSO4、CuSO4溶液C．C、C、H2SO4、H2OD．Ag、Fe、AgNO3、AgNO3晶体6．利用质量均为100.0克的金属铜作电极，电解AgNO3溶液。一段时间后，两电极的质量差为28.00克，则此时阳极和阴极质量(g)分别为A．100.0128.0B．93.60121.6C．119.091.00D．88.21139.87.用惰性电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，通电一段时间后，溶液的pH值增大，向剩余电解液中加适量水，能使溶液与电解前相同的是）A．NaClB．CuCl2C．H2SO48．为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保存一星期后，下列对实验结束时现象描述不正确的是A．装置Ⅰ左侧的液面一定会上升B．左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低C．装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重D．装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀9．(2006上海13)将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极C．两烧杯中溶液的pH均增大D．产生气泡的速度甲比乙慢10．(2000上海12)在外界提供相同电量的条件，Cu2+或Ag+分别按Cu2++2e→Cu或Ag++e-→Ag在电极上放电，基析出铜的质量为1.92g，则析出银的质量为A．1.62gB.6.48gC.3.24gD.12.96g11．装置工作一段时间后，发现B池中有一极的质量减少。以下有关的推断中正确的①M是电源的负极②B中Cu电极的质量减少③C中溶液的pH升高④D中溶液的pH下降⑤B中电解液的浓度基本不变⑥相同条件下的A，C，D池中生成气体的总体积为C＞A＞DA．只有⑤⑥B．只有③④⑤⑥C．全部D．除②12．近年来，加“碘”食盐主要使用了碘酸钾，KIO3在工业上可用电解法制取，以石墨和不锈钢为电极，以KI溶液（加少量K2CrO4）为电解液在一定条件下电解，反应方程式为：电解电解KI＋H2OKIO3＋3H2↑，下列有关说法正确的是A．电解时，石墨作阴极，不锈钢作阳极B．电解液调节到酸性比较合适C．电解后得到KIO3产品的步骤有：过滤→浓缩→结晶→灼烧D．电解中每转移0.6mol电子，理论上可得到21.4g无水KIO3晶体13．按右图装置实验：[A]、[B]两烧杯分别盛放10%NaOH溶液200g和1mol•L－1的CuSO4溶液500mL，a、b、c、d都是铂电极，通电一段时间后，在C极增重，又测出[A]杯中NaOH溶液的浓度变为10.23%，试回答：⑴电源P为__________极；⑵b极放出气体_______L（标准状况）；⑶c极的电极反应___________，c极增重__________g；⑷d极上的电极反应式____________，电极产物的质量为__________g；⑸通电后[B]池CuSO4的物质的量浓度为__________，H2SO4的物质的量浓度为__________；([B]池电解后溶液体积变化忽略不计)14．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。应用如右图的电解实验可制得纯净的Fe(OH)2沉淀。两电极的材料分别为石墨和铁。⑴a电极材料应为_________，电极反应式为_________________；⑵电解液c可以是___________。（填编号）A．纯水B．NaCl溶液C．NaOH溶液D．CuCl2溶液⑶d是苯（C6H6），其作用为_______，在加入C6H6之前对c应如何进行简单处理？_______；⑷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．改用稀硫酸做电解液B．适当增大电源的电压C．适当减小两电极间距离D．适当降低电解液的温度⑸若c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，除在电极上可以看到气泡外，混合物中另一明显现象为____________。.15．将铝制品与另一种材料作电极，以某种溶液作电解液进行电解，通电后在铝制品和电解液的接触面上逐渐形成一层Al(OH)3薄膜，薄膜的某些部位存在着小孔，电流从小孔通过并产生热量使Al(OH)3分解，从而在铝制品表面形成一层较厚的氧化膜。某校研究性学习小组根据上述原理，以铝制品和铁棒为电极，一定浓度的NaHCO3溶液为电解液进行实验。⑴铝制品表面形成氢氧化铝薄膜的电极反应式为：____________________________；⑵电解过程中，必须使电解液的pH保持相对稳定（不能太大或太小）的原因是；⑶使用NaHCO3溶液为电解液，会减缓阴极区溶液pH的增大，能说明这一原理的离子方程式是。16．工业上为了处理含有Cr2O72－的酸性工业废水，采用下面的处理方法：往工业废水中加入适量的NaCl，以Fe为电极进行电解，经过一段时间有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成，使废水中的铬含量达排放标准。⑴试写出两极上的电极方程式；⑵Cr2O72－的酸性条件下有强氧化性，试写出Cr2O72－转变成Cr3+的离子方程式；⑶废水由酸性变为碱性的原因是什么？试写出生成两沉淀的离子方程式；⑷能否改用石墨电极？为什么？17．（2006江苏25题）利用太阳光分解水制氢是未来解决能源危机的理想方法之一。某研究小组设计了如右图所示的循环系统实现光分解水制氢。反应过程中所需的电能由太阳能光电池提供，反应体系中I2和Fe3+等可循环使用。⑴写出电解池A、电解池B和光催化反应池中反应的离子方程式。⑵若电解池A中生成3.36LH2（标准状况），试计算电解池B中生成Fe⑶若循环系统处于稳定工作状态时，电解池A中流入和流出的HI浓度分别为amol·L－1和bmol·L－1，光催化反应生成Fe3+的速率为cmol·L－1，循环系统中溶液的流量为Q（流量为单位时间内流过的溶液体积）。试用含所给字母的代数式表示溶液的流量Q。参考答案：例题：1．B2．D3．⑴负极⑵增大减小不变⑶0.025mol/L⑷13［分析］⑴因为Cu电极增重，说明溶液中的Ag+在此极析出，所以Cu极为阴极，Ag极为阳极，那么与Ag极相连的电源Y极为正极，X极为负极。⑵电解KCl溶液时，阴极上2H++2e－＝H2↑，溶液pH增大，电解CuSO4和K2SO4溶液时，阳极4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑，溶液pH减小。电解AgNO3溶液实质是电镀，溶液浓度不变，故pH不变。⑶C中铜电极增加2.16gAg，通过的电子为n(e－)＝0.02mol，因为串联电池，每个电极通过的电子均为0.02mol，B中阳极4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑，放出O2为＝0.005mol，阴极放出H2为：0.01mol－0.005mol＝0.005mol，根据H2的物质的量推知H＋得电子2×0.05mol，则Cu2+得电子为0.02mol－2×0.05mol，CuSO4的浓度为：。⑷A中阴极2H+＋2e－＝H2↑，H+减少n(H+)＝0.02mol，c(OH－)＝,pH＝134．解析：惰性电极电解NaCl水溶液，电解后在阴极区产生氢气和氢氧化钠，在阳极区产生氯气。用电解方法精炼粗铜，阳极为粗铜，阴极为纯铜。⑴①2H+＋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。⑵①纯铜Cu2+＋2e＝Cu②粗铜Cu－2e＝Cu2+当堂反馈：1．BC2．C3．BC4．D5．D6．⑴2Cl――2e－＝2Cl2↑升高⑵Ca2+＋CO32－＝CaCO3↓Mg2+＋2OH－＝Mg(OH)2↓⑶ac⑷bc⑸蒸发过滤电解电解电解电解⑹NaCl＋H2ONaClO＋H2↑（或2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑以及Cl2＋2NaOH＝NaCl＋NaClO＋H2O）［分析］⑴电解食盐水,与电源正极相连的电极为阳极,发生氧化反应：2Cl――2e－＝Cl2↑；与电源负极相连的电极上发生还原反应：2H+＋2e－＝H2，消耗H+，即产生OH－，所以溶液的pH升高。⑵除去Ca2+：Ca2+＋CO32－＝CaCO3↓，除去Mg2+：Mg2+＋2OH－＝Mg(OH)2↓，由于Mg(OH)2的溶解度小于MgCO3，所以Mg2+与OH－、CO32－混合时，总是生成Mg(OH)2沉淀。⑶除去SO42－应选择Ba2+，如加入Ba(NO3)2溶液会引进杂质NO3－，而加入Ba(OH)2、BaCl2就不会增加新的杂质。⑷除杂质时加入Ba2+和OH－无先后之分，但Na2CO3一定在BaCl2之后