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- 2021-07-06 发布
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电解原理
【学习目标】
1、了解电解池的工作原理;
2、初步掌握一般电解反应产物的判断方法。
【要点梳理】
要点一、电解原理
1.定义:使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解。
2.装置特点:电能转化为化学能。
3.形成条件:(1)与电源两个电极相连;(2)电解质溶液(或熔融的电解质);(3)形成闭合回路。
4.阴阳极的判断及反应原理(以电解熔融NaCl、CuCl2溶液为例)
【高清课堂:电解原理#电解反应类型】
要点二、电解反应类型
1.只有电解质参加的反应(电解CuCl2溶液)
阳极:2Cl--2e-=Cl2↑(氧化反应) 阴极:Cu2++2e-=Cu(还原反应)
总反应:CuCl2Cu+Cl2↑
2.只有水参加的反应(电解稀硫酸)
阳极:4OH--4e-=2H2O+O2 阴极:2H++2e-=H2
总反应:2H2O2H2+O2
3.水和电解质均参加的反应(电解饱和食盐水)
5
阳极:2Cl--2e-=Cl2 阴极:2H++2e-=H2
总反应:2NaCl+2H2OH2+Cl2+2NaOH
4.电极参加的反应
阳极反应:Cu-2e-=Cu2+ 阴极反应:2H+-2e-=H2
总反应:Cu+2H+Cu2++H2
要点三、电解时电极反应式的书写
1.看电极。
主要是看阳极是何类型的电极,若为活性电极,电极本身被氧化发生氧化反应。阴极一般不参与电极反应。
2.看离子。
搞清电解质溶液中存在哪些阴离子、阳离子,根据放电顺序书写电极反应式。
3.水溶液中始终有H+和OH-,放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与电极反应。
例如:电解CuSO4(aq)的电极反应分析:
如图所示:(1)看电极。石墨作阳极,Fe作阴极,所以两电极都不反应。
(2)看离子。
阳离子放电顺序:Cu2+>H+,故Cu2++2e-=Cu
阴离子放电顺序:OH->SO42-,故4OH--4e-=2H2O+O2↑
总方程式为:
2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+或2CuSO4+2H2OCu+O2↑+2H2SO4
要点诠释:书写电极反应式的步骤一般分为四步:
(1)列物质、标得失;
(2)选离子、配电荷;
(3)配个数、巧用水;
(4)两式加、验总式。
【典型例题】
5
类型一、电化学中电极及电极反应的判断
例1 蓄电池在放电时起原电池的作用,在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应:
下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是:
A.放电时,Fe是负极,NiO2是正极
B.蓄电池的电极可以浸入某中酸性电解质溶液中
C.充电时,阴极上的电极反应为:Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-
D.放电时,电解质溶液中的阴离子向正极方向移动
【答案】B、D。
【解析】蓄电池放电时起原电池作用,原电池的负极是较活泼的金属,A正确。放电时,Fe是原电池的负极,Fe失电子被氧化成Fe2+离子。由于负极——Fe的附近聚集较多的Fe2+离子,电解质溶液中的阴离子向负极移动,D不正确。充电时蓄电池起电解池作用,充电时电源的负极应与蓄电池的负极(Fe,此时作为电解池的阴极)相连接,发生还原反应:Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-。C正确。该蓄电池的放电和充电时的电极反应分别是:
放电:负极 Fe-2e-+ 2OH-=Fe(OH)2
正极 NiO2+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH-
充电:阴极 Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-
阳极 Ni(OH)2-2e-+2OH-=NiO2+2H2O
可见反应是在碱性溶液中进行的,B不正确。
举一反三:
【变式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附近分别滴加石蕊溶液,下列实验现象正确的是( )
A.逸出气体的体积:a电极的小于b电极的
B.电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体
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
【答案】D
【解析】Na2SO4=2Na++SO42-,H2OH++OH-,SO42-和OH-移向b电极,Na+和H+移向a电极,在b电极 上:4OH--4e- = 2H2O+O2↑,在a电极上:4H++4e- = 2H2↑,所以a电极产生的气体体积大于b电极;两种气体均为无色无味的气体;由于a电极上H+放电,所以a电极附近的c(OH-)>c(H+),滴加石蕊试液a电极附近变蓝色,同理,b电极附近变红色。
【高清课堂:电解原理#例3】
【变式2】如下图装置,A、B中电极为多孔的惰性电极;C、D为夹在湿的Na2SO4滤纸条上的铂夹;电源有a、b两极。
5
若在A、B中充满KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中。切断K1,闭合K2、K3通直流电,则:
(1)标出电源的正、负极,a为______极,b为_____极。
(2)在湿的Na2SO4滤纸条中心的KMnO4液滴,有什么现象__________。
(3)写出电极反应式:A中____________,B中__________。
(4)若电解一段时间,A、B中均有气体包围电极。此时切断K2、K3,闭合K1,则电流表的指针是否移动(填是或否)_________。
(5)若电流表指针不移动说明理由,若指针移动也说明理由___________。
【答案】(1)a为负极,b为正极
(2)紫色液滴向D处移动
(3)A中:4OH——4e-=2H2O+O2 B中:2H++2e-=H2
(4)是
(5)H2、O2、KOH在A、B两极可以形成原电池
类型二、电解原理
例2 右图是电解CuCl2溶液的装置,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电极质量增加
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,故a为电源的正极,b为负极;与电源正极相连的c为阳极,与电源负极相连的d为阴极。A、B均不正确。在电解过程中,因Cu2+是阳离子,移向阴极d,在阴极放电析出Cu,所以d电极质量增加;Cl-是阴离子,移向阳极c,在阳极放电析出Cl2,会导致溶液中氯离子浓度降低。故C对D错。
【总结升华】电解池与原电池最根本的区别是有无外加电源,有外加电源的装置是电解池。电解池中两极名称为阴、阳极,阴极发生还原反应,阳极发生氧化反应;而原电池中的两极名称为正、负极,一般不称为阴、阳极。
举一反三:
【变式1】在原电池和电解池的电极上所发生的反应,同属氧化反应或同属还原反应的是( )。
A.原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应
B.原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应
C.原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应
D.原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应
【答案】B、C
【高清课堂:电解原理#例1】
5
【变式2】下图中能验证氯化钠溶液电解产物的装置是
【答案】D
【变式3】如图电解池中装有硫酸铜溶液,选用不同材料的电极进行电解。下列叙述中正确的是
电极材料
通电后的变化
阳极
阴极
A
石墨
石墨
阴极质量增加,溶液的pH 增大
B
铜
铜
阳极质量减小,阴极质量增加
C
铁
铁
两极的质量不发生变化
D
铂
铁
阴极质量增加,溶液的pH 不变
【答案】B
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