第六章 第21讲(2021高考化学一轮复习资料).docx
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1、第第 21 讲讲 电解池电解池 金属的电化学腐蚀与防护金属的电化学腐蚀与防护 考纲要求 1.理解电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式。2.了 解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。 1电解和电解池 (1)电解:在电流作用下,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。 (2)电解池:电能转化为化学能的装置。 (3)电解池的构成 有与电源相连的两个电极。 电解质溶液(或熔融电解质)。 形成闭合回路。 2电解池的工作原理(以惰性电极电解 CuCl2溶液为例) 总反应离子方程式:Cu2 2Cl= 电解 CuCl2。 特别提醒:电子和离子的移动
2、遵循“电子不下水,离子不上线”。 3阴阳两极上放电顺序 (1)阴极:(与电极材料无关)。氧化性强的先放电,放电顺序: (2)阳极:若是活性电极作阳极,则活性电极首先失电子,发生氧化反应。 若是惰性电极作阳极,放电顺序为 注意 阴极不管是什么材料,电极本身都不反应,一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子 放电。最常用、最重要的放电顺序为阳极:Cl OH;阴极:AgCu2H。电解水溶 液时,K Al3不可能在阴极放电。 4分析电解过程的思维程序 理解应用 1惰性电极电解电解质溶液的四种类型 (1)电解水型 电解质类型 电极反应式及总反应式 电解质溶 液浓度 溶液 pH 电解质溶 液复原 含氧酸,如
3、H2SO4 阴极:4H 4e=2H 2 阳极: 4OH 4e=O 2 2H2O 总反应式:2H2O= 电解 2H2O2 增大 减小 加水 可溶性强碱,如 NaOH 增大 活泼金属含氧酸盐, 如 KNO3 不变 (2)电解电解质型 电解质类型 电极反应式及总反应式 电解质溶 液浓度 溶液 pH 电解质溶 液复原 无氧酸, 如 HCl 阴极:2H 2e=H 2 阳极:2Cl 2e=Cl 2 总反应式: 2HCl= 电解 H2 Cl2 减小 增大 通入 HCl 不活泼金属无 氧酸盐,如 CuCl2 阴极:Cu2 2e=Cu 阳极:2Cl 2e=Cl 2 总反应式:CuCl2= 电解 Cu Cl2 加
4、 CuCl2 固体 (3)放 H2生碱型 电解质(水溶液) 电极反应式及总反应式 电解质浓度 溶液 pH 溶液复原 活泼金属的无 氧酸盐(如 NaCl、KCl) 阳极:2Cl 2e=Cl 2 阴极:2H 2e=H 2 总反应式: 2Cl 2H 2O= 电解 Cl2H22OH 生成新电 解质 增大 通入 HCl 气体 (4)放 O2生酸型 电解质(水溶液) 电极反应式及总反应式 电解质浓度 溶液 pH 溶液复原 不活泼金属的含 氧酸盐如CuSO4、 Cu(NO3)2 阳极:4OH 4e=2H 2O O2 阴极:2Cu2 4e=2Cu 总反应式:2Cu2 2H 2O= 电解 2CuO24H 生成新
5、电 解质 减小 加 CuO 或 CuCO3 2.根据金属活动性顺序表, Cu 和稀 H2SO4不反应, 怎样根据电化学的原理实现 Cu 和稀 H2SO4 反应产生 H2? 答案 Cu 作阳极,C 作阴极,稀 H2SO4作电解质溶液,通入直流电就可以实现该反应。电解 反应式为阳极:Cu2e =Cu2,阴极:2H2e=H 2。总反应式:Cu2H = 电解 Cu2 H2。 3若用惰性电极电解 CuSO4溶液一段时间后,需加入 98 g Cu(OH)2固体,才能使电解质溶 液复原,则这段时间,整个电路中转移的电子数为_。 答案 4NA 解析 方法一:98 g Cu(OH)2的物质的量为 1 mol,相
6、当于电解了 1 mol 的 CuSO4后,又电解 了 1 mol 的水,所以转移的电子数为 2NA2NA4NA。 方法二:可以认为整个电路中转移的电子数与 Cu(OH)2的 O2 失电子数相等,共 4N A。 题组一 电解规律及电极产物的判断 1(2020 天津市实验中学高三模拟)以石墨为电极,电解 KI 溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。 下列说法错误的是( ) A阴极附近溶液呈红色 B阴极逸出气体 C阳极附近溶液呈蓝色 D溶液的 pH 变小 答案 D 解析 以石墨为电极,电解 KI 溶液,发生的反应为 2KI2H2O= 电解 2KOHH2I2(类似 于电解饱和食盐水),阴极产物是 H2和 KO
7、H,阳极产物是 I2。由于溶液中含有少量的酚酞和 淀粉,所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝),阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性),A、 B、C 正确;由于电解产物有 KOH 生成,所以溶液的 pH 逐渐增大,D 错误。 2.用石墨作电极,电解稀 Na2SO4溶液的装置如图所示,通电后在石墨电极 A 和 B 附近分别 滴加一滴石蕊溶液。下列有关叙述正确的是( ) A逸出气体的体积:A 电极B 电极 B一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体 CA 电极附近呈红色,B 电极附近呈蓝色 D电解一段时间后,将全部电解液转移到同一烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性 答案 D 解析 SO2 4、OH
8、移向 B 电极,在 B 电极 OH放电,产生 O 2,B 电极附近 c(H )c(OH), 石蕊溶液变红,Na 、H移向A 电极,在A 电极H放电产生H 2,A 电极附近c(OH )c(H), 石蕊溶液变蓝,C 项错误、D 项正确;A 电极产生的气体体积大于 B 电极,A 项错误;两种 气体均为无色无味的气体,B 项错误。 题组二 电子守恒在电化学计算中的应用 3(2019 宜昌调研)以铅蓄电池为电源,石墨为电极电解 CuSO4溶液,装置如下图。若一段 时间后 Y 电极上有 6.4 g 红色物质析出,停止电解。下列说法正确的是( ) Aa 为铅蓄电池的负极 B电解过程中 SO2 4向右侧移动
9、C电解结束时,左侧溶液质量增重 8 g D铅蓄电池工作时,正极电极反应式为:PbSO42e =PbSO2 4 答案 C 解析 Y 极有 Cu 析出,发生还原反应,Y 极为阴极,故 b 为负极,a 为正极,A 错误;电解 过程中阴离子向阳极移动,B 错误;阴极反应式为 Cu2 2e=Cu,阳极反应式为 4OH 4e =O 22H2O, 当有 6.4 g Cu 析出时, 转移 0.2 mol e , 左侧生成 1.6 g O 2, 同时有 0.1 mol (9.6 g) SO2 4进入左侧,则左侧质量净增加 9.6 g1.6 g8 g,C 正确;铅蓄电池的负极是 Pb, 正极是 PbO2,正极反应
10、式为 PbO22e 4HSO2 4=PbSO42H2O,D 错误。 4 500 mL KNO3和 Cu(NO3)2的混合溶液中 c(NO 3)0.6 mol L 1, 用石墨作电极电解此溶液, 当通电一段时间后,两极均收集到2.24 L 气体(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为500 mL, 下列说法正确的是( ) A原混合溶液中 c(K )为 0.2 mol L1 B上述电解过程中共转移 0.2 mol 电子 C电解得到的 Cu 的物质的量为 0.05 mol D电解后溶液中 c(H )为 0.2 mol L1 答案 A 解析 石墨作电极电解 KNO3和 Cu(NO3)2的混合溶液, 阳极
11、反应式为 4OH 4e=2H 2O O2,阴极先后发生两个反应:Cu2 2e=Cu,2H2e=H 2。从收集到 O2为 2.24 L 可推知上述电解过程中共转移 0.4 mol 电子,而在生成 2.24 L H2的过程中转移 0.2 mol 电子, 所以 Cu2 共得到 0.4 mol0.2 mol0.2 mol 电子,电解前 Cu2的物质的量和电解得到的 Cu 的物质的量都为 0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系:c(K )2c(Cu2)c(NO 3),c(K ) c(H )c(NO 3),不难算出:电解前 c(K )0.2 mol L1,电解后 c(H)0.4 mol L1。 电化学
12、综合计算的三种常用方法 (1)根据总反应式计算 先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。 (2)根据电子守恒计算 用于串联电路中阴阳两极产物、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。 用于混合溶液中电解的分阶段计算。 (3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁,构建计算所需的关系式。 如以通过 4 mol e 为桥梁可构建如下关系式: 4e 2Cl 2(Br2、I2)O22H22Cu4Ag4 nM 阳极产物 阴极产物 (式中 M 为金属,n 为其离子的化合价数值) 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记
13、电极反应式,灵活运用关系式便能快速解 答常见的电化学计算问题。 题组三 电极反应式的书写与判断 5按要求书写电极反应式和总反应方程式: (1)用惰性电极电解 MgCl2溶液 阳极反应式:_; 阴极反应式:_; 总反应离子方程式:_。 (2)用 Al 作电极电解 NaOH 溶液 阳极反应式:_; 阴极反应式:_; 总反应离子方程式:_。 (3)以铝材为阳极,电解 H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜 阳极反应式:_; 阴极反应式:_; 总反应方程式:_。 (4)离子液体是一种室温熔融盐,为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl 7和 AlCl 4组成的离子液 体作电解液时,可在钢制品上电镀铝。钢制品应
14、接电源的_极,已知电镀过程中不产 生其他离子且有机阳离子不参与电极反应,阴极反应式为_。 若改用 AlCl3水溶液作电解液,则阴极产物为_。 答案 (1)2Cl 2e=Cl 2 Mg2 2H 2O2e =H 2Mg(OH)2 Mg2 2Cl2H 2O= 电解 Mg(OH)2Cl2H2 (2)2Al6e 8OH=2AlO 24H2O 6H2O6e =3H 26OH (或 6H6e=3H 2) 2Al2H2O2OH = 电解 2AlO 23H2 (3)2Al6e 3H 2O=Al2O36H 6H6e=3H 2 2Al3H2O= 电解 Al2O33H2 (4)负 4Al2Cl 73e =Al7AlC
15、l 4 H2 解析 (4)电镀时,镀件作阴极,即钢制品作阴极,接电源负极,根据阴极生成 Al 可知反应 式为 4Al2Cl 73e =Al7AlCl 4。若改用 AlCl3水溶液作电解液,阴极反应为 2H 2e =H2,产物为 H2。 6整合有效信息书写电极反应 (1)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。 由硫化氢获得硫单质有多种方法。 将用烧碱吸收 H2S 后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极 区发生如下反应:S2 2e=S (n1)SS2=S2 n 写出电解时阴极的电极反应式:_。 电 解 后 阳 极 区 的 溶 液 用 稀 硫 酸 酸 化 得 到
16、硫 单 质 , 其 离 子 方 程 式 可 写 成 _。 (2)电解 NO 制备 NH4NO3,其工作原理如图所示,为使电解产物全部转化为 NH4NO3,需补 充物质 A,A 是_,说明理由:_。 答案 (1)2H2O2e =H 22OH S2 n2H =(n1)SH 2S (2)NH3 根据总反应:8NO7H2O= 电解 3NH4NO32HNO3,电解产生的 HNO3多,应补充 NH3 解析 (1)电解时,阴极区溶液中的阳离子放电,即水溶液中的 H 放电生成 H 2。由题给 反应可知,阳极区生成了 S2 n,S 2 n可以理解为(n1)SS 2,加入稀硫酸生成 S 单质和 H 2S 气体。
17、(2)根据电解 NO 制备 NH4NO3的工作原理示意图知:阴极反应式为 3NO15e 18H =3NH 43H2O,阳极反应式为 5NO15e 10H 2O=5NO 320H ,总反应式为 8NO 7H2O= 电解 3NH4NO32HNO3,为了使电解产生的 HNO3全部转化为 NH4NO3,应补充 NH3。 做到“三看”,正确书写电极反应式 (1)一看电极材料,若是金属(Au、Pt 除外)作阳极,金属一定被电解(注:Fe 生成 Fe2 而不是 生成 Fe3 )。 (2)二看介质,介质是否参与电极反应。 (3)三看电解质状态,若是熔融状态,就是金属的电冶炼。 1氯碱工业 阳极反应式:2Cl
18、2e=Cl 2(氧化反应) 阴极反应式:2H 2e=H 2(还原反应) 总反应方程式: 2NaCl2H2O= 电解 2NaOHH2Cl2 2电镀与电解精炼 电镀 电解精炼铜 示意图 电极 反应 阳极 Cu2e =Cu2 Zn2e =Zn2, Cu2e =Cu2 阴极 Cu2 2e=Cu Cu2 2e=Cu 电解质溶液的 浓度变化 CuSO4溶液的浓度不变 CuSO4溶液的浓度变小 3.电冶金 电解冶炼 冶炼钠 冶炼铝 电极反应 阳极:2Cl 2e=Cl 2 阴极:2Na 2e=2Na 阳极:6O2 12e=3O 2 阴极:4Al3 12e=4Al 总反应 2NaCl(熔融)= 电解 2NaCl
19、2 2Al2O3(熔融)= 电解 4Al3O2 (1)在镀件上电镀铜时,也可以用惰性材料作阳极,用硫酸铜溶液作电解液() (2)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料() (3)电镀铜和电解精炼铜时,电解质溶液中 c(Cu2 )均保持不变() (4)电解冶炼镁、铝通常电解 MgCl2和 Al2O3,也可以电解 MgO 和 AlCl3() (5)电解精炼时,阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料() (6)用 Zn 作阳极,Fe 作阴极,ZnCl2作电解质溶液,由于放电顺序 H Zn2,不可能在铁上 镀锌() 题组一 氯碱工业及拓展应用 1如图为电解饱和食盐水装置,下列有关说法不正确的是( ) A
20、左侧电极上发生氧化反应 B右侧生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 C电解一段时间后,B 口排出 NaOH 溶液 D电解饱和食盐水的离子方程式:2Cl 2H 2O= 电解 2OH H 2Cl2 答案 B 2(2019 山东德州一模)高氯酸在化工生产中有广泛应用,工业上以 NaClO4为原料制备高氯 酸的原理如图所示。下列说法正确的是( ) A上述装置中,f 极为光伏电池的正极 B阴极的电极反应为 2H2O4e =4HO 2 Cd 处得到较浓的 NaOH 溶液,c 处得到 HClO4 D若转移 2 mol 电子,理论上生成 100.5 g HClO4 答案 C 解析 电解时 Na 移向阴极区,
21、则 f 为电源负极,A 项错误;电解时,阳极反应为 2H 2O4e =4H O 2, Na 移向阴极区, 阳极区溶液逐渐由 NaClO 4转化为 HClO4; 阴极反应为 2H2O 2e =H 22OH ,阴极区产生 NaOH,B 项错误、C 项正确;根据得失电子守恒,若转 移 2 mol 电子,理论上生成 201 g HClO4,D 项错误。 3 (2019 山东聊城二模)三室式电渗析法处理含 NH4NO3废水的原理如图所示, 在直流电源的 作用下, 两膜中间的 NH 4和 NO 3可通过离子交换膜, 而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间 隔室。工作一段时间后,在两极区均得到副产品 NH4NO
22、3。下列叙述正确的是( ) Aa 极为电源负极,b 极为电源正极 Bc 膜是阴离子交换膜,d 膜是阳离子交换膜 C阴极电极反应式为 2NO 312H 10e=N 26H2O D当电路中通过 1 mol 电子的电量时,会有 5.6 L O2生成 答案 A 解析 根据题意两极均得到副产物 NH4NO3,可知室废水中的 NH 4移向室、NO 3移向 室,根据电解过程中离子的移动原理,可知室石墨电极为阴极、室石墨电极为阳极。阴 极所连的 a 极为负极,b 极为正极,A 项正确;c 膜通过的是 NH 4,故 c 膜应为阳离子交换 膜,同理可知 d 膜为阴离子交换膜,B 项错误;阴极上 H 得电子生成氢气
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