电化学复习学案.docx
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电化学复习学案
高二化学周回顾
一、高考真题
(08年山东高考)30(16分)食盐是日常生活的必需品,也是重要的化工原料。
(3)电解饱和食盐水的装置如图所示,若收集的H2为2L,则同样条件下收集的Cl2(填“>”、“=”或“<”)2L,
原因是。
(09年山东高考)
29.(12分)Zn-MnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。
(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极,电解酸化的MnSO4溶液。
阴极的电极反应式是
。
若电解电路中通过2mol电子,MnO2的理论产量为 。
(10年山东高考)29.(12分)对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。
(2)镀铜可防止铁制品腐蚀,电镀时用铜而不有石墨作阳极的原因是。
(11年山东高考)12.Al,Fe,Cu都是重要的金属元素。
下列说法正确的是
D.电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液是阴极上依次析出Cu,Fe,Al
(12年山东高考)8.下列与含氯化合物有关的说法正确的是
D.电解
溶液得到22.4L
(标准状况),理论上需要转移NA个电子(NA阿伏伽德罗常数)
(12年山东高考)28.(12分)(4)CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是。
a.电能全部转化为化学能b.粗铜接电源正极,发生氧化反应
c.溶液中Cu2+向阳极移动d.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
二、复习目标
1、能够正确书写出电极反应式和电池反应式
用惰性电极电解
用活泼电极电解
2、能够正确判断电解池的阴阳极(原电池的正负极)、电子的流向、电流的流向、电解质溶液中阴阳离子的移动方向
3、能够结合实际加深对电解原理的理解:
如氯碱工业、粗铜精炼、电镀
三、复习内容
判断下列说法是否正确
1、让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质,在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫做电解
2、电解时电子能通过电解质溶液
3、电解质溶液通电电解时,在外电路中有电子通过,而溶液中是依靠离子定向移动,形成了电流。
4、电解质溶液导电时,一定会有化学反应发生
5、电解时,电子从电源负极流向电解池的阴极;从电解池的阳极流向电源的正极。
6、电解时,阳离子移向电解池的阴极;阴离子移向电解池的阳极
7、电解时,阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应
8、粗铜精炼时,粗铜做阳极,精铜做阴极,硫酸酸化的硫酸铜溶液做电解质溶液
9、粗铜精炼时电解质溶液的浓度基本不变。
10、粗铜(含有Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au)精炼时,阳离子Cu2+浓度变小,Zn2+、Fe2+、Ni2+等浓度变大。
11、粗铜(含有Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au)精炼时,阳极泥的成分中含有Ag、Pt、Au等贵重金属。
12、电镀时,用镀层金属做阳极,镀件做阴极,一般用含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液
13、用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、H2和Cl2,并以它们为原料生产一系列化工产品的工业,称为氯碱工业
14、氯碱工业中阳离子交换膜的作用是:
将电解槽隔成阴极室和阳极室,它只允许阳离子(Na+)通过,而且阻止阴离子(Cl-、OH-)和气体通过。
这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸,又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量。
15、串联电路中的各个电极反得、失电子数相等。
所以在写电极反应式时,得、失电子数要相等,在计算电解产物的量时,应按得、失电子数相等计算。
16、电解池的阴极与电源负极相连,得电子发生还原反应,电解质溶液中氧化性强的阳离子先得电子,如Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+
17、电解池的阳极与电源正极相连,失去电子发生氧化反应。
其规律有两个:
一是若阳极为非惰性电极(除Pt、Au之外的金属作电极),电极本身失去电子被氧化,电解质溶液中的阴离子不参与电极反应;二是若阳极为惰性电极(Pt、Au或非金属作电极),电解质溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化,如S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根。
18.电镀(如铁件镀锌)电镀液:
含Zn2+的盐溶液(如ZnCl2溶液)
阳极(Zn):
Zn-2e-===Zn2+
阴极(铁件):
Zn2++2e-===Zn
电镀过程中电镀液浓度不发生变化。
镀层金属作阳极,镀件作阴极,电镀液中必须含有镀层金属离子。
考点
1.以惰性电极电解电解质溶液的类型和规律
类型
电解质(水溶液)
被电解
的物质
电极产物
溶液pH变化的原因、结果
电解质溶
液复原
阳 极
阴 极
电解水型
含氧酸(如H2SO4)
水
O2
H2
水减少,酸溶液的浓度增大,pH减小
加H2O
强碱(如NaOH)
水
O2
H2
水减少,碱溶液的浓度增大,pH增大
加H2O
活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)
水
O2
H2
减少,盐溶液的浓度增大,pH不变或略变化(若为水解的盐)
加H2O
电解电解质型
无氧酸(如HCl)
酸
非金属单
质(如Cl2)
H2
H+放电,c(H+)减小,pH增大
通HCl气体
不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)
盐
非金属单
质(如Cl2)
金属单质(如Cu)
pH基本不变
加CuCl2
放H2生碱型
活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
水和盐
非金属单
质(如Cl2)
H2
H+放电,c(H+)减小,c(OH-)增大,pH增大
通HCl气体
放O2生酸型
不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)
水和盐
O2
金属单质(如Cu)
OH-放电,c(OH-)减小,c(H+)增大,pH减小
加CuO或CuCO3
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。
最常见的关系式如下:
物质:
H2~O2~Cl2~Cu~Ag~H+~OH-~e-
物质的量
n(mol) 2 1 2 2 4 4 4 4
[错题回顾]
[当堂检测]
1、某同学按如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,总反应方程式为Cu+H2SO4CuSO4+H2↑
C.长时间电解后,石墨电极的质量不会增加
D.整个电解过程中,H+的浓度不断增大
2、(2012·扬州期末)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-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++7H2O
D.电解过程中,阳极附近生成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀
3、下图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。
通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。
下列实验现象中正确的是()
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
Na2SO4溶液
D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色
4、(2011·榆次模拟)在右图中,甲烧杯中盛有100mL0.50mol·L-1AgNO3溶液,乙烧杯中盛有100mL0.25mol·L-1CuCl2溶液,A、B、C、D均为质量相同的石墨电极,如果电解一段时间后,发现A极比C极重1.9g,则
(1)电源E为________极,F为________极。
(2)A极的电极反应式为________________________,析出的物质________mol。
(3)B极的电极反应式为__________________________________,析出气体________mL(标准状况)。
(4)C极的电极反应式为____________________________________,析出的物质________mol。
(5)D极的电极反应式为__________________________________,析出气体________mL(标准状况)。
(6)甲烧杯中滴入石蕊试液,________极附近变红,如果继续电离,在甲烧杯中最终得到________溶液。
5、►(2012·淄博调研)电解原理在化学工业中有广泛的应用。
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:
(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________,电极反应式为_________________________________。
②Y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)
1、答案 B2、答案 D3、
4、答案
(1)负 正
(2)4Ag++4e-===4Ag 0.025
(3)4OH--4e-===2H2O+O2↑ 140(4)Cu2++2e-===Cu 0.0125
(5)2Cl--2e-===Cl2↑ 280(6)B HNO3
5、答案
(1)①2H++2e-===H2↑ 有气泡产生,溶液变红
②2Cl--2e-===Cl2↑ 把湿润的淀粉-KI试纸放在Y电极附近,试纸变蓝色
(2)①纯铜 Cu2++2e-===Cu ②粗铜 Cu-2e-===Cu2+
考向1(5年5考)电解原理的分析应用
1.(2011·北京)结合下图判断,下列叙述正确的是( )。
A.Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护
B.Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe-2e-===Fe2+
C.Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2+2H2O+4e-===4OH-
D.Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3[Fe(CN)6]溶液,均有蓝色沉淀
解析 A项,电子从负极流向正极,抑制正极失电子,所以正极均被保护。
B项,Ⅰ中的负极反应为Zn-2e-===Zn2+。
C项,Ⅱ中的正极反应为2H++2e-===H2↑。
D项,由于Ⅰ中负极反应产生Zn2+,不会与K3[Fe(CN)6]溶液作用产生蓝色沉淀。
答案 A
2.(2009·安徽理综,12)Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如右图所示,电解总反应为:
2Cu+H2OCu2O+H2↑。
下列说法正确的是( )。
A.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0.1mol电子转移时,有0.1molCu2O生成
解析 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2Cu-2e-+2OH-===Cu2O+H2O,另一电极(石墨)作阴极,发生还原反应,2H++2e-===H2↑,转移0.1mol电子生成0.05molCu2O,故B、C、D项错。
答案 A
3.(2011·广东)由熔盐电解法获得的粗铝含一定量的金属钠和氢气,这些杂质可采用吹气精炼法除去,产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝。
工艺流程如下:
(注:
NaCl熔点为801℃;AlCl3在181℃升华)
(1)精炼前,需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂,防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质,相关的化学方程式为①______________________________________________和②________________________________________________________________________。
(2)将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体,杂质随气泡上浮除去。
气泡的主要成分除Cl2外还含有______________;固态杂质粘附于气泡上,在熔体表面形成浮渣,浮渣中肯定存在____________。
(3)在用废碱液处理气体A的过程中,所发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(4)镀铝电解池中,金属铝为________极。
熔融盐电镀液中铝元素和氯元素主要以AlCl
和Al2Cl
形式存在,铝电极的主要电极反应式为____________________________________。
(5)钢材镀铝后,表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀,其原因是________________________________________________________________________。
解析
(2)由于AlCl3易升华,故气泡的主要成分除Cl2外还含有HCl和AlCl3。
Na与Cl2反应生成NaCl固体,故浮渣中肯定存在NaCl固体。
(3)由题意可知,气体A为HCl和Cl2的混合气体,A与废碱液反应的离子方程式为:
Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O,H++OH-===H2O。
(4)在铝电解池中,铝是镀层金属,应为阳极,电极反应式为:
Al-3e-+7AlCl
===4Al2Cl
。
(5)钢材镀铝后,表面形成的致密氧化铝膜能隔绝空气和水与钢材的接触,从而能防止钢材的腐蚀。
答案
(1)2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe 4Al+3SiO22Al2O3+3Si
(2)HCl、AlCl3 NaCl(3)Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O H++OH-===H2O
(4)阳 Al-3e-+7AlCl
===4Al2Cl
(5)致密氧化铝膜能隔绝空气和水与钢材的接触
考向2
1.(2011·上海)用电解法提取氯化铜废液中的铜,方案正确的是( )。
A.用铜片连接电源的正极,另一电极用铂片
B.用碳棒连接电源的正极,另一电极用铜片
C.用氢氧化钠溶液吸收阴极产物
D.用带火星的木条检验阳极产物
解析 溶液中的铜离子应在阴极放电而析出,Cl-在阳极放电产生Cl2,A、C、D都错。
答案 B
2.(2008·全国)电解100mL含c(H+)=0.30mol·L-1的下列溶液,当电路中通过0.04mol电子时,理论上析出金属质量最大的是( )。
A.0.10mol·L-1Ag+B.0.20mol·L-1Zn2+
C.0.20mol·L-1Cu2+D.0.20mol·L-1Pb2+
解析 根据金属活动性顺序表可知:
排在氢以后的金属为Ag和Cu,而Zn和Pb排在H以前,所以Ag+、Cu2+的氧化性比H+大,应优先于H+放电而析出,因为0.01molAg的质量小于0.02molCu的质量,所以C项正确。
答案 C
3.(2011·北京)氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如右图所示。
(1)溶液A的溶质是______________。
(2)电解饱和食盐水的离子方程式是______________。
(3)电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2~3。
用化学平衡移动原理解释盐酸的作用:
(4)电解所用的盐水需精制,去除有影响的Ca2+、Mg2+、NH
、SO
[c(SO
>c(Ca2+)]。
精制流程如下(淡盐水和溶液A来自电解池):
①盐泥a除泥沙外,还含有的物质是______________________________________。
②过程I中将NH
转化为N2的离子方程式是_______________________________
______________。
③BaSO4的溶解度比BaCO3的小。
过程Ⅱ中除去的离子有______________。
④经过程Ⅲ处理,要求盐水c中剩余Na2SO3的含量小于5mg·L-1。
若盐水b中NaClO的含量是7.45mg·L-1,则处理10m3盐水b,至多添加10%Na2SO3溶液________kg(溶液体积变化忽略不计)。
解析
(1)在右侧阴极的电极反应是2H++2e-===H2↑,放电的H+来自于水的电离,水电离出的OH-聚集在阴极周围,与经阳离子交换膜进入阴极区的Na+形成NaOH,然后从装置中流出。
(3)Cl2与水反应属于可逆反应,HCl浓度增大,会促使平衡逆向移动,可以有效地减少Cl2在水中溶解,有利于Cl2的逸出。
(4)①在碱性条件下Mg2+会转化为Mg(OH)2沉淀。
②NH
转化为N2应该是发生了氧化还原反应,并且NH
被氧化,溶液中存在的氧化性物质是淡盐水中的Cl2,所以应该是NH
与Cl2在碱性溶液中发生反应,产物中除了N2外还应有Cl-等物质。
③在过程Ⅱ中加入BaCO3可将溶液中的SO
除去,同时生成的CO
可将Ca2+除去。
④所加的Na2SO3分成两部分,一部分用来还原NaClO,另一部分留在盐水c中。
设与NaClO反应的Na2SO3质量为m。
Na2SO3+NaClO===Na2SO4+NaCl
126g 74.5g
m 10×103×7.45×10-3g
=
解得m=126g
留在盐水c中Na2SO3的最大质量为10×103×5×10-3g=50g。
所以,在过程Ⅲ中需添加Na2SO3的最大质量为176g,换算成10%的Na2SO3溶液质量为1.76kg。
答案
(1)NaOH
(2)2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-
(3)Cl2与水反应:
Cl2+H2OHCl+HClO,增大HCl的浓度使平衡逆向移动,减少Cl2在水中的溶解,有利于Cl2的逸出
(4)①Mg(OH)2②2NH
+3Cl2+8OH-===N2↑+6Cl-+8H2O③SO
、Ca2+ ④1.76
►►名师偈语
电解原理及其应用是高考的高频考点之一,因其与氧化还原反应、离子反应、电解质溶液、元素化合物性质等知识联系密切而成为高考的重点和热点。
由于电解原理在工业上的应用更加广泛,预测2013年高考,仍会联系化学工艺过程对电解原理的应用进行考查。
应给予高度关注。
【常见考点】①电解池及电解原理 ②【常考题型】①选择题 ②非选择题
【例1】►(2011·大纲全国卷)用石墨做电极电解CuSO4溶液。
通电一段时间后,欲使电解液恢复到起始状态,应向溶液中加入适量的( )。
A.CuSO4B.H2OC.CuOD.CuSO4·5H2O
解析 用石墨做电极电解CuSO4溶液的电解方程式为2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑,根据缺什么补什么可知,加入CuO才可与生成的H2SO4反应生成CuSO4和H2O而使电解液恢复到原浓度,故C正确。
答案 C
1.电极产物的判断
(1)阳极产物的判断
首先看电极,如果是活性电极(金属活动性顺序中Ag及其以前),则电极材料失电子,电极被溶解,溶液中的阴离子不能失电子。
如果是惰性电极(Pt、Au、石墨),则要再看溶液中离子的失电子能力,此时根据阴离子放电顺序加以判断。
阴离子放电顺序:
S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根(SO
、NO
等)>F-
(2)阴极产物的判断
直接根据阳离子放电顺序进行判断,阳离子放电顺序:
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
1.惰性电极电解电解质溶液的规律
类型
电极反应特点
实例
电解物质
电解质溶液浓度
pH
电解质溶液复原所加物质
电解水型
阴极:
4H++4e-===2H2↑
阳极:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
NaOH
水
增大
增大
水
H2SO4
水
增大
减小
水
Na2SO
水
增大
不变
水
电解电解质型
电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电
HCl
电解质
减小
增大
氯化氢
CuCl2
电解质
减小
增大
氯化铜
放H2生碱型
阴极:
放出H2生成碱
阳极:
电解质阴离子放电
NaCl
电解质和水
生成新电解质
增大
氯化氢
放O2生酸型
阴极:
电解质阳离子放电
阳极:
OH-放电生成酸
CuSO4
电解质和水
生成新电解质
减小
氧化铜
热点2电极反应是式的书写与电解过程中有关量的计算
【例2】►(2011·安徽理综,12)研究人员最近发明了一种“水”电池,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电,在海水中电池总反应可表示为:
5MnO2+2Ag+2NaCl===Na2Mn5O10+2AgCl,下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是( )。
A.正极反应式:
Ag+Cl--e-===AgCl
B.每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子
C.Na+不断向“水”电池的负极移动
D.AgCl是还原产物
解析 由电池总反应式可知,Ag在负极失去电子,生成氧化产物AgCl,每生成2molAgCl,即生成1molNa2Mn5O10时,转移2mol电子,故A、D错误,B正确;Na+应向电池的正极移动,C错误。
答案 B
1.电极反应式和总反应式的书写
如果题目给定的是图示装置。
先分析阴、阳极,再分析溶液中离子的种类和得失电子的能力,根据阴、阳极反应规律写电极反应式;如果题目给定的是总反应式,可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况),再选择一个简单变化情况去写电极反应式,另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看做数学中的代数式,用总反应式减去已写出的电极反应式,即得结果。
特别需要指出的是:
对于可充电电池的反应,需要看清楚“充电、放电”的方向,放电的过程应用原电池原理,充电的过程应用电解池原理。
2.电解计算
(1)简单装置中各电极产物间的计算
在一个装置中进行电解时,各电极产物不同,但阴阳极得失电子数相等。
根据此标准可对各电极产物、溶液中的产物,以及反应消耗的物质进行计算。
(2)复杂装
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- 电化学 复习