精品新人教版高三化学一轮总复习第六章第3讲优质课教案.docx
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精品新人教版高三化学一轮总复习第六章第3讲优质课教案
第3讲 电解池 金属的电腐蚀与防护
[考纲要求] 1了解电解池的工作原,能写出电极反应和电池反应方程式。
2解金属发生电腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。
考点一 电解的原
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反应和还原反应的过程。
2.能量转形式
电能转为能。
3.电解池
(1)构成条件
①有与电相连的两个电极。
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)
(3)电子和离子移动方向
①电子:
从电负极流向电解池的阴极;从电解池的阳极流向电的正极。
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。
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+>F3+>2+>H+(酸)>F2+>2+>H+(水)>A3+>Mg2+>
N+>2+>+。
阳极:
活泼电极>S2->I->Br->->OH->含氧酸根离子。
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,->OH-;阴极:
Ag+>
2+>H+。
③电解水溶液时,+~A3+不可能在阴极放电,即不可能用电解水溶液的方法得到、、N、Mg、A等金属。
(4)分析电极反应,判断电极产物,写出电极反应式,要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
(5)最后写出电解反应的总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
被电解的物质
总方程式或离子方程式
电解质浓度
溶液pH
电解质溶液复原
含氧酸(如H2SO4)
阳极:
4OH--4-=
==O2↑+2H2O
阴极:
4H
++4-===2H2↑
水
2H2OO2↑+2H2↑
增大
减小
加H2O
强碱(如NOH)
阳极:
4OH--4-===O2↑+2H2O
阴极:
4H++4-===2H2↑
水
2H2OO2↑+2H2↑
增大
增大
加H2O
活泼金属的含氧酸盐(如NO3、N2SO4)
阳极:
4OH--4-===O2↑+2H2O
阴极:
4H++4-===2H2↑
水
2H2OO2↑+2H2↑
增大
不变
加H2O
无氧酸(如H),除HF外
阳极:
2--2-===2↑
阴极:
2H++2-===H2↑
酸
2H2↑+H2↑
减小
增大
通入H气体
不活泼金属的无氧酸盐(如2),除氟物外
阳极:
2--2-===2↑
阴极:
2++2-===
盐
2+2↑
减小
加2
活泼金属的无氧酸盐(如N)
阳极:
2--2-===2↑
阴极:
2H++2-===H2↑
水和盐
2-+2H2O
2↑+H2↑+2OH-
生成新电解质
增大
通入H气体
不活泼金属的含氧酸盐(如SO4)
阳极:
4OH--4-===O2↑+2H2O
阴极:
22++4-===2
水和盐
22++2H2O2+O2↑+4H+
生成新电解质
减小
加O或O3
2电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么?
答案 放H2生碱型的实质是水电离出的H+放电,破坏了水的电离平衡,使OH-浓度增大,放O2生酸型的实质是水电离出的OH-放电,破坏了水的电离平衡,使H+浓度增大。
3.
(1)上表中要使电解后的N溶液复原,滴加盐酸可以吗?
(2)上表中要使电解后的SO4溶液复原,加入(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N溶液时析出的是等物质的量的2和H2,所以应通入氯氢气体,加入盐酸会引入过多的水。
(2)同,使SO4溶液复原应加入O,而加入(OH)2也会使溶液的浓度降低。
4.在框图推断中若出现“A+H2OB++D”的模式,则A一般可能为什么物质?
答案 SO4、N()或AgNO3,要视其他条件而定。
题组一 电解原和电解规律的考查
1.用惰性电极电解下列溶液,电解一段时间后,阴极质量增加,电解液的pH下降的是( )
A.SO4B.NOH.B2D.H2SO4
答案 A
解析 符合该题条件的电解质应为不活泼金属的含氧酸盐。
2.用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液,在电解后的电解液中加适量水,能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是( )
A.NB.N2O3.SO4D.2S
答案 B
解析 加适量水能使溶液恢复到电解前的浓度,则实际是电解水,故只有B项符合
条件。
[##]
3.右图为直流电电解稀N2SO4水溶液的装置。
通电后在石墨电极和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,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
.电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色
D.电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色
答案 D
解析 SO、OH-移向b极,在b极OH-放电,产生O2,b极附近c(H+)>c(OH-),石蕊试液变红。
N+、H+移向极,在极H+放电产生H2,极附近c(OH-)>c(H+),石蕊试液变蓝。
所以产生的气体体积电极的大于b电极的;两种气体均为无色无味的气体。
A、B均错。
题组二 电极反应式、电解总方程式的书写
4.按要求书写有关的电极反应式及总方程式。
(1)用惰性电极电解AgNO3溶液:
阳极反应式_____________________________________________________;
阴极反应式_____________________________________________________;
总反应离子方程式________________________________________________。
(2)用惰性电极电解Mg2溶液
阳极反应式______________________________________________________;
阴极反应式______________________________________________________;
总反应离子方程式________________________________________________。
(3)用铁作电极电解N溶液
阳极反应式______________________________________________________;
阴极反应式______________________________________________________;
总方程式____________________________________________________。
(4)用铜作电极电解盐酸溶液
阳极反应式_____________________________________________________;
阴极反应式_____________________________________________________;
总反应离子方程式________________________________________________。
答案
(1)4OH--4-===O2↑+2H2O
4Ag++4-===4Ag
4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+
(2)2--2-===2↑
2H++2-===H2↑
Mg2++2-+2H2OMg(OH)2↓+2↑+H2↑
(3)F-2-===F2+
2H++2-===H2↑
F+2H2OF(OH)2↓+H2↑
(4)-2-===2+
2H++2-===H2↑
+2H+2++H2↑
5.Ⅰ以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧膜,阳极电极反应式为________________________________________________________________________。
Ⅱ用A单质作阳极,石墨作阴极,NHO3溶液作电解液进行电解,生成难溶物R,R受热分解生成合物Q。
写出阳极生成R的电极反应式:
__________________。
答案 Ⅰ2A-6-+3H2O===A2O3+6H+
ⅡA+3HO-3-===A(OH)3+3O2↑
解析 Ⅰ依据信息阳极形成的氧膜一定为A2O3,A失电子生成A2O3,A2O3中的氧是由水提供的,溶液显酸性,所以有H+生成;ⅡA作阳极,失电子,生成A3+,A3+水解显酸性,溶液中的HO水解显碱性,两者水解互相促进,生成A(OH)3和O2。
6.I是一种不溶于水的白色固体,可以由反应:
22++4I-===2I↓+I2得到。
现以石墨为阴极,以为阳极电解I溶液,通电前向电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液。
回答下列问题:
(1)阳极区的现象____________________________________________________。
(2)阳极电极反应式__________________________________________________。
答案
(1)铜电极逐渐溶解,有白色沉淀产生,溶液变为蓝色
(2)2+4I--4-===2I↓+I2
1电解方程式的书写步骤
以写出用石墨作电极电解SO4溶液的电极反应式及总的电解方程式为例。
第一步:
明确溶液中存在哪些离子。
阳离子:
2+、H+;阴离子:
OH-、SO。
第二步:
判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。
阴极:
2+>H+;阳极:
OH->SO。
第三步:
写电极反应式和总的电解方程式。
阴极:
22++4-===2;阳极:
2H2O-4-===O2↑+4H+。
根据得失电子相等,两极反应式相加得总方程式:
2SO4+2H2O2+O2↑+2H2SO4。
2.规避电解池中方程式书写的3个易失分点
(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。
[]
题组三 与酸、碱、盐的电解有关的实验设计
7.[2010·大纲全国卷Ⅱ,29
(1)
(2)(3)(4)(5)]如图是一个用铂丝作电极,电解稀的MgSO4溶液的装置,电解液中加有中性
红指示剂,此时溶液呈红色。
(指示剂的pH变色范围:
68~80,酸色—红色,碱色—黄色)
回答下列问题:
(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变的叙述正确的是________(填编号);
①A管溶液由红变黄;②B管溶液由红变黄;③A管溶液不变色;④B管溶液不变色
(2)写出A管中发生反应的反应式:
_____________________________________;
(3)写出B管中发生反应的反应式:
_____________________________________;
(4)检验管中气体的方法是___________________________________________
_____________________________________________________________________;
(5)检验b管中气体的方法是___________________________________________
____________________________________________________________________。
答案
(1)①④
(2)2H++2-===H2↑(或2H2O+2-===2OH-+H2↑) Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
(3)4OH--4-===2H2O+O2↑(或2H2O-4-===4H++O2↑)
(4)用拇指按住管口,取出试管,管口靠近火焰,放开拇指,有爆鸣声,管口有淡蓝色火焰
(5)用拇指按住管口,取出试管正立,放开拇指,将带有火星的木条伸入试管内会复燃
解析
(1)由于MgSO4是强酸弱碱盐,在水溶液中存在Mg2++2H2OMg(OH)2+2H+水解平衡,因此水溶液呈酸性,电解前A、B管均显红色。
铂丝是惰性电极,电解池中阴离子在阳极发生氧反应,阳离子在阴极发生还原反应,在A管溶液中,铂丝作阴极,由于H+的氧性大于Mg2+的氧性,H+先得电子被还原为H2,
Mg2+与OH-生成Mg(OH)2沉淀,酸性减弱,随着水的电解,OH-浓度增大,颜色由红变黄。
而在B管溶液中铂丝作阳极,OH-的还原性大于SO,OH-失电子,随着电解的进行,酸性增大,溶液不变色(始终为红色)。
(2)(3)由
(1)可知,在A管中发生:
2H++2-===H2↑(或2H2O+2-===2OH-+H2↑)
Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
在B管中:
4OH--4-===2H2O+O2↑(或2H2O-4-===4H++O2↑)
(4)(5)H2的常用检验方法是“爆鸣”法,即用拇指按住管口,取出试管,管口靠近
火焰,放开拇指,有爆鸣声,管口有淡蓝色火焰;O2的常用检验方法是木条复燃法,用拇指按住管口,取出试管b正立,放开拇指,将带有火星的木条伸入试管内,木条复燃。
8.如图所示,用石墨电极电解氯铜溶液。
查阅资料可
知,显黄色,氯铜溶液显蓝绿色或黄绿色;
向体积相同浓度分别为001·L-1,005·L-1,01
·L-1,05·L-1的氯铜溶液中加入N至饱和,
对比发现。
溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变。
请回答下列问题:
(1)阳极上的气体呈______
__色,检验该气体可用___________________________。
(2)写出电解的离子方程式:
____________________________________________。
(3)实验时,装置中阴极溶液颜色由蓝绿色变为黄绿色,原因是__________________
______________________________________________________。
(4)取出阴极的石墨棒,发现表面有浅蓝色固体,试设计实验探究此浅蓝色固体的成分:
_________________________________________________________________。
(5)为什么要设计连接后面的装置?
______________________________________。
答案
(1)黄绿 湿润的淀粉I试纸
(2)2++2-+2↑
(3)阴极2+放电后,2+与-浓度比值减小
(4)取此浅蓝色固体于试管中,加入硫酸,若溶解且溶液变蓝色,则为(OH)2
(5)因为阳极产生的氯气为有毒气体,故后面连接装置可以用于检验与吸收
解析
(1)阳极是阴离子放电,即-放电产生2,故颜色为黄绿色;检验2可用湿润的淀粉I试纸,若试纸变蓝,则确定为氯气。
(2)电解氯铜的离子方程式为2++2-+2↑。
(3)由题目所给信息,2+与-浓度比值逐渐增大,溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变,故阴极2+放电后,2+与-浓度比值减小而呈现黄绿色。
(4)随着反应的进行,2+浓度降低,此时有一部分H+放电而使此区域OH-浓度增大,故此浅蓝色固体为(OH)2。
(5)电解氯铜时产生的氯气有毒,故后面连接装置既可用作检验电解产生的气体,又可用于吸收该有毒气体。
考点二 电解原的应用
1.电解饱和食盐水
(1)电极反应
阳极反应式:
2--2-===2↑(氧反应)
阴极反应式:
2H++2-===H2↑(还原反应)
(2)总反应方程式:
2N+2H2O2NOH+H2↑+2↑
离子反应方程式:
2-+2H2O2OH-+H2↑+2↑
(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:
阳极:
Ag--===Ag+;
阴极:
Ag++-===Ag。
(4)特点:
阳极溶解,阴极沉积,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2+的盐溶液。
(3)电极反应:
阳极:
-2-===2+、F-2-===F2+、N-2-===N2+、-2-===2+;
阴极:
2++2-===。
4.电冶金
利用电解熔融盐的方法冶炼活泼金属N、、Mg、A等。
(1)冶炼钠
2N(熔融)2N+2↑
电极反应:
阳极:
2--2-===2↑;阴极:
2N++2-===2N。
(2)冶炼铝
2A2O3(熔融)4A+3O2↑
电极反应:
阳极:
6O2--12-===3O2↑;阴极:
4A3++12-===4A。
深度思考
1.
(1)电解氯钠溶液时,如何用简便的方法检验产物?
答案 阳极产物2可以用淀粉I试纸检验,阴极产物H2可以通过点燃检验,NOH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2混合爆炸,防止2与溶液中的NOH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、F、N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。
题组训练 电解原的应用
1.工业废水中常含有一定量的r2O,会对人类及生态系统产生很大损害,电解法是一种行之有效的除去铬的方法之一。
该法用F作电极电解含r2O的酸性废水,最终将铬转为r(OH)3沉淀,达到净目的。
下列有关说法不正确的是( )
A.电解时选用F作阳极,石墨棒作阴极
B.阴极附近的沉淀只有r(OH)3
.阳极附近溶液中,发生反应的离子方程式是r2O+6F2++14H+===2r3++
6F3++7H2O
D.消耗1r2O,将有336gF消耗,因此要定期更换铁电极
答案 B
解析 F作阳极,反应产生F2+,F2+与r2O发生氧还原反应,F2+被氧为
F3+,r2O被还原为r3+;阴极是H+得到电子,导致阴极附近溶液的碱性增强,
F3+、r3+都会变为F(OH)3、r(OH)3沉淀,B错误;消耗1r2O,必消耗6
F2+,根据F守恒,将有6F消耗,质量336g。
2.使用氯钠作原料可以得到多种产品。
(1)实验室用惰性电极电解100L01·L-1N溶液,若阴阳两极均得到112L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)。
(2)某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钠溶液,通电时,为使2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
。
对电电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是________。
A.为正极,b为负极;NO和N
B.为负极,b为正极;NO和N
.为阳极,b为阴极;HO和N
D.为阴极,b为阳极;HO和N
(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F(OH)2沉淀。
某同利用上图装置,只更换一个电极,通过电解法制取较纯净的F(OH)2沉淀,且较长时间不变色。
该同换上的电解材料是__________(用元素符号表示),总的反应式是______________________________________________________________________。
答案
(1)01·L-1
(2)B
(3)F F+2H2OF(OH)2↓+H2↑
解析
(1)(H2)=
(2)=0005,参加反应的(N)=001,说明N恰好电解完毕,溶液变为NOH溶液,(NOH)=(N)=001,c(NOH)=01·L-1。
(2)电解饱和氯钠溶液的总反应:
2N+2H2O2NOH+H2↑+2↑,题目要求使2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为电的正极,另一极为负极。
生成的2与阴极区产生的NOH反应:
2+2NOH===N+NO+H2O,则消毒液的主要成分是NO、N。
(3)题目要求通过电解法制取F(OH)2,电解质溶液是N溶液,必须通过电极反应产生F2+和OH-。
根据电极发生反应的特点,选择铁作阳极,铁发生氧反应产生F2+;溶液中的阳离子N+、H+向阴极移动,根据放电顺序,阴极H+放电产生氢气,H+水的电离,反应式2H2O+2-===H2↑+2OH-。
在电场作用下,阳极产生的F2+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F(OH)2沉淀。
将阳极反应式、阴极反应式叠加得到总的反应式:
F+2H2OF(OH)2↓+H2↑。
3.某小组同认为,如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法,那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液制取氢气、氧气、硫酸和氢氧钾。
(1)该电解槽的阳极反应式为___________________________________________。
此时通过阴离子交换膜的离子________(填“大于”、“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子。
(2)制得的氢氧钾溶液从出口______(填“A”、“B”、“”或“D”)导出。
(3)通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因______________________
______________________________________________________________________。
(4)若将制得的氢气、氧气和氢氧钾溶液组合为氢氧燃料电池,则电池正极的反应式为_________________________________________________________________。
答案
(1)4O
H--4-===2H2O+O2↑ 小于
(2)D
(3)H+在阴极附近放电,引起水的电离平衡向右移动,使c(OH-)>c(H+)
(4)O2+2H2O+4-===4OH-
解析 溶液中的OH-在阳极失电子产生O2:
4OH--4-===2H2O+O2↑,所以在B口放出O2,从A口导出H2SO4。
溶液中的H+在阴极得到电子产生H2:
2H++2-===H2↑,则从口放出H2,从D口导出OH溶液。
因SO所带电荷大于+所带电荷,SO通过阴离子交换膜,+通过阳离子交换膜,所以通过阳离子交换膜的离子大于通过阴离子交换膜的离子。
O2、H2、OH溶液构成燃料电池时,O2在电池正极放电:
O2+4-+2H2O===4OH-。
考点三 应对电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