(共63张PPT)
第1课时 电解原理
目 标 素 养
1.了解电解池的构造,能分析、解释电解池的工作原理。
2.会写电解池的电极反应式和总反应方程式。
3.认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。
4.能够运用电子守恒的观点进行电化学计算。
5.能设计简单的电解池,能利用电解原理防护金属。
知 识 概 览
一、电解CuCl2溶液
1.按下图所示装置完成实验,并填写下表。
2.实验原理分析。
(1)氯化铜溶液中存在的离子有Cu2+、Cl-、H+、OH- ,通电前这些离子在溶液中做自由运动。
(2)通电时在电场的作用下,溶液中的离子做定向运动,即Cl-、OH-移向a极,Cu2+、H+移向b极。
(3)a极的电极反应式是2Cl--2e-══Cl2↑,b极的电极反应式是Cu2++2e-══Cu,总反应式是CuCl2 Cu+Cl2↑。
(4)结论:电解质溶液的导电过程,就是电解质溶液的电解过程。
3.电解的定义。
使 电流 通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起 氧化还原反应 的过程。
微思考 电解质溶液导电与金属导电有什么不同
提示:电解质溶液导电实际上是电解过程,发生氧化还原反应,是化学变化。金属导电是因为在外加电场作用下,自由电子发生定向移动,是物理变化。
微判断 (1)电解与电离均需要通电才可发生。( )
(2)电解CuCl2溶液,Cu2+放电发生氧化反应。( )
(3)用石墨电极电解CuCl2溶液,阳极逸出的气体能够使湿润的蓝色石蕊试纸最终变为红色。( )
(4)电解质溶液导电时,一定会有化学反应发生。( )
(5)电解CuCl2溶液过程中发生的是放热反应。( )
×
×
×
√
×
二、电解池
1.定义。
将 电 能转化为 化学 能的装置,也称电解槽。
2.构成条件。
(1)两个电极:
阳极——与电源 正 极连接;
阴极——与电源 负 极连接。
(2)电解质溶液或 熔融电解质 。
(3)直流电源。
(4)用导线连接形成 闭合回路 。
3.装置中电子和离子的移动方向。
(1)电子:从电源 负 极流出后,流向电解池 阴 极;从电解池的 阳 极流出后流向电源的 正 极。
(2)离子:阳离子移向电解池的 阴 极,阴离子移向电解池的
阳 极。
微训练1 .下列关于如图所示①②
两个装置的叙述,正确的是( )。
A.装置名称:①是原电池,
②是电解池
B.c(H2SO4)变化:①增大,②减小
C.电极反应式:①中阳极反应为
4OH--4e-══2H2O+O2↑,②中正极反应为Zn-2e══-Zn2+
D.离子移动方向:①中的H+向阴极方向移动,②中的H+向负极方向移动
B
解析:①中有外加电源,为电解池,②为原电池,A项错误;①中电解水,c(H2SO4)增大,②中正极消耗H+,生成H2,c(H2SO4)减小,B项正确;②中正极反应为2H++2e-══H2↑,C项错误;②中H+向正极移动,D项错误。
2.用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。
下列分析正确的是( )。
A.a端是直流电源的负极
B.通电使CuCl2发生电离
C.阳极上发生的反应:Cu2++2e-══Cu
D.通电一段时间后,在阴极附近观察到
黄绿色气体
答案:A
解析:根据溶液中阳离子Cu2+移向,左边电极为阴极,则a端是直流电源的负极,A项正确;CuCl2发生电离不需要通电,B项错误;Cu2+在阴极上反应,C项错误;通电一段时间后,Cl-在阳极附近放电生成氯气,D项错误。
一、电解原理
问题探究
外接电源的电能,借助电解池将还原剂的电子转移给氧化剂。与原电池不同,电解池中发生的氧化还原反应可以是非自发的,通过外接电源提供的电能迫使反应发生。
如何实现反应:Cu+H2SO4══CuSO4+H2↑
提示:用铜作电极,用稀硫酸作电解质溶液,通过电解池实现。
归纳总结
1.电解原理示意图。
2.电解池的阴极、阳极的判断方法。
3.原电池与电解池的比较。
装置
类别 原电池 电解池
原理 使氧化还原反应中电子的转移定向移动,从而形成电流 使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程
装置
特点 将化学能转化成电能 将电能转化成化学能
装置类别 原电池 电解池
实例
电极名称 负极 正极 阴极 阳极
反应类型 氧化反应 还原反应 还原反应 氧化反应
装置类别 原电池 电解池
反应特征 自发的氧化还
原反应(主动) 借助电流(被动)
电极判断 由电极本身决定。
正极:流入电子;
负极:流出电子 由外接电源决定。
阳极:与电源正极相连;
阴极:与电源负极相连
电子流向 由负极经导线流入正极 由外接电源负极经导线流入电解池阴极;由电解池阳极经导线流入外接电源正极
离子移动 阳离子向正极移动
阴离子向负极移动 阳离子向阴极移动
阴离子向阳极移动
典例剖析
【例1】 电解CuCl2溶液的装置如图所示,其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是( )。
A.a为负极、b为正极
B.a为阳极、b为阴极
C.电解过程中,d电极质量增大
D.电解过程中,氯离子浓度不变
答案:C
解析:电流从电源的正极流出,因此a为正极,b为负极,则c为阳极,d为阴极。电解CuCl2溶液电极反应为阳极(c电极):2Cl--2e-══Cl2↑,阴极(d电极):Cu2++2e-══Cu,C项正确。
学以致用
1.如图所示,a、b、c、d均为石墨电极,通电进行电解,下列说法正确的是( )。
A.电路中电子流向:
负极→d→c→b→a→正极
B.a、c两极产生气体的物质的量相等
C. 向b电极移动,Cl-向c电极移动
D.通电后乙烧杯中滴入酚酞溶液,d极附近会变红
答案:D
解析:电子只能在外电路中移动,A项错误;a极产生O2,c极产生Cl2,根据电子守恒O2~2Cl2~4e-,产生O2和Cl2的物质的量之比为1∶2,B项错误;阴离子向阳极移动,a极和c极是阳极,所以
向a电极移动,Cl-向c电极移动,C项错误;d极是阴极,电极反应式可表示为2H2O+2e-══H2↑+2OH-,所以滴入酚酞溶液,d极附近会变红,D项正确。
2.如图所示,X、Y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增大,b极板处有无色、无臭气体放出。
符合这一情况的是下表中的( )。
选项 a极板 b极板 X电极 Z溶液
A 锌 石墨 负极 CuSO4溶液
B 石墨 石墨 负极 NaOH溶液
C 银 铁 正极 AgNO3溶液
D 铜 石墨 负极 CuCl2溶液
A
解析:由题意知,通电后a极板质量增大,说明有金属析出,由此可知,a极为电解池的阴极,则X为电源负极,B、C两项均不符合题意;又因为b极放出的是无色、无臭的气体,D项不符合 题意。
二、电解规律
问题探究
实验1:将两根碳棒分别插进U
形管内的CuCl2溶液中,如图①。
实验2:将两根碳棒用导线连接
后,浸入U形管内的CuCl2溶液
中,如图②。
实验3:将两根碳棒分别跟直流电源的正极和负极相连接,浸入U形管内的CuCl2溶液中,再接通直流电,如图③。过一段时间后,再把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的电极附近。
1.实验1、实验2和实验3的现象有什么不同 实验3的两电极的现象是什么
提示:实验1和实验2中均无明显现象。实验3中碳棒上有Cu析出,且有能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝的气体生成。
2.实验3中CuCl2溶液中通电前离子如何运动 通电后离子如何运动 根据实验现象和氯化铜溶液的组成成分以及原有知识分析推断两极生成物的名称。
提示:通电前CuCl2溶液中的Cu2+、Cl-等自由运动。通电后Cu2+和Cl-发生了定向移动。根据实验现象可知,与电源负极相连的一极有Cu生成,与电源正极相连的一极有Cl2生成。
3.在氯化铜溶液中除了Cu2+和Cl-之外还有H+和OH-,这两种离子为什么没有得或失电子
提示:电解时,溶液中离子的放电先后顺序与离子的氧化性或还原性有关,氧化性强的阳离子先得电子被还原,还原性强的阴离子先失电子被氧化。Cu2+比H+更容易得电子,而Cl-比OH-更容易失电子。
4.溶液中有多种离子时,怎样判断电极产物
提示:据阳离子放电顺序判断阴极产物,据电极材料和阴离子放电顺序判断阳极产物。
归纳总结
1.电极反应规律及电解产物的判断。
电解池中的电解产物,与溶液中的离子的放电顺序有关,阳极产物还与电极材料有关。
(1)阳极产物。
①若阳极为活性金属电极,则金属失电子溶解,一般生成相应金属阳离子(Fe生成Fe2+而不是生成Fe3+),此时溶液中的离子不放电。
②若阳极为惰性电极(Pt、C等),则溶液中的离子放电,放电的一般顺序是S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子>F-,即在水溶液中含氧酸根离子和F-不放电,阳极产物一般为对应非金属单质。
(2)阴极产物。
阴极产物与电极材料无关,直接根据阳离子放电顺序进行判断。一般放电顺序是Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
阳离子放电后的产物一般是相应单质,但是在水溶液中Fe3+放电后的产物一般是Fe2+。
离子的放电顺序也不是绝对的,放电情况与离子性质、溶液浓度、电流和电极材料等有关。
①K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+在水溶液中不放电,要使这些离子放电,需电解熔融电解质,如熔融NaCl、熔融MgCl2、熔融Al2O3等。
②在水溶液中,当H+浓度较小时,放电能力Zn2+>H+;当H+浓度较大时,放电能力H+>Zn2+。
2.电解后溶液的复原规律。
用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液。
(1)电解水型。
电解质特点 含氧酸 可溶性强碱 活泼金属含氧酸盐
举例 H2SO4 NaOH Na2SO4
阳极反应式 4OH--4e-══O2↑+2H2O或2H2O-4e-══O2↑+4H+
阴极反应式 2H++2e-══H2↑或2H2O+2e-══H2↑+2OH-
pH变化 减小 增大 不变
电解质溶液
复原的方法 加入H2O
(2)电解电解质型。
电解质特点 无氧酸 不活泼金属无氧酸盐
举例 HCl CuCl2
阳极反应式 2Cl--2e-══Cl2↑
阴极反应式 2H++2e-══H2↑ Cu2++2e-══Cu
pH变化 增大 —
电解质溶液
复原的方法 通入HCl 加入CuCl2
(3)电解质和水都发生电解型。
电解质特点 活泼金属无氧酸盐 不活泼金属含氧酸盐
举例 NaCl CuSO4
阳极反应式 2Cl--2e-══Cl2↑ 2H2O-4e-══O2↑+4H+
阴极反应式 2H2O+2e-══
H2↑+2OH- Cu2++2e-══Cu
pH变化 增大 减小
电解质溶液
复原的方法 通入HCl 加入CuO
典例剖析
【例2】 用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液,电解一段时间后,再加入W,能使溶液恢复到电解前的状态,符合题意的一组是
( )。
选项 X Y Z W
A Pt Fe NaCl溶液 盐酸
B 石墨 石墨 NaOH溶液 H2O
C 石墨 Cu CuCl2溶液 HCl
D Pt Pt CuSO4溶液 Cu(OH)2
答案:B
解析:电解NaCl溶液时,阳极氯离子放电生成氯气,阴极氢离子得到电子生成氢气,所以应通HCl气体让电解质溶液复原,A项错误;电解NaOH溶液时,阳极产生氧气,阴极产生氢气,所以应加水让电解质溶液复原,B项正确;电解CuCl2溶液时,阳极氯离子放电生成氯气,阴极析出铜,所以应加氯化铜固体让电解质溶液复原,C项错误;电解硫酸铜溶液时,阳极产生氧气,阴极产生金属铜,所以应加CuO让电解质溶液复原,加入氢氧化铜相当于多加入了水,D项错误。
方法归纳 (1)电解池的阴极不管是惰性电极(Pt、石墨)还是活性电极,都是电解质溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电,电极本身不可能溶解。 (2)若阴极为H+放电,则阴极区c(OH-)增大;若阳极为OH-放电,则阳极区c(H+)增大;若阴极为H+放电,同时阳极为OH-放电,相当于电解水,电解质溶液浓度增大(饱和溶液例外)。 (3)电解质溶液恢复原状的方法:少什么加什么,少多少加多少。
学以致用
3.如图为用直流电源电解Na2SO4溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是( )。
A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的
B.一电极逸出无臭气体,另一电极逸出有
刺激性气味的气体
C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色
D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色
D
解析:电解Na2SO4溶液时,a为阴极:4H++4e-══2H2↑,b为阳极:4OH--4e-══O2↑+2H2O;a极周围由于H+放电溶液呈碱性,石蕊溶液显蓝色,b极周围由于OH-放电溶液呈酸性,石蕊溶液显红色。
4.为探究电解的放电规律,进行如下实验:
序号 阳极
材料 阴极
材料 电解质溶液 阳极
产物 阴极
产物
① 石墨 石墨 0.1 mol·L-1
CuCl2溶液 Cl2 Cu
② 石墨 石墨 0.1 mol·L-1
NaCl溶液 Cl2 H2
序号 阳极
材料 阴极
材料 电解质溶液 阳极
产物 阴极
产物
③ 石墨 石墨 0.2 mol·L-1
CuSO4溶液 O2 Cu
④ 铜 石墨 0.2 mol·L-1
CuSO4溶液 Cu2+ Cu
⑤ 石墨 石墨 熔融NaCl Cl2 Na
下列说法不正确的是( )。
A.对比①②可知,阴极放电顺序:Cu2+>H+>Na+
B.对比①③可知,阳极放电顺序:Cl->OH->
C.对比③④可知,阳极是铜时,会先于溶液中的离子放电
D.对比①⑤可知,电解得到金属只能用熔融态,不能用水溶液
答案:D
解析:根据①知道铜离子的氧化性强于氢离子,根据②知道氢离子的氧化性强于钠离子,得电子能力强(氧化性强)的离子优先放电,所以对比①②可知,阴极放电顺序为Cu2+>H+>Na+,A项正确。根据①知道,离子放电顺序为Cl->OH-,根据③知道离子放电顺序为OH-> ,B项正确。电解池的阳极若是活泼电极,则金属电极本身失电子,发生氧化反应,对比③④可知,阳极是铜时,会优先于溶液中的离子放电,C项正确。
①⑤用到的电解质成分不一样,铜离子优先于钠离子放电,但是电解得到金属不一定只能用熔融态,电解氯化铜溶液也能得到金属铜,D项错误。
1.下列有关电解池的说法正确的是( )。
A.在电解池中与外接电源负极相连的电极是阳极
B.电解任何物质,阳极上失电子数与阴极上得电子数相等
C.电解氯化铜溶液时在阴极上有黄绿色气体生成
D.电解NaCl、CuCl2两种溶液时参加反应的物质是相同的
答案:B
解析:在电解池中,与外接电源负极相连的是阴极,A项错误;电解氯化铜溶液时阳极上有氯气生成,阴极上有铜析出,C项错误;电解NaCl溶液时阴极得到的是H2和NaOH,而电解CuCl2溶液时阴极得到的是Cu,D项错误。
2.某学生欲完成反应2HCl+2Ag ══ 2AgCl+H2↑,设计了下列四个装置,你认为可行的是( )。
答案:C
解析:反应不能自发进行,应设计成电解池,金属银失电子作阳极,与电源的正极相连。
3.某研究所通过固体氧化物电解池,实现了CH4/CO2的电化学重整制合成气,装置图如图。下列说法正确的是( )。
A.a极为电源的负极
B.N极上发生氧化反应
C.M极的电极反应式为
CH4-2e-+O2-══CO+2H2
D.电路中通过2 mol电子,
阴、阳两极得到CO的质量共为28 g
答案:C
解析:由装置原理图可知,O2-由N极移向M极,故M极为阳极,发生氧化反应,则a极为电源的正极,A、B项错误;M极作为阳极,根据题图中反应物和生成物可知阳极电极反应式为CH4-2e-══+O2-CO+2H2,C项正确;每转移2 mol电子,两极均产生
1 mol CO,即阴、阳两极共得到2 mol(56 g)CO,D项错误。
4.用惰性电极电解下列溶液,电解一段时间后,阴极质量增大,电解质溶液的pH减小的是( )。
①CuSO4 ②BaCl2 ③AgNO3 ④H2SO4
A.①② B.①③ C.①④ D.②④
答案:B
解析:阴极质量增大,说明溶液中含有不活泼金属的阳离子;电解质溶液的pH减小,说明在阳极上是OH-放电,而相应的阴离子应是含氧酸的酸根离子,故本题的答案应为不活泼金属的含氧酸盐,B项正确。
5.如图所示装置中,a、b都是惰性电极,通电一段时间后,b极附近溶液呈蓝色。下列说法中不正确的是( )。
A.x是正极,y是负极
B.a极产生氢气,b极生成I2
C.a极和铂电极都有气泡产生
D.U形管中溶液的碱性增强
答案:A
解析:b极附近溶液呈蓝色,说明b极生成I2,即确定b极发生反应2I--2e-══I2,则b极是阳极,x是负极,y是正极,a极H+放电,发生反应2H++2e-══H2↑,产生氢气,U形管中总反应式为2KI+2H2O 2KOH+H2↑+I2,溶液的碱性增强,A项错误,B、D两项正确;石墨为阴极,铂为阳极,电极反应分别是Cu2++2e-══Cu,4OH--4e-══2H2O+O2↑,C项正确。
6.用石墨棒作电极,从Na+、Cu2+、Cl-、 中选出适当离子组成电解质,电解其水溶液,写出符合条件的一种电解质的化学式:
(1)阴极放出H2,阳极放出O2,电解质是 ;
(2)阴极析出金属,阳极放出O2,电解质是 ;
(3)阴极放出H2,阳极放出Cl2,电解质是 ;
(4)转移电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量、阳极放出的气体的物质的量之比为4∶2∶1,电解质是 。
答案:(1)Na2SO4 (2)CuSO4 (3)NaCl (4)CuSO4
解析:用惰性电极电解电解质溶液的类型有电解水型、电解电解质型、放氢气生碱型和放氧气生酸型,再根据阴、阳离子在电极的放电顺序判断。
(1)阴极生成H2、阳极生成O2,实质为电解水,电解质可以是活泼金属的含氧酸盐,即Na2SO4。
(2)实质为放氧气生酸型,电解质为不活泼金属的含氧酸盐,即CuSO4。
(3)实质为放氢气生碱型(或电解盐酸,但题目中没有提供H+),电解质为活泼金属的无氧酸盐,即NaCl。
(4)由阳极生成气体和转移电子的物质的量比为1∶4可知,阳极产生的气体为O2,1 mol O2转移4 mol电子;析出金属与转移电子的物质的量之比为1∶2,金属为+2价,即Cu2+,电解质为CuSO4。第二节 电解池
第1课时 电解原理
课后·训练提升
基础巩固
1.下列说法错误的是( )。
A.电解质溶液的导电过程是化学变化,而金属的导电是物理变化
B.电解质溶液导电的过程,就是电解质溶液的电解过程
C.电解质在任何条件下均可以导电
D.电解质溶液导电过程中一定有新物质生成
答案:C
解析:电解质溶液导电的过程就是被电解的过程,在电解过程中发生氧化还原反应,一定有新物质生成,所以是化学变化。金属导电是靠自由电子的定向移动,无新物质生成,是物理变化。A、B、D项正确。电解质要导电只有在电离的条件下,存在自由移动的离子时才能导电,所以C项错误。
2.用如图所示装置处理含N的酸性废水,装置右侧的电极反应式为2N+12H++10e-N2↑+6H2O,下列说法正确的是( )。
A.a端是直流电源的负极
B.该装置将化学能转化为电能
C.电解时,H+通过离子交换膜从右侧移向左侧
D.每转移1 mol电子,左侧电极上产生8 g O2
答案:D
解析:N在右侧Pt电极被还原生成N2,则该Pt电极是阴极,b端是直流电源的负极,A项错误;该装置是电解池,将电能转化为化学能,B项错误;电解时,阳离子向阴极移动,则H+从左侧向右侧移动,C项错误;左侧电极是阳极,电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑,转移1 mol电子时生成0.25 mol O2,其质量为0.25 mol×32 g·mol-1 =8 g,D项正确。
3.将一直流电源的正、负极(电极材料为Pt),用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾溶液、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤纸上,经过一段时间后,两极附近滤纸的颜色分别是( )。
选项 A B C D
阳极 蓝 白 红 蓝
阴极 白 蓝 蓝 蓝
答案:D
解析:阳极上I-放电生成I2,淀粉遇I2变蓝,阴极上H+放电后,溶液中的c(H+)4.某同学将电解池工作时电子、离子迁移方向及电极种类等信息表示在图中,下列有关分析完全正确的是( )。
选项 A B C D
a电极 阳极 阴极 阳极 阴极
d电极 正极 正极 负极 负极
Q离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子
答案:B
解析:根据题图知,该装置有外接电源,所以属于电解池,根据电子流向知,c是负极,d是正极,a是阴极,b是阳极,电解时,电解质溶液中阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,则Q离子是阳离子,P离子是阴离子,B项正确。
5.现用Pt电极电解1 L浓度均为0.1 mol·L-1的HCl、CuSO4的混合溶液,装置如图,下列说法正确的是( )。
A.电解开始时阴极有H2放出
B.电解开始时阳极上发生:Cu2++2e-Cu
C.整个电解过程中,S不参与电极反应
D.当电路中通过电子的量超过0.1 mol时,此时阴极放电的离子发生了变化
答案:C
解析:依据放电顺序阴极先放电的是Cu2+,故阴极开始析出的是Cu,阳极先放电的是Cl-,故阳极开始产生的是Cl2,A、B项错误。阳极先是Cl-放电,当Cl-消耗完毕,此时H2O电离产生的OH-开始在阳极放电,S不参与电极反应,C项正确。由阴极反应Cu2++2e-Cu,n(Cu2+)=0.1 mol,当电路中通过电子的量达到0.2 mol时,此时Cu2+消耗完毕,阴极放电离子变为H+,D项错误。
6.用石墨作电极,电解1 mol·L-1下列物质的溶液,溶液的pH保持不变的是( )。
A.HCl B.NaOH
C.Na2SO4 D.NaCl
答案:C
解析:电解HCl溶液,阴极析出H2,阳极析出Cl2,溶液pH增大;电解NaOH溶液,相当于电解水,溶液pH增大;电解Na2SO4溶液,相当于电解水,溶液pH不变;电解NaCl溶液,阴极析出H2,阳极析出Cl2,溶液pH增大。
7.用Pt电极电解物质的量均为0.1 mol的Cu2+和X3+的混合溶液,阴极析出固体物质的质量m(g)与导线中通过电子的物质的量n(mol)的关系如图所示,则离子的氧化能力由大到小排列正确的是( )。
A.Cu2+>X3+>H+
B.H+>X3+>Cu2+
C.Cu2+>H+>X3+
D.X3+>H+>Cu2+
答案:C
解析:根据题图知,通电开始就有固体析出,且通过0.2 mol电子后,不再析出固体,则为Cu2+放电的结果,当电子超过0.2 mol时,固体质量改变,阴极产生的是氢气,故氧化能力为Cu2+>H+>X3+。
8.用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液,在电解后的电解质溶液中加适量水,就能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是( )。
A.NaCl B.Na2CO3
C.CuSO4 D.K2S
答案:B
解析:电解NaCl溶液时阳极和阴极分别为Cl-和H+放电,相当于电解HCl,恢复原浓度需通入适量HCl气体,A项错误;电解Na2CO3溶液时阳极和阴极分别为OH-和H+放电,相当于电解水,恢复原浓度需加入适量H2O,B项正确;电解CuSO4溶液时阳极和阴极分别为OH-和Cu2+放电,恢复原浓度需加入适量CuO或CuCO3等,C项错误;电解K2S溶液时阳极和阴极分别为S2-和H+放电,恢复原浓度需通入适量H2S气体,D项错误。
9.利用电化学原理还原CO2制取ZnC2O4的装置如图所示(电解质溶液不参加反应),下列说法正确的是( )。
A.可用H2SO4溶液作电解液
B.阳离子交换膜的主要作用是增强导电性
C.工作电路中每流过0.02 mol电子,Zn电极质量减少0.65 g
D.Pb电极的电极反应式是2CO2-2e-C2
答案:C
解析:如果用H2SO4溶液作电解质溶液,金属锌可以和硫酸发生反应,A项错误;用阳离子交换膜把阳极室和阴极室隔开,它具有选择透过性,它允许锌离子透过,不允许阴离子透过,B项错误;Zn电极为阳极,发生氧化反应,Zn-2e-Zn2+,电路中每流过0.02 mol电子,消耗锌的量为0.01 mol,质量为0.65 g,C项正确;Pb电极为阴极,发生还原反应,2CO2+2e-C2,D项错误。
10.因为Fe(OH)2极易被氧化,所以实验室很难用亚铁盐溶液与碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。某化学兴趣小组用下图所示装置探究白色纯净的Fe(OH)2沉淀的制取,两电极的材料分别为石墨和铁。
(1)a电极材料应为 , 电解质溶液d可以是 (填序号)。
①纯水 ②NaOH溶液 ③NaCl溶液 ④CuCl2溶液
(2)c为植物油,其作用是 ;在加入植物油之前,对d溶液所采取的简单处理方法及目的是 。
若用其他试剂来代替植物油,试剂应具备的物理性质为 。
(3)为了在较短时间内看到白色沉淀,可采取的措施是 。
A.改用稀硫酸作电解质溶液
B.适当增大电源的电压
C.适当减小两电极间的距离
D.适当降低电解质溶液的浓度
(4)若d改为Na2SO4溶液,当电解一段时间,看到白色沉淀后,再反接电源,继续电解,除了电极上看到气泡外,另一明显的现象为 。
答案:(1)Fe ②③
(2)隔绝空气,防止生成的Fe(OH)2被空气氧化成Fe(OH)3 加热煮沸d,除去其中溶解的O2 试剂不溶于水、密度比d的密度小
(3)BC
(4)白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变成红褐色
解析:(1)要得到Fe(OH)2沉淀,必须产生Fe2+,所以Fe作阳极。纯水导电性极差;使用CuCl2溶液,则阴极Cu2+放电,不能产生OH-,不会生成Fe(OH)2沉淀。可选用NaOH溶液或NaCl溶液。(2)植物油可有效隔绝空气,生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色,不被氧化。处理d溶液,目的是除去其中溶解的O2,可加热煮沸。代替植物油的试剂应具有与植物油相似的物理性质,如不溶于水,密度比d的密度小等。(3)要在较短时间内看到白色沉淀,应增大电解质溶液中Fe2+和OH-的浓度,可通过增大电压提高电解速率实现;不能用稀硫酸作电解质溶液,因为它能溶解Fe(OH)2沉淀;缩小两极板间的距离,可缩短离子扩散时间,即缩短Fe2+与OH-生成Fe(OH)2沉淀的时间。(4)当电解一段时间后将电源反接,则铁作阴极,石墨作阳极,溶液中的H+和OH-放电,相当于电解水:2H2O2H2↑+O2↑,阳极生成的O2将Fe(OH)2氧化为Fe(OH)3,沉淀由白色迅速变为灰绿色,最终变成红褐色。
11.如图装置,X是直流电源。Y池中c、d为石墨棒,Z池中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后,发现d附近显红色。
(1)①b为电源的 (填“正”“负”“阴”或“阳”,下同)极,Z池中e为 极。
②连接Y、Z池线路,电子流动的方向是d (填“”或“”)e。
(2)①写出c极上发生的电极反应式: 。
②写出Y池中总反应的化学方程式: 。
③写出Z池中e极上发生的电极反应式: 。
答案:(1)①负 阳 ②
(2)①2Cl--2e-Cl2↑
②2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
③Cu-2e-Cu2+
解析:d极附近显红色,说明d为阴极,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,c为阳极,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,Y池电解饱和NaCl溶液的总反应方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑;直流电源中a为正极,b为负极,Z池中f为阴极,e为阳极,电极反应式分别为Cu2++2e-Cu,Cu-2e-Cu2+,电子流动方向由de。
能力提升
1.用惰性电极电解含0.2 mol CuSO4的溶液一段时间后,阳极上生成标准状况下4.48 L气体,欲使电解质溶液恢复到电解前的状态,应加入( )。
A.0.2 mol CuSO4
B.0.2 mol CuO
C.0.2 mol Cu(OH)2
D.0.2 mol CuCO3
答案:C
解析:根据阳极产生0.2 mol O2,可知溶液中有0.8 mol OH-发生反应,转移电子0.8 mol,0.2 mol Cu2+得到0.4 mol电子生成0.2 mol Cu,则有0.4 mol H+发生反应生成0.2 mol H2。复原物质应加0.2 mol CuO和0.2 mol H2O,即0.2 mol Cu(OH)2。
2.利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2,并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列说法正确的是( )。
A.b为直流电源的正极
B.将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜,电极反应式不变
C.阳极的电极反应式为SO2+2H2O-2e-S+4H+
D.电解时,H+由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室
答案:C
解析:二氧化硫被氧化为硫酸根离子,所以二氧化硫所在的区为阳极区,阳极与电源正极相连,则b为电源负极,A项错误;将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜,电极反应式发生改变,B项错误;阳极的电极反应式为SO2+2H2O-2e-S+4H+,C项正确;电解时,阳离子移向阴极,所以H+由阳极室通过阳离子交换膜到阴极室,D项错误。
3.空间站的生态系统中,要求分离人呼出的二氧化碳,同时需要提供氧气。某电化学装置利用太阳能转化的电能可以实现上述要求,同时还有燃料一氧化碳生成,该电化学装置中得电子的电极发生的反应是2CO2+2H2O+4e-2CO+4OH-。下列判断错误的是( )。
A.上述电化学装置相当于电解池
B.上述装置进行的总反应式为2CO22CO+O2
C.反应结束后该电化学装置中的电解质溶液碱性增强
D.失电子的电极发生的反应是4OH--4e-2H2O+O2↑
答案:C
解析:该电池是将电能转化为化学能,符合电解池原理,所以题述电化学装置相当于电解池,A项正确;该电池中,阴极的电极反应式为2CO2+2H2O+4e-2CO+4OH-,阳极上OH-失电子生成氧气,反应为4OH--4e-2H2O+O2↑,将两个电极反应式相加即得电池总反应式:2CO22CO+O2,所以反应结束后该电化学装置中的电解质溶液的碱性不变,C项错误,B、D两项正确。
4.如图是CO2经电催化还原为CH4的装置示意图。下列说法不正确的是( )。
A.该过程是电能转化为化学能的过程
B.铜电极的电极反应式为CO2+8HC+8e-CH4+8C+2H2O
C.一段时间后,①池中n(KHCO3)减少
D.一段时间后,②池中溶液的pH一定增大
答案:D
解析:该装置连接有电源,则该过程是电能转化为化学能的过程,A项正确;二氧化碳转化为甲烷的反应过程中,碳元素的化合价降低,在铜电极上发生还原反应,电极反应式为CO2+8HC+8e-CH4+8C+2H2O,B项正确;由于①池溶液中的碳酸氢根离子被消耗,故一段时间后,碳酸氢钾的物质的量减少,C项正确;①池中的铜电极为阴极,发生还原反应,②池中的铂电极为阳极,发生氧化反应,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,该过程中有H+生成,故溶液的pH减小,D项错误。
5.双极膜是一种离子交换膜,在电场作用下能将中间层的水分子解离成H+和OH-,并分别向两极移动。一种用双极膜电解法制取NaBrO3和丁二酸的装置如图所示。
下列说法正确的是( )。
A.b极应与直流电源的负极相连
B.a极上的电极反应为HOOCCHCHCOOH+2H+-2e-HOOCCH2CH2COOH
C.外电路中每转移1 mol电子,双极膜中有1 mol水解离
D.电解一段时间后,若溶液中Br-不足,则b极处可能有H2产生
答案:C
解析:由图可知,b极溴元素化合价升高失电子,故b极为阳极,电极反应式为Br--6e-+6OH-Br+3H2O,b极与电源的正极相连,故A错误;a极为阴极,电极反应式为HOOCCHCHCOOH+2H++2e-HOOCCH2CH2COOH,故B错误;b极转移1 mol电子,消耗1 mol氢氧根离子,故双极膜中有1 mol水解离,故C正确;电解一段时间后,若溶液中Br-不足,水放电产生氧气,故D错误。
6.(1)利用电化学原理可将钢铁厂废气中的H2S转化为重要原料氢气,如图1:
图1
①反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式,其目的是 。
②反应池中发生反应的化学方程式为 。
③反应后的溶液进入电解池,产生氢气的电极名称为 ,电解反应的离子方程式为 。
(2)某种电化学脱硫法装置如图2所示,不仅可脱除烟气中的SO2,还可以制得H2SO4。在阴极上放电的物质是 ,在阳极生成SO3的电极反应式是 。
图2
答案:(1)①增大反应物接触面积,使反应更充分
②H2S+2FeCl32FeCl2+S↓+2HCl
③阴极 2Fe2++2H+2Fe3++H2↑
(2)O2 SO2-2e-+S2SO3
解析:(1)①反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式,可增大反应物接触面积。②反应池中H2S和FeCl3发生氧化还原反应生成FeCl2和硫单质,反应的化学方程式为H2S+2FeCl32FeCl2+S↓+2HCl。③电解池中,阳极上Fe2+失去电子,发生氧化反应,电极反应式为Fe2+-e-Fe3+,阴极上H+得到电子,发生还原反应,电解总反应的离子方程式为2Fe2++2H+2Fe3++H2↑。(2)由电化学脱硫法的装置示意图可知,该装置为电解装置,烟气经催化氧化后,部分SO2转化为SO3,所得气体通入该装置,在阴极上,O2得到电子发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+2SO32S;在阳极上,SO2失电子被氧化为SO3,电极反应式为SO2-2e-+S2SO3,SO3经N2导出与水反应生成硫酸。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
