高中化學(xué)關(guān)于電解恩原理的知識(shí)點(diǎn)
高中化學(xué)關(guān)于電解恩原理的知識(shí)點(diǎn)
在化學(xué)的學(xué)習(xí)中學(xué)生會(huì)學(xué)習(xí)到很多有趣的現(xiàn)象，下面學(xué)習(xí)啦的小編將為大家?guī)黻P(guān)于電解原理方面的知識(shí)點(diǎn)的介紹，希望能夠幫助到大家。
高中化學(xué)關(guān)于電解恩原理的知識(shí)點(diǎn)介紹
(一)電解池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及電解反應(yīng)原理：
電解池：把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。電解池分陰、陽極，陰極與電源的負(fù)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(xué)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(dòng)的離子的過程，它沒有新的物質(zhì)生成，不屬于化學(xué)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(gè)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(fù)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(fù)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(dòng)方向：溶液中陽離子向陰極移動(dòng)，陰離子向陽極移動(dòng)。
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(jìn)行電解時(shí)，對(duì)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(jìn)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(dòng)性順序表中銀以前的金屬所作的電極，作為陽極時(shí)，可作為還原劑參加電極反應(yīng)，作陰極時(shí)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(shí)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(shí)，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(qiáng)，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(shí)，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：
?、匐娊怆娊赓|(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(shí)，就是電解它本身，此時(shí)電解質(zhì)溶液的濃度降低.
?、陔娊鈺r(shí)，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(shí)，電解質(zhì)和水都發(fā)生了變化，溶液的酸性增強(qiáng).
③電解時(shí)，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(shí)際上就是電解水，此時(shí)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(qiáng)堿鹽溶液，此時(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(dāng)c(Cu2 )為0.5mol/L時(shí)，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(shí)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(shí)起原電池的作用，充電時(shí)起電解池的作用.鉛蓄電池發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式可表示為：
(1)寫出放電時(shí)負(fù)極發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式： .
(3)給蓄電池充電時(shí)，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(xué)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(jì)算等知識(shí).考查學(xué)生的分析能力、計(jì)算能力以及思維的嚴(yán)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?jǐn)?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(fù)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(shí)間后，兩電極質(zhì)量相差28g，此時(shí)陽極質(zhì)量 ( )
A. 電解稀硫酸溶液實(shí)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(fù)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(dāng)陰極上增重a g時(shí)，在陽極上同時(shí)產(chǎn)生b L氧氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，從而可知M的相對(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(hào))
(3)b為苯，其作用是 ，加入苯之前對(duì)c應(yīng)作何簡單的處理 ，作用是 .
11、如圖所示，若電解5min時(shí)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(shí)，B中共收集224mL氣體(標(biāo)準(zhǔn)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(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。右圖表示一個(gè)電解池，裝有電解液a;X、Y是兩塊電極板，通過導(dǎo)線與直流電源相連。請(qǐng)回答以下問題：
?、匐娊獬刂蠿極上的電極反應(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(fèi)(NO3)x•nH2O中x的值
?、谇驧的相對(duì)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(fù)極 電鍍
(3)0.025mol/L
?、?Cl--2e-=Cl2↑
(2)①純銅 Cu2 2e-=Cu
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