总方程式 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ ②CuSO4(aq)
阳极(SO42-<OH-= 4OH――4e-=2H2O+O2↑ 阴极(Cu2+>H+) Cu2++2e-=Cu 总方程式 2CuSO4+2H2O
电解 电解 2Cu+2H2SO4+O2↑
【归纳总结】
(1)电解的四种类型(惰性电极):
(2)电解质溶液浓度复原:加入物质与电解产物的反应必须符合电解方程式生成物的化学计量数。
(3)电解时pH的变化:
电极区域:阴极H+放电产生H2,破坏水的电离平衡云集OH-,阴极区域pH变大;阳极OH-放电产生O2,破坏水的电离平衡云集H+,阳极区域pH变小。
电解质溶液:电解过程中,既产生H2,又产生O2,则原溶液呈酸性的pH变小,原溶液呈碱性的pH变大,原溶液呈中性的pH不变(浓度变大);电解过程中,无H2和O2产生,pH几乎不变。如电解CuCl2溶液(CuCl2溶液由于Cu2+水解显酸性),一旦CuCl2全部电解完,pH值会变大,成中性溶液。电解过程中,只产生H2,pH变大。电解过程中,只产生O2,pH变小。
(4)电极方程式的书写:①先看电极;②再将溶液中的离子放电顺序排队,依次放电;③注意要遵循电荷守恒,电子得失的数目要相等。
(二)电解原理的应用 1、铜的电解精炼
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2、
阳极(粗铜棒):Cu-2e-=Cu2+ 阴极(精铜棒):Cu2++2e-=Cu
电解质溶液:含铜离子的可溶性电解质
分析:因为粗铜中含有金、银、锌、铁、镍等杂质,电解时,比铜活泼的锌、铁、镍会在阳极放电形成阳离子进入溶液中,Zn-2e- = Zn2+ 、Fe-2e- = Fe2+ 、Ni-2e- =Ni2+,Fe2+、Zn2+、Ni2+不会在阴极析出,最终留存溶液中,所以电解质溶液的浓度、质量、pH均会改变。还原性比铜差的银、金等不能失去电子,它们以单质的形式沉积在电解槽溶液中,成为阳极泥。阳极泥可再用于提炼金、银等贵重金属。
2、电镀
阳极(镀层金属):Cu-2e-=Cu2+ 阴极(镀件):Cu2++2e-=Cu 电镀液:含镀层金属的电解质
分析:因为由得失电子数目守恒可知,阳极放电形成的Cu2+离子和阴极Cu2+离子放电的量相等,所以电解质溶液的浓度、质量、pH均不会改变。
(1)电镀是电解的应用。电镀是以镀层金属为阳极,待镀金属制品为阴极,含镀层金属离子为电镀液。
(2)电镀过程的特点:牺牲阳极;电镀液的浓度(严格说是镀层金属离子的浓度)保持不变;在电镀的条件下,水电离产生的H+、OH—一般不放电。
电解饱和食盐水——氯碱工业
氯碱工业所得的NaOH、Cl 2 、H2 都是重要的化工生产原料,进一步加工可得多种化工产品,涉及多种化工行业,如:有机合成、医药、农药、造纸、纺织等,与人们的生活息息相关。
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阳极:石墨或金属钛
2Cl――2e=Cl2↑
阴极:铁网 2H++2e=H2↑ 电解质溶液:饱和食盐水
总方程式:2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
分析:在饱和食盐水中接通直流电源后,溶液中带负电的OH—
和Cl—向阳极移动,由于Cl—比OH—容易失去电子,在阳极被氧化成氯原子,氯原子结合成氯分子放出;溶液中带正电的Na+和H+向阴极移动,由于H+比Na+容易失去电子,在阴极被还原成氢原子,氢原子结合成氢分子放出;在阴极上得到NaOH。
(1)饱和食盐水的精制:
原因:除去NaCl中的MgCl2、Na2SO4等杂质,防止生成氢氧化镁沉淀影响
溶液的导电性,防止氯化钠中混有硫酸钠影响烧碱的质量。 试剂加入的顺序:先加过量的BaCl2和过量的NaOH(顺序可换),再加入过量的Na2CO3,过滤,加盐酸调节pH为7。
(2)隔膜的作用:防止氢气和氯气混合发生爆炸;防止氯气和氢氧化钠反应影响烧碱的质量。 4、电解法冶炼活泼金属:
(1)电解熔融的氯化钠制金属钠:
2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑ (2)电解熔融的氯化镁制金属镁: MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑ (3)电解熔融的氧化铝制金属铝:
2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑
分析:在金属活动顺序表中K、Ca、Na、Mg、Al等金属的还原性很强,这些金属都很容易失电子,因此不能用一般的方法和还原剂
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电解 电解 电解 电解
使其从化合物中还原出来,只能用电解其化合物熔融状态方法来冶炼。
注意:电解熔融NaCl和饱和NaCl溶液的区别;不能用MgO替代MgCl2的原因;不能用AlCl3替代Al2O3的原因。 三原电池、电解池和电镀池的比较
典型例题分析
例1、下图中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( )
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a极板 b极板 x电极 Z溶液 A CuSO4 锌 石墨 负极 B NaOH 石墨 石墨 负极 C AgNO3 银 铁 正极 D CuCl2 铜 石墨 负极 分析: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。答案为A。
例2、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 3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH 下列叙述不正确的是
A、放电时负极反应为:Zn-2e— +2OH—= Zn(OH)2
——
B、充电时阳极反应为:Fe(OH)-3e + 5 OH = FeO4+ 4H2O 3
C、放电时每转移3 mol电子,正极有1mol K2FeO4被氧化 D、放电时正极附近溶液的碱性增强
分析:A是关于负极反应式的判断,判断的要点是:抓住总方程式中“放电”是原电池、“充电”是电解池的规律,再分析清楚价态的变化趋势,从而快速准确的判断,A是正确的。B是充电时的阳极方程式,首先判断应该从右向左,再判断阳极应该是失去电子,就应该是元素化合价升高的元素所在的化合物参加反应,然后注重电子、电荷以及元素三个守恒,B正确;C主要是分析原总方程式即可,应该是1mol K2FeO4被还原,而不是氧化。D选项中关于放电时正极附近的溶液状况,主要是分析正极参加反应的物质以及其电极反应式即可,本答案是正确的。答案选C。
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