第十四讲电化学

-1-第1页共6页第十四讲电化学1．理解原电池原理。熟记金属活动性顺序。了解化学腐蚀与电化学腐蚀及一般防腐蚀方法。2．了解电解和电镀的基本原理及应用。电化学基础知识一、电解原理电解定义：。电解池是转化为的装置。二、铜的电解精炼原理：电解时，用作阳极，与直流电源的相连；用作阴极，与电源的极相连，用作电解液。三、电镀铜原理：电镀时，一般都是用为电镀液；把浸入电镀液中与直流电源的负相连，作为阴极，而用为阳极,与直流电源的极相连。实验分析：电镀铜实验（1）待镀件需除表面的锈。（2）电镀液CuSO4中加制成铜氨溶液以降低Cu2+浓度使镀层光亮。工业上电镀常使用有毒电镀液，因此电镀废水应回收有用物质、降低有害物质含量后，达标排放，以防污染环境。四、电解饱和食盐水反应原理实验分析：电解饱和食盐水在U型管里装入饱和食盐水，滴入几滴酚酞试液，用作阳极、作阴极，将放在阳极附近，接通电源，观察管内发生的现象及试纸颜色的变化。现象：阴、阳两极均有气体放出，气体有刺激性气味，能使变蓝；域溶液变红。说明溶液里有碱性物质生成。饱和食盐水成分：溶液存在四种离子。电极反应式：阴极：（还原反应）；阳极：（氧化反应）总反应：五、离子交换膜法制烧碱离子交换膜电解槽主要由等组成；阳极用_制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由制成，上面涂有镍涂层；阳离子交换膜把电解槽分成阴极室和阳极室。电极均为网状，可增大，阳极表面的特殊处理要考虑。离子交换膜法制烧碱名称的由来，主要是因为使用的阳离子交换膜，该膜有特殊的选择透过性，只允通过，而和两极产无法通过，因而起到了。氯碱工业的主要原料：饱和食盐水，但由于粗盐水中含有泥沙等杂质，精制食盐水时经常加入等，使杂质成为沉淀，过滤除去，然-2-第2页共6页后加入调节盐水的pH。六、原电池原电池是把化学能转化成电能的装置。原电池中电极、电极反应、电子流向(以Zn|H2SO4|Cu原电池为例)电池正极：___________________负极：_______________________电流方向：________________钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀负极：________________________正极：_________________总反应：____________________________巩固练习一、选择题1．阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池，其电池反应为：2H2+O2=2H2O，电解液为KOH，反应保持在较高温度，使H2O蒸发，下列叙述正确的是（）A．此电池能发出蓝色火焰B.H2为正极，O2为负极C．工作时，电解液的pH不断减小D.电极反应为：负极2H2+4OH--4e-=4H2O；正极O2+2H2O+4e-=4OH-2．在常温下，用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液，下列说法中不正确的是（）A．溶液的pH不变B.溶液中Na2CO3的物质的量不变C．Na2CO3溶液的浓度不变D.Na2CO3的水解程度不变3．锌、溴蓄电池的充、放电的电池总反应为Zn+Br2Zn2++2Br-下列各反应：①Zn-2e-=Zn2+②Br2+2e-=2Br-③2Br--2e-=Br2④Zn2++2e-=Zn，其中充电时的阳极和放电时的负极的反应分别是（）A．①②B.③①C.④②D.③②4．下列试管中的铁钉腐蚀最快的是（）5．有a、b、c、d4种金属，可两两组成原电池，a都是正极；把4种金属放入足量的盐酸中，其中b和c溶解，过滤后，向滤液中加入稀NaOH溶液，得到含c的沉淀，则4种金属的活动性由强至弱的顺序可能是（）A．a、c、b、dB.c、b、d、aC．b、c、d、aD.a、b、c、d6．将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，析出钾、镁、铝的物质的量之比是（）A．1∶2∶3B.3∶2∶1C.6∶3∶1D.6∶3∶27．用铂电极电解CuSO4溶液，当铜离子浓度降至一半时，停止通电，若使CuSO4溶液恢-3-第3页共6页复原浓度、原体积，应加入的适量适当物质是（）A．CuSO4B.CuSO4·5H2OC.CuOD.Cu(OH)28．用石墨电极在一定温度下电解K2SO4饱和溶液mg。当阴极产生amol气体时，从溶液中析出ng无水晶体。则剩余溶液的溶质质量分数是（）A．nmnB.nan9C.nan18D.nan369．用Pt作电极，电解串联电路中分装在甲、乙两个烧杯中的200mL0.3mol/LNaCl溶液和30mL0.2mol/L的AgNO3溶液，当产生0.56L(标准状况)Cl2时停止电解，取出电极，将两杯溶液混合，混合液的pH为（设混合后总体积为500mL）（）A．1.4B.5.6C.7D.12.610．某金属元素R的硝酸盐R（NO3）n溶液用Pt电极电解，阳极产生气体VL（标准状况下）时，阴极质量增加mg，若R的原子量为M下列叙述中不正确的是（）A.电路中通过电子6.5VmolB.n=mMV6.5C.溶液中H增加6.5VmolD.n=MVm6.5二、非选择题11．用惰性电极电解AgNO3溶液，经一段时间后，余下溶液的体积为2L。pH=2，阴极上的产物和它的质量是________。12．铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解质溶液为稀硫酸。工作时，该电池的总反应为PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O根据上述情况判断（1）蓄电池的负极是______，其电极反应式为______。（2）蓄电池的正极是______，其电极反应式为______。（3）蓄电池工作时，其中电解质溶液的pH______（增大、减小、不变）。13．由于Fe(OH)2极易被氧化，所以实验室难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。若用下图所法实验装置可制得纯净的Fe(OH)2沉淀。两极材料分别为石墨和铁。①a电极材料为_______，其电极反应式为_______________________。②电解液d可以是_______，则白色沉淀在电极上生成；也可以是_______，则白色沉淀在两极之间的溶液中生成。-4-第4页共6页A.纯水B.NaCl溶液C.NaOH溶液D.CuCl2溶液③液体c为苯，其作用是________________，在加入苯之前，对d溶液进行加热处理的目的是_____________________。④为了在短时间内看到白色沉淀，可以采取的措施是________________________。A.改用稀硫酸做电解液B.适当增大电源电压C.适当缩小两电极间距离D.适当降低电解液温度⑤若d改为Na2SO4溶液，当电解一段时间，看到白色沉淀后，再反接电源，继续电解，除了电极上看到气泡外，另一明显现象为________________________________。14．100.0g无水氢氧化钾溶于100.0g水。在T温度下电解该溶液，电流强度I=6.00A，电解时间10.00h。电解结束温度重新调至T，分离析出的KOH·2H2O固体后，测得剩余溶液的总质量为164.8g。已知不同温度下每100g氢氧化钾饱和溶液中氢氧化钾的质量为：温度/℃0102030KOH/g49.250.852.855.8（已知电子的电量为1.6×10-19c，最后结果要求三位有效数字。）（1）被电解的水的物质的量为________mol。（2）计算电解后剩余溶液的质量分数（写出计算过程）。（3）温度T为________。电化学基础知识参考答案一、电解原理电解定义：使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。电解池是电能转化为化学能的装置。二、铜的电解精炼原理：电解时，用粗铜作阳极，与直流电源的阳极相连；用纯铜作阴极，与电源的负极相连，用CuSO4溶液（加入一定量的硫酸）作电解液。三、电镀铜原理：电镀时，一般都是用含镀层金属离子的电解质溶液为电镀液；把待镀金属制成品浸入电镀液中与直流电源的负相连，作为阴极，而用镀层金属为阳极,与直流电源的正极相连。-5-第5页共6页（1）待镀件需酸洗除表面的锈。（2）电镀液CuSO4中加氨水制成铜氨溶液以降低Cu2+浓度使镀层光亮。四、电解饱和食盐水反应原理在U型管里装入饱和食盐水，滴入几滴酚酞试液，用碳棒作阳极、铁棒作阴极，将湿润的淀粉碘化钾试纸放在阳极附近，接通电源，观察管内发生的现象及试纸颜色的变化。现象：阴、阳两极均有气体放出，阳极气体有刺激性气味，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝；阴极区域溶液变红。说明溶液里有碱性物质生成。饱和食盐水成分：溶液存在Na+、H+、Cl-、OH-四种离子。电极反应式：阴极：2H+＋2e－=H2↑（还原反应）；阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑（氧化反应）总反应：2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2↑+H2↑五、离子交换膜法制烧碱离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成；阳极用_金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；电极均为网状，可增大反应接触面积，阳极表面的特殊处理要考虑阳极产物Cl2的强腐蚀性。离子交换膜法制烧碱名称的由来，主要是因为使用的阳离子交换膜，该膜有特殊的选择透过性，只允Na+通过，而Cl－、OH－和两极产H2和Cl2无法通过，因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。粗盐水中含有泥沙Ca2+、Mg2+、Fe3+、等杂质，精制食盐水时经常加入BaCl2、Na2CO3、NaOH等，后加入HCl调节盐水的pH。六、原电池原电池是把化学能转化成电能的装置。原电池中电极、电极反应、电子流向(以Zn|H2SO4|Cu原电池为例)电池正极：2H+＋2e－=H2↑负极：Ｚｎ－2e－=__Ｚｎ2+电流方向：__负极到正极____钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀负极：_Ｆｅ－2e－=_Ｆｅ_2+___正极：４Ｏ２＋2e－_＋２Ｈ２Ｏ_＝_４OH－__总反应：___２Ｆｅ_＋４Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＝_２Ｆｅ（OH）２_________________________1.D2.B3.B4.D5.C6.D7.C8.C9.C10.D11.析出Ag为2.16g12.(1)PbPb-2e+SO42-=PbSO4(2)PbO2PbO2+2e+4H++SO42-=PbSO4+2H2O(3)增大13.①Fe;Fe-2e=Fe2+②C;B③隔绝空气防止Fe(OH)2被空气氧化；排尽溶液中的氧气，防止生成的Fe(OH)2在溶液中氧化④B、C⑤白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色14.解：①Q=I·t=216×103C相当于2.24mole相对于有1.12mol水被电解了(20.1g水)②从剩余溶液总质量164.8g，知有200g-164.8g=35.2g物质离开溶液，其中有20.1g水被电解，由此可知结晶的KOH·2H2O的质量为35.2g-20.1g=15.1g结晶的KOH的质量为：92.0g/molg1.15×M(KOH)=9.2g结晶水的质量为：92.0g/molg1.15×2M（H2O）=5.9g剩余-6-第6页共6页溶液的质量分数为：m(KOH)O)m(Hm(KOH)2×100%=55.1%③试题最终要求电解槽的温度。根据上面的计算结果，每100g溶液里有55.1gKOH，利用表知T应在20～30℃之间。现要求具体温度即不是温度范围，故有：利用此温度间的温度与溶解度呈线性关系，故：T=273-20-[8.528.558.521.55×10]K=300.7K=27.7℃