一轮复习电解池

电解池的工作原理及其应用考纲要求1.理解电解池的构成、工作原理及应用2.能书写电极反应式和总反应方程式3.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一、电解池基本概念1．电解通过电解质溶液或熔融的电解质，在两个电极上分别发生和的过程。2．能量转化形式转化为。电解池（电解槽）：将电能转变为化学能的装置直流电氧化反应还原反应电能化学能3．电解池的构成(1)。(2)溶液或熔融态的。(3)两个电极①阳极：与电源相连的电极，发生反应②阴极：与电源相连的电极，发生反应(4)形成闭合回路。4．电子流向电源负极→电解池，电解池→电源正极直流电源电解质电解质正极氧化负极还原阴极阳极原电池与电解池的结构对比负极正极-+电解质溶液原电池负载电阻ee--阴极阳极-+电解质溶液电解池ee--5．离子移动方向向阳极移动，向阴极移动。阴离子阳离子阴阳电极判断小结：1.从外接电源分析2.从电流/电子方向分析3.从离子流向分析4.从电极产物分析思考：(1)电解时电子通过电解质溶液吗？(2)电解质溶液导电时，一定会有化学反应发生吗？①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。②一定有化学反应发生，因为在电解池的两极有电子转移，发生了氧化还原反应，生成了新物质，所以一定有化学反应发生。二.电解池工作原理1.离子的放电在电极表面阳离子得到电子，阴离子失去电子的过程叫做放电。离子的放电顺序主要取决于离子的本性（离子的氧化性与还原性），还与离子的浓度、溶液的酸碱性有关。阴极上得电子顺序：Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+（酸）＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+（H2O）＞Al3+＞……越活泼的金属，其阳离子越难结合电子。Fe3+氧化性较强，排在Cu2+之前。2.电极反应顺序（1）阴极（电源负极）：得电子，还原反应离子越强，反应越容易。氧化性（2）阳极（电源正极）：失电子，氧化反应①活泼电极失电子（Au、Pt、Ti等除外）②惰性电极，溶液中阴离子（一般）失电子惰性电极:传递电子但不放电，如C、Pt、Au、Ti等阳极上失电子顺序：活性电极（金属电极）＞S2-＞I-＞Fe2+＞Br-Cl-＞OH-＞含氧酸根离子＞F-。离子越强，反应越容易。还原性注意：含氧酸根一般不放电，但具有较强还原性的离子（如:SO32-、MnO42-）在电解过程中也会被氧化（生成SO42-、MnO4-）。思考：电解HCl和FeCl2的混合溶液时阳极反应式和阴极反应式某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，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。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D3.电极反应式书写书写步骤：（1）阴极：①分析溶液中存在的阳离子（氧化性强的阴离子），放电顺序最优先离子，An++ne-=A放电完，排第二的离子放电……（2）阳极：①分析电极材料。活泼电极X-ne-=Xn+②惰性电极，存在阴离子（或阳离子），找出放电顺序最优先离子，Rn--ne-=R思考：分别用惰性电极电解下列物质的水溶液，写出有关的电极反应式和总反应式。（1）含氧酸：H2SO4溶液\HNO3溶液（2）无氧酸：盐酸\氢溴酸（3）强碱：NaOH溶液\KOH溶液（4）活泼金属无氧酸盐：KCl溶液\NaCl溶液（5）活泼金属含氧酸盐：Na2SO4溶液（6）不活泼金属无氧酸盐：CuCl2溶液（7）不活泼金属含氧酸盐：AgNO3\CuSO4溶液想一想：如何判断电解时溶液的浓度变化？pH值变化？电解后怎样对溶液复原？1.判断溶液中浓度变化通过电极反应式看电解的物质①本质电解水，则物质浓度增大②本质电解电解质，则物质浓度减小③水和电解质都参与，一般忽略水体积变化，电解质n减小，C减小三.电极反应规律2.判断溶液中pH变化①阳极区\阴极区pH变化看极区电极反应式②溶液pH变化看电极总反应式（1）电解只生成H2不生成O2，则溶液的pH_____（2）电解生成O2而不生成H2，则溶液的pH_____（3）电解时既生成H2又生成O2，则实际为电解水①若为酸性pH，②若碱性溶液，则溶液的pH，③若为中性，则pH。增大减小减小增大不变电解过程中溶液pH的变化规律3.电解后溶液的复原总原则：消耗什么补充什么①消耗水，补水②消耗电解质，补电解质(2011·大纲全国)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．CuSO4·5H2OC电解类型举例溶液变化溶液复原实例pHＣＢ电解水H2SO4减小增大H2ONaOH增大增大Na2SO4不变增大电解电解质HCl增大减小HClCuCl2增大减小CuCl2溶质和溶剂同时电解NaCl增大H2+碱新物质HClCuSO4减小O2+酸新物质CuO4.惰性电极电解电解质溶液的规律阳极S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根F-ⅠⅢⅡⅣⅠ与Ⅲ区：电解本身型如HCl、CuCl2Ⅰ与Ⅳ区：放氢生碱型如NaCl、MgBr2Ⅱ与Ⅲ区：放氧生酸型如CuSO4、AgNO3Ⅱ与Ⅳ区：电解水型如Na2SO4、H2SO4、NaOH阴极Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+H+Al3+Mg2+Na+4.惰性电极电解电解质溶液的规律从H+、Cu2+、Na+、Cl-、SO42-五种离子中选出两种离子组成电解质，按下列要求进行电解，用电解质的化学式填空（使用惰性电极电解）①电解过程中溶液的pH增大的有______________②电解过程中溶液的pH减小的有_____________③电解过程中溶液的pH不变的有______________NaCl、HClCuSO4、H2SO4Na2SO4练习：(2012海南)下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是()A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2B．NaOH、CuSO4、H2SO4C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2答案C(2012·安徽理综卷，11)某兴趣小组设计如图所示的微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。下列有关描述正确的是A.断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：2H＋＋2Cl－==Cl2↑＋H2↑（通电）B.断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红C.断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为：Cl2＋2e－===2Cl－D.断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极电解池的应用惰性电极电解熔融离子化合物①掌握NaCl型，活泼金属无氧酸盐的熔融电解KCl、CaCl2、NaCl、MgCl2（AlCl3共价化合物）②掌握Al2O3型，活泼金属氧化物的熔融电解应用：冶炼活泼金属K、Ca、Na、Mg应用：冶炼活泼金属Al1.活泼金属的冶炼（为什么不能用水溶液？）（1）惰性电极电解熔融NaCl阳极:阴极:总反应:2Cl--2e-＝Cl2↑氧化反应2Na++2e-＝2Na还原反应（2）惰性电极石墨电解熔融Al2O34Al3++12e-=4Al6O2--12e-=3O2↑阴极：阳极：总反应式：加冰晶石(Na3AlF6)，及时更换阳极碳棒2.氯碱工业氯碱工业：以电解饱和食盐水为基础，生产氯气、烧碱及相关产品。①电解质溶解于水：NaCl＝Na++Cl-（H++OH-）②通直流电阳极（+）：2Cl--2e-＝Cl2↑阴极（-）：2H2O+2e-=2OH-+H2↑或2H++2e-＝H2↑③总化学方程式：氯碱工业装置实际生产：①阳极：钛网（涂钛、钌等氧化物涂层：延长寿命、提高电解效率）②阴极：碳钢网阳离子交换膜作用：③隔开两极区，只允许阳离子通过，防止Cl2与OH-接触而反应使NaOH不纯。④阻止Cl2和H2混合爆炸食盐水的精制(2013·重庆名校联考)有一种节能的氯碱工业新工艺，将电解池与燃料电池相组合，相关流程如图所示(电极未标出)：回答下列有关问题：(1)电解池的阴极反应式为_________________。(2)通入空气的电极为_____________________，燃料电池中阳离子的移动方向______(填“从左向右”或“从右向左”)。(3)电解池中产生2molCl2，理论上燃料电池中消耗________molO2。(4)a、b、c的大小关系为：________。3.铜的电解精炼纯铜粗铜阳极：Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+ZnFeNiCuAgAu阴极:Cu2++2e-=Cu阳极泥问：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？阳极泥:沉积在电解槽底的不活泼金属单质还原性：ZnFeNiCu注意：①电解精炼时，CuSO4电解液浓度略有降低。②一般粗金属作阳极，纯金属作阴极，电解液含精炼的金属阳离子。3.铜的电解精炼4.电镀电镀：电镀是利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铁片铜片硫酸铜溶液①电极：阳极——镀层金属阴极——镀件(待镀金属制品)阳极：Cu-2e-=Cu2+阴极：Cu2++2e-=Cu4.电镀②电镀液：含有镀层金属阳离子③电镀时，电镀液浓度基本不变金属的电化学腐蚀与防护一、金属的腐蚀什么是金属腐蚀？其本质是什么？1.概念：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象2.本质：金属原子失去电子被氧化的过程二、金属腐蚀的类型1.化学腐蚀:金属与接触到的干燥气体（如O2、Cl2等）或直接发生化学反应而引起的腐蚀2.电化学腐蚀:不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化的腐蚀影响因素：金属本性、接触物质的氧化性及温度影响因素：电解质溶液酸碱性及金属活性化学腐蚀和电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与干燥气体或非电解质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触特点无电流产生有电流产生本质金属失电子变成金属阳离子而被氧化(M－ne－===Mn＋)金属被氧化的过程较活泼的金属被氧化的过程相互关系两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更严重三、电化学腐蚀分类【思考】为什么钢铁在干燥的空气中不易生锈，在潮湿空气中却易生锈？1.析氢腐蚀【条件】水膜呈较强酸性正极：负极：电池反应：Fe-2e-=Fe2+2H++2e-=H2↑Fe+2H+=Fe2++H2↑三、电化学腐蚀分类2.吸氧腐蚀条件：水膜呈中性或弱酸性或碱性负极：正极：电池反应：进一步：2Fe-4e-=2Fe2+O2+2H2O+4e-=4OH-2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O+(3-n)H2O注意：①在金属活动性顺序表中，“H”前面的金属既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀；“H”后面的金属只能发生吸氧腐蚀。②钢铁发生吸氧腐蚀时，电极反应是Fe－2e－==Fe2＋，而不是Fe－3e－===Fe3＋。吸氧腐蚀实验导管内水柱上升若将NaCl溶液改成稀HCl与NaCl混合溶液金属腐蚀例题：全程设计91页，对点练习：金属腐蚀快慢的判断方法(1)电解原理引起的腐蚀阳极＞原电池原理引起的腐蚀负极＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。(2)同一金属在不同电解质溶液中的腐蚀速率：强电解质＞弱电解质＞非电解质。(3)原电池原理引起的腐蚀速率：两电极金属活动性相差越大，越易腐蚀。(4)对于同一电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。四、电化学腐蚀快慢铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？金属腐蚀危害巨大烤蓝涂机油烤漆涂凡士林镀锌镀铬以下自行车部件采用了什么防护措施?五、金属的防护方法：1.改变金属内部组成结构（不锈钢、青铜器）2.在金属表面覆盖保护层（1）涂矿物质油脂，油漆或覆盖搪瓷塑料。（2）镀抗蚀金属－电镀、热镀、喷镀法。（3）形成致密氧化膜（烤蓝）