电解产物的判断方法和电解对溶液pH值的变化的规律

1电解产物的判断方法和电解对溶液pH值的变化的规律广州市铁一中学吴磊一、掌握电解反应产物及电解时溶液pH值的变化规律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—1—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．电解对溶液PH值的影响：（1）电解后整个溶液的PH值变化由总反应及溶液浓度的变化来决定，可分为以下几种情况：若消耗H+或生成OH－，溶液的pH值增大；若消耗OH－或生成H+，溶液的pH值减小。若电解水，PH值的变化由原溶液的PH值来决定。类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度溶液pH值使电解质溶液复原电解水型阴：2H++2e－＝H2↑↓阳：4OH－–4e－＝2H2O+O2↑NaOH（碱性）H2SO4（酸性NA2SO4（中性）水增大增大减小不变加H2O电解溶质型电解质电离出的阴阳离子分别在两极上放电HClCuCl2电解质电解质减小不考虑增大加HCl加CuCl2放H2生碱型阴：H2O放H2生碱阳：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大加HCl放O2生酸型阴：电解质阳离子放电阳：H2O放O2生酸CuSO4AgNO3电解质和水生成新电解质减小加CuO（2）电解后电极附近溶液的pH值变化：若阳极周围生成O2，则消耗OH－，PH值减小；若阴极周围生成H2，则消耗H+，PH值增大。2二、例题分析例1、以石墨棒为电极电解硝酸铜水溶液，写出电解反应的离子方程式和化学方程式：解析：Cu(NO3)2水溶液由Cu(NO3)2和H2O两种物质组成，其中含有NO3-、OH-两种阴离子和Cu2+、H+在两种阳离子。NO3-、OH-在阳极上得电子的先后顺序是OH-〉NO3-，Cu2+和H+在阴极上得电子的先后顺序是Cu2+〉H+。溶液中的OH-来自难电离的水，电极反应式为：阳极：2H2O-4e-=O2↑+4H+阴极：2Cu2++4e-=2Cu将两个电极反应式相加，得电解Cu(NO3)2水溶液的离子方程式和化学方程式：2Cu2++2H2O电解2Cu+O2↑+4H+2Cu(NO3)2+2H2O电解2Cu+O2↑+4HNO3点拨：以惰性电极电解电解质水溶液，分析电解反应的一般步骤：（1）分析电解质水溶液的组成，找全离子并分为阴、阳离子两类：（2）分别对阴阳离子排出放电和得电子顺序，写出两极上得电极反应式：（3）合并两个电极反应式得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。例2、右图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无臭气体放出，符合这一情况的是(A)a极板b极板x电极Z溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨负极CuCl2解析：通电后a极板增重，表明溶液中金属阳离子在a极板上放电，发生还原反应析出了金属单质，因此可确定a极板是电解池的阴极，与它相连接的直流电源的x极是负极。选项C中x极为正极，故C不正确。A中电解液为CuSO4溶液，阴极a板上析出Cu而增重，阳极b板上由于OH－离子放电而放出无色无臭的O2，故A正确。B中电解液为NaOH溶液，通电后阴极a上应放出H2，a极板不会增重，故B不正确。D中电解液为CuCl2溶液，阴极a板上因析出Cu而增重，但阳板b板上因Cl－离子放电，放出黄绿色有刺激性气味的Cl2，故D不正确。例3：右图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，在c、d两极上共收集到336mL（标准状态）气体。回答：（1）直流电源中，M为极。（2）Pt电极上生成的物质是，其质量为g。（3）电源输出的电子，其物质的量与电极b、3c、d分别生成的物质的物质的量之比为：2∶∶∶。（4）AgNO3溶液的浓度（填增大、减小或不变。下同），AgNO3溶液的pH，H2SO4溶液的浓度，H2SO4溶液的pH。（5）若H2SO4溶液的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的H2SO4溶液为g。解析：电解5.00%的稀H2SO4，实际上是电解其中的水。因此在该电解池的阴极产生H2，阳极产生O2，且VHVO2122∶∶。据此可确定d极为阴极，则电源的N极为负极，M极为正极。在336mL气体中，VH23336224mL2，为0.01mol，VO13336112mol2，为0.005mol。说明电路上有0.02mol电子，因此在b极（Pt、阴极）产生Ag0.021082.16g：，即0.02mol的Ag。则n(e)∶n(Ag)∶n(O2)∶n(H2)=0.02∶0.02∶0.005∶0.01=2∶2∶12∶1.由Ag（阳）电极、Pt（阴）电极和AgNO3溶液组成的电镀池，在通电一定时间后，在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag+离子的物质的量，等于Ag电极被还原给溶液补充的Ag+离子的物质的量，因此[AgNO3]不变，溶液的pH也不变。电解5.00%的H2SO4溶液，由于其中的水发生电解，因此[H2SO4]增大，由于[H+]增大，故溶液的pH减小。设原5.00%的H2SO4溶液为xg，电解时消耗水0.01×18=0.18g，则：5.00%x5.02%x0.18，解得：x45.18g。答案：（1）正；（2）Ag、2.16；（3）2∶12∶1；（4）不变、不变、增大、减小；（5）45.18。例4：室温下，用惰性电极电解VmL某二价金属的硫酸盐溶液一段时间后，阴极有mmg金属析出，溶液的pH值由65变为20电解前后溶液体积的变化可忽略不计，析出金属的原子量的数字表达式为AAVm200BVm100CVm5102DVm5101解析：该二价金属的物质的量为Mm，电路上流过的电子的物质的量为Mm×2。此电解为混合电解，故产生的H+的物质的量即为电子的物质的量Mm×2，由此可得：Mm×2＝102×V，M＝Vm200。应选A。例5：电解饱和KCl溶液1.5L，当生成的氯气完全被过量的AgNO3溶液吸收后，得到沉淀0.4305g。若原电解液的体积变化忽略不计时，电解后溶液的pH值为(C)A.10.3B.11C.11.3D.12.3解析：0.4305gAgCl沉淀为0003mol，由此可知电子的物质的量为00015mol，KCl溶液4的电解为混合电解，故OH的浓度为00015mol/L，H+浓度为73×1012mol/L，由此可看出应选C。三、考点强训一、选择题：(B)1.（05全国卷I）关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠B．若在阳极附近的溶液中滴入KI试液，溶液呈棕色C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性(D)2、（2005天津卷）2、金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋）A阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2＋＋2e－＝NiB电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等C电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt(A)3.X、Y、Z、M代表四种金属元素。金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，Z极上有H2放出；若电解Y2+和Z2+共存的溶液时，Y先析出；又知M2+的氧化性强于Y2+。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为A.XZYMB.XYZMC.MZXYD.XZMY(A)4．右图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无臭气体放出，符合这一情况的是a极板b极板x电极Z溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨负极CuCl2(BC)5.(03上海)右图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极，则下列有关判断正确的是A.a为负极，b为正极B.a为阳极，b为阴极C.电解过程中，d电极质量增加D.电解过程中，氯离子浓度不变(C)6.（05江苏）高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：放电充电3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH5下列叙述不正确．．．的是A．放电时负极反应为：Zn—2e—+2OH—=Zn(OH)2B．充电时阳极反应为：Fe(OH)3—3e—+5OH—=FeO24+4H2OC．放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化D．放电时正极附近溶液的碱性增强（A）7、用惰性电极电解某溶液时，发现两极只有H2和O2生成，则电解一段时间后，若电解前后温度变化忽略不计，下列有关溶液叙述正确的有①该溶液的pH可能增大②该溶液的pH可能减小③该溶液的pH可能不变④该溶液的浓度可能增大⑤该溶液的浓度可能不变A．①②③④⑤B．只有①②④⑤C．只有①③⑤D．只有②③④(AD)8．(04广西)pH=a某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液的pHa，则该电解质可能是A．NaOHB．H2SO4C．AgNO3D．Na2SO4(C)9.用惰性电极电解下列物质的溶液，经过一段时间，溶液的物质的量浓度增大，pH减小的是A.NaClB.CuSO4C.H2SO4D.Na2SO4(AD)10.用石墨电极电解AlCl3溶液时，下图所示的电解液变化曲线合理的是ABCD(D)11.以Pt作电极，用电源串联电解分别装在两个烧杯里的200mL0.3mL/LNaCl溶液和300mL0.1mol/L的AgNO3溶液，过一段时间取出电极，将两杯溶液混合，则对混合液的pH值判断正确的是A.小于7B.大于7C.等于7D.大于等于7(B)12、下列四种装置中，溶液的体积均为250毫升，开始时电解质溶液的浓度均为0.10摩/升，工作一段时间后，测得导线上均通过0.02摩电子，若不考虑溶液体积的变化，则下列叙述正确的是A工作一段时间后溶液的浓度①＝②＝③＝④B工作一段时间后溶液的pH值：④＞③＞①＞②C产生气体的总体积：④＞③＞①＞②D电极上析出的固体的质量：①＞②＞③＞④(A)13.如图所示，图中四种装置工作一段时间后，测得导线上均通过了0.002mol电子，此时溶液的pH由小到大的排列顺序为（不考虑溶液的水解和溶液的体积变化）0时间时间077pHpH时间JIAN间间0时间0沉淀量6A．①②③④B．②①③④C．②①④③D．①②④③(D)14．按右图装置实验，若x轴表示流入阴极的电子的物质的量，则y轴可表示①c(Ag+)②c(NO3－）③a棒的质量④b棒的质量⑤溶液的pHA．①③B．③④C．①②④D．①②⑤-(B)15.用两支惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH值从6.0变为3.0时（设电解阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略），则电极上析出的银的质量大约为A.27mgB.54mgC.108mgD.216mg二、填空题：16.有下列三组电解池，电极均为惰性电极，实验通电时间和电流强度都相同。⑴析出气体总体积最大