选修四之电解原理及其应用.doc

电解原理及其应用
【知识要点】
知识点 1 电解池
1． 将 能转化为 能的装置叫电解池。
2．构成电解池的条件
有与电源相连的两个电极；电解质溶液(或熔化的电解质)；形成闭合回路。
3．阴阳极的判断
与电源 极相连
离子移向 阳极 发生 反应
离子移向 阴极 发生 反应
与电源 极相连
4．电解池的工作原理
电子流动的方向：从电源的 极流出，沿导线流入阴极，溶液中的 离子在阴极上得到电子，发生 反应；溶液中的阴离子(或阳极材料)在阳极上失去电子，发生 反应，电子沿导线回到电源的 极。离子流动的方向：溶液中阴离子移向 极，阳离子移向 极。

知识点 2 电解时电极产物的确定
1．阳极产物的判断
首先看电极，如果阳极是活性电极(金属活动顺序表Ag以前的金属)，则阳极电极材料失电子，电极溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则再看溶液中的阴离子的失电子能力。此时阴离子放电顺序： 。
2．阴极产物判断
阳离子放电顺序： 。
用惰性电极电解电解质溶液的规律
类型
实例
电极反应特点
电解对象
电解质浓度的变化
pH的变化
电解质溶液复原
电解水型
NaOH
阳极：4OH-—4e- = 2H2O+O2
阴极：4H++4e- = 2H2↑
水
增大
增大
加H2O
H2SO4
水
增大
减少
加H2O
NaNO3
水
增大
不变
加H2O
电解电解质型
HCl
电解质电离出来的阴阳离子分别在两极放电
电解质本身
减少
增大
加HCl
CuCl2
电解质本身
减少

加CuCl2
放氢生碱型
NaCl
阴极：H2O放H2生碱
阳极：电解质阴离子放电
水和电解质
生成新电解质
增大
加HCl
放碱生氢型
CuSO4
阴极：电解质阳离子放电
阳极：H2O放O2生碱
水和电解质
生成新电解质
减少
加CuO
【例1】电解和的混合溶液，阴极和阳极上分别析出的物质是 ( )

【例2】用石墨作电极，电解下列物质的溶液，溶液的保持不变的是 ( )

【例3】用石墨做电极电解的溶液，当为时，停止电解。向剩余溶液中加入下列何种物质，可使电解质溶液恢复到原来的状况 ( )

【例4】用惰性电极电解下列溶液，一段时间后(溶液中原溶质未电解完)，再加入一定质量的另一种物质(括号内)，溶液能与原来溶液完全一样的是
A．CuCl2(Cu0固体) B．NaOH(NaOH固体)
C．NaCI(HCl气体) D．CuS04[Cu(OH)2固体]

知识点 3 电解原理的应用
1．氯碱工业
用电解饱和食盐水溶液的方法来制取和，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业。
阳极 ( 反应)
阴极 ( 反应)
总反应： 。
阳极产物为 ，阴极产物为 ，两极产生的气体体积之比为 ，阴极附近的溶液呈 性，遇酚酞变 色。原因：由于在阴极得到电子而生成，破坏了附近的水的电离平衡，促进了水继续电离，结果阴极区溶液里的浓度增大而呈碱性。
装置：离子交换膜电解槽。单元槽：由阳极(钛钢)、阴极(碳钢网)、离子交换膜、电解槽柜、导电铜棒等组成，单元槽串联或并联组成电解槽。
食盐水的净化
a． 粗盐的成分
粗盐中含有泥沙、等杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。如下图所示：

b．杂质的危害
等金属离子在碱性环境中会生成沉淀，损坏离子交换膜；此外，杂质的存在会使得到的产品不纯。
除杂质的过程
除杂质时所加试剂的顺序要求是：必须在之后，加入盐酸在过滤之后。
思考：有多少种加试剂的顺序？

2．电镀
电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。它是一种特殊的电解过程，即阳极本身参加了电极反应。电镀时把 金属作阴极， 金属作阳极，含有 离子的溶液作电解(镀)液。阳极：阴极：电镀的特点：电镀液离子的浓度不变。
3．电解精炼铜
粗铜作 极：

纯铜作 极：
用含 电解质（如溶液）作电解液，溶液中 浓度基本不变。
4．电冶金
①电解熔融的 制取Na
阴极：
阳极：
总反应：
②工业冶炼，适用范围：活泼金属K～Al

【例5】关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是 ( )
A．电解时在阳极得到氯气．在阴极得到金属钠
B．若在阳极附近的溶液中滴入Kl溶液．溶液呈棕色
C．若在阴极附近的溶液中滴人酚酞试液，溶液呈无色
D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
【例6】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，为使被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计如图的装置．则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是 ( )
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
【例7】在铁制品上镀上一层锌层，以下电镀方案中合理的是 ( )
A．锌做阳极．铁制品做阴极，溶液中含
B．锌做阴极，铁制品做阳极．溶液中含
C．锌做阴极，铁制品做阳极，溶液中含
D．锌做阳极，铁制品做阴极，溶液中含
【例8】火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金、银等)，其性能远不能达到电气工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。在电解精炼时 ( )
A．粗铜接电源负极
B．纯铜做阳极
C．杂质都将以单质形式沉淀到池底
D．纯铜片增重2.56g,电路通过电子为0.08mol
【例9】用含少量银和锌的粗铜做阳极，纯铜片做阴极，溶液做电解液，电解一段时间后，阳极质量减少了xg，则 ( )
A．电解液质量增加xg B．阴极质量增加xg
C．阴极质量增加 D．阴极质量增加
【例10】金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量的等杂质．用电解法制备高纯度的镍，下列叙述中正确的是 ( )
A．阳极发生还原反应．其电极反应式为：
B．电解过程中，阳极质量减少与阴极质量的增加相等
C．电解后．溶液中存在的金属阳离子只有和
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有和
【例11】某工厂以碳棒为阳极材料电解熔解于熔冰晶石中的,每产生1 mol Al,同时消耗1 mol阳极材料C，则阳极收集得到的气体为 ( )
A．CO与CO2物质的量之比为1:2
B．CO与CO2物质的量之比为1:1
C．CO2与O2物质的量之比为2:1
D．F2与O2物质的量之比为1:1
【例12】铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答：
(1)工业冶炼铝的化学方程式是___________________________________。
(2)铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是________________________________。
(3)工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)，其工作原理如右图所示。
①该电解槽的阳极反应式是_______________________________。
②通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因
________________________________________________________。
③除去杂质后得氢氧化钾溶液从液体出口______。(填写“A”或“B”)导出。

【课堂练习】
1．用Pt电极电解各含有的溶液，阴极析出固体物质的质量m g与溶液中通过电子的物质的量的关系见下图，则离子的氧化能力由大到小排列正确的是( )

2．关于下图所示装置的判断，叙述正确的是 ( )
A．左边的装置是电解池，右边的装置是原电池
B．该装置中铜为正极，锌为负极
C．当铜片的质量变化为12.8g，a极上消耗的O2在标准状况下的体积为2.24L。
D．装置中电子的流向是：
3．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，用纯铜怍阴极
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
4．把分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，则析出钾、镁、铝的质量之比为 ( )
A．1：2：3 B．3：2：1
C．6：3：1 D．13：4：3
5．水中加等物质的量的，该溶液放在用惰性电极做电极的电解槽中，通电片刻,则氧化产物与还原产物质量比为( )
A．35．5：108 B．16：207
C．8：1 D．108：35.5
6．电解100ml含的下列溶液，当电路中通过0.04 mol电子时，理论上析出金属质量最大的是 ( )

7．以惰性电极电解溶液。若阳极上产生气体的物质的量为0.0100 mol，则阴极上析出Cu的质量为 ( )
A.0.64g B.1.28g C2.56g D5.12g
8．用惰性电极电解溶液．在电路中通过0.5 mol电子后，调换正负极继续电解，电路中又通过了1 mol电子，此时溶液中(假设溶液体积不变)为 ( )

9．用惰性电极电解的水溶液，当阴极上有m g金属析出(阴极上无气体产生)时，阳极上产生气体(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A的相对原子质量的表示式为 ( )

10．烧碱的制备，在上世纪七十年代常用水银法，此法通过钠汞齐生产得到的烧碱质量好，浓度高，目前已被离子交换膜法所取代。两种生产方法示意图如下：

下列说法正确的是 ( )
A．水银法被淘汰，是因为生产过程中，汞不能循环利用
B．水银法生产，在电解槽中，阴极的电极反应式为：
C．离子膜法电解，阳极发生的电极反应为：
D．水银法烧碱在电解槽中生成，离子膜法烧碱在阴极生成
11．体溶于水配成100ml溶液。将此溶液倒入下图所示装置中．用石墨作电极进行电解。当有0.01 mol电子通过电极时，溶液中的金属阳离子全部析出，在A极得到金属0.32g。回答：
(1)金属M的摩尔质量为_________ ,x=__________n=__________ 。
(2)C极为_________极。
(3)电解后溶液的pH为(设电解前后溶液的体积不变)___________。

【高考链接】
12．（2007年上海，15）某学生没计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此．下列叙述正确的是 ( )
A．铅笔端作阳极,发生还原反应
B．铂片端作阴极,发生氧化反应
C．铅笔端有少量的氯气产生
D．a点是负极，b点是正极
13．（2008全国理综，10）右图为直流电源电解稀水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加石蕊溶液，下列实验现象正确的是 ( )
A．逸出气体的体积：a电极的小于b电极的
B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体
C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色
D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色
14．（2008上海，12）取一张用饱和的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，内圈为白色，外圈呈浅红色。则下列说法错误的是 ( )
A． b电极是阴极
B．a电极与电源的正极相连
C．电解过程中水是氧化剂
D．b电极附近溶液的pH变小
15．（2007年江苏，11）某同学按右图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是 ( )
A．电解过程中，铜电极上有H2产生
B．电解初期，主反应方程式为：
C．电解一定时间后，石墨电极有铜析出
D．整个电解过程中，H+的浓度不断增大
16．(2011江苏高考20，14分)氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。
已知： CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g) △H＝+206.2kJ·mol－1
CH4(g)＋CO2(g)＝2CO(g)＋2H2(g) △H＝-247.4 kJ·mol－1
2H2S(g)＝2H2(g)＋S2(g) △H＝+169.8 kJ·mol－1
(1)以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式为 。
(2)H2S热分解制氢时，常向反应器中通入一定比例空气，使部分H2S燃烧，其目的是
。燃烧生成的SO2与H2S进一步反应，生成物在常温下均非气体，写出该反应的化学方程式： 。
(3)H2O的热分解也可得到H2，高温下水分解体系中主要气体的体积分数与温度的关系如图11所示。图中A、B表示的物质依次是 。

(4)电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图见图12（电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）。电解时，阳极的电极反应式为 。
(5)Mg2Cu是一种储氢合金。350℃时，Mg2Cu与H2反应，生成MgCu2和仅含一种金属元素的氢化物（其中氢的质量分数为0.077）。Mg2Cu与H2反应的化学方程式为 。

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