(学生用)电解精讲

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电解池 金属的电化学腐蚀与防护,2014高考化学一轮复习,1、形成电解池的条件,e,e,C,C,CuCl,2,溶液,与直流电源相连的两个电极,电解质溶液或熔化的电解质,形成闭合回路,阴极,阳极,电能转化为化学能的装置,一、电解池,阳极,（与电源的正极相连,),：,2Cl,-,2e,-,=Cl,2,（氧化）,阴极,（与电源的负极相连),：,Cu,2+,2e,-,=Cu,（还原）,阳极,阴极,电解池的工作原理,阴离子,阳离子,氧化反应,还原反应,N,m+,+me,-,=N,e,R,n,ne,R,e,请根据电子转移方向、反应类型以及离子移动方向判断电极。,2、电极上离子放电顺序,：,阴极(与电极材料无关)：,Fe,3+,Cu,2+,H,+,，,Pb,2+,Sn,2+,Fe,2+,Zn,2+,由易到难(溶液中只考虑这些离子放电）,阳极(与电极材料有关)：,活泼电极-电极本身溶解,惰性电极-,S,2-,I,-,Br,-,Cl,-,OH,-,NO,3,-,SO,4,2-,F,-,由易到难,当溶液中离子浓度很大时，放电顺序会发生改变，如电镀锌时Zn,2+,在 H,+,之前放电。,阳极,阴极,电极反应,溶液中易得电子的阳离子优先放电,R,n+,+ne,-,=R,活泼金属作电极 由电极本身失电子,R,ne,-,=R,n+,惰性电极 溶液中较易失电子的 阴离子优先放电 R,n-,-ne,-,=R,1、,一看电极材料；二看离子的放电顺序,电解水溶液时，放电顺序中的H,+,、OH,-,后的离子一般不参与放电。,2、书写电解的电极反应式时以实际放电的离子表示，但写电解的总方程式时，弱电解质要写成分子式，注意得失电子数相等，注明条件-“电解”,电极反应的书写,注意事项,用a、b、c、d 四个Pt电极按图示进行电解,通电一段时间后,在a、b、c、d 四个电极上所得产物的物质的量之比为 (),CuCl,2,AgNO,3,a,d,b c,A、2:2:4:1,B、1:4:2:2,C、2:2:2:1,D、4:1:2:2,3、惰性电极电解的类型,电解,类型,举 例,电极反应,溶液变化,溶液,复原,物质类别,实例,PH,浓度,电,解,水,含氧酸,H,2,SO,4,阳极：4OH,-,-4e,-,=O,2,+2H,2,O,阴极：4H,+,+4e,-,=2H,2,减小,增大,H,2,O,强碱,NaOH,增大,增大,活泼金属的,含氧酸盐,Na,2,SO,4,不变,增大,分解,电解,质,无氧酸,HCl,阳极：2Cl,-,-2e,-,=Cl,2,阴极：2H,+,+2e,=H,2,增大,减小,HCl,不活泼金属,的无氧酸盐,CuCl,2,阳极：2Cl,-,-2e,-,=Cl,2,阴极：Cu,2+,+2e,-,=Cu,/,CuCl,2,溶质,和溶,剂同,时电,解,活泼金属的,无氧酸盐,NaCl,阳极：2Cl,-,-2e,-,=Cl,2,阴极：2H,+,+2e,-,=H,2,增大,放出H,2,生,成碱,生成,新物,质,HCl,不活泼金属,的含氧酸盐,CuSO,4,阳极：4OH,-,-4e,-,=O,2,+2H,2,O,阴极：2Cu,2+,+4e,-,=2Cu,减小,放出O,2,生,成酸,生成,新物,质,CuO,减小,4、判断溶液的pH变化：,先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。,（1）如果只产生氢气而没有氧气，pH变大；,（2）如果只产生氧气而没有氢气，pH变小；,（3）如果既产生氢气又产生氧气,若原溶液呈酸性则pH减小；,若原溶液呈碱性pH增大；,若原溶液呈中性pH不变。,电解池,能量转换,离子的迁移方向,发生氧化反应的电极,发生还原反应的电极,电能转化为化学能,阳极（接电源正极）,阴极（接电源负极）,阴离子向阳极迁移,阳离子向阴极迁移,原电池,化学能转化为电能,负极,正极,阴离子向负极迁移,阳离子向正极迁移,相同点,(从原理分析),都是氧化还原反应,原电池与电解池的比较:,电极：阳极镀层金属 阴极镀件,二、电解池的应用-电镀、精炼铜及氯碱工业,待镀制品,铜片,硫酸铜溶液,电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。,电解质溶液：溶液中CuSO,4,的浓度保持不变。,1、电镀,2、铜的电解精炼,粗铜所含的杂质,Zn、Fe、Ni、Ag、Au等,+,纯铜,粗铜,CuSO,4,溶液,阳极-粗铜，,阴极-纯铜，,电解液-CuSO,4,溶液,Zn、Fe-以离子的形式进入电解质溶液,金、银等-阳极泥,食盐的精制：,（1）粗盐的成份：泥沙、Ca,2+,、Mg,2+,、Fe,3+,、SO,4,2,杂质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜；,3、氯碱工业：产品-NaOH、Cl,2,、H,2,1用什么方法除去泥沙？,2用什么试剂除去Ca,2+,、Mg,2+,、Fe,3+,、SO,4,2-,？,3所用试剂只有过量才能除净这些杂质，你能,设计一个合理的顺序逐一除杂吗？,思考：,（2）杂质的除去过程：,粗盐水,含少量Ca,2+,.Mg,2+,精制盐水,注意：,Na,2,CO,3,溶液在,BaCl,2,溶液之后，盐酸在过滤之后。,问：如何确定BaCl,2,溶液过量？,实 验,阳极：碳棒 阴极：铁棒,电解质溶液：氯化钠溶液，,滴入几滴酚酞试液,现象：,阳极产生气体使KI-淀粉试纸变蓝,阴极产生气体（H,2,）、酚酞变,红,阴极：,阳极：,2H,+,+2e,-,=H,2,2Cl,-,-2e,-,=Cl,2,总反应：,2NaCl+2H,2,O 2NaOH+H,2,+Cl,2,电解,原理,该装置的缺点：,1.H,2,和Cl,2,混合不安全。,2.Cl,2,会和NaOH反应，会使得到的NaOH不纯。,离子交换膜的作用：,(1),防止,氯气和氢气混合而引起爆炸。,(2),避免,氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影响氢氧化钠的产量和质量。,+,Cl,2,Cl,2,Cl,H,2,Na,+,H,+,OH,淡盐水,NaOH溶液,精制饱和NaCl溶液,H,2,O（含少量NaOH）,离子交换膜,阳 极,金属钛网,阴 极,碳钢网,电解熔融氯化钠,熔融NaCl,阴极,阳极,e,-,e,-,Na,+,Cl,-,2Cl,-,-2e,-,=Cl,2,2Na,+,+2e,-,=2Na,氧化反应,还原反应,4.电冶金,（使用电解法冶炼像钠、钙、镁、铝等活泼金 属的方法）,总反应：,2NaCl(熔融)2Na +Cl,2,铝的冶炼：,原料：,纯净的Al,2,O,3,（2045）,冰晶石Na,3,AlF,6,（1000）,冰晶石Na,3,AlF,6,的作用：,作为熔剂,降低Al,2,O,3,的熔点,设备：电解槽,电极：,阳极是炭素材料,阴极是炭素,原理：,阴极(C)：4Al,3+,+12e,-,=4Al,阳极(C)：,6O,2-,-12e,-,=3O,2,总的电解方程式：2 Al,2,O,3,3O,2,+4Al,电解,冰晶石,注意：因O,2,在阳极放出,立即与碳棒电极反应,C+O,2,=CO,2,所以碳棒损耗要定期补充。,从NO,3,、SO,4,2,、H,+,、Cu,2+,、Ba,2+,、Ag,+,、Cl,等离子中选出适当的离子组成电解质，采用惰性电极对其溶液进行电解。,两极分别放出H,2,和O,2,，电解质的化学式可能是,；,若阴极析出金属，阳极放出O,2,，电解质的化学式可能为,；,两极分别放出气体，且体积比为1：1，电解质的化学式可能是,。,练习：,用石墨电极电解100mL H,2,SO,4,与CuSO,4,的混合液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L（标况）气体，则原混合液中Cu,2+,的物质的量浓度为（）,A.1mol/L B.2mol/L C.3mol/L D.4mol/L,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Fe,2+,Ni,2+,Cu,2+,）,A阳极发生还原反应，其电极反应式：,Ni,2+,+2e,=Ni,B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Fe,2+,和Zn,2+,D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt,练习：将500mL0.1molL,-1,CuSO,4,溶液和500mL4molL,-,NaCl溶液混和,然后用石墨电极进行电解,若电解过程中共有0.2mol电子通过,则阴极可析出Cu,克,阳极产生,升气体(S、P、T),电解后溶液的pH值为,。,、,向水中加入等物质的量的Ag,+,、Pb,2+,、Na,+,、Cl,-,，SO,4,2-,、NO,3,-,将该溶液倒入惰性材料作电极的电解槽中通电片刻。氧化产物与还原产物的质量比为,（A）35.5：108 （B）16：207,（C）8：1 （D）108：35.5,以惰性电极电解CuSO,4,溶液。一段时间后取出电极，加入9.8 g Cu(OH),2,后溶液与电解前相同，则电解时电路中流过的电子为：A0.1 mol B0.2 mol C0.3 mol D0.4 mol,以KCl和ZnCl,2,混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是,A.未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程,B.因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系,C.电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率,D.镀锌层破损后对铁制品失去保护作用,某硝酸盐晶体化学式为M(NO,3,),x,n,H,2,O，相对分子质量为242，将1.21g该晶体溶于水配成100mL溶液，用惰性电极进行电解。当有0.01 mol 电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重0.32g。求：,金属M的相对原子质量及,x、n,值；,电解溶液的pH（溶液体积仍为100mL）。,按下图的装置进行电解实验：A极是铜锌合金，B极为纯铜，电解质中含有足量的铜离子。通电一段时间后，若A极恰好全部溶解，此时B极质量增加7.68克，溶液质量增加0.03克，则A合金中Cu、Zn原子个数比为,A、41 B、31 C、21 D、任意比,三、金属腐蚀,1.金属腐蚀的本质,金属原子失去电子被氧化变成阳离子而损耗,2.金属腐蚀的分类：,化学腐蚀和电化学腐蚀,两种腐蚀往往,同时发生,，,电化学腐蚀,比,化学腐蚀,普遍得多，腐蚀速度也快得多。,化学腐蚀,电化学腐蚀,条件,金属跟化学物质直接接触而反应,不纯金属或合金,跟电解质溶液接触,现象,腐蚀速度随温度升高而加快,有,微弱电流,产生,本质,金属被氧化,较活泼金属被氧化,联系,电化腐蚀更普遍,钢铁的电化学腐蚀,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,发生条件,电极反应,负极,正极,总反应,钢铁表面吸附的水膜酸性较強时,Fe-2e,-,=Fe,2+,2H,+,+2e,-,=H,2,Fe+,2H,+,=Fe,2+,+,H,2,钢铁表面吸附的水膜酸性较弱或呈中性时,2Fe-4e,-,=2 Fe,2+,O,2,2H,2,O4e,-,=4OH,-,Fe,2+,+2OH,-,=Fe(OH),2,4Fe(OH),2,+O,2,+2H,2,O=4Fe(OH),3,2Fe(OH),3,Fe,2,O,3,xH,2,O,(铁锈),+(3-x)H,2,O,吸氧,腐蚀,比,析氢,腐蚀,普遍得多,实验：吸氧腐蚀,将经过酸洗除去铁锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡以下，放入具支试管中，观察导管中水柱变化。,现象：导管内水柱上升。,铁锈的生成,4Fe(OH),2,+2H,2,O+O,2,=4Fe(OH),3,2Fe(OH),3,Fe,2,O,3,xH,2,O,(3-x)H,2,O,生成的Fe,2,O,3,xH,2,O就是铁锈。,负极：,2Fe-4e,-,=2Fe,2+,正极：,O,2,2H,2,O4e,-,=4OH,-,2Fe,+2H,2,O+O,2,=2Fe(OH),2,金属的防护,1.改变金属的内部组织结构（如制不锈钢）,2.在金属表面覆盖保护层：,（1）在表面刷一层油漆或涂上机油；,（2）在