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1、学习必备欢迎下载2 电解池及其应用电解池是将电能转化为化学能的装置2.1 电解的原理2.1.1 电解池装置构成阴阳两个电极 ; 电解质溶液（或熔化的电解质）。 说明 : 电解池两极名称分别叫阴极和阳极, 由所连接在的外电源的那一极决定。与外接电源负极相连作为电解池的阴极，与外接电源正极相连的作为电解池的阳极。当然若要发生电解，还要有外接直流电源设备，并构成闭合回路。2.1.2 电解原理分析以惰性电极电解硫酸铜溶液为例说明通电前 CuSO4 = Cu2+ + SO42- , H2O = H+ + OH-溶液中存在由电离产生的两种阳离子(Cu2+ 和 H+), 两种阴离子 (SO42- 和 OH-
2、) 通电后 离子定向移动阳离子 (Cu2+ 和 H+) 移向阴极 , 阴离子 (SO42-和 OH-) 移向阳极 电极反应阴极 : 由于 Cu2+ 比 H+ 易得电子，故 2Cu2+ + 4e- = 2Cu (发生还原反应) 阳极 : 由于 OH- 比 SO42-易失电子，故 4OH - 4e- = 2H2O + O2 ( 发生氧化反应 ) （或 2H2O 4e- = O2 + 4H+ ） 溶液 pH变化在阳极区，由于水电离出的 OH- 得到电子形成 O2逸出，而 H+ 仍留在溶液中， 造成溶液中 n(H+)n(OH-),使溶液显酸性。总化学反应方程式 2CuSO4 + 2H2O = 2Cu
3、+ O2 + 2H2SO42.1.3 放电顺序粒子在电极上得电子或失电子的过程又叫放电。阴离子失电子从易到难顺序： S2- I- Br - Cl- OH- F-( 或最高价含氧酸根离子) 阳离子得电子从易到难顺序（与金属活动顺序相反）：Ag+Hg2+Fe3+( 变Fe2+)Cu2+酸中的 H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H2O中H+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+ 说明 : 上述顺序为各离子浓度相近时的放电顺序 电解池中电极材料分两类，一类称惰性电极，如石墨、铂、金，它不参与电极反应，仅起导电体作用；另一类称活泼电极，即除铂、金外的常见金属材料的电极。当阳极为活泼电极时，在电解时它将优先
4、失电子而被氧化为金属离子“溶”入溶液，而溶液中阴离子不会发生失电子的变化。 利用离子放电顺序可以判断电解时电极的产物。2.1.4 电解规律(1)常见酸碱盐溶液的电解规律( 惰性阳极 ) 电解反应类型电解质类型规律例PH 变化溶液复原法电解水含氧酸实质电解水 - H2 + O2电解稀 H2SO4降低加 H2O 强碱溶液实质电解水 - H2 + O2电解 NaOH 溶液升高加 H2O 活泼金属含氧酸盐实质电解水 - H2 + O2电解 Na2SO4溶液不变加 H2O 电解质分解无氧酸酸- H2 + 非金属2HCl=H2 + Cl2升高加 HCl不活泼金属无氧酸盐盐- 金属 + 非金属CuCl2 =
5、 Cu + Cl2 - 加 CuCl2 放氧生酸不活泼金属含氧酸盐盐+ 水- 金属 +O2+酸2CuSO4 +2H2O = 2Cu+O2+2H2SO4 降低加 CuO（CuCO3）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 6 页学习必备欢迎下载放氢生碱活泼金属无氧酸盐盐+水- H2+非金属+碱2KCl + 2H2O = H2+Cl2+2KOH 升高加 HCl (2)溶液电解 pH变化规律若水中 OH-在阳极放电生成O2,则阳极区溶液增生H+，pH 降低 ; 若水中 H+在阴极放电生成H2, 则阴极区溶液增生OH-， pH 升高 ;
6、 总反应的结果，若溶液生成酸, 则溶液 pH 降低；若生成碱，则pH 升高。2.2 电解的应用2.2.1 电镀电镀装置 : 以镀层金属作阳极, 镀件挂在阴极 , 含镀层金属离子的盐为电镀液。电镀特点：电镀过程中镀层金属离子浓度不变。2.2.3 电解精炼 (电解精炼铜为例) （1）装置：阳极 - 粗铜；阴极纯铜；电解质溶液- 铜盐溶液 ( 如 CuSO4) （2）电极反应阳极：粗铜失电子放电“溶解”，Cu-2e-=Cu2+。粗铜中比铜活泼的金属溶解变成阳离子进入溶液，比铜活泼性差的金属如Au、Ag 等贵重金属则落入阳极泥中。阴极：溶液中 Cu2+得电子放电， Cu2+ + 2e- = Cu 生成
7、的 Cu 沉积在阴极上而得到精铜。3 原电池与电解池的比较项 目原 电 池电 解 池反应性质氧化还原反应自发进行的反应多为非自发，但也可以是自发反应装置性质化学能转为电能电能转为化学能电极名称负极和正极阴极和阳极电极反应式负极： 失电子氧化反应阴极： 得电子还原反应正极： 得电子还原反应阳极： 失电子氧化反应离子迁移方向阳离子移向 正极， 阴离子移向 负极阳离子移向 阴极， 阴离子移向 阳极3吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区别电化腐蚀类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性较强正极反应O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-2H+ + 2e-=H2负极反应Fe 2e-=Fe2+Fe 2e
8、-=Fe2+腐蚀作用是主要的腐蚀类型，具有广泛性发生在某些局部区域内4电解、电离和电镀的区别电解电离电镀条件受直流电作用受热或水分子作用受直流电作用实质阴阳离子定向移动，在两极发生氧化还原阴阳离子自由移动，无明显的化学变化用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 6 页学习必备欢迎下载反应实例CuCl2电解= CuCl2CuCl2=Cu2+2Cl阳极 Cu 2e- = Cu2+阴极 Cu2+2e- = Cu 关系先电离后电解，电镀是电解的应用5电镀铜、精炼铜比较电镀铜精炼铜形成条件镀层金属作
9、阳极，镀件作阴极，电镀液必须含有镀层金属的离子粗铜金属作阳极，精铜作阴极，CuSO4 溶液作电解液电极反应阳极 Cu 2e- = Cu2+ 阴极 Cu2+2e- = Cu 阳极： Zn - 2e-= Zn2+ Cu - 2e-= Cu2+等阴极： Cu2+ + 2e- = Cu 溶液变化电镀液的浓度不变溶液中溶质浓度减小 练 4-01 把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞试液混合溶液的玻璃皿中（如图所示平面图），经过一段时间后，首先观察到溶液变红的区域是（ B ）A、和附近 B、和附近C、和附近 D、和附近 解析 判两池：通常有外接电源的装置是电解池, 故左图为电解池, 根据右图为两个活性不同金
10、属浸在电解质溶液中可判断为原电池；标电极名：左图由外接电源极性可知 I 为阴极， II 为阳极；右图因Zn比Fe活泼，故 III为负极， IV为正极。写电极反应：左图中 , 阳极 II ：金属 Fe优先氧化 Fe-2e-=Fe2+；阴极 I ：水中氢放电： 2H+2e-=H2；现象及解释：因I 区OH-增生，碱性，使酚酞变红。又右图，正极（IV ）上电极反应： O2+4e-+2H2O = 4OH- （吸氧腐蚀），该区域呈碱性使酚酞变红，B入选。4-02 如图甲乙两池分别以碳棒、铂条、铝条、镁条为电极，并用导线相连接，以NaCl、NaOH 溶液为电解溶液，有关该装置的描述正确的是( D ) A.
11、乙池中 ,Mg极的电极反应是 Mg-2e-=Mg2+B.甲池中 ,Pt 极的电极反应是 2Cl2e-=Cl2C.随着反应的进行. 乙池中 n(NaOH)保持不变D.反应过程中 , 甲池中两极附近溶液 PH( C )PH(Pt) 解析 先判两池 , 乙为原电池， 甲为电解池。 乙池中， 因为在 NaOH 溶液中 Al比Mg 易失电子，故Al 为原电池的负极，其电极反应式为： Al-3e-+4OH- = =AlO2-+2H2O ；Mg 为正极，其电极反应式为： 3H2O+3e-=1.5H2+3OH- 。 甲池中 ,Pt 电极为阴极 : 2H+ +2e- =H2, 碳棒 (C) 电极为阳极 2Cl-
12、 -2e- =Cl2, 电解后溶液为 NaOH 溶液。 练 4-03 如图 A、B为两个串联的电解池，已知B 池中 c为铁， d为石墨，电解质溶液为NaCl溶液。试回答：（1）若 A池为用电解原理精练铜装置，则a电极名称为阴极，电极材料是精铜，电极反应式为 Cu2+2e-=Cu ，电解质溶液可以是 CuSO4溶液。（2） B池中 c极(Fe) 电极反应式为 2H+2e-=H2（2H2O+2e-=H2 +2OH-），若在 B池中加入少量酚酞试液，开始电解一段时间，铁极附近呈红色。（3）若 A 池 a极增重 12.8g, 则B池d极 (石墨 ) 上放出气体在标况下的体积为4.48L 。 练 4-0
13、4 金属镍有广泛的的用途。粗镍中含有少量的 Fe、Zn、Cu、Pt等金属杂质，可电解法制备高纯度原镍（已知：氧化性： Fe2+Ni2+Fe2+Zn2+, 所以只有 Ni2+2e-=Ni , 可见，阳极质量减少的是“溶解”下的Zn、Fe、Ni，而阴极质量增加的只是析出的镍，两者质量是不相等的，故 B 错。 ; 电解后 , 溶液中除留下 Fe2+、Zn2+ 外，还有 Ni2+ ，C 也错。4.2 电极名称判断法根据两极金属相对活性判定原电池的电极名称，根据X极所连接在的外接电源极性( “+”或“ - ”)判定电解池的电极名称；根据电子（或电流）流向或测电极电势高低等电学原理判断电极名称；此外根据X
14、极发生氧化还是还原,移向 X极的离子是阳离子还是阴离子,X极增重还是减重,X 极区 PH 值是升高还是降低等判定X电极的名称。但要注意X极指的是在原电池还是电解池。说明：化学上规定，凡发生氧化变化的电极均为阳极，而发生还原的电极均为阴极。据此，从发生的化学变化角度看，原电池中的负极（- ）又叫阳极，正极（+）又叫阴极。 练4-06 x， y 分别为直流电源的两极，通电后，发现a极质量加， b极处有无色无味气体放出，符合此情况的是：( A ) 备选项a 电极B 电极x 电极溶液A 锌（ Zn）石墨（ C）负CuSO4 B 石墨（ C）石墨（ C）负NaOH C 银（ Ag）铁（ Fe）正AgNO
15、3 D 铜（ Cu ）石墨（ C）负CuCl2 4.3 电极反应式写法 电解池电极反应式写法要领 阳极， 首先看为何材料，若为金属 （除 Au、Pt外），则阳极金属本身优先被氧化，此时不必考虑溶液中阴离子放电；若阳极为惰性材料，则分析溶液中阴离子及放电顺序，还原性强者优先在阳极失电子发生氧化反应。阴极，不必考虑电极为何材料，只要看溶液中有何离子及其放电顺序，氧化性强者优先得电子发生被还原反应。 原电池电极反应式写法要领负极发生失电子的氧化反应，正极发生得电子的还原反应，两电极转移的电子数要相等；负极和正极两电极反应式相加则得到原电池的总反应式；若溶液中OH- 有参与电极反应必发生在负极。若结果
16、 H+有增加，酸性增强，PH 降低，必在负极区；若溶液中H+ 有参与电极反应必发生在正极; 若结果 OH-有增加，碱性增强，PH升高，必在正极区。 练4-07 以铂为电极，在两极上分别通入 H2 和 O2，可组成氢氧燃烧电池。分别写出以硫酸为电解质和KOH 为电解质溶液中的有关电极反应式。 解析 由于 H2具有强还原性， O2具有强氧化性，故H2为负极，O2为正极。若电解质为 H2SO4电极反应式：负极 (Pt-H2) 2H2 4e- = 4H+正极 (Pt-O2) O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O 因溶液有高浓度H+，正极 O2的还原产物只能是H2O ，不可能为 OH-。若电解质为
17、 KOH 电极反应式：负极 (Pt-H2) 2H24e- + 4OH- = 4H2O 正极 (Pt-O2) O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-因溶液有高浓度 OH- ，故 H2氧化产物 H+将在负极上与 OH-结合为 H2O ，而正极上 O2的还原产物 O2-不能在溶液中存在，而是与H2O反应转化为 OH-。氢氧燃烧电池总反应方程式： 2H2 + O2 = 2H2O 练4-08 将两块铂片连接后插入 KOH 溶液中作电极，并在两极片上分别通入甲烷和氧气从而组成了碱性燃烧电池，试写出有关电极反应式，并说明溶液PH 变动情况。 解析 负极 (Pt-CH4): CH4 8e- + 10OH
18、- = CO32- + 7H2O 正极 (Pt- O2): 2O2 + 8e- + 4H2O = 8OH- 电池总反应 : CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O ( 将两电极反应式相加即得总反应式) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 6 页学习必备欢迎下载联想到甲烷的燃烧的氧化产物是CO2 , 而在 KOH 溶液中不可能存在CO2 ,CO2会与 KOH 作用生成 K2CO3 和 H2O , 因此有如上负极反应式。可见，电极上放电反应后的产物还常可能与电解质溶液发生离子反应。该电池工作时，负极区由于
19、OH-参与电极反应而减少，故该区PH 呈降低态势；正极有OH-生成 , 故该区 PH 呈升高态势。但负极消耗的OH-比正极生成的多，所以总的结果是溶液OH-减少， PH 值要降低。 练4-09 熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和 Na2CO3的熔融盐混和物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混和气为正极助燃气，制得在650下工作的燃料电池。完成有关的电池反应式：负极反应式： 2CO+2CO32-4e 4CO2正极反应式： O2+2CO2+4e=2CO32-总电池反应式：2CO+O2=2CO 解析 从通常原电池的电解质溶液，一下过渡到熔融盐，不少人无法适应。其实
20、，我们只要从最基本的一点燃料电池分析，其总电池反应式应为：2CO+O2=2CO2，然后逆向思考，正极反应式= 总反应式减去负极反应式，就可得出结果： O2+2CO2+4e=2CO32-。通过电池总反应式写电极反应式不失为一种简便方法。 练4-10 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 + 8H2O 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH 下列叙述不正确的是（C）A放电时负极反应为：3Zn6e+6OH= 3Zn(OH)2B充电时阳极反应为：2Fe(OH)36e+ 10 OH= 2 FeO4
21、2+ 8H2O 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 解析 放电是原电池原理，正极反应为2FeO42+6e+8 H2O=2Fe(OH)3+10OH，放电时每转移3 mol 电子，正极有 1mol K2FeO4被还原，同时正极附近溶液的碱性增强；负极反应3Zn6e+6OH= 3Zn(OH)2；充电是电解原理，阳极反应为2Fe(OH)36e+ 10 OH= 2 FeO42+ 8H2O 阴极反应为 3Zn(OH)2+6e= 3Zn+6OH4.4 金属腐蚀速率快慢比较法 练4-11 下列各装置中都盛有0.1mol/L 的NaCl溶液，放置一定
22、时间后，装置中的四块相同锌片，腐蚀速度由快到慢的正确顺序是（D ）A. B. C. D. 解析 为电解过程， Zn为阳极，优先失电子氧化，故腐蚀速度最快；也是电解过程，但Zn为阴极，外接电源负极流出的电子有效地抑制住了 Zn失电子的可能，故腐蚀最慢；是原电池，Zn为负极，发生电化腐蚀，电化腐蚀比直接的化学腐蚀速度快；中阻断了氧化性物质空气中氧与Zn的接触，也不易腐蚀。4.5 判断金属活动性顺序 练4-12 将a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两连接组成原电池。若a、b连接时 a为负极； c、d连接时，电流由 d到c；a、c连接时， c极上产生大量气泡；b、d连接时， b上有大量气泡
23、产生。则四种金属的活动性由强到弱的顺序是 ( B ) Aabcd Bacdb C. cabd D. bdca 解析 由原电池原理知，作负极的金属活动性比正极金属强；电子是由正极流向负极，而电流恰好相反；在酸性介质中正极产生氢气。据此可得四种金属的活动性：ab、 cd 、ac、db 综合得 acdb 放充精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 6 页学习必备欢迎下载4.6 电化学计算法(1) 有关电化学计算思路有二根据总的化学方程式的化学计量数关系列比例求解；根据串联电路中各电极上转移的电子数相等布列代数方程式求解。（转移的电子数
24、=任一电极上析出物质的物质的量（mol）每析出 1mol该物质转移的电子数）(2) 水中 H+或 OH- 放电有关量的关系式： 消耗 1H+ - 得 1e- - 放出 1/2 H2 - 增生 1OH- 消耗 1OH- - 失 1e- - 放出 1/4 O2 - 增生 1 H+ 利用上式关系可方便进行有关放电电量、电极产物及溶液H+ 量或 PH 的计算。(3)一个电子的电量=1.6 10-19库仑1 mole- 电量 =1.6 10-19 6.02 1023库仑电荷 Q(库仑 )= 电流 I( 安) 时间 t( 秒) 练4-13 用惰性电极和串联电路电解下列物质的水溶液:(1)HCl (2)NaNO3 (3)CuCl2(4)AgNO3在相同时间里理论上生成气体总体积( 标) 之比依次是 V(1):V(2):V(3):V(4)= 4:3:2:1 解析 设各电极上转移的电量为 4e- , 则(1): 阴极 -2H2 , 阳极 -2Cl2, 共 4;(2):阴极 -2H2 ,阳极 -1O2, 共 3;(3):阳极 - 2Cl2 ;(4):阳极-1O2故V(1):V(2):V(3):V(4)=4:3:2:1 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 6 页