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1、一 电解池自我诊断1 如图为以惰性电极进行电解 基础盘点 第3讲电解池的工作原理及应用金属的腐蚀与防护 1 写出A B C D各电极上的电极方程式 A B C D 2 在A B C D各电极上析出生成物的物质的量之比为 答案 1 Cu2 2e Cu2Cl 2e Cl2 2Ag 2e 2Ag4OH 4e 2H2O O2 2 2 2 4 1 解析该题在串联的条件下进行电解 A B C D分别发生如下反应 Cu2 2e Cu 2Cl 2e Cl2 2Ag 2e 2Ag 4OH 4e 2H2O O2 由得失电子守恒可知在四个电极依次析出物质的物质的量之比为n Cu n Cl2 n Ag n O2 2
2、2 4 1 基础回归1 电解原理 使电流通过电解质溶液 或熔融的电解质 而在引起的过程 2 电解池 也叫电解槽 把转变为的装置 3 电解池的组成和工作原理 电解CuCl2溶液 阴 阳两极 氧化还原反应 电能 化学能 阴极 阳极 氧化反应 还原反应 Cu2 2e Cu 2Cl 2e Cl2 二 电解原理的应用自我诊断2 电解原理在化学工业中有广泛应用 如图表示一个电解池 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 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溶液 则 电解池中X电极上的电极反应式为 在X电极附近观察到的现象是
3、Y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 X电极的材料是 电极反应式为 Y电极的材料是 电极反应式为 说明 杂质发生的电极反应不必写出 解析 1 用惰性电极电解饱和食盐水时 阳极反应2Cl 2e Cl2 阴极反应H 2e H2 与电源正极相连的为阳极 反之为阴极 所以X为阴极 Y为阳极 X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H 溶液呈碱性 加入酚酞溶液变成红色 Y极产生Cl2 能使湿润的淀粉 KI试纸变成蓝色 2 电解精炼Cu时 用含杂质的Cu为阳极 纯Cu为阴极 反应过程中阳极上Cu以及比Cu活泼的金属失去电子 成为离子 进
4、入溶液 活泼性比Cu差的金属形成阳极泥 在阴极只有Cu2 能得电子成为单质 其他较活泼金属对应的离子不能得电子 根据装置图 X为阴极 Y为阳极 所以 X电极的材料是纯铜 电极反应式为Cu2 2e Cu Y电极材料是粗铜 电极反应式为Cu 2e Cu2 答案 1 2H 2e H2 放出气体 溶液变红 2Cl 2e Cl2 把湿润的淀粉 KI试纸放在Y电极附近 试纸变蓝色 2 纯铜Cu2 2e Cu 粗铜Cu 2e Cu2 基础回归1 电解饱和食盐水 电极反应阳极反应式 反应 阴极反应式 反应 总反应方程式 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 离子反应方程式 2Cl 2H2O2OH H2
5、 Cl2 应用 氯碱工业制 和 2Cl 2e Cl2 2H 2e H2 氧化 还原 烧碱 氯气 氢气 2 电镀铜或电解精炼铜 1 两极材料 待镀金属或精铜作极 镀层金属或粗铜作极 2 电极反应 阳极 阴极 3 电解质溶液 CuSO4溶液 3 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 3 应用 冶炼等活泼金属 阴 阳 Cu 2e Cu2 Cu2 2e Cu 2Cl 2e Cl2 2Na 2e 2Na 2NaCl 熔解 2Na Cl2 Na Mg Al Ca 粗铜中往往含有锌 铁 镍 银 金等多种金属杂质 当含杂质的铜在阳极不断溶解时 金属活动性位于铜之前的金属杂质
6、 如Zn Fe Ni等也会同时失去电子 但是它们的阳离子比铜离子难以还原 所以它们并不能在阴极析出 而只能以离子的形式留在电解液里 金属活动性位于铜之后的银 金等杂质 因为失去电子的能力比铜弱 难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解 所以当阳极的铜等失去电子变成阳离子溶解之后 它们以金属单质的形式沉积在电解槽底 形成阳极泥 指点迷津 A B C D 三 金属的腐蚀与防护自我诊断3 如图所示 各烧杯中盛有海水 铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为 解析 是Fe为负极 杂质碳为正极的原电池腐蚀 是铁的吸氧腐蚀 腐蚀较慢 其电极反应式为 负极Fe 2e Fe2 正极2H2O O2 4e 4OH 均为原电池装置
7、 中Fe为正极 被保护 中Fe为负极 均被腐蚀 但Fe和Cu的金属活泼性差别大于Fe和Sn的 故Fe Cu原电池中Fe被腐蚀较快 是Fe接电源正极作阳极 Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀 加快了Fe的腐蚀 是Fe接电源负极作阴极 Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀 防止了Fe的腐蚀 根据以上分析可知 铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为 答案C 基础回归1 金属腐蚀的本质 金属原子变为 金属发生 2 金属腐蚀的类型 1 化学腐蚀与电化学腐蚀 失去电子 金属阳 离子 非金属单质 直接 电解质 溶液 有微弱 氧化 氧化 电化学 无 氧化反应 O2 2H2O 4e 2 析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析
8、 水膜酸性较强 pH 4 3 水膜酸性很弱或中性 Fe 2e Fe2 2H 2e H2 4OH Fe 2H Fe2 H2 2Fe O2 2H2O 2Fe OH 2 吸氧腐蚀 3 金属的防护 1 电化学防护 牺牲负极的正极保护法 原理a 比被保护金属活泼的金属 b 被保护的金属设备 外加电流的阴极保护法 原理a 被保护的金属设备 b 隋性金属 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 原电池 负极 正极 电解 阴极 阳极 判断金属腐蚀快慢的规律 1 电解池原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防护措施的腐蚀 2
9、 对同一种金属来说 腐蚀的快慢 强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液 3 活泼性不同的两金属 活泼性差别越大 腐蚀越快 4 对同一种电解质溶液来说 电解质溶液浓度越大 腐蚀越快 指点迷津 要点一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2 电解池中电极反应式的书写 1 根据装置书写 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 要点精讲 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 2 由氧化还原反应方程式书写电极反应式 找出发生氧化反应和还原反应的物质 两极名称和反应物 利用得失
10、电子守恒分别写出两极反应式 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 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 特别提醒 典例导析1 电镀等工业废水中常含有剧毒 致癌的Cr2O 该废水处理的一种方法是 利用还原剂把Cr2O还原成毒性较低的Cr3 再加碱生成沉淀 另一种方法是 向废水中加入适当的NaCl 用Fe作电极进行电解 下列说法错误的是 A 电解时 阳极反应为 Fe
11、 2e Fe2 B 电解过程中阴极能产生氢气C 电解法中 转化Cr2O的离子方程式为 Cr2O 6Fe2 14H 2Cr3 6Fe3 7H2OD 电解过程中 阳极附近生成Fe OH 3和Cr OH 3沉淀 解析电解过程中 H 在阴极放电生成H2 使阴极附近溶液中c H c OH 显碱性 阳离子Fe3 Cr3 移到阴极附近后与OH 结合转化成Fe OH 3和Cr OH 3沉淀 故D项错 答案D 迁移应用1如图所示 X Y分别是直流电源的两极 通电后发现a极板质量增加 b极板处有无色 无味气体放出 符合这一情况的是附表中的 解析由题意知 通电后a极板质量增加 说明有金属析出 由此可知 a极为电解池
12、的阴极 则X为电源负极 B C均不符合 又b极放出的是无色无味的气体 可淘汰D 答案A 迁移应用2某研究性学习小组进行电化学实验 研究装置如图所示 有关说法不正确的是 A 镁为负极B 原电池中碳极的电极反应式为Fe3 e Fe2 C 电解池中阳极处先变红D 电解池中阴极的电极反应式为2H 2e H2 解析整套电路中无外接电源 因此有一装置是原电池装置 右池两个电极都是惰性电极 不符合原电池的构成条件 可知左池为原电池装置 右池为电解池装置 左池中活泼金属镁作为负极 由于电解液中Fe3 的氧化性强于H 因此正极上Fe3 先发生还原反应生成Fe2 在酸性条件下不能生成Fe 选项A和B均正确 电解池
13、中阳极I 先放电生成I2 因此阳极处先观察到溶液呈蓝色 阴极上H 放电 破坏了水的电离平衡 使溶液显碱性 阴极处溶液先变红 答案C 要点二电解类型及有关计算1 以惰性电极电解电解质溶液的类型 特别提醒电解后要恢复原电解质溶液的浓度 需加适量的某物质 该物质可以是阴极与阳极产物的化合物 例如用惰性电极电解CuSO4 要恢复原溶液的浓度 可向电解后的溶液中加入CuO 也可以加入CuCO3 但不能加入Cu OH 2 因为Cu OH 2与生成的H2SO4反应后使水量增加 2 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
14、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 解题方法有如下 1 根据得失电子守恒法计算 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 典例导析2 1 用惰性电极电解400mL一定浓度的硫酸铜溶液 不考虑电解过程中溶液体积的变化 通电一段时间后 向所得的溶液中加入0 1molCuO后 使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH 电解过程中转移的电子为m
15、ol 2 如果向所得的溶液中加入0 1molCu OH 2后 使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH 电解过程中转移的电子为mol 3 如果向所得的溶液中加入0 1molCu2 OH 2CO3后 使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH 不考虑CO2的溶解 电解过程中转移的电子为mol 解析 1 电解硫酸铜溶液的反应方程式为 2CuSO4 2H2O2Cu 2H2SO4 O2 从方程式可以看出 电解硫酸铜过程中只析出铜和释放出氧气 加入0 1molCuO可以使溶液恢复至原来状态 说明参与反应的硫酸铜只有0 1mol 转移的电子为0 2mol 2 加入0 1molCu OH 2可以使溶液恢复至原来状态 说明
16、电解过程中不仅硫酸铜被电解 而且有水被电解 0 1molCu OH 2可以看作是0 1molCuO和0 1molH2O 则转移的电子为0 4mol 3 加入0 1molCu2 OH 2CO3可以看作0 2molCuO 0 1molH2O和0 1molCO2 相当于有0 2mol的硫酸铜和0 1mol的水被电解 因此转移的电子为0 6mol 解题时没有弄清整个电解过程中离子的放电情况 只考虑了溶质的消耗而忽视了溶剂的减少 解题策略是先从元素守恒的角度推断电解过程中是消耗了溶质还是消耗了溶质和溶剂 然后再利用得失电子守恒求解 思维提升 答案 1 0 2 2 0 4 3 0 6 迁移应用3如图a b c d均为石墨电极 通电进行电解 电解液足量 下列说法正确的是 A 甲中a的电极反应式为 4OH 4e O2 2H2OB 电解时向乙中滴入酚酞溶液 c电极附近变红C 向乙中加入适量盐酸 溶液组成可以恢复D 当b极有64gCu析出时 c电极产生2g气体解析本题易误选C 在电解液足量的情况下 电解过程中只逸出H2和Cl2 只需补充氢和氯两种元素即可 不能加入盐酸 因为盐酸中有H2O 应通入适量HCl
