电解池专题讲义及经典例题

电解池专题讲义及经典例题1、定义：电解池：借助电流引起氧化还原反应的装置，即把电能转化为化学能的装置叫电解池或电解槽。阴极：与电源负极相连的一极阳极：与电源正极相连的一极装置：电极反应式：阳极：2Cl--2e-=Cl2(氧化)阴极：Cu2++2e-=Cu(还原)总电极方程式：___________________放电：阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。3、电解：电流(外加直流电)通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应(被动的不是自发的)的过程叫电解。所以电解质导电的实质便是——电解电解CuCl2水溶液为何阳极是Cl-放电而不是OH-放电，阴极放电的是Cu2+而不是H+？4．离子的放电顺序阴极：（阳离子在阴极上的放电顺序(得e-)）Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+(指酸电离的)Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+(指水电离的)Al3+Mg2+Na+Ca2+K+阳极(1)是活性电极时：电极本身溶解放电(2)是惰性电极时：阴离子在阳极上的放电顺序（失e-）S2-I-Br-Cl-OH-NO3-SO42-(等含氧酸根离子)F-练习：电解氯化铜、硫酸铜、盐酸、硫酸、氢氧化钠、氯化钠溶液的电极方程式。2、电解池的构成电源两个电极电解质溶液闭合回路阴极、阳极5、电解质溶液的电解规律（惰性电极）被电解的物质电解质实例阴极阳极总方程式溶液的pH备注H2O强碱的含氧酸盐Na2SO44H++4e—=2H2↑4OH——4e—=O2↑+2H2O2H2O2H2↑＋O2↑不变电解质起导电作用，其量不变，水减少，电解质浓度增大含氧酸H2SO4降低强碱KOH升高电解质自身弱碱的非含氧酸盐(氟化物除外)CuCl2Cu2++2e—=Cu↓2Cl——2e—=Cl2↑CuCl2Cu+Cl2↑具体看金属阳离子水解能力与生成的气体溶于水后的反应。此处Cl2溶于水的酸性强于Cu2+水解的酸性，所以pH下降相当于电解质分解，水不参加反应非含氧酸（HF除外）HBr2H++2e—=H2↑2Br——2e—=Br22HBrBr2+H2↑升高电解质自身和水强碱的非含氧酸盐NaCl2H++2e—=H2↑2Cl——2e—=Cl2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑升高产生碱或酸弱碱的含氧酸盐CuSO42Cu2++4e—=2Cu↓4OH——4e—=O2↑+2H2O2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑降低6、电解原理的应用⑴氯碱工业如电解饱和食盐水可制得NaOH、Cl2、H2，而电解稀NaCl溶液可制备NaClO。2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑⑵电镀电镀时，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极相连，作为阴极，而用镀层金属为阳极，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，并在阴极上被还原成金属析出。电镀铜规律可概括为“阳极溶解，阴极沉积，电解液不变”镀件电镀与一般的电解本质相同，但在电极材料、电极反应（是同种金属的得失电子，宏观上无新物质生成）、溶液浓度（电解过程浓度一般会发生变化，但电镀则不变）的变化等均有差别。⑶铜的电解精炼原理：电解时，用粗铜板作阳极，与直流电源的正极相连；用纯铜板作阴极，与电源的负极相连，用CuSO4溶液（加入一定量的硫酸）作电解液。CuSO4溶液中主要有Cu2+、SO、H+、OH-，通电后H+和Cu2+移向阴极，并在阴极发生Cu2++2e-=Cu；OH-和SO移向阳极，但阳极因为是活性电极故而阴离子并不放电，主要为阳极（活泼及较活泼金属）发生氧化反应而溶解，阳极反应：Cu-2e-=Cu2+。电解过程中，比铜活泼的Zn、Fe、Ni等金属杂质，在铜溶解的同时也会失电子形成金属阳离子而溶解，此时阴极仍发生Cu2++2e-=Cu，这会导致电解液中硫酸铜的浓度不发生变化；Ag、Au不如Cu易失电子，Cu溶解时它们以阳极泥形式沉积下来，可供提炼Au、Ag等贵金属。结论：该过程实现了提纯铜的目的。⑷电解法冶炼金属一些较活泼的金属常用电解的方法冶炼，如Na、Mg、Al等金属（这是因为这些金属的阳离子的氧化性很弱，难以找到经济实用的还原剂，从这个意义上看，电源的负极是最强的还原剂）。例如：用石墨作电极电解熔融的氧化铝①原料由铝土矿提纯得到纯Al2O3②设备③原理在熔化条件下Al2O3=2Al3++3O2—阴极4Al3++12e—=4Al阳极6O2——12e—=3O2↑总反应式注意：①冰晶石作熔剂，降低Al2O3的熔点；②电解过程中，定期补充阳极碳块；③由铝矾土制备纯Al2O3。7、电解时电极反应式的书写（1）看电极。主要是看阳极是何类型的电极，若为活性电极，电极本身被氧化发生氧化反应。阴极一般不参与电极反应。（2）看离子。搞清电解质溶液中存在哪些阴离子、阳离子，根据放电顺序书写电极反应式。（3）水溶液中始终有H+和OH-，放电顺序中H+和OH-之后的离子一般不参与电极反应。例如：电解CuCl2溶液的电极反应分析：如图所示：①看电极。石墨做电极，两极都不反应。②看离子。溶液中存在的离子为Cu2＋Cl－OH－H＋；阳离子放电顺序Cu2＋＞H＋故Cu2＋＋2e－===Cu；阴离子放电顺序Cl－＞OH－故2Cl－－2e－===Cl2↑总方程式为：CuCl2Cu＋Cl2典型例题例1．用两支惰性电极插入500mL的AgNO3溶液中，通电电解。当电解质溶液的pH由6.0变为3.0时（设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略），则电极上析出银的质量是（）A．27mgB．54mgC．108mgD．216mg[分析]根据离子放电顺序，先写出两极的电极反应式：阳极：4OH--4e-=O2↑+2H2O①阴极：4Ag++4e-=4Ag②其中OH-来自水，所以总的电解反应式：4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+或4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3因为有HNO3生成，所以pH要变小。生成HNO3的物质的量为(10-3-10-6)×0.5≈0.5×10-3mol，所以析出银的质量为0.5×10-3mol×108g/mol=54mg答案：B电解例2．如图所示A为一张浸透淀粉碘化钾溶液并滴有酚酞试剂的滤纸，a、b为两张紧贴在滤纸上的铂片，并用导线和直流电源M、N两极相连接，通电后，在a周围观察到无色溶液变为蓝色。（1）电源哪一个极是正极？哪极是负极？（2）b周围可观察到什么现象？为什么？[分析]本题装置实际上是电解KI溶液，由于a、b为铂电极是惰性电极，则在阳极上放电的应是I-，其电极反应为：2I--2e-=I2；阴极是水电离出来的H+放电，其电极反应为：2H++2e-=H2↑，由于H+在阴极上不断放电，破坏了水的电离平衡，使阴极附近OH-浓度增大。从题给条件分析可知，a周围观察到蓝色，说明有I2生成，所以a为阳极、b为阴极，而与之相连的电源M极为正极，N极为负极，b周围酚酞试液变红色。答案：（1）M是电源的正极，N为负极，（2）b极周围可看到溶液红色，因为b极为阴极，其电极反应为2H++2e-=H2↑，由于H+不断放电破坏了水的电离平衡，c(OH-)增大，使得b极附近碱性增大，酚酞变红。例3．若在铁片上镀锌，以下叙述中错误的是（）A．可把铁片与电源的正极相连B．电解质必须用含有锌离子的可溶性盐C．锌极发生氧化反应D．铁极的电极反应式为Zn2++2e-=Zn[分析]电镀的实质就是以非惰性电极为阳极的一种特殊的电解。电镀时一般以镀层金属为电解池的阳极，待镀件为阴极，含镀层金属离子的电解溶液为电镀液。电镀过程中镀层金属发生氧化反应而成为离子溶入电解液，其离子则在待镀件上发生还原反应而析出，且电解质溶液浓度一般不变。故而本题只有A项不正确。答案：A例4．串联电路中的四个电解池分别装有0.1mol·L-1的下列溶液，用铂电极电解，连接直流电源一段时间后，溶液的pH最小的是（）A．CuCl2B．NaClC．AgNO3D．KNO3[分析]本题主要考查电解原理、离子放电顺序及电解后溶液pH变化等问题。理解电解原理并熟悉掌握阴、阳离子的放电顺序是解本题的关键，在电解时，如果H+或OH-在电极上放电往往会导致电极附近溶液H+或OH-浓度发生改变，从而引起电极附近pH变化。对于电解CuCl2溶液，尽管H+或OH-都没有在阴极或阳极上放电，但由于CuCl2是强酸弱碱盐，水解后溶液呈酸性，因此若CuCl2完全电解后，如果不考虑Cl2溶于水生成HCl和HClO，溶液呈中性，pH增大（实际上由于生成HCl、HClO，溶液呈微酸性）。电解NaCl溶液H+在阴极上放电，阴极附近OH-浓度增大；阳极上Cl-放电，阳极区域H+、OH-浓度基本不变，因而电解后整个溶液pH会变大，电解AgNO3溶液，阴极Ag+放电；阳极是OH-放电，阳极区域H+浓度变大，溶液pH会显著变小（相当于生成稀HNO3）。电解KNO3实质是电解水，pH不变。答案：C例5．将两个铂电极插入500mLCuSO4(aq)中进行电解，通电一段时间后，某一电极上增重0.064g(设电解时无H2放出，且不考虑水解和溶液体积的变化)，此时溶液中氢离子的物质的量浓度约为（）A．1×10-3mol·L-1B．4×10-3mol·L-1C．2×10-3mol·L-1D．1×10-7mol·L-1[分析]由于最后溶液中的H+主要由电解CuSO4溶液产生，所以要计算c(H+)，可依据电解的离子方程式2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+进行解题。题中电极增重0.064g必为阴极反应生成Cu所致，即n(Cu)=0.064g÷64g·mol-1=0.0010mol，然后依据离子方程式中各物质之间的化学计量数之比，求出生成的c(H+)。2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+2mol4mol0.0010molc(H+)×0.50Lc(H+)==4.0×10-3mol·L-1答案：B