高中化學--電解原理氯堿工業(yè)

1、電解原理重點難點1理解電解的基本概念和原理。2了解銅的電解精煉、電鍍銅。3會寫電極反應式、電解方程式，掌握圍繞電解的計算。知識點講解基礎知識導引1電解 電解CuCl2 使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程叫做電解。如用惰性電極電解CuCl2溶液時，電極反應式：陽極 2Cl2e=Cl2（氧化反應）陰極 Cu2+2e=Cu（還原反應）電解方程式為：CuCl2Cu+Cl22電解池把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置叫做電解池或電解槽。 電解池與直流電源的連接 其中跟直流電源或原電池的負極相連的電極是電解池的陰極；跟直流電源或原電池的正極相連的電極是電解池的陽極。3銅的電解精煉和電鍍銅銅的精煉

2、以粗銅做陽極，精銅做陰極，硫酸銅（加入一定量的硫酸）做電解液，如圖： 電解精煉銅原理 兩極反應式如下：陽極Cu2eCu2+陰極Cu2+2e=Cu電鍍銅電鍍銅和精煉銅的原理是一致的，但陰、陽兩極材料略有差別：精煉銅時，粗銅板作陽極，純銅片作陰極，用CuSO4溶液(加入一定量的硫酸)作電解液。電鍍銅時，鍍層金屬(銅片)作陽極，待鍍件(鐵片)作陰極，用含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)(CuSO4)配成電鍍液。 鍍銅 重點難點點撥一、電解原理1電解質(zhì)溶液的導電我們知道，金屬導電時，是金屬內(nèi)部的自由電子發(fā)生的定向移動，而電解質(zhì)溶液的導電與金屬導電不同。 通電前電解質(zhì)溶液中陰、陽離子在溶液中自由地移動；通電后在電

3、場的作用下，這些自由移動的離子改作定向移動，帶負電荷的陰離子由于靜電作用向陽極移動，帶正電荷的陽離子則向陰極移動，并在兩極上發(fā)生氧化還原反應。我們把：借助于電流引起氧化還原反應的裝置，也就是把電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置叫電解池。電解池中與直流電源負極相連的電極叫陰極，與直流電源正極相連的電極叫陽極。物質(zhì)能否導電是由其內(nèi)部能否形成定向移動的自由電荷所決定的，對金屬就是自由電子，而對電解質(zhì)溶液就是自由移動的陰陽離子。2電解（1）概念：使電流流過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程叫電解。（2）電子流動的方向：電子從外接直流電源的負極流出，經(jīng)導線到達電解池的陰極，電解池溶液中的陽離子移向陰極，

4、并在陰極獲得電子而被還原，發(fā)生還原反應；與此同時，電解池溶液中的陰離子移向陽極，并在陽極上失去電子（也可能是陽極很活潑而本身失去電子）而被氧化，發(fā)生氧化反應。這樣，電子又從電解池的陽極流出，沿導線而流回外接直流電源的正極。（3）電極反應的類型：陽極反應為氧化反應，陰極反應為還原反應，故而陰極處于被保護的狀態(tài)，而陽極則有可能被腐蝕。3、電極名稱的進一步理解原電池：根據(jù)電子流動的方向可以把電極分成正、負極。流出電子的電極（或發(fā)生氧化反應的電極）為負極、流入電子的電極為（或發(fā)生還原反應的電極）正極；電解池：根據(jù)離子的遷移方向可以把電極分成陽極、陰極。陽離子移向的電極（或與直流電源負極相連的電極）為陰

5、極、陰離子移向的電極（或與直流電源正極相連的電極）為陽極。在原電池中，稱正極、負極，其中負極流出電子在電解池中，稱陽極、陰極，其中陰極流入電子電解池的陽極與原電池的正極相連，電解池的陰極與原電池的負極相連4、電極反應式和電解方程式的書寫<1>化學變化的表示表示方法為了表示化學變化的不同側(cè)面，化學變化主要用化學方程式表示。具體分類如下：（普通）化學方程式氧化還原方程式（標出電子轉(zhuǎn)移方向、數(shù)目等）離子方程式電離方程式水解方程式熱化學方程式（標明反應物、生成物的狀態(tài)及對應的熱效應）電極反應式電解方程式<2>電極反應式與電解方程式的書寫書寫電極反應，首先要搞清楚電極材料，然后分

6、析溶液中離子情況，再根據(jù)陰、陽極放電的規(guī)律，得出相應的結(jié)論。電解過程總反應方程式叫電解方程式(指電解時總的化學方程式或離子方程式)。要正確書寫電解方程式，首先要正確寫出電極反應式，然后分析參加電極反應的離子來自何種物質(zhì)，這樣才能正確寫出反應物、生成物，配平且在等號上方注明“電解”或“通電”。書寫的具體步驟：先查陽極電極材料和確定溶液中的離子種類如用C電極電解CuSO4溶液：溶液中有CuSO4=Cu2+SO42；H2O H+OH-。溶液中存在Cu2+、H+、OH、SO42共4種離子。由放電順序確定放電產(chǎn)物和電極反應C電極為惰性電極，不參加反應。放電能力 Cu2+H+ Cu2+放電生成CuOHSO

7、42，OH放電生成O2電極反應：陰極2Cu2+4e=2Cu陽極4OH-4e2H2O+O2溶液中余下的H+和SO42結(jié)合成新物質(zhì)H2SO4。由電極反應產(chǎn)物，寫出總反應式電解方程式如上述反應中的反應物為CuSO4和H2O，產(chǎn)物是Cu、O2和H2SO4，電解方程式為：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO45、電離、水解和電解的比較發(fā)生條件變化實質(zhì)實例電離適用于電解質(zhì)在溶液或熔化狀態(tài)中發(fā)生電解質(zhì)分離成自由移動的離子（在水溶液中形在水合離子）CuSO4=Cu2+SO42-電離是鹽類發(fā)生水解反應和電解反應的先決條件電解要通入直流電才能發(fā)生一般說，鹽類的水解反應是可逆的、微弱的；其他物質(zhì)（如Ca

8、C2、醇鈉、鹵代烴、酯、多糖、蛋白質(zhì)等）的水解程度與物質(zhì)自身有關。水解與水電離產(chǎn)生的H+或OH-結(jié)合成難電離物質(zhì)等在水溶液中發(fā)生組成鹽的酸根陰離子或金屬陽離子（包括NH4+）和水電離出的H+或OH結(jié)合成弱電解質(zhì)CN-+H2OHCN+OH-Cu2+2H2OCu(OH)2+2H+ 電解只有電解質(zhì)處于熔融狀態(tài)或溶液中才能發(fā)生要通入直流電，才發(fā)生電解在直流電作用下，組成電解質(zhì)的陰、陽離子（或水中的H+、OH）在電極上發(fā)生氧化還原反應2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4 6、電離方程式、離子方程式和電極反應式、電解方程式的比較表示內(nèi)容書寫特點實例電離方程式表示電解質(zhì)在熔融狀態(tài)或溶液中的離解的

9、式子強電解質(zhì)完全電離，用“=”表示，弱電解質(zhì)不完全電離，用“”表示。多元酸、堿分步電離分步書寫（中學階段中多元弱堿的電離可一步書寫）NaHSO4=Na+H+SO42- H2S+H2OH3O+HS-HS-+H2OH3O+S2-NaHCO3=Na+HCO3-HCO3-H+CO32-Al(OH)3Al3+3OH- 離子方程式表示弱電解質(zhì)等在溶液中的反應?？梢员硎就活惖姆磻磻?、生成物中易溶且易電離的寫離子形式（包括弱酸、弱堿、難電離物質(zhì)等）；其他物質(zhì)寫分子式。方程式兩邊原子個數(shù)和電荷均應守恒，固態(tài)物質(zhì)間反應不用離子方程式表示（濃溶液間的反應一般也不用）NH4+OH-NH3+H2ONH4+OH-

10、NH3·H2OCu+2Ag+=2Ag+Cu2+Al3+3H2OAl(OH)3+3H+Fe3+3SCN-=Fe(SCN)32H+SO42-+Ba2+2OH-=BaSO4+2H2OCH3CH2Cl+OH- CH3CH2OH+Cl-C6H5O-+CO2+H2O C6H5OH+HCO3-CH3COOCH2CH3+OH- CH3COO-+CH2CH3OH CaC2+2H2O Ca2+2OH-+C2H2 4Ag+2H2O4Ag+O2+4H+電極反應式表示原電池或電解池中的電極反應要注明電極名稱，得（失）電子數(shù)用惰性電極電解CuSO4溶液陽極 4OH-4e-=2H2O+O2陰極 Cu2+2e-=C

11、u鋼鐵的吸氧腐蝕（鐵本身是活潑電極，參加反應）負極Fe2e=Fe2+正極O2+2H2O+4e-=4OH-電解飽和食鹽水（用惰性電極）陽極：2Cl-2e-=Cl2陰極：2H+2e-=H2電解方程式表示電解時物質(zhì)變化的化學方程式條件是“電解”用惰性電極電解硫酸銅時：2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2用惰性電極電解飽和食鹽水時：2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2 7、原電池、電解池和電鍍池的比較原電池電解池電鍍池定義將化學能轉(zhuǎn)變成電能的裝置將電能轉(zhuǎn)變成化學能的裝置應用電解原理在某些金屬或非金屬表面鍍上一層其他金屬合金的裝置裝置舉例形成條件活動性不同的兩電極（連接）電解質(zhì)溶液（

12、電極插入其中并與電極自發(fā)反應）形成閉合回路兩電極接直流電源兩電極插入電解質(zhì)溶液形成閉合回路鍍層金屬接電源正極，鍍件接電源負極電鍍液必須含有鍍層金屬的離子電極名稱負極 較活潑金屬（電子流出的極）正極 較不活潑金屬或能導電的非金屬（電子流入的極）陰極 與電源泉負極相連的極陽極 與電源正極相連的極名稱同電解池的命名，但有限制陽極 必須是鍍層金屬陰極 鍍件電極反應負極 氧化反應；金屬或還原性氣體失電子正極 還原反應；溶液中的陽離子得電子或者氧化性氣體得電子（吸氧腐蝕）陽極 氧化反應；溶液中的陰離子失電子，或電極金屬失電子陰極 還原反應；溶液中的陽離子得電子陽極 金屬電極失電子陰極 電鍍液中陽離子得電子

13、電子流向外電路：外電路：同電解池能量轉(zhuǎn)變化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茈娔苻D(zhuǎn)化為化學能電能轉(zhuǎn)化為化學能裝置特點無外接直流電源有外接直流電源有外接直流電源，陽極為活潑金屬且與電解液中陽離子為同一金屬相似之處均能發(fā)生氧化還原反應，且同一裝置中兩個電極在反應過程中轉(zhuǎn)移電子總數(shù)相等。舉例銅鋅原電池；氫氧燃燒電池氯堿工業(yè)裝置；電解精煉銅鍍鋅裝置8、電解時電極放電順序的判斷離子在電極上得失電子的能力與離子的性質(zhì)、溶液的濃度和溫度、電流的大小、電極的材料及電極間的距離等都有關系。中學階段我們一般只討論電極材料的性質(zhì)、離子的氧化性強弱和還原性強弱對它們得失電子能力的影響。陽極放電順序看電極，如果是活性電極（指金屬活動順序表

14、Ag及Ag以前的金屬）則電極材料失電子，電極被溶解，溶液中的陰離子不能失電子。如果是惰性電極(Pt、Au、石墨)，則要再看溶液中的陰離子的失電子能力，此時根據(jù)陰離子放電順序加以判斷。陰離子放電順序：S2IBrClOH含氧酸根F（實際上在水溶液中的電解，OH后面的離子是不可能放電的，因為水提供的OH會放電）陰極放電順序陰極本身被保護，直接根據(jù)陽離子放電順序進行判斷，陽離子放電順序：Ag+Fe3+Cu2+Fe2+Zn2+H+Al3+Mg2+（類似，在水溶液中的電解，H+后面的離子一般是不放電的，因為水提供的H+會放電；離子的放電順序往往還與溶液的酸堿性、溫度、離子的濃度等有關）9、電解質(zhì)溶液的電解

15、規(guī)律（惰性電極）被電解的物質(zhì)電解質(zhì)實例陰極陽極總方程式溶液的pH備注H2O強堿的含氧酸鹽Na2SO44H+4e=2H24OH4e=O2+2H2O2H2O2H2O2不變電解質(zhì)起導電作用，其量不變，水減少含氧酸H2SO4降低強堿KOH升高電解質(zhì)自身弱堿的非含氧酸鹽(氟化物除外)CuCl2Cu2+2e=Cu2Cl2e=Cl2CuCl2Cu+Cl2具體看金屬陽離子水解能力與生成的氣體溶于水后的反應。此處Cl2溶于水的酸性強于Cu2+水解的酸性，所以pH下降相當于電解質(zhì)分解，水不參加反應非含氧酸（HF除外）HBr2H+2e=H22Br2e=Br22HBrBr2+H2升高電解質(zhì)自身和水強堿的非含氧酸鹽Na

16、Cl2H+2e=H22Cl2e=Cl22NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2 升高產(chǎn)生堿或酸弱堿的含氧酸鹽CuSO4Cu2+42e=2Cu4OH4e=O2+2H2O2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2降低10、電解質(zhì)溶液電解時（均為惰性電極），pH變化情況，電解液復原所需加入物質(zhì)及電解類型（與上面的9相互對照補充）（1）分解水型：含氧酸、強堿、活潑金屬的含氧酸鹽（如NaOH、H2SO4、K2SO4等）的電解。陰極：4H+4e-=2H2陽極：4OH-4e-=O2+2H2O總反應：2H2O2H2+O2陰極產(chǎn)物：H2；陽極產(chǎn)物：O2。電解質(zhì)溶液復原加入物質(zhì)：H2O。pH變化情況：原

17、來酸性的溶液pH變小，原來堿性的溶液pH變大，強酸（含氧酸）強堿的正鹽溶液pH不變。（2）分解電解質(zhì)型：無氧酸（除HF外）、不活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）的電解，如HCl、CuCl2等。陰極：Cu2+2e-=Cu陽極：2Cl-2e-=Cl2總反應：CuCl2Cu+Cl2陰極產(chǎn)物：酸為H2，鹽為金屬；陽極產(chǎn)物：鹵素等非金屬單質(zhì)。電解液復原加入物質(zhì)為原溶質(zhì)，如電解CuCl2溶液，需加CuCl2。pH變化情況：如電解無氧酸溶液pH變大但不會超過7；如為鹽溶液的電解則視無氧酸根的情況而定（如：電解CuCl2溶液時，由于生成的Cl2溶于水產(chǎn)生的酸性強于Cu2+水解產(chǎn)生的酸性，所以pH下降；電解Na2

18、S溶液時，由于生成NaOH使pH升高）。（3）放氫生堿型：活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）溶液的電解，如NaCl、MgBr2等。陰極：2H+2e-=H2陽極：2Cl-2e-=Cl2總反應：2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2陰極產(chǎn)物：堿和H2；陽極產(chǎn)物：鹵素等非金屬單質(zhì)。電解飽和食鹽水的產(chǎn)物分別為NaOH和H2以及Cl2。電解液復原加入物質(zhì)為鹵化氫。電解飽和食鹽水，要使電解質(zhì)溶液復原需加入HCl。pH變化情況：電解液pH顯著變大（4）放氧生酸型：不活潑金屬的含氧酸鹽溶液的電解，如CuSO4、AgNO3等。陰極：2Cu2+4e-=Cu陽極：4OH-4e-=O2+2H2O總反應：2CuSO

19、4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4陰極產(chǎn)物：析出不活潑金屬單質(zhì)；陽極產(chǎn)物是該鹽對應的含氧酸和氧氣，本例中分別是Cu以及H2SO4、O2。電解液復原加入物質(zhì)為不活潑金屬的氧化物（金屬價態(tài)與原鹽中相同）。如電解CuSO4溶液，復原需加入CuO。pH變化情況：溶液pH顯著變小。11、實驗分析：電解CuCl2溶液（1）電極材料陰極可用惰性電極，甚至較活潑的金屬，但陽極需使用惰性電極，否則會發(fā)生氧化反應而溶解。（2）惰性電極一般指金、鉑、石墨電極，而銀、銅等均是活性電極。（3）實驗現(xiàn)象：通電后，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，陰極石墨棒上析出一層紅色固體，陽極表面有氣泡放出，可聞到刺激性氣味。（4）淀粉碘化鉀試

20、紙的作用：檢驗陽極產(chǎn)物是否為Cl2。使用時應先潤濕并纏于玻棒端或用鑷子夾持，作用時間不宜太久，否則變藍后的試紙又會失去藍色。12、電解原理的應用氯堿工業(yè)如電解飽和食鹽水可制得NaOH、Cl2、H2，而電解稀NaCl溶液可制備NaClO。2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2電鍍 利用電解原理進行設計鍍件電鍍與一般的電解本質(zhì)相同，但在電極材料、電極反應（是同種金屬的得失電子，宏觀上無新物質(zhì)生成）、溶液濃度（電解過程濃度一般會發(fā)生變化，但電鍍則不變）的變化等均有差別。精煉銅電解法冶煉金屬一些較活潑的金屬常用電解的方法冶煉，如Na、Mg、Al等金屬（這是因為這些金屬的陽離子的氧化性很弱，難以找

21、到經(jīng)濟實用的還原劑，從這個意義上看，電源的負極是最強的還原劑）。 例如：用石墨作電極電解熔融的氧化鋁原料 由鋁土礦提純得到純Al2O3設備 原理 在熔化條件下 Al2O3=2Al3+3O2陰極 4Al3+12e=4Al 陽極 6O212e=3O2總反應式 注意：冰晶石作熔劑，降低Al2O3的熔點；電解過程中，定期補充陽極碳塊；由鋁礬土制備純Al2O3。二、銅的電解精煉原理：電解時，用粗銅板作陽極，與直流電源的正極相連；用純銅板作陰極，與電源的負極相連，用CuSO4溶液（加入一定量的硫酸）作電解液。CuSO4溶液中主要有Cu2+、SO、H+、OH-，通電后H+和Cu2+移向陰極，并在陰極發(fā)生Cu

22、2+2e-=Cu；OH-和SO移向陽極，但陽極因為是活性電極故而陰離子并不放電，主要為陽極（活潑及較活潑金屬）發(fā)生氧化反應而溶解，陽極反應：Cu-2e-=Cu2+。電解過程中，比銅活潑的Zn、Fe、Ni等金屬雜質(zhì)，在銅溶解的同時也會失電子形成金屬陽離子而溶解，此時陰極仍發(fā)生Cu2+2e-=Cu，這會導致電解液中硫酸銅的濃度不發(fā)生變化；Ag、Au不如Cu易失電子，Cu溶解時它們以陽極泥形式沉積下來，可供提煉Au、Ag等貴金屬。結(jié)論：該過程實現(xiàn)了提純銅的目的。三、電鍍銅1原理：電鍍時，一般都是用含鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液為電鍍液；把待鍍金屬制成品浸入電鍍液中與直流電源的負極相連，作為陰極，而用鍍層

23、金屬為陽極，陽極金屬溶解在溶液中成為陽離子，移向陰極，并在陰極上被還原成金屬析出。電鍍銅規(guī)律可概括為“陽極溶解，陰極沉積，電解液不變”。工業(yè)上電鍍常使用有毒電鍍液，因此電鍍廢水應回收有用物質(zhì)、降低有害物質(zhì)含量后，達標排放，以防污染環(huán)境。2實驗分析：電鍍銅實驗（1）待鍍件需酸洗去除表面的銹。（2）電鍍液CuSO4中加氨水制成銅氨溶液以降低Cu2+濃度使鍍層光亮。典型例題剖析例1用兩支惰性電極插入500mL的AgNO3溶液中，通電電解。當電解質(zhì)溶液的pH由6.0變?yōu)?.0時（設電解時陰極沒有氫氣析出，且電解液在電解前后體積變化可以忽略），則電極上析出銀的質(zhì)量是（ ）A27mg B54mg C108

24、mg D216mg分析根據(jù)離子放電順序，先寫出兩極的電極反應式：陽極：4OH-4e-=O2+2H2O 陰極：4Ag+4e-=4Ag 其中OH-來自水，所以總的電解反應式：4Ag+2H2O4Ag+O2+4H+或4AgNO3+2H2O4Ag+ O2+4HNO3因為有HNO3生成，所以pH要變小。生成HNO3的物質(zhì)的量為(10-3-10-6)×0.50.5×10-3mol，所以析出銀的質(zhì)量為0.5×10-3mol×108g/mol=54mg 答案：B例2如圖所示A為一張浸透淀粉碘化鉀溶液并滴有酚酞試劑的濾紙，a、b為兩張緊貼在濾紙上的鉑片，并用導線和直流電源M

25、、N兩極相連接，通電后，在a周圍觀察到無色溶液變?yōu)樗{色。（1）電源哪一個極是正極？哪極是負極？（2）b周圍可觀察到什么現(xiàn)象？為什么？分析本題裝置實際上是電解KI溶液，由于a、b為鉑電極是惰性電極，則在陽極上放電的應是I-，其電極反應為：2I-2e-=I2；陰極是水電離出來的H+放電，其電極反應為：2H+2e-=H2，由于H+在陰極上不斷放電，破壞了水的電離平衡，使陰極附近OH-濃度增大。從題給條件分析可知，a周圍觀察到藍色，說明有I2生成，所以a為陽極、b為陰極，而與之相連中的電源M極為正極，N極為負極，b周圍酚酞試液變紅色。答案：（1）M是電源的正極，N為負極，（2）b極周圍可看到溶液紅色，

26、因為b極為陰極，其電極反應為2H+2e-=H2，由于H+不斷放電破壞了水的電離平衡，c(OH-)增大，使得b極附近堿性增大，酚酞變紅。例3若在鐵片上鍍鋅，以下敘述中錯誤的是（ ）A可把鐵片與電源的正極相連B電解質(zhì)必須用含有鋅離子的可溶性鹽C鋅極發(fā)生氧化反應D鐵極的電極反應式為Zn2+2e-=Zn分析電鍍的實質(zhì)就是以非惰性電極為陽極的一種特殊的電解。電鍍時一般以鍍層金屬為電解池的陽極，待鍍件為陰極，含鍍層金屬離子的電解溶液為電鍍液。電鍍過程中鍍層金屬發(fā)生氧化反應而成為離子溶入電解液，其離子則在待鍍件上發(fā)生還原反應而析出，且電解質(zhì)溶液濃度一般不變。故而本題只有A項不正確。答案：A例4串聯(lián)電路中的四

27、個電解池分別裝有0.1mol·L-1的下列溶液，用鉑電極電解，連接直流電源一段時間后，溶液的pH最小的是（ ）ACuCl2 BNaCl CAgNO3 DKNO3分析 本題主要考查電解原理、離子放電順序及電解后溶液pH變化等問題。理解電解原理并熟悉掌握陰、陽離子的放電順序是解本題的關鍵，在電解時，如果H+或OH-在電極上放電往往會導致電極附近溶液H+或OH-濃度發(fā)生改變，從而引起電極附近pH變化。對于電解CuCl2溶液，盡管H+或OH-都沒有在陰極或陽極上放電，但由于CuCl2是強酸弱堿鹽，水解后溶液呈酸性，因此若CuCl2完全電解后，如果不考慮Cl2溶于水生成HCl和HClO，溶液呈

28、中性，pH增大（實際上由于生成HCl、HClO， 溶液呈微酸性）。電解NaCl溶液H+在陰極上放電，陰極附近OH-濃度增大；陽極上Cl-放電，陽極區(qū)域H+、OH-濃度基本不變，因而電解后整個溶液pH會變大，電解AgNO3溶液，陰極Ag+放電；陽極是OH-放電，陽極區(qū)域H+濃度變大，溶液pH會顯著變?。ㄏ喈斢谏上NO3）。電解KNO3實質(zhì)是電解水，pH不變。答案：C例5將兩個鉑電極插入500mL CuSO4(aq)中進行電解，通電一段時間后，某一電極上增重0.064g(設電解時無H2放出，且不考慮水解和溶液體積的變化)，此時溶液中氫離子的物質(zhì)的量濃度約為（ ）A1×10-3mol&

29、#183;L-1 B4×10-3mol·L-1C2×10-3mol·L-1 D1×10-7 mol·L-1分析由于最后溶液中的H+主要由電解CuSO4溶液產(chǎn)生，所以要計算c(H+)，可依據(jù)電解的離子方程式2Cu2+2H2O2Cu+O2+4H+進行解題。題中電極增重0.064g必為陰極反應生成Cu所致，即n(Cu)=0.064g÷64g·mol-1=0.0010mol，然后依據(jù)離子方程式中各物質(zhì)之間的化學計量數(shù)之比，求出生成的c(H+)。2Cu2+2H2O2Cu +O2+4H+ 2mol4mol0.0010molc(

30、H+)×0.50Lc(H+)=4.0×10-3mol·L-1答案：B例6某學生試圖用電解法根據(jù)電極上析出物質(zhì)的質(zhì)量來驗證阿伏加德羅常數(shù)值，其實驗方案的要點如下：用直流電電解氯化銅溶液所用儀器如圖45：在電流強度為IA，通過時間為ts后，精確測得某電極上析出的銅的質(zhì)量為mg。試回答：(1)連接這些儀器的正確順序為(用圖中的英文字母表示，下同)E接_，C接_，_接F。 實驗線路中的電流方向為_C_。(2)寫出B電極上發(fā)生反應的離子方程式_，G試管中淀粉KI溶液變化的現(xiàn)象為_，相應的離子方程式是_。(3)為精確測定電極上析出銅的質(zhì)量，所必需的實驗步驟的先后順序是_。(選

31、填下列操作步驟的編號)稱量電解前電極質(zhì)量刮下電解后電極上的銅并清洗用蒸餾水清洗電解后的電極低溫烘干電極后稱量低溫烘干刮下的銅后稱量再次低溫烘干后稱量至恒重(4)已知電子的電量為1.6×1019C。試列出阿伏加德羅常數(shù)的計算表達式：NA_。解析本題綜合考查學生設計實驗的能力，并注意了與物理學科的交叉和滲透。本題解題要點如下：圖中U型電解槽外接的試管G，是用來吸收陽極放出的Cl2，由此判斷A為陰極，該極應通過電流計接在蓄電池的負極上；欲精確測量電極上析出銅的質(zhì)量，宜采用稱量電極在電解前后質(zhì)量差的方法，而不能用“刮下”的方法；根據(jù)電量相等：，可求得阿伏加德羅常數(shù)。答案：(1)D A B ；

32、 F B A D E(2)2Cl2eCl2 變藍色 Cl2+2I2Cl+I2(3)(4) 例7（04廣東、11）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間后，溶液的pH>a，則該電解質(zhì)可能是（ ）ANaOH BH2SO4 CAgNO3 DNa2SO4答案：A 解析：用惰性電極Na2SO4溶液，pH不變，電解H2SO4溶液和AgNO3溶液，pH減小，故選A。例8（05天津、12）金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等雜質(zhì)，可用電解法制備高純度的鎳，下列敘述正確的是（已知：氧化性Fe2Ni2Cu2）（ ）A陽極發(fā)生還原反應，其電極反應式：Ni22eNiB電

33、解過程中，陽極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加相等C電解后，溶液中存在的金屬陽離子只有Fe2和Zn2D電解后，電解槽底部的陽極泥中只有Cu和Pt答案：D提示：根據(jù)電解精煉銅原理知，電解制備高純度Ni時要用NiSO4做電解質(zhì)溶液，且電解前后Ni2+濃度基。例9（04全國、28）（14分）在玻璃圓筒中盛有兩種無色的互不相溶的中性液體。上層液體中插入兩根石墨電極，圓筒內(nèi)還放有一根下端彎成環(huán)狀的玻璃攪棒，可以上下攪動液體，裝置如圖。接通電源，陽極周圍的液體呈現(xiàn)棕色，且顏色由淺變深，陰極上有氣泡生成。停止通電，取出電極，用攪棒上下劇烈攪動。靜置后液體又分成兩層，下層液體呈紫紅色，上層液體幾乎無色。根據(jù)上述實驗

34、回答：（1）陽極上的電極反應式為_。（2）陰極上的電極反應式為_。（3）原上層液體是_。（4）原下層液體是_。（5）攪拌后兩層液體顏色發(fā)生變化的原因是：_。（6）要檢驗上層液體中含有的金屬離子，其方法是：_，現(xiàn)象是：_。答案：（1）2 I2 （2）2 H2（3）KI（或NaI等）水溶液（4）CCl4（或CHCl3等） （5）I2在CCl4中的溶解度大于在水中溶解度，所以絕大部分I2都轉(zhuǎn)移到CCl4中（6）焰色反應 透過藍色鈷玻璃觀察火焰呈紫色（其它合理答案同樣給分。例如，若中答NaI水溶液，這里答火焰呈黃色。）氯堿工業(yè)重點難點1掌握電解飽和食鹽水的基本原理。2了解離子交換膜法電解食鹽水制燒堿和

35、氯氣的主要生產(chǎn)流程。3掌握圍繞電解的計算知識講解一、電解飽和食鹽水反應原理工業(yè)上用電解飽和NaCl溶液的方法來制取NaOH、Cl2和H2，并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品，稱為氯堿工業(yè)。1實驗分析：電解飽和食鹽水 電解飽和食鹽水 在U型管里裝入飽和食鹽水，滴入幾滴酚酞試液，用碳棒作陽極、鐵棒作陰極，將濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在陽極附近，接通電源，觀察管內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象及試紙顏色的變化。注意：鐵棒不可作陽極，否則發(fā)生Fe2e=Fe2+； 碘化鉀淀粉試紙需事先用水潤濕?，F(xiàn)象：陰、陽兩極均有氣體放出，陽極氣體有刺激性氣味，能使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{；陰極區(qū)域溶液變紅。說明陰極區(qū)域生成物為堿性物質(zhì)與H2，

36、陽極產(chǎn)物是Cl2。2電解飽和食鹽水反應原理飽和食鹽水成分：溶液存在Na+、Cl、H+、OH四種離子。電極反應式：陰極：2H+2e=H2（還原反應）；陽極：2Cl2e=Cl2（氧化反應）。實驗現(xiàn)象解釋：（1）陰極區(qū)域變紅原因：由于H+被消耗，使得陰極區(qū)域OH離子濃度增大（實際上是破壞了附近水的電離平衡，由于KW為定值，c(H+)因電極反應而降低，導致c(OH)增大，使酚酞試液變紅）。（2）濕潤的碘化鉀淀粉試紙變藍原因：氯氣可以置換出碘化鉀中的碘，Cl2+2KI=2KCl+I2，I2使淀粉變藍。注意：如果試紙被熏蒸的太久，氯氣會把生成的碘氧化成碘酸又使藍色褪去。電解飽和食鹽水的電解方程式： 該電解

37、反應屬于放氫生堿型，電解質(zhì)與水均參與電解反應，類似的還有K2S、MgBr2等。3以氯堿工業(yè)為基礎的化工生產(chǎn) 二、離子交換膜法制燒堿1離子交換膜電解槽的構(gòu)成 離子交換膜電解槽 主要由陽極、陰極、離子交換膜、電解槽框和導電銅棒等組成；每臺電解槽由若干個單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。陽極用金屬鈦網(wǎng)制成，為了延長電極使用壽命和提高電解效率，陽極網(wǎng)上涂有鈦、釕等氧化物涂層；陰極由碳鋼網(wǎng)制成，上面涂有鎳涂層；離子交換膜把電解槽分成陰極室和陽極室。電極均為網(wǎng)狀，可增大反應接觸面積，陽極表面的特殊處理是考慮陽極產(chǎn)物Cl2的強腐蝕性。離子交換膜法制燒堿名稱的由來，主要是因為使用的陽離子交換膜，該膜有特殊的選擇透過性，只

38、允許陽離子通過而阻止陰離子和氣體通過，即只允許H、Na+通過，而Cl、OH和兩極產(chǎn)物H2和Cl2無法通過，因而起到了防止陽極產(chǎn)物Cl2和陰極產(chǎn)物H2相混合而可能導致爆炸的危險，還起到了避免Cl2和陰極另一產(chǎn)物NaOH反應而生成NaClO影響燒堿純度的作用。 上海天原化工廠電解車間的離子交換膜電解槽 2離子交換膜法電解制堿的主要生產(chǎn)流程 如圖，精制的飽和食鹽水進入陽極室；純水（加入一定量的NaOH溶液）加入陰極室，通電后H2O在陰極表面放電生成H2，Na+則穿過離子膜由陽極室進入陰極室，此時陰極室導入的陰極液中含有NaOH；Cl則在陽極表面放電生成Cl2。電解后的淡鹽水則從陽極室導出，經(jīng)添加食鹽

39、增加濃度后可循環(huán)利用。陰極室注入純水而非NaCl溶液的原因是陰極室發(fā)生反應為2H+2e=H2；而Na+則可透過離子膜到達陰極室生成NaOH溶液，但在電解開始時，為增強溶液導電性，同時又不引入新雜質(zhì)，陰極室水中往往加入一定量NaOH溶液。氯堿工業(yè)的主要原料：飽和食鹽水，但由于粗鹽水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO等雜質(zhì)，遠不能達到電解要求，因此必須經(jīng)過提純精制。3精制食鹽水的方法電解食鹽水時，要求食鹽要純凈，而一般粗鹽中含許多雜質(zhì)，電解前一定要提純。粗鹽的成分粗鹽中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42雜質(zhì)，不符合電解要求，因此必須經(jīng)過精制。雜質(zhì)的危害Ca2+、Mg2+、

40、Fe3+等金屬離子在堿性環(huán)境中會生成沉淀，損壞離子交換膜；此外，雜質(zhì)的存在會使得到的產(chǎn)品不純。除雜質(zhì)的過程 注意事項1除雜質(zhì)時所加試劑的順序要求是：Na2CO3必須在BaCl2之后，以除去前面引入的Ba2+等；過濾之后再加入鹽酸。2試劑加入順序有多種選擇，如：BaCl2、NaOH、Na2CO3、過濾、HCl；BaCl2、Na2CO3、NaOH、過濾、HCl；NaOH、BaCl2、Na2CO3、過濾、HCl。精制食鹽水時經(jīng)常加入BaCl2、Na2CO3、NaOH等，使雜質(zhì)成為沉淀，過濾除去，然后加入鹽酸調(diào)節(jié)鹽水的pH。步驟：加入稍過量的NaOH溶液（使Mg2+、Fe3+等離子形成難溶的氫氧化物沉

41、淀），此時溶液已呈堿性；加入稍過量BaCl2溶液（使粗鹽水中的SO形成沉淀）；（其中、順序可以交換。）加入稍過量的Na2CO3溶液（使Ca2+以及過量的Ba2+分別形成CaCO3和BaCO3沉淀）；過濾（除去Mg(OH)2、Fe(OH)3、BaSO4、CaCO3、BaCO3及泥沙等）；在濾液中加適量鹽酸（除去過量的CO，調(diào)節(jié)溶液的pH）；通過陽離子交換樹脂（除去殘留的微量Ca2+、Mg2+等離子）。陽離子交換樹脂，可用NaR表示其組成，該樹脂中的Na+可與溶液中Ca2+、Mg2+等陽離子發(fā)生交換，而達到除去水中Ca2+、Mg2+離子的目的；該樹脂可循環(huán)利用，將用久后的樹脂放入NaCl溶液中時，

42、又可將Ca2+、Mg2+與食鹽水中Na+交換而恢復功能。三、關于電解飽和食鹽水實驗1實驗步驟如圖41所示在燒杯里裝入飽和食鹽水，滴入幾滴酚酞試液。用導線把鐵釘、石墨捧、電流表接在直流電源上。觀察現(xiàn)象，并用濕潤的碘化鉀淀粉試紙檢驗陽極放出的氣體。 2實驗現(xiàn)象石墨棒上有氣泡逸出、該氣體呈黃綠色，有刺激性氣味，使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{。石墨棒附近的溶液由無色變?yōu)辄S綠色。鐵釘上逸出氣體，該氣體無色、無味。鐵釘附近的溶液由無色先后變?yōu)闇\紅色、紅色，且紅色區(qū)域逐漸擴大。3實驗結(jié)論電解飽和食鹽水生成氯氣、氫氣和氫氧化鈉。陽極反應 2Cl-2e-Cl2陰極反應 2H+2e-H2電解方程式 離子方程式 4注意

43、事項(1)電源是用低壓直流電源。(2)保證用電安全。(3)食鹽水應是飽和的。(4)用鐵釘作陰極、石墨棒作陽極，不可顛倒。四、關于電化學的計算原則：整個電路中通過的電荷量(即電子總數(shù))相等。常用到的關系如下： H2Cl2O2Cu2Ag2H+2OH 此外，本考點還可與物理學上的法拉第常數(shù)，數(shù)學上的體積計算等聯(lián)合起來進行綜合考查，是“3+X”高考的一個熱點。典型例題剖析 例1把一張用飽和食鹽水與酚酞的混合液浸透了的濾紙放在表面皿上，濾紙的兩端用惰性電極跟直流電源的兩極直接相連，通電一段時間后發(fā)現(xiàn)與濾紙接觸的一個電極附近變成了紅色，則這個電極與直流電源的_極相連。簡述該電極附近變成紅色的原因。分析滴有

44、酚酞的濾紙變紅，說明此處溶液呈堿性，即溶液中c(OH)>c(H+)。由于原來的食鹽溶液呈中性，即c(OH)=c(H+)，所以這種變化一定是由于電解造成的。但造成c(OH>c(H+)的直接原因有兩種可能性：可能由溶液中OH向陽極運動造成的；由于電解時在陰極生成的氫氣破壞了水的電離平衡，從而產(chǎn)生更多的OH而造成的。由于電解飽和食鹽水時的實驗現(xiàn)象明確告訴我們陰極區(qū)域溶液呈堿性，而如為離子移動造成的話，則應在陽極區(qū)域呈堿性，因此不可能是由于OH向陽極運動形成的，而是由于電解時陰極H+放電反應：2H+2e=H2，這里的H+是由水電離出來的，由于H+在陰極不停放電而使c(H+)降低，因而促進了

45、該處水的電離，由于一定溫度下水中c(H+)和c(OH)乘積為常數(shù)KW，而c(H+)降低又是客觀存在的，因此造成c(OH>c(H+)，從而使陰極區(qū)域呈堿性，因此酚酞變紅的區(qū)域應為陰極區(qū)域，電極應于直流電源的負極相連。解 負 由于陰極反應2H+2e=H2，破壞了水的電離平衡，造成c(OH)>c(H+)，使溶液呈堿性，所以該電極附近的酚酞溶液呈紅色。例2用石墨作電極，電解1mol/L下列物質(zhì)的溶液，溶液的pH值保持不變的是（ ）AHCl BNaOH CNa2SO4 DNaCl分析選項A，電解1mol/L HCl溶液。陰極2H+2e=H2，陽極2Cl2e=Cl2，H+得電子，c(H+)濃度

46、降低，pH值增大。選項B，電解1mol/L NaOH溶液，陰極2H+2e=H2，陽極4OH4e=2H2O+O2，實質(zhì)上電解水，NaOH濃縮，溶液的pH值增大。選項C，電解1mol/L Na2SO4溶液。陰極2H+2e=H2；陽極4OH4e=2H2O+O2，實質(zhì)上電解水，溶液的pH值保持不變。選項D，電解1mol/L NaCl溶液。陰極2H+2e=H2；陽極2Cl2e=Cl2，破壞了水的電離平衡。c(OH)增大，pH值增大。答案：C例3200mL 2mol·L-1的NaCl溶液（r=1.10g·mL-1）在銅電極的電解池中于不斷攪拌下進行電解。當在陰極上有22.4L的氣體放出

47、時停止電解。電解后溶液中NaCl的質(zhì)量分數(shù)為（ ）A12.72% B7.96% C8.30% D無法計算分析：這是一道重在考查考生審題能力、分析能力習題，要求考生在審題時注意到銅電極和惰性電極的差異。用銅電極電解NaCl溶液時，陽極反應式：Cu2e=Cu2+，陰極反應式：2H+2e=H2，電解總反應式：Cu+2H2OCu(OH)2+H2?？梢姡瑢υ璑aCl溶液損失的僅是水。由反應式可知，陰極上生成22.4L H2時消耗的H2O為2mol，即36g。電解前mNaCl(aq)=1.10g·mL-1×200mL=220g，電解后mNaCl(aq)=220g-36g=184g， n

48、(NaCl)=2mol·L-1×0.2L=0.4mol，m(NaCl)=0.4mol×58.5g·mol-1=23.4g。 ×100%=12.72%答案：A例4現(xiàn)有500mL混有NaOH的飽和食鹽水，pH=10，用惰性電極電解一段時間后，陰極共產(chǎn)生5.6L H2(已換算成標況下體積)。則電解后溶液在室溫下pH為（ ）A8 B10 C12 D14分析 電解該溶液實質(zhì)為電解飽和食鹽水，最終溶液的堿性為原有NaOH和電解生成的NaOH共同造成的。原先溶液的pH=10，所以原溶液的H+濃度c(H+)=1.0×10-10mol/L；則c(OH)

49、= =1×10-4（mol/L），原有NaOH的物質(zhì)的量n(NaOH)=0.50L×1×10-4mol/L=5.0×10-5mol。由于電解飽和氯化鈉溶液所生成的NaOH的物質(zhì)的量可以根據(jù)電解方程式計算求得，即：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H22mol 22.4Ln(NaOH)5.6Ln(NaOH)= =0.50mol所以溶液中NaOH總的物質(zhì)的量應該為0.50mol+5.0×10-5mol0.50mol，則最后所得NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度應為c(NaOH)=1.0mol/L，則c(OH)=1.0mol/L，c(H+)=1×10-14（mol/L），則pH=lgc(H+)=lg1×10-14=14。答案：D例5氯堿廠電解飽和食鹽水制取NaOH的工藝流程示意圖如下圖所示。依據(jù)圖完成下列填空： (1)在電解過程中，與電源正極相連的電極上所發(fā)生反應的化學方程式為_，與電源負極相連的電極附近，溶液pH