高中化学精讲_电解原理及应用.doc

考点40电解原理及应用1复习重点1电解原理及其应用，放电顺序，电极反应式的书写及有关计算；2氯碱工业。2难点聚焦一、理解掌握电解池的构成条件和工作原理电解池有外接电源两个电极；有外接电源；有电解质溶液阴极：与电源负极相连阳极：与电源正极相连阴极：本身不反应，溶液中阳离子得电子发生还原反应。阳极：发生氧化反应，若是惰性中极，则是溶液中阴离子失电子；若是非惰性电极，则电极本身失电子电源负极阴极，阳极电源正极电能化学能二、掌握电解反应产物及电解时溶液pH值的变化规律及有关电化学的计算1、要判断电解产物是什么，必须理解溶液中离子放电顺序阴极放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。放电顺序是K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+、Zn2+、Fe2+(H+)、Cu2+、Hg2+、Ag+、Au3+ 放电由难到易阳极：若是惰性电极作阳极，溶液中的阴离子放电，放电顺序是S2-、I-、Br-、Cl-、OH-、含氧酸根离子(NO3-、SO42-、CO32-)、F-失电子由易到难若是非惰性电极作阳极，则是电极本身失电子。要明确溶液中阴阳离子的放电顺序，有时还需兼顾到溶液的离子浓度。如果离子浓度相差十分悬殊的情况下，离子浓度大的有可能先放电。如理论上H+的放电能力大于Fe2+、Zn2+，但在电解浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶液时，由于溶液Fe2+或Zn2+H+，则先在阴极上放电的是Fe2+或Zn2+，因此，阴极上的主要产物则为Fe和Zn。但在水溶液中，Al3+、Mg2+、Na+等是不会在阴极上放电的。2、电解时溶液pH值的变化规律电解质溶液在电解过程中，有时溶液pH值会发生变化。判断电解质溶液的pH值变化，有时可以从电解产物上去看。若电解时阴极上产生H2，阳极上无O2产生，电解后溶液pH值增大；若阴极上无H2，阳极上产生O2，则电解后溶液pH值减小；若阴极上有H2，阳极上有O2，且，则有三种情况：a 如果原溶液为中性溶液，则电解后pH值不变；b 如果原溶液是酸溶液，则pH值变小；c 如果原溶液为碱溶液，则pH值变大；若阴极上无H2，阳极上无O2产生，电解后溶液的pH可能也会发生变化。如电解CuCl2溶液（CuCl2溶液由于Cu2+水解显酸性），一旦CuCl2全部电解完，pH值会变大，成中性溶液。3、进行有关电化学计算，如计算电极析出产物的质量或质量比，溶液pH值或推断金属原子量等时，一定要紧紧抓住阴阳极或正负极等电极反应中得失电子数相等这一规律。三、理解金属腐蚀的本质及不同情况，了解用电化学原理在实际生活生产中的应电解原理的应用（1）制取物质：例如用电解饱和食盐水溶液可制取氢气、氯气和烧碱。（2）电镀：应用电解原理，在某些金属或非金属表面镀上一薄层其它金属或合金的过程。电镀时，镀件作阴极，镀层金属作阳极，选择含有镀层金属阳离子的盐溶液为电解质溶液。电镀过程中该金属阳离子浓度不变。（3）精炼铜：以精铜作阴极，粗铜作阳极，以硫酸铜为电解质溶液，阳极粗铜溶解，阴极析出铜，溶液中Cu2+浓度减小（4）电冶活泼金属：电解熔融状态的Al2O3、MgCl2、NaCl可得到金属单质。3例题精讲例1某学生试图用电解法根据电极上析出物质的质量来验证阿伏加德罗常数值，其实验方案的要点为：用直流电电解氯化铜溶液，所用仪器如图241。强度为I A，通电时间为t s后，精确测得某电极上析出的铜的质量为m g。图241试回答：(1)这些仪器的正确连接顺序为(用图中标注仪器接线柱的英文字母表示，下同)E接_，C接_，_接F。实验线路中的电流方向为_C_(2)写出B电极上发生反应的离子方程式_，G试管中淀粉KI溶液变化的现象为_，相应的离子方程式是_。(3)为精确测定电极上析出铜的质量，所必需的实验步骤的先后顺序是_。称量电解前电极质量 刮下电解后电极上的铜并清洗 用蒸馏水清洗电解后电极 低温烘干电极后称量 低温烘干刮下的铜后称量 再次低温烘干后称量至恒重(4)已知电子的电量为1.61019 C。试列出阿伏加德罗常数的计算表达式：NA=_。命题意图：考查学生对电解原理的理解及完成电解实验的能力。知识依托：电解原理。错解分析：电解CuCl2(aq)发生如下反应：Cu22ClCuCl2Cl2有毒，须作处理，装置中G，作用即此，如果不注意观察，忽略了或猜不透G的作用，就会得出错误的答案。不能排除干扰，也会得出错误答案。解题思路：(1)B电极上应产生Cl2：2Cl2e=Cl2B极上流出电子，电子进入直流电源的正极，即F极，由此可得仪器连接顺序及电流方向。(2)B中产生Cl2，Cl2进入G中与KI反应，有I2生成，I2使淀粉变蓝色。(3)镀在A电极上的Cu是没必要刮下的，也无法刮干净，还能将A电极材料刮下，故两步须排除在外。(4)由电学知识，可求电量Q：Q=I At s=It C由此可求出通过的电子个数：N(e)=其物质的量为：n(e)= 而电子个数与Cu的关系为：Cu22e=Cu根据生成Cu m g得： =NA可求。答案：(1)DABFBADE(2)2Cl2e=Cl2 变蓝色 Cl22I=2ClI2(3)(4)NA=mol1例2.用Pt电极电解AgF(aq)，电流强度为a A，通电时间为t min，阴极增重m g，阳极上生成标准状况下的纯净气体V L，以q C表示一个电子的电量，Mr表示Ag的相对原子质量，则阿伏加德罗常数NA可表示为( )A.mol1B.mol1C.D.以上答案都不对.解析：若认为逸出气体是F2，则会误选A；若粗心未把t min转化为60t s进行计算，则会误选B；若忽视单位则会误选C。正确答案应是：mol1例3.用图242所示的装置进行电解。通电一会儿，发现湿润的淀粉KI试纸的C端变为蓝色。则：图242(1)A中发生反应的化学方程式为_。(2)在B中观察到的现象是_、_、_。(3)室温下，若从电解开始到时间t s，A、B装置中共收集到标准状况下的气体0.168 L，若电解过程中无其他副反应发生，经测定电解后A中溶液体积恰为1000 mL，则A溶液的pH为_。解析：可以认为线路中串联了3个电解池。当选定一个为研究对象时，另外的2个可看作是线路或是电阻。先选定湿润的淀粉KI试纸为研究对象。由于C端变为蓝色，可知C端有I2生成：2I2e=I2I2使淀粉变蓝色。该反应是在电解池的阳极发生的反应，由此可以断定外接电源的E端为负极，F端为正极。(1)(2)选A(或B)为研究对象，可忽略B(或A)和淀粉KI试纸的存在。(3)由题意可得如下关系式：4HO22H2根据气体的体积可求出n(H)、c(H)及pH。答案：(1)4AgNO34AgO24HNO3(2)石墨极有气泡产生 Cu极周围变蓝色 溶液中有蓝色沉淀生成(3)2例4.将羧酸的碱金属盐电解可得烃类化合物。例如：2CH3COOKH2OCH3CH32CO2H22KOH(阳)(阳)(阴)(阴)据下列衍变关系回答问题：浓 H2SO4ClCH2COOK(aq)A(混合物)(1)写出电极反应式阳极 ，阴极 。(2)写出下列反应方程式AB： ，BC： 。(3)D和B在不同条件下反应会生成三种不同的E，试写出它们的结构简式 、 、 。解析：准确理解题给信息是解决问题的关键。电解CH3COOK(aq)时，阳极吸引阴离子：CH3COO和OH，事实上放电的是CH3COO，2CH3COO2e2CO2CH3CH3，阴极吸引阳离子：H和K，放电的是H，2H2e=2H2答案：(1)2ClCH2COO2eCH2ClCH2Cl2CO22H2e=H2(2)CH2ClCH2Cl2KOHCH2(OH)CH2(OH)2KClCH2(OH)CH2(OH)O2OHCCHO2H2O4实战演练一、选择题（每小题5分，共45分）1.银锌电池广泛用做各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：2AgZn(OH)2 Ag2OZnH2O,在此电池放电时，负极上发生反应的物质是A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.Zn2.（2002年上海高考题）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Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，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NaClB.a为负极，b为正极；NaClO和NaClC.a为阳极，b为阴极；HClO和NaClD.a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl3.下列关于实验现象的描述不正确的是A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡B.用锌片做阳极，铁片做阴极，电解氯化锌溶液，铁片表面出现一层锌C.把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁D.把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快4.氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是：H2NO（OH） N（OH）2。根据此反应式判断下列叙述中正确的是A.电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大B.电池放电时，镍元素被氧化C.电池充电时，氢元素被还原D.电池放电时，H2是负极5.如下图所示两个装置中，溶液体积均为200 mL，开始时电解质溶液的浓度均为0.1 molL1，工作一段时间后，测得导线上通过0.02 mol电子，若不考虑盐水解和溶液体积的变化，则下列叙述正确的是A.产生气体的体积：B.电极上析出固体的质量：C.溶液的pH变化：增大，减小D.电极反应式：阳极：4OH4e=2H2OO2阴极：2H2e=H26.甲、乙两个电解池均以Pt为电极，且互相串联，甲池盛有AgNO3溶液，乙池中盛有一定量的某盐溶液，通电一段时间后，测得甲池中电极质量增加2.16 g，乙池中电极上析出0.64 g金属，则乙池中溶质可能是A.CSO4B.MgSO4C.Al（NO3）3D.Na2SO47.用石墨电极电解100 mL H2SO4与CuSO4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体（标准状况），则原混合溶液中Cu2的物质的量浓度为A.1 molL1B.2 molL1C.3 molL1D.4 molL18.用惰性电极电解VLSO4的水溶液，当阴极上有m 金属析出(阴极上无气体产生)时，阳极上产生 L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M的相对原子质量的表示式为A.B.C.D.9.用Pt电极电解CCl2溶液，当电流强度为a A，通电时间为 时，阴极质量增加 ，阳极上生成标准状况下纯净气体VL，电极上产生的气体在水中的溶解忽略不计，且以表示1个电子的电量，表示铜的相对原子质量，则阿伏加德罗常数可表示为A.B.C.D.不能确定二、非选择题(共55分)10.(12分)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，应用下图电解实验可以制得白色纯净的Fe（OH）2沉淀。两电极材料分别为石墨和铁。 (1)a电极材料应为 ，电极反应式为 。(2)电解液c可以是 。(填编号)A.纯水B.NaCl溶液C.NaOH溶液D.CCl2溶液(3)d为苯，其作用是 ，在加入苯之前对c应作何简单处理 。(4)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(5)若c中用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，除了电极上看到气泡外，混合物中另一明显现象为 。11.(8分)蓄电池使用日久后，正负极标志模糊，现根据下列两种条件，如何判断正负极：（1）氯化铜溶液，两根带铜导线的碳棒 。（2）硫酸铜溶液，两根铜导线 。12.（12分）氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程如下图：完成下列填空：(1)在电解过程中，与电源正极相连的电极上的电极反应式为 。与电源负极相连的电极附近溶液pH (填“不变”“升高”或“下降”)。(2)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 、 。(3)如果粗盐中SO含量较高，必须添加钡试剂除去SO，该钡试剂可以是 (选填“A”“B”“C”，多选扣分)。A.Ba(OH)2 B.Ba(NO3)2 C.BaCl2(4)为有效除去Ca2、Mg2、SO，加入试剂的合理顺序为 (选填“A”“B”“C”，多选扣分)A.先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂B.先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3C.先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3(5)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。(6)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，无隔膜电解食盐水的总的化学方程式为 。13.(12分)碘缺乏症遍及全球，多发生于山区，南美的安第斯山区、欧洲的阿尔卑斯山区和亚洲的喜马拉雅山区是高发病地区。我国云南、河南等十余省的山区发病率也较高，据估计我国患者大约有1000万人左右。为控制该病的发生，较为有效的方法是食用含碘食盐。我国政府以国家标准的方式规定在食盐中添加碘酸钾(KIO3）。据此回答下列问题：(1)碘是合成下列哪种激素的主要原料之一A.胰岛素 B.甲状腺激素C.生长激素 D.雄性激素(2)长期生活在缺碘山区，又得不到碘盐供应，易患A.甲状腺亢进 B.佝偻病C.地方性甲状腺肿D.糖尿病(3)可用盐酸酸化的碘化钾和淀粉检验食盐中的碘酸钾。反应的化学方程式为 ，氧化产物与还原产物的物质的量之比为 ，能观察到的明显现象是 。(4)已知KIO3可用电解方法制得，原理是：以石墨为阳极，以不锈钢为阴极，在一定电流强度和温度下电解KI溶液。总反应化学方程式为： KI3H2OKIO33H2，则两极反应式分别为：阳极 ，阴极 。(5)在某温度下，若以12 A的电流强度电解KI溶液达10 min，理论上可得标准状况下的氢气 L。14.(11分)100.0 g无水氢氧化钾溶于100.0 g水。在T温度下电解该溶液，电流强度I600A，电解时间10.00 h。电解结束温度重新调至，分离析出KOH2H2O固体后，测得剩余溶液的总质量为1648 。已知不同温度下每100 g饱和溶液中无水氢氧化钾的质量如下表：温度0102030KOH492508528558通过计算先确定温度T的区间，然后求出(最后计算结果只要求两位有效数字)。注：法拉第常数F965104Cmol1 A安培 h小时 相对原子质量：H：101 O：160 K：391附参考答案一、1.D2.解析：Cl2被完全吸收，Cl2应在下部生成，推知b为正极，a为负极。答案：B3.C 4.CD 5.B 6.A 7.A 8.BD 9.A二、10.(1)Fe Fe2e=Fe2 （2）C(3)隔离空气，防止生成的Fe（OH）2被氧化 加热c，以除去溶解的O2(4)BC(5)白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色11.（1）有红色物质析出为负极 （2）铜导线变粗为负极12.(1)2Cl2e=Cl2 升高(2)Ca2+CO=CaCO3Mg2+2OH=Mg(OH)2(3)AC (4)BC (5)蒸发 过滤(6)NaCl+H2ONaClO+H2(或2NaCl+2H2O2NaOHH2+Cl2Cl22NaOH=NaCl+NaClO+H2O)13.(1)B (2)C(3)5KKO36HCl=6KCl323H2O 5 溶液变蓝(4)阳极：3H2O6e=O36H阴极：6H2O6e=3H26OH(5)083714.T介于2030之间 T为28