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高中化學關(guān)于電解恩原理的知識點

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高中化學關(guān)于電解恩原理的知識點

  在化學的學習中學生會學習到很多有趣的現(xiàn)象,下面學習啦的小編將為大家?guī)黻P(guān)于電解原理方面的知識點的介紹,希望能夠幫助到大家。

  高中化學關(guān)于電解恩原理的知識點介紹

  (一)電解池的結(jié)構(gòu)特點及電解反應(yīng)原理:

  電解池:把電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置。電解池分陰、陽極,陰極與電源的負極相連,發(fā)生還原反應(yīng);陽極與電源的正極相連,發(fā)生氧化反應(yīng)。

  說明:

  1、電解與電離的比較:電解是電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程,在這一過程中有新的物質(zhì)生成,發(fā)生了化學反應(yīng)。而電離是電解質(zhì)在水溶液中或熔融狀態(tài)下離解成自由移動的離子的過程,它沒有新的物質(zhì)生成,不屬于化學變化。

  2、組成電解池的條件有:外接直流電源且與兩極相連;兩個電極;電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)。

  3、電解池的電極分陰陽極,其中與電源的負極相連的稱為陰極,發(fā)生還原反應(yīng);與電源的正極相連的稱為陽極,發(fā)生氧化反應(yīng)。

  4、電解池電子流向:電子由電源的負極→電解池的陰極,再由電解質(zhì)溶液→電解池的陽極→電源正極。溶液中離子的移動方向:溶液中陽離子向陰極移動,陰離子向陽極移動。

  5、電解池的反應(yīng)原理:

  陽極:活性電極(除鉑、金以及非金屬等惰性電極)以及溶液中的陰離子失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng)。

  (二)電解產(chǎn)物的判斷:電解質(zhì)溶液通直流電進行電解時,對電解產(chǎn)物的判斷,既要考慮陰陽離子的氧化還原能力,還要考慮電極材料、離子濃度、溶液的酸堿性等.判斷電解產(chǎn)物首先考慮電極材料,然后再根據(jù)電解質(zhì)溶液中離子的放電順序進行判斷.

  說明:

  1、電極材料可分為活性電極和惰性電極兩種,活性電極為在金屬活動性順序表中銀以前的金屬所作的電極,作為陽極時,可作為還原劑參加電極反應(yīng),作陰極時一般不反應(yīng);而惰性電極是由鉑、金以及非金屬元素組成的電極,它們在電解池中無論是作陽極還是作陰極,都不參與電極反應(yīng).

  2、活性電極(金屬電極)作陽極,陽極反應(yīng)總是金屬電極發(fā)生失電子反應(yīng)即氧化反應(yīng).而陰極反應(yīng)與用惰性電極電解溶液時情況相同,不參與電極反應(yīng).可用電極反應(yīng)式表示如:陽極:M-ne-=Mn+.

  3、用惰性電極電解電解質(zhì)溶液時,溶液中陰陽離子的放電順序如下:

  電解過程中陰離子的放電順序:S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-,即陰離子的還原性越強,其在電解池的陽極越容易失去電子.

  4、用惰性電極電解不同的電解質(zhì)溶液時,電解質(zhì)溶液和電極產(chǎn)物是不一樣的.我們可以分為以下幾種情形加以分析:

  ①電解電解質(zhì)本身,即電解質(zhì)溶液的陰陽離子分別在電解池的陽極和陰極放電.如:電解CuCl2(陽極:2Cl-?D2e- =Cl2,陰極:Cu2 +2e-=2Cu)、HCl溶液(陰極:2H +2e-=H2↑,陽極:2Cl--2e-=Cl2↑).即電解無氧酸或無氧酸的某些弱堿鹽溶液時,就是電解它本身,此時電解質(zhì)溶液的濃度降低.

 ?、陔娊鈺r,電解質(zhì)的陽離子放電,陰離子不放電,如:電解硝酸銀溶液(陽極:4OH--4e-=2H2O O2,陰極:4Ag+ 4e-=Ag,4AgNO3 2H2O=4Ag O2↑ 4HNO3)或硫酸銅溶液(陽極:4OH--4e-=2H2O O2,陰極:2Cu2 4e-=2Cu,2CuSO4 2H2O=2Cu O2↑ 2H2SO4)等.即電解含氧酸的某些弱堿鹽溶液時,電解質(zhì)和水都發(fā)生了變化,溶液的酸性增強.

  ③電解時,電解質(zhì)的陰離子放電,陽離子不放電,如:電解NaCl溶液

 ?、茈娊膺^程中電解質(zhì)的陰陽離子都不放電,實際上就是電解水,此時的電極反應(yīng)式為:陽極:4OH--4e-=2H2O O2,陰極:4H++4e-=2H2,2H2O=2H2↑ O2↑.即電解含氧酸的強堿鹽溶液,此時電解質(zhì)沒有變化,水減少,溶液的濃度增大,如電解硫酸鈉、氫氧化鈉、硫酸、硝酸等溶液.

  5、在用惰性電極電解時,電解質(zhì)溶液減少的質(zhì)量等于陰陽兩極析出物質(zhì)的質(zhì)量之和。因此,若要加入某種物質(zhì)使電解質(zhì)溶液復(fù)原,原則上是“出什么加什么”即只要加入陰陽兩極析出的產(chǎn)物相互化合所形成的生成物即可。如陰極析出銅,陽極析出氧氣,則只需要加入氧化銅就可以使電解質(zhì)溶液復(fù)原。

  【典型例題】

  [例1]pH=a的某電解質(zhì)溶液中,插入兩支惰性電極通直流電一段時間后,溶液的pH>a,則該電解質(zhì)可能是:                     (  )

  A. NaOH B. H2SO4 C. AgNO3 D. Na2SO4

  解析:A電解NaOH溶液,陽極消耗OH-,陰極消耗H+,實際上是電解水,由于溶液體積減小,溶質(zhì)NaOH溶液濃度變大,pH增大.

  B電解稀硫酸溶液,實質(zhì)上也是電解水,液體體積變小,溶質(zhì)硫酸濃度增大,pH減小.

  C電解硝酸銀溶液,陰極上Ag+放電,陽極上消耗水電離出的OH-,H+濃度增大,pH減小,電解反應(yīng)為:4AgNO3+2H2O=4Ag+4HNO3+O2↑

  D電解Na2SO4溶液,實質(zhì)上也是電解水,液體體積變小,溶質(zhì)Na2SO4濃度增大,pH不變.

  答案:A

  [例2]用石墨做電極電解1mol/LCuSO4溶液,當c(Cu2 )為0.5mol/L時,停止電解,向剩余溶液中加入下列何種物質(zhì)可使電解質(zhì)溶液恢復(fù)至原來狀況      (  )

  A. CuSO4 B. CuO C. Cu(OH)2 D. CuSO4?5H2O

  解析:電解過程中的反應(yīng)為:陽極:4OH--4e-=2H2O O2,陰極:2Cu2 4e-=2Cu,2CuSO4 2H2O=2Cu O2↑ 2H2SO4.由以上反應(yīng)可知,電解使2molCuSO4和2molH2O變成了2molH2SO4,同時析出銅,放出氧氣.溶液中每生成 1molH2SO4,即減少1molCuSO4和1molH2O.由此可知,要使溶液恢復(fù)至原來狀況,應(yīng)加入CuO,反應(yīng)為

  CuO+H2SO4=CuSO4+H2O.

  加入Cu(OH)2,也可與H2SO4反應(yīng),生成CuSO4和H2O,但生成的水量較多,溶液不能恢復(fù)至原狀況.

  Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O

  本題也可從溶液中減少的物質(zhì)來考慮,這樣更簡單一些,從溶液中析出的物質(zhì)是銅和氧氣,每放出1mol氧氣,即析出2mol銅,銅與氧氣的物質(zhì)的量之比為2:1,所以加入CuO可恢復(fù)原狀況.

  答案:B

  [例3]已知鉛蓄電池的兩極分別為Pb和PbO2,在放電時起原電池的作用,充電時起電解池的作用.鉛蓄電池發(fā)生反應(yīng)的化學方程式可表示為:

  (1)寫出放電時負極發(fā)生反應(yīng)的化學方程式:             .

  (3)給蓄電池充電時,若要使3.03gPbSO4轉(zhuǎn)變?yōu)镻b和PbO2,需多少物質(zhì)的量的電子.

  解析:此題涉及蓄電池的電化學反應(yīng)原理、電解CuSO4溶液的反應(yīng)原理、電極反應(yīng)和有關(guān)電池反應(yīng)、電解反應(yīng)的計算等知識.考查學生的分析能力、計算能力以及思維的嚴密性和整體性.解此題的關(guān)鍵在于:①弄清蓄電池以及電解CuSO4溶液的反應(yīng)原理;②把握電池反應(yīng)和電解反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等這一恒等關(guān)系.

  e- =PbSO4↓

  (2)由電池反應(yīng)< style='width:201.75pt;> 有2e--2H2SO4的關(guān)系,以及電解反應(yīng):2CuSO4 2H2O=2Cu O2↑ 2H2SO4.得出4e--2H2SO4-Cu的關(guān)系.則電解CuSO4溶液生成的銅的物質(zhì)的量為:1.6/64=0.025mol,所以蓄電池中消耗的硫酸的物質(zhì)的量為0.05mol.

  e--2PbSO4的關(guān)系.3.03gPbSO4的物質(zhì)的量為3.03/303=0.01mol,則轉(zhuǎn)變?yōu)镻b和PbO2需電子的物質(zhì)的量為0.01mol.

  答案:(1)Pb+ -2e-=PbSO4↓;(2)0.05mol;(3)0.01mol

  e-=Cu2 ;陰極上生成H2,電極反應(yīng)為:2H++2e-=H2,陰極累積的OH-與陽極生成的Cu2 反應(yīng)生成Cu(OH)2沉淀.總反應(yīng)為:Cu+2H2O=Cu(OH)2+H2(電解),即每生成amol的H2,就有2amol的水被電解,分解的水與被析出的晶體可組成T℃的飽和Na2SO4溶液.該飽和溶液的質(zhì)量為bg+2amol×18g/mol=(b+36a)g.溶質(zhì)的質(zhì)量為:142b /322g,則T℃的飽和Na2SO4溶液的質(zhì)量分數(shù)為:71b/161(b+36a)

  答案:71b/161(b+36a)

  【模擬試題】

  1、在水中加等物質(zhì)的量的Ag ,Pb2 ,Na ,SO42-,NO3-,Cl-,該溶液放在用惰性電極做電極的電解槽中,通電片刻,則氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的質(zhì)量比為 ( )

  A. 氧化銅加硫酸銅 B. 氫氧化鈉加氫氧化鈉

  B. a為負極,b為正極;NaClO和NaCl

  D. a為陰極,b為陽極;HClO和NaCl

  4、用質(zhì)量均為100g的銅作電極電解硝酸銀溶液,電解一段時間后,兩電極質(zhì)量相差28g,此時陽極質(zhì)量                             (   )

  A. 電解稀硫酸溶液實質(zhì)上是電解水,溶液pH不變

  C. 電解硫酸鈉溶液,在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1:2

  A. 陰極至始至終只析出H2

  C. 電解最后階段為電解水

  A. X是正極,Y是負極

  C. CuSO4溶液的pH值逐漸增大

  8、用惰性電極電解M(NO3)x的水溶液,當陰極上增重a g時,在陽極上同時產(chǎn)生b L氧氣(標準狀況),從而可知M的相對原子質(zhì)量為  (   )

  A. 1       B. 8       C. 13      D. 14

  10、由于Fe(OH)2極易被氧化,所以實驗室很難用亞鐵鹽溶液與燒堿反應(yīng)制得白色純凈的Fe(OH)2沉淀,應(yīng)用下圖電解實驗可以制得白色純凈的Fe(OH)2沉淀.兩電極材料分別為石墨和鐵.

  (2)電解液c可以是 (填編號)

  (3)b為苯,其作用是 ,加入苯之前對c應(yīng)作何簡單的處理 ,作用是 .

  11、如圖所示,若電解5min時銅電極增重2.16g,試回答:

  (1)電源電極X名稱為      。C裝置是     池;

  (2)pH變體為:A      ;B       ;C       ;

  (3)通電5min時,B中共收集224mL氣體(標準狀況),溶液體積為200mL(設(shè)電解前后體積沒變化)則通電前硫酸銅溶液的物質(zhì)的量濃度是多少?

  (4)若A中KCl溶液的體積也是200mL,電解后,溶液的pH是多少?(設(shè)電解前后體積無變化)

  12、電解原理在化學工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。右圖表示一個電解池,裝有電解液a;X、Y是兩塊電極板,通過導線與直流電源相連。請回答以下問題:

  ①電解池中X極上的電極反應(yīng)式為

  在X極附近觀察到的現(xiàn)象是        。

  (2)如要用電解方法精煉粗銅,電解液a選用CuSO4溶液,則

 ?、赮電極的材料是      ,電極反應(yīng)式為         。

  求:①M(NO3)x•nH2O中x的值

 ?、谇驧的相對原子質(zhì)量和n的值。

  【試題答案】

  1、C  2、C  3、B  4、D  5、D

  6、D  7、B  8、C  9、C

  10、(1)Fe  Fe-2e-= Fe2+

  (3)隔絕空氣,防止生成的氫氧化亞鐵被空氣中的氧氣所氧化   加熱c    以除去溶解在其中的氧氣

  11、(1)負極   電鍍

  (3)0.025mol/L

  ②2Cl--2e-=Cl2↑

  (2)①純銅 Cu2 2e-=Cu

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