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2015届高考化学大一轮复习讲义 电解池 金属的电化学腐蚀与防护课件


化学

人教版

第六章
第3讲 电解池

化学反应与能量
金属的电化学腐蚀与防护

[考纲要求] 1.了解电解池的工作原理,能写出电极反应和电池反 应方程式。 2.理解金属发生电化学腐蚀的原因、 金属腐蚀的危害、 防止金属腐蚀的措施。

考点一


电解的原理

考点二 电解池 金属的 电化学 腐蚀与 防护

电解原理的应用

考点三 考点四

应对电化学定量计算的三种方法 金属的腐蚀和防护

探究高考 练出高分

明确考向

I

考点一

电解的原理


1.电解定义 在 电流 作用下, 电解质在两个电极上分别发生 氧化反应

还原反应

的过程。

2.能量转化形式 电能转化为 化学能 。 3.电解池 (1)构成条件 ①有与 电源 相连的两个电极。

② 电解质溶液 (或 熔融盐 )。 ③形成 闭合回路 。

(2)电极名称及电极反应式(如图)

阳极 氧化
2Cl--2e-===Cl2↑

阴极 还原
Cu2++2e-===Cu

(3)电子和离子的移动方向

特别提醒 电解时,在外电路中有电子通过,而在溶液中是依靠离 子定向移动形成电流,即电子本身不会通过电解质溶液。

4.分析电解过程的思维程序 (1)首先判断阴、 阳极, 分析阳极材料是惰性电极还是活泼 电极。 (2)再分析电解质水溶液的组成, 找全离子并分阴、 阳两组 (不要忘记水溶液中的 H 和 OH )。 (3)然后排出阴、阳两极的放电顺序 阴极:阳离子放电顺序: Ag >Fe >Cu >H ( 酸 )>Fe >Zn >H (水)>Al >Mg >Na >Ca >K 。 阳极:活泼电极>S >I >Br >Cl >OH >含氧酸根离子。
2-
- - - - + + -

3+

2+



2+

2+



3+

2+



2+



注意

①阴极不管是什么材料,电极本身都不反应,一定

是溶液 (或熔融电解质 )中的阳离子放电。②最常用、最重
- - + + +

要的放电顺序是:阳极:Cl >OH ;阴极:Ag >Cu2 >H 。 ③电解水溶液时,K ~Al 不可能在阴极放电,即不可能 用电解水溶液的方法得到 K、Ca、 Na、Mg、Al 等金属。 (4)分析电极反应,判断电极产物,写出电极反应式,要


3+

注意遵循原子守恒和电荷守恒。 (5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。

深度思考
1.用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程, 并总结电解规律(用惰 性电极电解 ) 电解质 (水溶液 ) 电极方程式
- 4OH - 阳极: - 4e ===O2↑+ 含氧酸 2H2O (如 + 4H + 阴极: H2SO4) 4e-===2H2↑

电解 电解质 被电解 总化学方程式 质浓 溶液 pH 溶液复 的物质 或离子方程式 度 原
电解 2H2O===== 增大 O2↑+2H2↑



减小

加 H2O

阳极: 4OH -4e === 强碱 (如 O2↑+2H2O + - 4H + 4e === 阴极: NaOH) 2H2↑
- - 活泼金属 4OH - 4e === 阳极: 的含氧酸 O2↑+2H2O 盐 (如 + - 阴极: 4H +4e === KNO3、 2H2↑ Na2SO4)







电解 2H2O===== O2↑+2H2↑ 增大 增大



H2O



电解 2H2O===== 增大 不变 O2↑+2H2↑



H2O

2Cl -2e 阳极: 无氧酸 (如 ===Cl2↑ + - HCl), 除 HF 2H + 2e 阴极: 外 ===H2↑






电解 2HCl=====



Cl2↑+H2↑

减小 增大

通入 HCl 气体

2Cl -2e 不活泼金属 阳极: 的无氧酸盐 ===Cl2↑ - 2+ Cu + 2e (如 CuCl2), 阴极: 除氟化物外 ===Cu



电解 CuCl2=====



Cu+Cl2↑

减小



CuCl2

- 活泼金 2Cl 阳极: - 2Cl-+2H2O 属的无 - 2e ===Cl2↑ 电解 水和盐 =====Cl2↑+ + 氧酸盐 2H + 阴极: - (如 - H ↑ + 2OH 2e ===H2↑ 2 NaCl) - 4OH 不活泼 阳极: - 2+ 2Cu + - 4e ===O2↑ 金属的 电解 2H2O===== +2H2O 水和盐 含氧酸 2Cu+ O2↑+ 2Cu2++ 盐 (如 阴极: + - 4H 4e CuSO 4) ===2Cu

生成 增大 新电 解质

通入 HCl 气体

CuO 生成 加 减小 新电 或 CuCO3 解质

2.电解过程中放 H2 生碱型和放 O2 生酸型的实质是什 么?在放 H2 生碱型的电解中,若滴入酚酞试液,哪 一极附近溶液变红?
答案 放 H2 生碱型实质是水电离出 H 在阴极上放
- +

电, 破坏了阴极附近水的电离平衡, 使 OH 浓度增大, 若滴入酚酞试液,阴极附近溶液变红;放 O2 生酸型 的实质是水电离出 OH 在阳极上放电, 破坏了阳极附 近水的电离平衡,使 H 浓度增大。
+ -

3.(1)上表中要使电解后的 NaCl 溶液复原,滴加盐酸可以吗? (2)上表中要使电解后的 CuSO4 溶液复原,加入 Cu(OH)2 固体 可以吗?

答案

电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什

么”的原则,即从溶液中析出哪种元素的原子,则应按比例补 入哪些原子。 (1)电解 NaCl 溶液时析出的是等物质的量的 Cl2 和 H2,所以应
通入氯化氢气体,加入盐酸会引入过多的水。 (2)①若通电一段时间,CuSO4 未电解完(即 Cu2+未全部放电),使溶
液复原应加入 CuO,而加入 Cu(OH)2 会使溶液的浓度降低。②若 Cu2 全部放电,又继续通电一段时间(此时电解水),要使溶液复原


应加入 Cu(OH)2 或 Cu2(OH)2CO3,若只加入 CuO,此时浓度偏高。

4.若用惰性电极电解饱和的 Na2SO4 溶液,此时溶液 的浓度和 pH 怎样发生变化?为什么?
答案 溶液浓度和 pH 均不发生变化,因为用惰性电 极电解饱和 Na2SO4 溶液,实质是电解水,会析出 Na2SO4· 10H2O 晶体, 剩余溶液仍为该温度下的饱和溶 液,所以浓度和 pH 值均不变。

题组一

1

2

题组二

3

4

题组三

5

题组一 题组一

1

2

题组二

3

4

题组三

5

电解原理和电解规律的考查

1.右图为直流电源电解稀 Na2SO4 水溶液的装置。 通电后在石墨电极 a 和 b 附近分别滴加几滴石 蕊溶液。下列实验现象描述正确的是 ( ) A.逸出气体的体积,a 电极的小于 b 电极的 B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气体 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

题组一

1

2

题组二

3

4

题组三

5

解析

- - - SO2 、 OH 移向 b 极,在 b 极 OH 放电,产生 O2, 4

b 极附近 c(H+)>c(OH-),石蕊试液变红。Na+、H+移向 a 极,在 a 极 H+放电产生 H2,a 极附近 c(OH-)>c(H+),石 蕊试液变蓝。 所以产生的气体体积 a 电极的大于 b 电极的; 两种气体均为无色无味的气体。A、B、C 均错。

答案 D

题组一

1

2

题组二

3
解析

4

题组三

5

2. 用 惰 性 电 极 电 解 一 定 浓 度 的 CuSO4 溶液,通电一段时间后, 向 所 得 的 溶 液 中 加 入 0.1 mol Cu(OH)2 后恰好恢复到电解前的 浓度和 pH。 则下列说法正确的是 ( ) A.电解过程中阴极没有气体生成 B.电解过程中转移的电子的物质 的量为 0.4 mol C.原 CuSO4 溶液的浓度为 - 0.1 mol· L 1 D. 电解过程中阳极收集到的气体 体积为 1.12 L(标况下 )

题组一

1

2

题组二

3
解析

4

题组三

5

2. 用 惰 性 电 极 电 解 一 定 浓 度 的 CuSO4 溶液,通电一段时间后, 向 所 得 的 溶 液 中 加 入 0.1 mol Cu(OH)2 后恰好恢复到电解前的 浓度和 pH。 则下列说法正确的是 ( B ) A.电解过程中阴极没有气体生成 B.电解过程中转移的电子的物质 的量为 0.4 mol C.原 CuSO4 溶液的浓度为 - 0.1 mol· L 1 D. 电解过程中阳极收集到的气体 体积为 1.12 L(标况下 )

电解 由 2CuSO4+ 2H2O=====2Cu+ 2H2SO4+ O2↑知,如 CuSO4 未 电解完,加 CuO 即可复原,而 加 入 Cu(OH)2 相 当 于 加 入 CuO· H2O, 故 CuSO4 电解完后, 还电解了部分水。电解析出了 0.1 mol Cu,转移电子 0.2 mol, 而电解 0.1 mol H2O 转移电子 0.2 mol,故转移的电子的总物 质的量为 0.4 mol。

题组一

1

2

题组二

3

4

题组三

5

题组二

突破电极反应式、电解总方程式的书写

3.按要求书写电极反应式和总方程式 (1)用惰性电极电解 AgNO3 溶液:
- - 4OH - 4e ===O2↑+2H2O 阳极反应式__________________________________ ; + - 4Ag + 4e ===4Ag 阴极反应式_____________________________________ ; 电解 + + 4Ag +2H2O=====4Ag+O2↑+4H 。 总反应离子方程式________________________________

题组一

1

2

题组二

3

4

题组三

5

(2)用惰性电极电解 MgCl2 溶液 - - 2Cl - 2e ===Cl2↑ ; 阳极反应式___________________
2H +2e ===H2↑ 阴极反应式______________________ ;
电解 - 2+ Mg + 2Cl + 2H O===== Mg(OH) 2↓+Cl2↑+H2↑ 2 总反应离子方程式 _______________________________________ 。
+ -

(3)用铁作电极电解 NaCl 溶液
- 2+ Fe - 2e ===Fe 阳极反应式__________________________; + - 2H + 2e ===H2↑ 阴极反应式_____________________________ ; 电解 Fe + 2H O===== Fe(OH)2↓+H2↑ 。 2 总反应离子方程式 _______________________________

题组一

1

2

题组二

3

4

题组三

5

(4)用铜作电极电解盐酸溶液 - 2+ Cu - 2e ===Cu 阳极反应式__________________;
+ - 2H + 2e ===H2↑ ; 阴极反应式__________________
+ 电解 2+ Cu + 2H ===== Cu +H2↑ 总反应离子方程式____________________________ 。

(5)用 Al 作电极电解 NaOH 溶液
- - + - 6H O + 6e ===3H ↑+ 6OH 或 6H + 6e ===3H2↑ ; 2 2 阴极反应式____________________________________________

- - - 2Al - 6e + 8OH ===2AlO 2 +4H2O 阳极反应式______________________________________ ;

电解 - 2Al + 2H O + 2OH ===== 2AlO 2 2 +3H2↑ 总反应离子方程式____________________________________ 。


题组一

1

2

题组二

3

4

题组三

5

(6)用惰性电极电解熔融 MgCl2
Mg +2e ===Mg 阴极反应式____________________ ;
2+


2Cl -2e ===Cl2↑ ; 阳极反应式___________________
电解 Mg +2Cl =====Mg+Cl2↑ 。 总反应离子方程式__________________________
2+






题组一

1

2

题组二

3
解析

4

题组三

5

4.(1)以铝材为阳极,在 H2SO4 溶液 中电解,铝材表面形成氧化膜, 阳极电极反应式为 ___________ __________________________。 (2)用 Al 单质作阳极,石墨作阴 极, NaHCO3 溶液作电解液进行 电解,生成难溶物 R, R 受热分 解生成化合物 Q。写出阳极生成 R 的电极反应式: ____________ ___________________________。

题组一

1

2

题组二

3
解析

4

题组三

5

4.(1)以铝材为阳极,在 H2SO4 溶液 中电解,铝材表面形成氧化膜,
- 2Al - 6e 阳极电极反应式为 ___________

(1)依据信息阳极形成的氧化膜一 定为 Al2O3, Al 失电子生成 Al2O3, Al2O3 中的氧是由水提供的,溶液 显酸性,所以有 H 生成;
(2)Al 作阳极, 失电子, 生成 Al3 ,


+ 3H2O===Al2O3+6H+ __________________________ 。
(2)用 Al 单质作阳极,石墨作阴 极, NaHCO3 溶液作电解液进行 电解,生成难溶物 R, R 受热分 解生成化合物 Q。写出阳极生成
- Al + 3HCO 3 R 的电极反应式: ____________



Al 3 水 解 显 酸 性 , 溶 液 中 的


HCO3 水解显碱性, 两者水解互 相促进,生成 Al(OH)3 和 CO2。



-3e ===Al(OH)3↓+3CO2↑。 ___________________________



题组一

1

2

题组二

3

4

题组三

5

反思归纳
1.体会书写步骤 以石墨作电极电解 CuSO4 溶液的电极反应式及总的电解方程式 的书写为例。 + + 第一步:明确溶液中存在哪些离子。阳离子: Cu2 、 H ;阴离 - 2- 子: OH 、 SO4 。 第二步:判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。阴极: + + - - Cu2 >H ;阳极: OH >SO2 4 。 + - 第三步:写电极反应式和总的电解方程式。阴极: 2Cu2 + 4e ===2Cu;阳极: 4OH-- 4e- ===O2↑ + 2H2O。 根据得失电子数相等,两极反应式相加得总方程式:2CuSO4+ 2H2O

题组一

1

2

题组二

3

4

题组三

5

反思归纳
2.规避“三个”失分点 (1)书写电解池中电极反应式时, 要以实际放电的离子表示, 但书写总电解反应方程式时,弱电解质要写成分子式。 (2)要确保两极电子转移数目相同,且注明条件“电解”。 (3)电解水溶液时, 应注意放电顺序中 H+、 OH-之后的离子 一般不参与放电。

题组二 题组三 1 2 3 4 5 题组一 题组三 与酸、碱、盐电解有关的实验设计 5.某课外活动小组设计了如图所示装置,调节滑动变阻器,在电
流强度适中的情况下用其进行缓慢电解 NaCl 溶液及相关实验 (此时,打开止水夹 a,关闭止水夹 b)。由于粗心,实验并未 达到预期目的,但也看到了令人高兴的现象。请帮助他们分 析并回答下列问题 (图中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子 通过):

题组一

1

2

题组二

3

4

题组三

5

(1)写出 B 装置中的电极反应式: Pt 极 __________________;Fe 极 ______________________。 (2)写出观察到的 A 装置中的现象: ① _________________________;② ___________________; ③ ______________________________________________。 (3)当观察到 A 装置中的现象后,他们关闭止水夹 a,打开止水 夹 b,再观察 C 装置。若无现象,说明理由;若有现象,请写 出有关反应方程式 _____________________________________。 (4)若想达到电解 NaCl 溶液的目的,应如何改进装置,请提出你 的意见 ______________________________________。

题组一
解析

1

2

题组二

3

4

题组三

5

(1)据图知,Pt 极是阴极,氢离子放电生成氢气,故电
+ - - -

极反应式为 2H +2e ===H2↑(或写成 2H2O+2e ===2OH + H2↑);Fe 极为阳极,属活泼电极,故电极反应式为 Fe-2e- ===Fe2 。


(2)打开止水夹 a、关闭止水夹 b 时,生成的氢气进入烧瓶,压 强增大,将氨气压出,氨气将导管内空气排出后,与烧杯中水 接触而开始溶解,引起 A 装臵烧杯中的 H2O 倒吸进烧瓶产生 红色喷泉;但由于氢气不溶于水,故烧瓶中液面上升到高于左 侧导管口一定程度后又逐渐下落至导管口相平; 最终烧杯中溶 液呈红色,导管口有气泡(氢气)逸出。

题组一

1

2

题组二

3

4

题组三

5

(3)关闭止水夹 a、打开止水夹 b,Pt 极产生的氢气,会 将电解质溶液压入烧杯 C 中,发生反应:Fe2++2OH- ===Fe(OH)2↓, 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2===4Fe(OH)3[ 或 4Fe +8OH +2H2O+O2===4Fe(OH)3↓]。
(4)若想达到电解 NaCl 溶液的目的, 应把 Fe 电极换成 C、 Pt 等惰性电极或将装臵中两电极调换位臵等。
2+


题组一
答案

1

2

题组二

3

4

题组三

5

(1)2H++2e-===H2↑(或 2H2O+2e-===2OH-+H2↑)

Fe-2e-===Fe2+
(2)①A 装置烧杯中的 H2O 倒吸进烧瓶并产生红色喷泉
②烧瓶中液面上升到高于左侧导管口一定程度后又逐渐下落 至与导管口相平
③最后烧杯中溶液呈红色,导管口有气泡逸出

(3)Fe2



+ 2OH



===Fe(OH)2↓ , 4Fe(OH)2 + 2H2O +

O2===4Fe(OH)3[或 4Fe2++8OH-+2H2O+O2===4Fe(OH)3↓]

(4)把 Fe 电极换成 C、Pt 等惰性电极(或将装置中两电极调换位置等)

I

考点二

电解原理的应用

1.电解饱和食盐水 (1)电极反应 阳极反应式: 2Cl -2e ===Cl2↑ ( 氧化 反应 ) + - 2H + 2e ===H2↑ 阴极反应式: ( 还原 反应) (2)总反应方程式: 电解 2NaCl+ 2H2O=====2NaOH+ H2↑+ Cl2↑ 电解 - 离子反应方程式: 2Cl + 2H2O=====2OH- +H2↑+ Cl2↑ (3)应用:氯碱工业制 烧碱 、 氯气 和 氢气 。
- -

2.电镀 右图为金属表面镀银的工作示意图,据此回答下 列问题: (1)镀件作 阴 极,镀层金属银作 阳 极。 (2)电解质溶液是 AgNO3 溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液 。 (3)电极反应: Ag-e-===Ag+ 阳极: ; + - Ag + e ===Ag 阴极: 。 (4)特点: 阴 极溶解, 阳 极沉积,电镀液的浓度 不变



3.电解精炼铜 (1)电极材料:阳极为 粗铜 ;阴极为 纯铜 。 (2)电解质溶液:含 Cu2 的盐溶液。


(3)电极反应:
- - - 2+ 2+ 2+ Zn - 2e ===Zn Fe - 2e ===Fe Ni - 2e ===Ni 阳极: 、 、 、

Cu-2e-===Cu2+

阴极:

; Cu2++2e-===Cu



4.电冶金 利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属 Na、 Ca、Mg、 Al 等。 (1)冶炼钠 电解 2NaCl(熔融 )=====2Na+ Cl2↑ 电极反应: + - - - 2Na + 2e ===2Na 。 阳极: 2Cl -2e ===Cl2↑ ;阴极: (2)冶炼铝 电解 2Al2O3(熔融)=====4Al+ 3O2↑ 电极反应: - 2- 6O - 12e ===3O2↑;阴极: 4Al3++12e-===4Al 阳极: 。

深度思考
1.(1)电解氯化钠溶液时,如何用简便的方法检验产物?
答案 阳极产物 Cl2 可以用淀粉KI 试纸检验,阴极产物 H2

可以通过点燃检验,NaOH 可以用酚酞试剂检验。

(2) 氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换 膜隔开,原因是什么?

答案 防止 H2 和 Cl2 混合爆炸,防止 Cl2 与溶液中的 NaOH 反应。

2.电解精炼铜时,阳极泥是怎样形成的?

答案

粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种金属杂质,

当含杂质的铜在阳极不断溶解时,金属活动性位于铜之前的 金属杂质,如 Zn、Fe、Ni 等也会同时失去电子,但是它们的 阳离子比铜离子难以还原,所以它们并不能在阴极析出,而 只能以离子的形式留在电解液里。金属活动性位于铜之后的 银、金等杂质,因为失去电子的能力比铜弱,难以在阳极失 去电子变成阳离子而溶解,所以当阳极的铜等失去电子变成 阳离子溶解之后,它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部, 形成阳极泥。

题组一

1

2

题组二

3

4

5

题组一 题组一

题组二 电解原理的“常规”应用
1 2

3

4

5

1.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。 下列说法正确的是 + O2↑ B.电解精炼铜时, Z 溶液中的 Cu2 浓度不变


(

D)

A.氯碱工业中, X 电极上反应式是 4OH-- 4e- ===2H2O

C.在铁片上镀铜时, Y 是纯铜 D.制取金属镁时, Z 是熔融的氯化镁

解析 氯碱工业中阳极是 Cl-放电生成 Cl2;电解精炼铜时阳极粗 铜溶解,阴极 Cu2+放电析出 Cu,溶液中 Cu2+浓度变小;铁片上 镀铜时,阴极应该是铁片,阳极是纯铜。

题组一

1

2

题组二

3

4

5

2.使用氯化钠作原料可以得到多种产品。 (1)实验室用惰性电极电解 100 mL 0.1 mol· L
-1

NaCl 溶液,

若阴阳两极均得到 112 mL 气体 (标准状况 ),则所得溶液的 物质的量浓度是 ______________(忽略反应前后溶液体积的 变化 )。 (2)某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器,用石墨作 电极电解饱和氯化钠溶液,通电时,为使 Cl2 被完全吸收,制得有较强杀菌能力的消毒液, 设计了如图的装置。对电源电极名称和消毒液 的主要成分判断正确的是 ______(填字母序号 )。

题组一

1

2

题组二

3

4

5

A.a 为正极, b 为负极; NaClO 和 NaCl B.a 为负极, b 为正极; NaClO 和 NaCl C.a 为阳极, b 为阴极; HClO 和 NaCl D.a 为阴极, b 为阳极; HClO 和 NaCl (3) 实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的 Fe(OH)2 沉淀。某同学利用上图装置,只更换一个电极,通过 电解法制取较纯净的 Fe(OH)2 沉淀,且较长时间不变色。该 同学换上的电解材料是 __________(用元素符号表示 ),总的反 应式是 _________________________________。

题组一

1

2

题组二

3

4

5

解析

(1)n(H2)=n(Cl2)=0.005 mol,参加反应的 n(NaCl)=


0.01 mol,说明 NaCl 恰好电解完毕,溶液变为 NaOH 溶液, n(NaOH)=n(NaCl)=0.01 mol,c(NaOH)=0.1 mol· L 1。
电解 (2)电解饱和氯化钠溶液的总反应: 2NaCl+2H2O=====2NaOH +H2↑+Cl2↑, 题目要求使 Cl2 被完全吸收, 则氯气必须在下 部的电极上产生,下部的电极是阳极,推出 b 为电源的正极, 另一极为负极 a。生成的 Cl2 与阴极区产生的 NaOH 反应:Cl2 + 2NaOH===NaCl + NaClO + H2O ,则消毒液的主要成分是 NaClO、NaCl。

1 2 3 4 5 题组一 题组二 (3)题目要求通过电解法制取 Fe(OH)2,电解质溶液是 NaCl 溶液,

必须通过电极反应产生 Fe2+和 OH-。根据电极发生反应的特点, 选择铁作阳极, 铁发生氧化反应产生 Fe2+; 溶液中的阳离子 Na+、 H+向阴极移动,根据放电顺序,阴极 H+放电产生氢气,H+来源 水的电离,反应式 2H2O+ 2e- ===H2↑+2OH-。在电场作用下, 阳极产生的 Fe2 与阴极产生的 OH 在定向移动的过程中相遇, 发
+ -

生复分解反应生成 Fe(OH)2 沉淀。将阳极反应式、阴极反应式叠 电解 加得到总的反应式: Fe+ 2H2O=====Fe(OH)2↓+ H2↑。 - 答案 (1)0.1 mol· L 1 (2)B

电解 (3)Fe Fe+2H2O=====Fe(OH)2↓+H2↑

题组一 题组二

1

2

题组二

3

4

5

电解原理的“不寻常”应用

3.某工厂采用电解法处理含铬废水, 耐酸电解槽用铁板作阴、 阳极, 槽中盛放含铬废水, 原理示意图如下, 下列说法不正确的是( A.A 为电源正极 B.阳极区溶液中发生的氧化还原反应为
- + 2+ 3+ 3+ Cr2O2 + 6Fe + 14H ===2Cr + 6Fe +7H2O 7

)

C.阴极区附近溶液 pH 降低 D.若不考虑气体的溶解,当收集到 H2 13.44 L(标准状况 )时,有
2- 0.1 mol Cr2O7 被还原

题组一
解析

1

2

题组二

3

4

5

根据图示, A 作阳极,B 作阴极,电极反应式为

阳极: Fe- 2e- ===Fe2+ 阴极: 2H + 2e ===H2↑
- + 2+ 3+ 3+ 然后, Cr2O2 + 6Fe + 14H ===2Cr + 6Fe + 7H2O 7 + -

由于在阴极区 c(H )减小,所以 pH 增大。根据 6H2~ 6Fe2 ~
+ + - Cr2O2 7 得,当有 13.44 L(标准状况 )H2 放出时,应有 0.1 mol - Cr2O2 7 被还原。

答案 C

题组一
(二)制备物质

1

2

题组二

3

4

5

4.电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如下:

电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴阳两极均为惰性电极。 (1)A 极为 ________,电极反应式为 __________________。 (2)B 极为 ________,电极反应式为 ___________________。

题组一

1

2

题组二

3

4

5

解析 H2 产生是因为 H2O 电离的 H+在阴极上得电子,即 6H2O+6e-===3H2↑+6OH-,所以 B 极为阴极,A 极为 阳极,电极反应式为 CO(NH2)2- 6e-+ 8OH- ===N2↑+
- - - CO 2 + 6H O , 阳 极 反 应 式 容 易 错 写 成 4OH - 4e 3 2

===2H2O+O2↑。
答案 (1) 阳极
- CO(NH2)2+ 8OH - -6e - ===N2↑+ CO2 3

+6H2O

(2)阴极 6H2O+6e-===3H2↑+6OH-

题组一
(三)处理废气

1

2

题组二

3

4

5

5.用 NaOH 溶液吸收烟气中的 SO2,将所得的 Na2SO3 溶液进 行电解,可循环再生 NaOH,同时得到 H2SO4,其原理如 下图所示。(电极材料为石墨 )

题组一

1

2

题组二

3

4

5

(1) 图 中 a 极 要 连 接 电 源 的 ( 填 “ 正 ” 或 “负”)________极,C 口流出的物质是________。
2- (2)SO3 放电的电极反应式为____________。

(3)电解过程中阴极区碱性明显增强, 用平衡移动原理 解释原因______________________________。

1 2 3 4 5 题组一 题组二 - 解析 根据 Na+、 SO2 阳极。 Na+移向阴极区, 3 的移向判断阴、
- SO2 3 移向阳极区,所以 a 应接电源负极,b 应接电源正极,其

电极反应式分别为
- - + 2- 阳极:SO2 - 2e + H O===SO + 2H 3 2 4

阴极:2H2O+2e- ===H2↑+2OH- 所以从 C 口流出的是 H2SO4。在阴极区,由于 H 放电,破坏 水的电离平衡,c(H )减小,c(OH )增大,生成 NaOH,碱性 增强,所以从 B 口流出的是浓度较大的 NaOH 溶液。 2- 2- 答案 (1)负 硫酸 (2)SO3 -2e-+H2O===SO4 +2H+
(3)H2O H++OH-,在阴极 H+放电生成 H2,c(H+)减小,水 的电离平衡正向移动,碱性增强
+ - +

I

考点三

应对电化学定量计算的三种方法

1.计算类型 原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、 溶液 pH 的计 算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关 系的计算等。 2.方法技巧 (1)根据电子守恒计算 用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型 的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。 (2)根据总反应式计算 先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比 例式计算。

(3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁, 构 建计算所需的关系式。 如以通过 4 mol e- 为桥梁可构建如下关系式: 4 - 4e ~ 2Cl2(Br2、 I2)~ O2~ 2H2~ 2Cu~ 4Ag~ M n 阳极产物 阴极产物 (式中 M 为金属,n 为其离子的化合价数值 ) 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应式,灵 活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。

提示 在电化学计算中,还常利用 Q=I· t 和 Q=n(e-) ×NA×1.60×10
-19

C 来计算电路中通过的电量。

题组一

1

题组二

2

题组三

3

4

题组一

1

题组二

2

题组三

3

4

题组一

根据电子守恒,突破电化学的基本计算

1.两个惰性电极插入 500 mL AgNO3 溶液中,通电电解。 当电解液的 pH 从 6.0 变为 3.0 时(设电解过程中阴极没 有 H2 放出,且电解液在电解前后体积变化可以忽略不 计),电极上析出银的质量最大为 A.27 mg C.106 mg B.54 mg D.216 mg ( )

题组一

1

题组二

2

题组三

3

4

解析

首先结合离子放电顺序,弄清楚两极的反应:阳极

4OH--4e-===O2↑+2H2O;阴极 Ag++e-===Ag,电解 电解 的 总 反 应 式 为 4AgNO3 + 2H2O ===== 4Ag + O2↑ + 4HNO3。 由电解的总反应式可知, 电解过程中生成的 n(Ag) =n(HNO3)=n(H+)=(10-3 mol· L-1-10-6 mol· L-1)×0.5 L ≈5×10
-4

mol,m(Ag)=5×10

-4

mol×

108 g· mol-1=0.054 g=54 mg。

答案

B

题组一 题组二

1

题组二

2

题组三

3

4

根据电子守恒,突破电解池的“串联”计算

2.在如图所示的装置中, 若通直流电 5 min 时, 铜电极质量增加 2.16 g。 试回答下列问题。

题组一

1

题组二

2

题组三

3

4

(1)电源中 X 电极为直流电源的________极。 (2)pH 变化:A:________,B:________,C:________(填 “增大”、“减小”或“不变”)。 (3)通电 5 min 时,B 中共收集 224 mL(标准状况下)气体, 溶液体积为 200 mL, 则通电前 CuSO4 溶液的物质的量浓度 为________(设电解前后溶液体积无变化)。 (4)若 A 中 KCl 足量且溶液的体积也是 200 mL,电解后, 溶液的 pH 为__________(设电解前后溶液体积无变化)。

题组一

1

题组二

2

题组三

3

4

解析


(1)三个装臵是串联的电解池。 电解 AgNO3 溶液时,

Ag 在阴极发生还原反应变为 Ag,所以质量增加的铜电 极是阴极,则银电极是阳极, Y 是正极,X 是负极。 (2)电解 KCl 溶液生成 KOH,溶液 pH 增大;电解 CuSO4 溶液生成 H2SO4,溶液 pH 减小;电解 AgNO3 溶液,银为 阳极,不断溶解,Ag 浓度基本不变,pH 不变。


题组一

1

题组二

2

题组三

3

4

(3)通电 5 min 时, C 中析出 0.02 mol Ag,电路中通过 0.02 mol 电 子。B 中共收集 0.01 mol 气体,若该气体全为氧气,则电路中需通 过 0.04 mol 电子, 电子转移不守恒。 因此, B 中电解分为两个阶段, 先电解 CuSO4 溶液,生成 O2,后电解水,生成 O2 和 H2,B 中收 集到的气体是 O2 和 H2 的混合物。 设电解 CuSO4 溶液时生成 O2 的 物质的量为 x,电解 H2O 时生成 O2 的物质的量为 y,则 4x+ 4y= 0.02 mol(电子转移守恒 ),x+ 3y= 0.01 mol(气体体积之和),解得 x = y= 0.002 5 mol,所以 n(CuSO4)= 2× 0.002 5 mol= 0.005 mol, c(CuSO4)= 0.005 mol÷ 0.2 L= 0.025 mol· L- 1。

题组一

1

题组二

2

题组三

3

4

(4)通电 5 min 时, A 中放出 0.01 mol H2, 溶液中生成 0.02 mol KOH,c(OH )=0.02 mol÷ 0.2 L=0.1 mol· L ,pH=13。
答案 (1)负
- -1

(2)增大

减小
-1

不变

(3)0.025 mol· L

(4)13

题组一

1

题组二

2

题组三

3

4

方法技巧
无明显“外接电源”的电解池的“串联 ”问题,主 要是根据 “ 原电池 ” 的形成条件判断 “ 电源 ” 的 正、负极,从而判断电解池的阴、阳极。

题组一 题组三

1

题组二

2

题组三

3

4

根据电子守恒,突破电解的分阶段计算
- -

3.500 mL KNO3 和 Cu(NO3)2 的混合溶液中 c(NO3 )=0.6 mol· L 1, 用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到 2.24 L 气体(标准状况下), 假定电解后溶液体积仍为 500 mL, 下 列说法正确的是 A.原混合溶液中 c(K+ )为 0.2 mol· L-1 B.上述电解过程中共转移 0.2 mol 电子 C.电解得到的 Cu 的物质的量为 0.05 mol D.电解后溶液中 c(H+ )为 0.2 mol· L-1 ( )

题组一

1

题组二

2

题组三

3

4

解析 石墨作电极电解 KNO3 和 Cu(NO3)2 的混合溶液, 阳极反应式为 4OH- - 4e- ===2H2O + O2↑ ,阴极先后发生两个反应: Cu2+ + 2e- ===Cu,2H+ +2e- ===H2↑。 从收集到 O2 为 2.24 L 这个事实可推知上 述电解过程中共转移 0.4 mol 电子,而在生成 2.24 L H2 的过程中转 移 0.2 mol 电子,所以 Cu2 共得到 0.4 mol-0.2 mol=0.2 mol 电子,


电解前 Cu2+的物质的量和电解得到的 Cu 的物质的量都为 0.1 mol。
+ 电解前后分别有以下守恒关系: c(K + )+ 2c(Cu2+ )= c(NO- 3 ) , c(K ) + -1 + c(H+ )=c(NO- ) ,不难算出:电解前 c (K ) = 0.2 mol· L ,电解后 3

c(H+ )= 0.4 mol· L-1。

答案 A

题组一

1

题组二

2

题组三

3

4

4.将等物质的量浓度的 CuSO4 和 NaCl 等体积混合后,用石墨电极 进行电解, 电解过程中, 溶液 pH 随时间 t 变化的曲线如图所示, 则下列说法错误的是 ( )

A.阳极先析出 Cl2,后析出 O2,阴极先产生 Cu,后析出 H2 B.AB 段阳极只产生 Cl2,阴极只产生 Cu C.BC 段表示在阴极上是 H+放电产生了 H2 D.CD 段相当于电解水

1 3 4 题组一 题组二 题组三 2 解析 由于两种溶液的体积相等,物质的量浓度也相等,即溶质的

物质的量相等,设 CuSO4 和 NaCl 的物质的量各 1 mol,电解分 3 个阶段: [第一阶段]阳极: 1 mol 氯离子失 1 mol 电子, 阴极: 0.5 mol 铜离子得 1 mol 电子,因为铜离子水解使溶液显酸性,随着电解的 进行,铜离子的浓度降低, 酸性减弱,pH 将增大。 [第二阶段]阳极: 1 mol 氢氧根离子失 1 mol 电子 (来源于水的电离 ),阴极: 0.5 mol 铜离子再得 1 mol 电子,因为氢氧根离子消耗,使水溶液中氢离子 浓度增大,pH 迅速减小。[第三阶段]阳极:氢氧根离子失电子,阴 极:氢离子得电子,它们都来源于水的电离,实质是电解水,导致 溶液的体积减小,使溶液中氢离子浓度增大,pH 继续减小。

答案

C

I

考点四

金属的腐蚀和防护

1.金属腐蚀的本质 金属原子 失去电子 变为 金属阳离子 , 金属发生 氧化反应 。 2.金属腐蚀的类型 (1)化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 条件 现象 本质 化学腐蚀 金属跟 非金属 电化学腐蚀 不纯金属或合金跟 电

单质直接 接触 无 电流产生 金属被 氧化

解质溶液

接触

有微弱 电流产生 较活泼金属被 氧化

联系 两者往往同时发生, 电化学 腐蚀更普遍

(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析: 类型 析氢腐蚀 条件 负极

吸氧腐蚀

水膜酸性较强 (pH≤4.3)

水膜酸性很弱 或呈中性

Fe-2e-===Fe2+
===4OH

电极 - O + 2H O + 4e 2 2 反应 正极 2H++2e-===H2↑ - 总反 应式 联系
考点四

Fe + 2H + ===Fe2 + 2Fe+O2+2H2O +H2↑

===2Fe(OH)2

吸氧腐蚀
知识梳理

更普遍
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递进题组

3.金属的防护 (1)电化学防护 ①牺牲阳极的阴极保护法 — 原电池 原理 a. 负极 :比被保护金属活泼的金属; b. 正极 :被保护的金属设备。 ②外加电流的阴极保护法— 电解 原理 a. 阴极 :被保护的金属设备; b. 阳极 :惰性金属。 (2)改变金属的内部结构,如制成合金、不锈钢等。 (3)加防护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或 表面钝化等方法。

深度思考 1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)所有金属纯度越大,越不易被腐蚀 ( × )

(2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样 ( × ) (3)干燥环境下金属不被腐蚀 ( × )

(4)Al、 Fe、 Cu 在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物 ( × )

(5)钢铁发生电化学腐蚀时,负极铁失去电子生成 Fe3



( × ) (6)在金属表面覆盖保护层,若保护层破损后,就完全失 去了对金属的保护作用 ( × )

(7)外加电流的阴极保护法,构成了电解池;牺牲阳极的 阴极保护法构成了原电池。二者均能有效地保护金属不 容易被腐蚀 ( √ )

2.写出钢铁、铜制品在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀生成铁 锈、铜绿的原理。
答案 (1)铁锈的形成
- +

负极:2Fe-4e ===2Fe2


正极:O2+4e +2H2O===4OH 2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2



4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 2Fe(OH)3===Fe2O3· xH2O(铁锈)+(3-x)H2O

(2)铜锈的形成 负极:2Cu-4e ===2Cu


2+

正极:O2+2H2O+4e-===4OH- 2Cu+2H2O+O2===2Cu(OH)2 2Cu(OH)2+CO2===Cu2(OH)2CO3(铜绿)+H2O

题组一

1

2

题组二

3

4

题组一 题组一

1

2

题组二

3

4

腐蚀快慢与防护方法的比较

1.如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀的速度由快到慢 的顺序为 ( )

题组一

1

2

题组二

3

4

A.②①③④⑤⑥ C.⑤④②①③⑥

B.⑤④③①②⑥ D.⑤③②④①⑥

题组一

1

2

题组二

3

4

解析

①是 Fe 为负极,杂质碳为正极的原电池腐蚀,是


铁的吸氧腐蚀,腐蚀较慢。其电极反应式:负极 Fe- 2e ===Fe2 ,正极 2H2O+ O2+4e ===4OH 。
+ - -

②③④均为原电池,③中 Fe 为正极,被保护;②④中 Fe 为负极,均被腐蚀,但 Fe 和 Cu 的金属活泼性差别大于 Fe 和 Sn 的,故 FeCu 原电池中 Fe 被腐蚀的较快。

题组一

1

2

题组二

3

4

⑤是 Fe 接电源正极作阳极,Cu 接电源负极作阴极的电 解腐蚀,加快了 Fe 的腐蚀。
⑥是 Fe 接电源负极作阴极, Cu 接电源正极作阳极的电解 腐蚀,防止了 Fe 的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被 腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。

答案

C

题组一

1

2

题组二

3

4

2.下列与金属腐蚀有关的说法,正确的是

(

)

A.图 1 中,铁钉易被腐蚀 B.图 2 中,滴加少量 K 3[Fe(CN)6]溶液,没有蓝色沉淀出现 C.图 3 中,燃气灶的中心部位容易生锈,主要是由于高温下铁 发生化学腐蚀 D.图 4 中,用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀,镁 块相当于原电池的正极

题组一

1

2

题组二

3

4

解析

A 项,图 1 中,铁钉处于干燥环境,不易被腐蚀;


B 项,负极反应为 Fe-2e ===Fe ,Fe 与[Fe(CN)6] 反 应生成 Fe3[Fe(CN)6] 2 蓝色沉淀; D 项,为牺牲阳极的阴极保护法,镁块相当于原电池的 负极。

2+

2+

3-

答案

C

题组一 反思归纳

1

2

题组二

3

4

(1)判断金属腐蚀快慢的规律 ① 对同一电解质溶液来说,腐蚀速率的快慢:电解原理引起的腐 蚀 >原电池原理引起的腐蚀 >化学腐蚀 >有防腐措施的腐蚀。 ② 对同一金属来说,在不同溶液中腐蚀速率的快慢:强电解质溶 液中 >弱电解质溶液中 >非电解质溶液中。 ③活动性不同的两种金属,活动性差别越大,腐蚀越快。 ④对同一种电解质溶液来说,电解质浓度越大,金属腐蚀越快。 (2)两种保护方法的比较 外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。

题组一 题组二

1

2

题组二

3

4

正确判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀

3. 利用下图装置进行实验,开始时, a、 b 两处液面相平,密封好,放置一段时间。 下列说法不正确的是 ( )

A.a 管发生吸氧腐蚀, b 管发生析氢腐蚀 B.一段时间后, a 管液面高于 b 管液面 C.a 处溶液的 pH 增大, b 处溶液的 pH 减小 D.a、 b 两处具有相同的电极反应式:Fe- 2e- ===Fe2+

题组一

1

2

题组二

3

4

解析

根据装臵图判断,左边铁丝发生吸氧腐蚀,右边

铁丝发生析氢腐蚀,其电极反应为 左边 负极:Fe-2e-===Fe2+ 正极:O2+4e-+2H2O===4OH- 右边 负极:Fe-2e-===Fe2+ 正极:2H++2e-===H2↑ a、b 处的 pH 均增大,C 错误。
答案 C

题组一

1

2

题组二

3

4

4.如图装置中,小试管内为红墨水,具支试管内盛 有 pH= 4 久置的雨水和生铁片。 实验时观察到: 开始时导管内液面下降,一段时间后导管内液 面回升,略高于小试管内液面。下列说法正确 的是 A.生铁片中的碳是原电池的阳极,发生还原反应 B.雨水酸性较强,生铁片仅发生析氢腐蚀 C.墨水回升时,碳电极反应式为 O2+ 2H2O+ 4e ===4OH D.具支试管中溶液 pH 逐渐减小
- -

(

)

题组一

1

2

题组二

3

4

解析 生铁片中的碳是原电池的正极,A 错;

雨水酸性较强,开始时铁片发生化学腐蚀和析氢腐蚀,产生 氢气,导管内液面下降,一段时间后铁片发生吸氧腐蚀,吸 收氧气,导管内液面回升,B 错; 墨水回升时,铁片发生吸氧腐蚀,碳极为正极,电极反应为 O2+2H2O+4e-===4OH-, C 对; 铁片无论是发生析氢腐蚀还 是吸氧腐蚀,具支试管内溶液 pH 均增大,D 错。

答案 C

题组一

1

2

题组二

3

4

失误防范
正确判断 “介质 ”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸 氧腐蚀的关键。潮湿的空气、中性溶液发生吸氧腐蚀; NH4Cl 溶液、稀 H2SO4 等酸性溶液发生析氢腐蚀。

探究高考·明确考向
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

探究高考·明确考向
1 2 3 4 5 6 7
解析

8

9

10

1.(2013· 北京理综, 7)下列金属 防腐的措施中, 使用外加电流 的阴极保护法的是 ( )

A.水中的钢闸门连接电源的 负极 B.金属护栏表面涂漆 C.汽车底盘喷涂高分子膜 D.地下钢管连接镁块

探究高考·明确考向
1 2 3 4 5 6 7
解析

8

9

10

1.(2013· 北京理综, 7)下列金属 防腐的措施中, 使用外加电流 的阴极保护法的是 ( A )

A 项,水中钢闸门连接电源的 负极,即作为电化学保护装臵 的阴极,使其不发生失电子反 应而被保护,正确;
B 项和 C 项都属于外加防护层 的防腐方法,B、C 两项不符合 题意,错误;

A.水中的钢闸门连接电源的 负极 B.金属护栏表面涂漆 C.汽车底盘喷涂高分子膜 D.地下钢管连接镁块

D 项,属于牺牲阳极的阴极保 护法,错误。

探究高考·明确考向
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2.(2013· 北京理综,9) 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 )

探究高考·明确考向
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2.(2013· 北京理综,9) 用石墨电极电解
Cu2+移向电解池的阴极,可判

CuCl 2 溶液 (见右图 )。下列分析正确的是 断 a 极为电源的负极,正确; ( A ) A.a 端是直流电源的负极
CuCl2 的电离与通电无关, 错误;

2 通电后 Cl2 应在阳极生成, 错误。

B.通电使 CuCl 发生电离

- - ===Cu C.阳极上发生的反应:Cu2++ 2e 2e ===Cl2↑,错误;

阳极上发生的反应为 2Cl --

D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体

探究高考·明确考向
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

3.(2013· 大纲全国卷, 9) 电解法处理酸性含铬废水 ( 主要含有
2 Cr2O2 ) 时, 以铁板作阴、 阳极, 处理过程中存在反应 Cr O 7 2 7
- + + + + + -

+ 6Fe2 + 14H ===2Cr3 + 6Fe3 + 7H2O , 最 后 Cr3 以 Cr(OH)3 形式除去。下列说法不正确的是 A.阳极反应为 Fe- 2e ===Fe2
- +

(

)

B.电解过程中溶液 pH 不会变化 C.过程中有 Fe(OH)3 沉淀生成
2- D.电路中每转移 12 mol 电子,最多有 1 mol Cr2O7 被还原

探究高考·明确考向
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

解析 根据电解原理写出电极反应式,然后逐一分析。
A 项电解时用铁作阳极,失去电子生成具有还原性的 Fe2+,Fe2+
2- 将废水中的 Cr2O7 还原为 Cr3+;

B 项电解过程中消耗 H+,溶液的 pH 发生变化;
C 项电解过程中 H2O 电离出的 H+参与反应,c(OH-)增大, Cr3+与 Fe3+都与 OH-结合为沉淀; D 项根据电极反应式 Fe-2e-===Fe2+,可知每转移 12 mol e-
- 生成 6 mol Fe2+,6 mol Fe2+可还原 1 mol Cr2O2 7 。

答案 B

探究高考·明确考向
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

4.(2013· 浙江理综, 11)电解装置如图所示,电解 槽内装有 KI 及淀粉溶液,中间用阴离子交换 膜隔开。在一定的电压下通电,发现左侧溶液 变蓝色,一段时间后,蓝色逐渐变浅。
- 已知: 3I2+ 6OH- ===IO - + 5I + 3H2O 3

下列说法不正确的是


(
- -

)

A.右侧发生的电极反应式: 2H2O+ 2e ===H2↑+ 2OH B.电解结束时,右侧溶液中含 IO3 + 3H2↑

通电 C.电解槽内发生反应的总化学方程式: KI+ 3H2O=====KIO3 D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电解槽内发生的 总化学反应不变

探究高考·明确考向
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

解析

结合题给电解槽装臵, 利用电解原理进行分析、 解决问题。

该电解槽的两极均为惰性电极(Pt),在一定条件下通电,发现左 侧溶液变蓝色,说明发生电极反应:2I -2e ===I2,由淀粉溶 液遇单质碘显蓝色可知,左侧为阳极,右侧为阴极,阴极上溶 液中的 H + 得电子发生还原反应,电 极反应 为 2H2O + 2e - ===H2↑+2OH-(或 2H++2e-===H2↑),A 项正确;
阴极周围溶液中产生的 OH-经阴离子交换膜移向左侧,并与左 侧电极上产生的 I2 发生反应:3I2+6OH ===IO3 +5I +3H2O, 一段时间后, 蓝色逐渐变浅, 电解结束时, 左侧溶液中的 IO- 3经 阴离子交换膜进入右侧溶液,B 项正确;
- - -





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结合阴、阳极发生的反应及 I2 与 OH 的反应可知,电解 槽内总反应为 I +3H2O=====IO 3 +3H2↑, C 项正确;
若用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电解槽内总反应 为 2I +2H2O=====I2+H2↑+2OH ,D 项错。






通电



通电



答案

D

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5.(2013· 天津理综,6)为增强铝的耐腐蚀性,现以铅蓄 电池为外电源,以 Al 作阳极、Pb 作阴极,电解稀 硫酸,使铝表面的氧化膜增厚。反应原理如下: 电 池 : Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(aq)===2PbSO4(s) +2H2O(l) 电解池:2Al+3H2O=====Al2O3+3H2↑ 电解过程中,以下判断正确的是 ( )
电解

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电池 A B H 移向 Pb 电极 每消耗 3 mol Pb
+ + +

电解池 H 移向 Pb 电极 生成 2 mol Al2O3

C

正极: PbO2+ 4H + 阳极: 2Al+ 3H2O- 6e 2e- ===Pb2++ 2H2O


===Al2O3+ 6H+

D

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解析

依据原电池和电解池的原理分析、解决问题。原电池中,Pb

- - 2- 为负极: Pb- 2e-+ SO2 ===PbSO , PbO 为正极: PbO + 2e + SO 4 4 2 2 4

+ 4H+ ===PbSO4+ 2H2O,所以 H+向 PbO2 极移动。电解池中, Pb 为阴极:2H++ 2e- ===H2↑ ,Al 为阳极:3H2O+2Al- 6e- ===Al2O3 + 6H+,所以 H+向 Pb 电极移动,A 错;
每消耗 3 mol Pb 时转移 6 mol e ,每生成 2 mol Al2O3 时,转移 12 mol e , B 错;
- -

根据 A 项分析,可知电池的正极反应式书写错误,C 错;
原电池中随时间增长,Pb 变为 PbSO4,质量增加,电解池中 Pb 极 产生 H2,Pb 电极质量不变,D 正确。

答案 D

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6.(2012· 山东理综,13)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是 ( )

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A.图 a 中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重 B.图 b 中,开关由 M 改置于 N 时,CuZn 合金的腐蚀速率减小 C.图 c 中,接通开关时 Zn 腐蚀速率增大,Zn 上放出气体的速 率也增大 D.图 d 中, ZnMnO2 干电池自放电腐蚀主要是由 MnO2 的氧化 作用引起的

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解析

A 项,插入海水中的铁棒靠近液面的位臵与氧气接

触,易发生吸氧腐蚀;
B 项,开关由 M 改臵于 N 时,Zn 作负极,CuZn 合金作 正极,合金受到保护; C 项,接通开关形成原电池,Zn 作负极,Zn 的腐蚀速率 增大,但气体是在 Pt 电极上生成;
D 项,ZnMnO2 干电池自放电腐蚀主要是 Zn 发生氧化反应 而自放电。

答案 B

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7.(2012· 海南, 10) 下列叙述错误 的是 比纯铁弱 B.用锡焊接的铁质器件, 焊接处 易生锈 C. 在铁制品上镀铜时,镀件为 阳极,铜盐为电镀液 D. 铁管上镶嵌锌块,铁管不易 被腐蚀 ( ) A. 生铁中含有碳,抗腐蚀能力

解析

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7.(2012· 海南, 10) 下列叙述错误 的是 比纯铁弱 B.用锡焊接的铁质器件, 焊接处 易生锈 C. 在铁制品上镀铜时,镀件为 阳极,铜盐为电镀液 D. 铁管上镶嵌锌块,铁管不易 被腐蚀 ( C ) A. 生铁中含有碳,抗腐蚀能力

解析

选项 A, 生铁中的碳和铁可以 在铁的表面构成无数微小的 原电池,能加速铁的锈蚀; 选项 B,焊接处铁、锡形成无

数微小原电池, 加速铁的腐蚀; 选项 C,电镀时,镀层金属铜
作阳极,铁制品作阴极,用铜 盐溶液作电镀液; 选项 D,由于 Zn 比 Fe 活泼,

故镶嵌锌块的铁管不易被腐蚀。

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8.(2012· 浙江理综,10)以铬酸钾为原料,电化学法制备重铬酸 钾的实验装置示意图如下:

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下列说法不正确的是
- -

(

)

A.在阴极室,发生的电极反应为 2H2O+2e ===2OH +H2↑ B.在阳极室,通电后溶液逐渐由黄色变为橙色,是因为阳极区
- Cr2O2 7 +H2O 向右移动 通电 C.该制备过程中总反应的化学方程式为 4K2CrO4+4H2O===== - + H+浓度增大, 使平衡 2CrO2 + 2H 4

2K2Cr2O7+4KOH+2H2↑+O2↑ D.测定阳极液中 K 和 Cr 的含量,若 K 与 Cr 的物质的量之比 d (nK/nCr)为 d,则此时铬酸钾的转化率为 1- 2

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解析

本题应结合电解的原理来具体分析、解决问题。

根据阴、阳离子的放电顺序可知,该电解池中的反应如下: 阴极:4H2O+4e ===2H2↑+4OH 、阳极:2H2O-4e ===O2↑
2 + 4H , 阳 极 区 K2CrO4 溶 液 中 存 在 平 衡 : 2CrO 4 + 2H
+ - + - - -

- + 2- Cr2O2 + H O , H 浓度增大,使该平衡右移生成 Cr O 7 2 2 7 。故 通电 电解池中的总反应式可写成 4K2CrO4+4H2O=====2K2Cr2O7+

4KOH+2H2↑+O2↑。故 A、B、C 项均正确。

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D 项,设 K2CrO4 转化为 K2Cr2O7 的转化率为 α,则: 2K2CrO4~K2Cr2O7 初始量 转化量 2 2α 0 α

最终量 2- 2α α nK 2? 2- 2α?+2α 则有 = =d nCr 2- 2α+ 2α 解得 α= 2- d, D 项错误。

答案

D

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9.(2013· 高考试题组合)
- (1)[2013· 重庆理综,11(2)]电化学降解 NO3 的原理如图所示。

①电源正极为__________(填“A”或“ B”),阴极反应式为 ________________________________。 ②若电解过程中转移了 2 mol 电子,则膜两侧电解液的质量 变化差(Δm 左-Δm 右 )为__________ g。

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(2)[2013· 福建理综, 23(2)②]利用 H2S 废气制取氢气的方法有多 种。其中电化学法如图所示。反应池中反应物的流向采用气、 液逆流方式,其目的是________;反应池中发生反应的化学方 程式为________。反应后的溶液进入电解池,电解总反应的离 子方程式为____________。

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(3)[2013· 山东理综, 28(3)(4)]①下图为电解精炼银的示意图, ________(填“ a”或“ b” )极为含有杂质的粗银,若 b 极有少 量红棕色气体产生,则生成该气体的电极反应式为________。

②为处理银器表面的黑斑(Ag2S),将银器浸于铝质容器里的食 盐水中并与铝接触, 使 Ag2S 转化为 Ag, 食盐水的作用是____。

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1 2


3

4

5

6

7

8

9

10

解析

(1)①NO3 生成 N2 发生了还原反应,应在电解池的阴极

发生,故 A 为原电池的正极;阴极发生还原反应,故电极反应
- - 式为 2NO- + 6H O + 10e ===N ↑ + 12OH 。 3 2 2

②由阴极反应式可知,通过 2 mol 电子,溶液减少的质量为 5.6 g(N2),同时有 2 mol H 通过质子交换膜进入右侧,故右侧溶液 减少 3.6 g。 阳极发生的反应为 4OH--4e-===O2↑+2H2O,每通过 2 mol 电子, 生成 16 g O2, 同时有 2 mol H 通过质子交换膜进入右侧, 使左侧溶液质量减少 18 g,故两侧溶液减少的质量差为 14.4 g。
+ +

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(2)采用气、液逆流方式的目的是增大反应物接触面积,使反应 更 充 分 。 反 应 池 内 发 生 反 应 的 化 学 方 程 式 为 H2S + 2FeCl3===2FeCl2+S↓+2HCl。进入电解池的物质应为 FeCl2 和 HCl,根据电解池图示,左侧生成的为 Fe3+,右侧生成的为 通电 H2,则可得总反应的离子方程式: 2Fe2+ +2H+ ===== ,2Fe3++ H2↑。
(3)①电解精炼银,粗银作阳极,纯银作阴极,阴极上除了附着 银之外,还会有少量的 NO2 气体产生。原因是 NO3 +2H +e ===NO2↑+H2O。
- + -

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②用铝质容器与食盐水处理 Ag2S 的原理是:利用原电池原理, 负极:2Al-6e-===2Al3+,正极:3Ag2S+6e-===6Ag+3S2-, 2Al3 +3S2 +6H2O===2Al(OH)3↓+3H2S↑,总反应:2Al+
+ -

3Ag2S+6H2O===2Al(OH)3↓+3H2S↑+6Ag。

答案

(1)①A 2NO3 +6H2O+10e ===N2↑+12OH







②14.4

(2)增大反应物接触面积,使反应更充分 H2S+2FeCl3===2FeCl2 通电 +S↓+2HCl 2Fe2++2H+=====2Fe3++H2↑
- (3)①a 2H++NO- 3 +e ===NO2↑+H2O

②做电解质溶液(或导电)

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10.(2012· 高考试题组合) (1)[2012· 新课标全国卷,36(3)]粗铜的电解精炼如图所示。在 粗铜的电解过程中, 粗铜板应是图中电极________(填图中的 字母 );在电极 d 上发生的电极反应式为__________;若粗铜 中还含有 Au、 Ag、Fe,它们在电解槽中的存在形式和位置 为 ____________________________________。

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(2)(2012· 海南, 16) 新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材 料,两电极上分别通入 CH4 和 O2 ,电解质为 KOH 溶液。某 研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源,进行饱和氯化 钠溶液电解实验,如图所示。

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回答下列问题: ①甲烷燃料电池正极、 负极的电极反应分别为______________。 ②闭合 K 开关后,a、 b 电极上均有气体产生,其中 b 电极上 得到的是 __________,电解氯化钠溶液的总反应方程式为 _____________________________。 ③若每个电池甲烷通入量为 1 L(标准状况),且反应完全,则理 论 上 通 过 电 解 池 的 电 量 为 __________( 法 拉 第 常 数 F = 9.65× 104 C · mol - 1 列式计算 ) ,最多能产生的氯气体积为 ________L(标准状况)。

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解析

(1)电解精炼时,粗铜作阳极,纯铜作阴极, CuSO4

溶液作电解液,比铜活泼的金属失电子生成离子进入溶液, 不如铜活泼的金属形成阳极泥沉积下来。 (2)①甲烷燃料电池中正极为 O2 被还原,负极为 CH4 被氧化,
2 在碱性条件下生成 CO3 ,其电极反应分别为 O2+2H2O+4e
- -

===4OH 、CH4+10OH -8e ===CO2 3 + 7H2O。
- - - -

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②闭合 K 后构成闭合回路,此时 a、b 分别为电解池的阳 极和阴极,阴极为 H 得电子被还原,同时得到 H2 和 NaOH,阳极为 Cl-被氧化得到 Cl2,该电解池中的总反应 电解 为 2NaCl+2H2O=====2NaOH+H2↑+Cl2↑。
③ 每 个 电 池 通 入 1 L CH4 , 电 路 中 通 过 的 电 量 为 1L -1 4 4 × 8 × 9.65 × 10 C· mol = 3.45 × 10 C。 -1 22.4 L· mol


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答案 (1)c

Cu2++2e-===Cu Au、Ag 以单质的形式沉

积在 c(阳极)下方,Fe 以 Fe2+的形式进入电解液 (2)①O2+2H2O+4e-===4OH- CH4+10OH -8e
②H2
- -

2- ===CO3 +7H2O

电解 2NaCl+2H2O=====2NaOH+H2↑+Cl2↑

1L 4 ③ mol-1=3.45×104 C 4 -1×8×9.65×10 C· 22.4 L· mol
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1. 下列关于电解原理的叙述正 确的是 ( ) A.为防止轮船腐蚀, 将轮船的 外壳与外电源的负极相连 B.在锌片上镀铜,用氯化锌 溶液作电镀液 C.电解氯化钠溶液制备氢气 和氯气时,用铁作阳极 D.用电解法精炼铜时,在阴 极上可析出铁

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1. 下列关于电解原理的叙述正 确的是 ( A ) A.为防止轮船腐蚀, 将轮船的 外壳与外电源的负极相连 B.在锌片上镀铜,用氯化锌 溶液作电镀液 C.电解氯化钠溶液制备氢气 和氯气时,用铁作阳极 D.用电解法精炼铜时,在阴 极上可析出铁

B 项,应该用氯化铜或硫酸铜溶 液作电镀液,不正确;

C 项, 电解氯化钠溶液制备氢气和 氯气时,应该用惰性电极作阳极, 不能用铁作阳极,不正确;
D 项, 电解精炼铜时, 在阴极只析 出铜,不会析出铁,不正确。

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2.下列电解质溶液用惰性电极 进行电解时,一段时间后, 溶液的 pH 增大的是 ( A.稀碳酸钠溶液 B.硫酸钠溶液 C.稀硫酸 D.硫酸铜溶液 )

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2.下列电解质溶液用惰性电极 进行电解时,一段时间后, 溶液的 pH 增大的是 ( A ) A.稀碳酸钠溶液 B.硫酸钠溶液 C.稀硫酸 D.硫酸铜溶液

A 项,电解稀碳酸钠溶液,实 质是电解水,碳酸钠溶液浓度 增大,pH 增大,故符合; B 项,电解硫酸钠溶液实质也 是电解水,但溶液仍为中性, pH 不变; C 项,电解稀硫酸实质是电解
水,硫酸浓度增大,pH 减小;

D 项,电解硫酸铜生成硫酸、 氧气和铜,故 pH 减小。

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3. 现将氯化铝溶液蒸干灼烧并熔 融后用铂电极进行电解,下列 有关电极产物的判断正确的是 ( A.阴极产物是氢气 B.阳极产物是氧气 C.阴极产物是铝和氧气 D.阳极产物只有氯气 )

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3. 现将氯化铝溶液蒸干灼烧并熔 融后用铂电极进行电解,下列 有关电极产物的判断正确的是 ( B ) A.阴极产物是氢气 B.阳极产物是氧气 C.阴极产物是铝和氧气 D.阳极产物只有氯气

将氯化铝溶液蒸干灼烧得 到 Al2O3 , 电 解 熔 融 的 Al2O3,阳极为 O2 放电,


阳极产物为氧气;阴极为 Al 放电, 阴极产物为 Al。
3+

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4.下列图示中关于铜电极的连接 错误的是 ( )

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4.下列图示中关于铜电极的连接 错误的是 ( C )

在镀件上镀铜时,铜应作 阳极,与电源正极相连, 镀件应作阴极,与电源负 极相连。

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5.用惰性电极电解下列溶液,在阴、阳两极生成气体的 体积比为 1∶1 的是 A.NaCl 溶液 C.CuSO4 溶液 ( B.CuCl2 溶液 D.KOH 溶液 )

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解析

电解 A 项电解方程式为 2NaCl+ 2H2O===== Cl2↑(阳极 )+

H2↑(阴极)+2NaOH,正确;
电解 B 项电解方程式为 CuCl2=====Cu(阴极)+Cl2↑(阳极),阴极没 有气体生成,不正确;

电解 C 项电解方程式为 2CuSO4+2H2O=====2Cu(阴极)+O2↑(阳极) +2H2SO4,阴极没有气体生成,不正确; 电解 D 项电解方程式为 2H2O=====2H2↑(阴极)+O2↑(阳极),阴、 阳两极生成气体的体积比为 2∶1,不正确。

答案 A

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6.用惰性电极电解下列溶液一 A 小段时间后,加入一定 量的另一种物质(括号内),溶液能与原来溶液完全一 样的是 A.CuSO4[Cu(OH)2] B.NaOH(NaOH) C.NaCl(NaCl) D.CuCl2(CuCl2) ( )

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解析

电解 A 项 中 电 解 方 程 式 为 2CuSO4 + 2H2O ===== 2Cu +

2H2SO4+O2↑, 消耗的 CuSO4 与 H2O 的物质的量之比为 1∶1, 而加入 Cu(OH)2 后发生反应 Cu(OH)2 + H2SO4===CuSO4 + 2H2O,生成的 CuSO4 与 H2O 的物质的量之比为 1∶2,故不能 恢复到原来的溶液;
B 项实质是电解水,故加入 NaOH 不可恢复;

C 项电解之后生成 NaOH、H2 和 Cl2,故要加入 HCl 才可以恢复;
D 项电解的是电解质本身,故只需要加入 CuCl2 即可恢复。

答案

D

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7.用如图装置电解制备 N2O5,下列有关说法正确的是

(

B)

A.N2O5 在惰性电极 2 处产生 B.在惰性电极 2 处有氢气产生 C.在惰性电极 1 处发生还原反应 D.在惰性电极 2 处有 NO 产生 解析 惰性电极 1 是阳极,发生氧化反应,故在此生成 N2O5;
惰性电极 2 是阴极,发生还原反应,2H++2e-===H2↑,故有 H 生成。

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8. 用酸性氢氧燃料电池为电源进行电解的实验装置示意图如图 所示。下列说法中,正确的是 ( )

A.燃料电池工作时,正极反应为 O2+ 2H2O+ 4e-===4OH- B.a 极是铁,b 极是铜时,b 极逐渐溶解,a 极上有铜析出 C.a 极是粗铜,b 极是纯铜时,a 极逐渐溶解,b 极上有铜析出 D.a、b 两极均是石墨时,在相同条件下 a 极产生的气体与电 池中消耗的 H2 体积相等

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解析 A 错;

燃料电池工作时,正极反应为 O2+4H++4e-===2H2O,

a 极是铁,作阳极,b 极是铜,作阴极,铁溶解,B 错;
a 极是粗铜,b 极是纯铜时,是电解精炼铜装臵,C 正确;
a、b 两极均是石墨时,a 极产生的气体为 O2,根据得失电子守 恒知,在相同条件下,生成 O2 的体积与电池中消耗的 H2 体积 比为 1∶2,D 错。

答案

C

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9.把物质的量均为 0.1 mol 的 CuCl2 和 H2SO4 溶于水制 成 100 mL 的混合溶液,用石墨作电极电解,并收集 两电极所产生的气体, 一段时间后在两极收集到的气 体在相同条件下体积相同。则下列描述正确的是 ( A.电路中共转移 0.6NA 个电子 B.阳极得到的气体中 O2 的物质的量为 0.2 mol C.阴极质量增加 3.2 g D.电解后剩余溶液中硫酸的浓度为 1 mol· L
-1

)

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解析 阳极开始产生 Cl2,后产生 O2,阴极开始生成 Cu, 后产生 H2,根据题意两极收集到的气体在相同条件下体积 相同, 则阴极产生 0.2 mol H2, 阳极产生 0.1 mol Cl2 和 0.1 mol O2,则转移电子数为 0.6NA,A 正确、B 错误;
阴极析出铜 0.1 mol,即 6.4 g,C 错;

解后溶液的体积未知,故不能计算,D 错。
答案 A

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10.如图所示,下列叙述正确的是

(

)

A.X 为阴极,发生还原反应 B.Y 为正极,发生氧化反应 C.Y 与滤纸接触处有氢气生成 D.X 与滤纸接触处变红

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解析 根据图示装臵可以得出左侧的装臵为原电池,右 侧的装臵为电解池。 根据原电池的构成原理: Zn 为负极, Cu 为正极;由图示连接情况可知 X 为阳极,发生氧化 反应,Y 为阴极,发生还原反应,X、Y 极的电极反应 式分别为 Cu-2e-===Cu2+、2H++2e-===H2↑。在 Y 电极附近 H 的浓度减小, 使 H2O
- + +

H +OH 的平衡向





右移动,故 c(OH )>c(H ),溶液显碱性,Y 电极附近 溶液变红色。 答案 C

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11.钢铁很容易生锈而被腐蚀,每年因腐蚀而损失的钢铁 占世界钢铁年产量的四分之一。 (1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀,该腐蚀过程中的电极反 应式为__________________________________。 (2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀 的速率,可以采用图甲所示的方案, 其中焊接在铁闸门上的固体材料 R 可以采用________(填写字母序号)。 A.铜 B.钠 C.锌 D.石墨

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(3)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率,其 中铁闸门应该连接在直流电源的 ________极。

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解析 (1)发生吸氧腐蚀时,负极上 Fe 失电子,正极上 O2 得到电子。 (2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌,则锌会失去电 子而溶解,Fe 被保护,属于牺牲阳极的阴极保护法。 (3)属于外加电流的阴极保护法,需把被保护的铁闸门连接 在直流电源的负极。 答案 (1)2Fe - 4e - ===2Fe2 + ( 负 极 ) , O2 + 2H2O + 4e -

===4OH-(正极) (2)C (3)负

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12.如图表示一个电解池,装有电解液 a;X、Y 是两块 电极板, 通过导线与直流电源相连。 请回答以下问题:

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(1)若 X、Y 是惰性电极,a 是饱和 NaCl 溶液,实验开始 时,同时在两边各滴入几滴酚酞,则: ①电解池中 X 极上的电极反应式是_________________, 在 X 极附近观察到的现象是_____________________。 ②Y 电极上的电极反应式是_______________________, 检验该电极反应产物的方法是____________________。

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(2)若用电解方法精炼粗铜, 电解液 a 选用 CuSO4 溶液, 则: ①X 电极的材料是____________________________ , 电极反应式是________________________________ 。 ②Y 电极的材料是____________________________ ,

电极反应式是___________________(说明:杂质发生的电 极反应不必写出)。

③当电路中有 0.04 mol 电子通过时,阴极增重 ______ g。

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解析

(1)①电解池中 X 极是阴极,发生还原反应,电
+ -

极反应式为 2H +2e ===H2↑,可以看到电极上有气 泡产生,且由于 H 放电使 X 极附近溶液中 OH 浓度 增大,使酚酞试液变红色。
+ -

②Y 电极上是 Cl 放电,电极反应式为 2Cl - 2e







===Cl2↑。 (2)电解精炼粗铜,阳极用粗铜,阴极用纯铜。根据反应,
电路中通过 2 mol 电子,阴极析出 1 mol 铜,故当电路中通 过 0.04 mol 电子时,析出 0.02 mol Cu,阴极增重 1.28 g。

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答案

(1)①2H +2e ===H2↑
- -





有气泡产生, 溶液变红色

②2Cl -2e ===Cl2↑ 口处,试纸变蓝

将湿润的 KI淀粉试纸置于 c

(2)①纯铜 Cu2 +2e ===Cu
+ -

②粗铜 Cu-2e ===Cu
③1.28



2+

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13.(1)二氧化氯 (ClO2)为一种黄绿色气体, 是国际上公认的高效、 广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制 取 ClO2 的新工艺。

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①图中用石墨做电极,在一定条件下电解饱和食盐水制取 ClO2。则阳极产生 ClO2 的电极反应式为 __________。 ②电解一段时间, 当阴极产生的气体体积为 112 mL(标准状况) 时,停止电解。通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为__ mol ; 用 平 衡 移 动 原 理 解 释 阴 极 区 pH 增 大 的 原 因 : ____________。 (2)为提高甲醇燃料的利用率,科学家发明了一种燃料电池, 电池的一个电极通入空气,另一个电极通入甲醇气体,电解 质是掺入了 Y2O3 的 ZrO2 晶体,在高温下它能传导 O2 。电


池工作时正极反应式为_________________。

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若以该电池为电源, 用石墨作电极电解 100 mL 含有如下离子的 溶液。 离子 c/mol· L-1 Cu2+ 1 H+ 4 Cl- 4
- SO2 4

1

电解一段时间后,当两极收集到相同体积(相同条件)的气体时 (忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象), 阳极上 收集到氧气的物质的量为________ mol。 (3)甲醇对水质会造成一定的污染,有一种电化学法可消除这种 污染, 其原理是通电后将 Co2+氧化成 Co3+, 然后以 Co3+作氧化 剂把水中的甲醇氧化成 CO2 而净化。实验室用下图装置模拟上 述过程:

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①写出阳极电极反应式: __________________________。 ②除去甲醇的离子反应为 6Co3++ CH3OH + H2O===CO2↑+ 6Co2++6H+ ,该过程中被氧化的元素是________________,当 产生标准状况下 2.24 L CO2 时,共转移电子________ mol。

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解析

(1)①阳极失去电子发生氧化反应。


②水电离产生的 H 在阴极上放电产生氢气,转移电子 的物质的量 n=2n(H2)=2×(0.112 L÷ 22.4 L· mol 1)=


0.01 mol,则在内电路中移动的电荷为 0.01 mol,每个 Na 带一个单位的正电荷,则通过的 Na 为 0.01 mol。
+ +

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13

(2)电池工作时,正极上 O2 得电子发生还原反应生成 O2 。结合 离子浓度可知电解过程可分为三个阶段:先是电解 CuCl2、然后 电解 HCl、最后电解水,由此可见阴极首先析出 0.1 mol Cu(同时 阳极析出 0.1 mol Cl2),然后析出氢气;阳极上先是析出 0.2 mol Cl2(此时阴极已析出 0.1 mol H2), 再析出氧气, 设阳极析出 x mol O2 时两极析出气体体积相等,由题意可得:0.2+ x= 0.1+ 2x,解 得 x= 0.1。
(3)②利用方程式可知 Co3+被还原,甲醇中碳元素被氧化,依据 方程式可知生成 1 mol CO2 时, 有 6 mol Co3 还原为 Co2 , 可知
+ +

转移电子 6 mol,由此可推知当产生标况下 2.24 L CO2(0.1 mol) 时,转移电子 0.6 mol。

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答案
②0.01 H2O

(1)①Cl -5e +2H2O===ClO2↑+4H







在阴极发生 2H++2e- ===H2↑,H+浓度减小,使 H +OH 的平衡向右移动,OH 浓度增大,pH 增大
0.1
+ - -

(2)O2+4e-===2O2-

(3)①Co2+-e-===Co3+ ②C(或碳) 0.6
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