高三化学 电解质溶液二电化学知识胶体 知识精讲 通用版docWord文件下载.docx

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③了解金属腐蚀的原因，以采取措施防止金属的腐蚀。

④制造化学电源。

2.化学电源

（1）干电池

电极反应式为：

正极（石墨）2NH4＋＋2e－＝2NH3↑＋H2↑

负极（锌筒）Zn－2e－＝Zn2＋

总反应式为：

2NH4＋＋Zn＝2NH3↑＋H2↑＋Zn2＋

（2）铅蓄电池

正极PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－＝PbSO4＋2H2O

负极Pb＋SO42－－2e－＝PbSO4

PbO2＋Pb＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O

（3）锂电池

正极I2＋2e－＝2I－

负极2Li－2e－＝2Li＋

I2＋2Li＝2LiI

（4）燃料电池：

以氢氧燃料电池为例

2H2＋O2＝2H2O

①电极反应——分别在负极和正极进行的氧化和还原反应叫做电极反应。

②电池反应——电极反应的总反应叫做总电池反应或电池反应。

书写时，将两个电极反应式相加，消去得失电子，即得。

③书写电极反应时，要确定正负极，弄清正负极上的反应，保证原子守恒、电荷守恒和不忽视介质参与反应，弱电解质、气体、或难溶物以分子形式表示，其余以离子符号表示

举例：

原电池（－）CH4|KOH（aq）|O2（＋）

负极CH4＋10OH－－8e－＝CO32－＋7H2O

正极2O2＋4H2O＋8e－＝8OH－

原电池总反应CH4＋2O2＋2OH－＝CO32－＋3H2O

3.金属的腐蚀和防护

（1）金属的腐蚀：

分化学腐蚀和电化学腐蚀两种

化学腐蚀

电化学腐蚀

含义

金属或合金直接与具有腐蚀性的物质接触发生氧化还原反应而消耗的过程

不纯金属或合金与电解质溶液接触发生原电池反应而消耗的过程

电子

得失

金属直接把电子转移给有氧化性的物质

其中的活泼金属将电子间接转移给氧化性较强的物质

电流

无电流产生

有微弱电流产生

腐蚀

现象

金属被氧化损耗

其中较活泼的金属被氧化损耗

实例

金属与O2、Cl2等物质直接反应

钢铁在潮湿的空气中被腐蚀

（2）钢铁的电化腐蚀原理

钢铁在干燥空气中长时间不易腐蚀，但在潮湿的空气里易被腐蚀。

原因是，钢铁表面会吸附一层水膜，这层水膜中含有少量的H＋、OH－，还溶解了少量的CO2、O2等，即在钢铁表面形成了一层电解质溶液，构成了原电池

①吸氧腐蚀：

负极：

2Fe－4e－＝2Fe2＋

正极：

2H2O＋O2＋4e－＝4OH－

（此时电解质溶液酸性较弱、中性、或碱性）

总反应：

2H2O＋O2＋2Fe＝2Fe（OH）2

在空气中4Fe（OH）2＋2H2O＋O2＝4Fe（OH）3，Fe（OH）3失水而成铁锈Fe2O3·

xH2O

②析氢腐蚀：

Fe－2e－＝Fe2＋

2H+＋2e－＝H2↑（此时电解质溶液酸性较强）

2H＋＋Fe＝Fe2＋H2↑

①一般情况下，以吸氧腐蚀为主。

②吸氧腐蚀和析氢腐蚀的主要区别在于正极反应。

（3）金属的防护：

金属的腐蚀主要是电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，只要减少形成原电池3条件中的一个，就可防止原电池反应的发生。

①内因——改变金属内部结构。

②外因——采用适当方法将金属与介质（主要指电解质溶液）隔离，如喷漆、涂油、电镀、表面钝化等。

③电化学保护法：

如船体外壳嵌锌，将钢铁外壳与锌人为的构成原电池，腐蚀锌，保护船体。

或外加电源，使被保护的金属与电源的负极相连，成为阴极而被保护。

二.电解原理及其应用

1.电解

（1）电解：

使电流通过电解质溶液而在阴阳两极引起还原反应和氧化反应的过程叫做电解。

（2）电解池：

发生电解的装置，即把电能转化为化学能的装置叫做电解池。

电解池的构成①电源及与电源相连的两个电极

②电解质溶液（或融化的离子化合物）

③形成闭和回路

（3）阴极——与电源负极相连的一极，与材料无关，由电源电极决定，发生还原反应

阳极——与电源正极相连的一极，与材料无关，由电源电极决定，发生氧化反应

电解质溶液的导电过程就是电解过程。

2.电解原理从以惰性材料（C、Pt）为电极电解CuCl2溶液为例

3.电解规律

当电解质溶液通直流电时，在外加电场的作用下，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，同时阴阳两极发生放电。

影响放电情况的因素主要有：

（1）电极材料：

若是活性电极，则阳极本身放电被氧化，阴极上是阳离子放电被还原；

若是惰性电极（铂、石墨），则放电的都是溶液中的阴阳离子。

（2）离子本身的性质和浓度：

一般地，离子的氧化性越强，越易在阴极上得电子，离子的还原性越强，越易在阳极上失电子，离子浓度越大，越容易放电。

（如电镀锌时，c（Zn2＋）比c（H＋）大得多，Zn2＋放电而H＋未放电）。

在不考虑离子浓度的情况下，放电顺序为：

阴极：

Ag＋>

Fe3＋>

Hg2＋>

Cu2＋>

H＋>

Pb2＋>

Sn2＋>

Fe2＋>

Zn2＋>

Al3＋>

Mg2＋>

Na＋>

Ca2＋>

K＋

阳极：

活性材料>

S2－>

I－>

Br－>

Cl－>

OH－>

NO3－>

SO42－>

F－

用惰性电极电解时各种情况如下

类型

电极反应特点

电解

对象

电解质溶

液浓度

pH

液复原

水型

阴极4H＋＋4e－＝2H2↑

阳极4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑

NaOH

水

增大

H2SO4

减小

Na2SO4

不变

分解

质型

电解质电离出的阴阳离子

分别在两极放电

HCl

电解质

氯化氢

CuCl2

—

氯化铜

放H2生

碱型

H2O放H2生碱

电解质阴离子放电

NaCl

水和电解质

放O2生

酸型

电解质阳离子放电

H2O放O2生酸

CuSO4

氧化铜

4.电解原理的应用

（1）电镀

电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。

电镀的条件是①镀件做阴极②镀层金属做阳极③电镀液中含有镀层金属离子。

注意①电镀过程中电解液浓度基本不变②若镀层金属含杂质，活动性比它强的也要放电，比它弱的金属不参与电极反应。

例镀铜时电极反应为：

阴极Cu2＋＋2e－＝Cu阳极Cu－2e－＝Cu2＋。

（2）铜的电解精炼

用粗铜做阳极，纯铜片做阴极，硫酸铜溶液做电解液。

反应为：

阴极Cu2＋＋2e－＝Cu阳极Cu－2e－＝Cu2＋

在阳极上，比铜活泼的杂质金属也失去电子Zn－2e－＝Zn2＋Ni－2e－＝Ni2＋。

但比铜活动性弱的金属（金、银等）沉积在阳极泥中。

（3）氯碱工业

工业上用电解饱和食盐水的方法制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。

阴极2Cl－－2e－＝Cl2↑阳极2H＋＋2e－＝H2↑

总反应2NaCl＋

2NaOH＋Cl2↑＋H2↑

①由于H＋在阴极上得到电子而生成氢气，破坏了附近的水的电离平衡，促进了水继续电离，结果阴极区溶液中OH－浓度增大而呈碱性。

②离子交换膜电解槽膜的作用：

阳离子交换膜只准许Na＋通过，Cl－、OH－和气体不能通过，从而把电解槽隔成了阴极室（有NaOH和H2）和阳极室（有Cl2），既防止Cl2和H2反应，又防止Cl2与NaOH反应

③食盐水的精制：

粗盐水中含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42－杂质，通常加入Na2CO3、NaOH、BaCl2等，滤除沉淀后加入盐酸调pH值。

发生的反应有：

a.加入Na2CO3除Ca2＋：

Ca2＋＋CO32－＝CaCO3↓

b.加入NaOH除Mg2＋、Fe3＋等

Mg2＋＋2OH－＝Mg（OH）2↓Fe3＋＋3OH－＝Fe（OH）3↓

c.加入BaCl2和Na2CO3除SO42－、及过量的Ba2＋

Ba2＋＋SO42－＝BaSO4↓Ba2＋＋CO32－＝BaCO3↓

（4）电解冶炼活泼金属

Na、Mg、Al等活泼金属都可用电解它们的熔融盐或氧化物制得。

如制铝：

阳极6O2－＋12e－＝3O2↑阴极4Al3＋＋12e－＝4Al总反应

3O2↑＋4Al

5.原电池、电解池、电镀池的比较（学生自己填表）

原电池

电解池

电镀池

定义

装置举例

形成条件

电极名称

电极反应

电子流向

三.胶体的性质及应用

1.胶体

分散系：

化学上把由一种物质（或几种物质）以粒子形式分散到另一种物质里形成的混合物，称为分散系。

其中分散系中分散成粒子的物质叫分散质，另一种物质叫分散剂。

（1）胶体

分散质的微粒直径在1nm—100nm（即10－9m—10－7m）之间的分散系叫做胶体。

胶体微粒直径的大小是胶体的本质特征。

（2）胶体与溶液、浊液的比较

分散系

溶液

胶体

悬（乳）浊液

分散质微粒直径

<

1nm

1nm—100nm

>

100nm

外观

均一、透明

多数均一、透明

不均一、不透明

分散质微粒组成

单个分子或离子

许多分子集合体或高分子

巨大数量分子集合体

能否透过滤纸

能

能

不能

能否透过半透膜

盐水、碘酒

Fe（OH）3胶体、淀粉胶体、蛋白胶体

泥水、油水

（3）胶体的制备

①反应法—Fe（OH）3胶体的制备

将1—2mLFeCl3饱和溶液滴入20mL沸水中，加热至液体呈红褐色

Fe3＋＋

Fe（OH）3（胶体）＋3H＋

a.不能过度加热，以免发生聚沉。

b.用蒸馏水，不用自来水，因自来水中的电解质会使胶体聚沉。

②溶解法—如淀粉和蛋白质溶解于水直接得到胶体（又叫高分子溶液）。

③机械法—将固体颗粒直接研磨成胶粒的大小，如碳素墨水等。

（4）胶体的分类

（5）胶体的提纯——渗析

使分子或离子通过半透膜从胶体里分离的操作叫做渗析。

利用渗析可以除去胶体中的小分子或离子，以提纯胶体。

2.胶体的性质

（1）丁达尔现象

当一束强光透过胶体时，可以看到一条光亮的通路，这种现象叫做丁达尔现象。

用这种方法可以区别溶液和胶体。

丁达尔现象是胶粒对光散射引起的。

（2）布朗运动

在胶体里，胶粒不断地进行无规则运动，这种运动叫做布朗运动。

布朗运动是胶粒受分散剂分子运动撞击的结果，它使胶粒保持悬浮状态，而不容易沉降，这是胶体稳定的原因之一。

（3）电泳现象

在外电场的作用下，胶体微粒（高分子除外）就会在分散剂里向阳极或阴极作定向移动，这种现象叫做电泳现象。

①这一现象说明胶体颗粒带电。

②胶粒带电原因：

胶体离子具有比较大的表面积，能吸附带电离子而带电。

但整个胶体是电中性的。

③胶体稳定的主要原因：

同一胶体的胶粒带有同种电荷，彼此相互排斥，这是胶体不易聚集，比较稳定的主要原因。

④胶粒带电规律：

一般说来，金属氢氧化物、金属氧化物的胶粒吸附阳离子而带正电荷，非金属氧化物、金属硫化物的胶粒吸附阴离子而带负电荷。

（4）胶体的聚沉

减少或消除胶粒所带的电荷，使胶体颗粒聚集成较大的颗粒而沉淀出来，这个过程叫胶体的聚沉。

使胶体聚沉的主要方法有①加入少量电解质②加入胶粒带相反电荷的胶体③加热

聚沉不同于盐析。

盐析是指某些物质的溶液和某些大分子形成的胶体溶液，当加入某些无机盐时，使分散质的溶解度降低而析出的过程。

该过程具有可逆性。

3.胶体的应用

（1）石膏、盐卤电豆腐

（2）明矾净水原理（3）土壤保肥作用

（4）血液透析原理、血清纸上电泳（5）制有色玻璃

（6）海河交界处易形成三角洲（7）工业电泳除尘

【解题方法指导】

例1.如下图所示，通电后，A极上析出Ag。

对该装置的有关叙述正确的是（）

A.P是电源的正极

B.F极上发生的反应为4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑

C.通电后，甲、乙、丙三池中除了E、F两极外，其它电极都参加了反应

D.通电后，甲池溶液的pH减小，而乙、丙两池溶液的pH不变

答案：

B

解析：

此题属于电化学的综合题，涉及原电池、电解池、电镀池的有关问题。

如果未掌握判断电极名称的原理和方法，缺乏电极反应以及分析电解液pH变化等知识，很容易出现错误。

选A者，错误在于未理解“阴极还原”、“负极连阴极”的判断电极的原理，A极上析出Ag说明溶液中的银离子在A极上得到电子被还原成银，故A为阴极，则P是电源的负极。

选C者，错误在于只注意惰性电极不参加反应，不清楚阴极无论是惰性电极还是活性电极均不参加电极反应，A、C两电极作为阴极均未参加反应。

选D者，是由于不知道如何依据电解原理分析电解液pH的变化。

乙、甲两池均为电镀池，电解液的pH均不变，丙池是电解NaHSO4溶液，实际是电解水，由于NaHSO4溶液显酸性，电解后，溶液浓度增大，酸性增强，pH减小。

B选项中，F极为惰性阳极，水电离出的OH－失电子，发生氧化反应，故正确。

例2.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熔融盐混合物作电解质，CO为阴极燃气，空气与CO2的混合气体为阳极燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：

阳极反应式2CO＋2CO32－＝4CO2＋4e－阴极反应式：

________________________，总电池反应式__________________。

2CO2＋O2＋4e－＝2CO32－2CO＋O2＝2CO2

题目中的阳极就是发生氧化反应的一极，也就是原电池中的负极，这从题目中给的电极反应也可看出。

在写阴极反应式时，应想到题目给的阳极反应式中消耗了CO32－，阴极上O2得电子生成CO32－的话，一定会有介质中的CO2参与，这样，阴极反应式就容易写出。

总反应式，可有两极反应式相加得到，也可据经验直接写出。

空气中含适量CO2的作用就是为了平衡、保持电解质液组成、浓度恒定。

例3.（2006重庆）铅蓄电池是典型的可充型电池，它的正负极隔板是惰性材料，电池总反应式为：

Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO42－

请回答下列问题（不考虑氢、氧的氧化还原）：

（1）放电时：

正极的电极反应式是_________________；

电解液中H2SO4的浓度将变；

当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加g。

（2）在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按下图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成、B电极上生成，此时铅蓄电池的正负极的极性将。

（1）PbO2＋2e－＋4H＋＋SO42－＝PbSO4＋2H2O小48

（2）PbPbO2对换

原电池里正极上得电子、负极上失电子。

根据电池总反应式，正极反应为：

PbO2＋2e－＋4H＋＋SO42－＝PbSO4＋2H2O

负极反应为：

Pb_2e－＋SO42－＝PbSO4质量增加

2mol96g

1molx

求得x＝48g

电解池里与电源正极相连的电极（阳极）上失电子、与电源负极相连的电极（阴极）上得电子。

则阳极反应为PbSO4_2e－＋2H2O＝PbO2＋4H＋＋SO42－；

阴极反应为PbSO4＋2e－＝Pb＋SO42－。

根据图示，电解一段时间后，原PbO2极（阴极）变成Pb，原Pb极（阳极）变成PbO2，即正负极对换。

【考点突破】

【考点指要】

1.复习原电池知识时，应通过铜____锌原电池工作原理的分析，掌握原电池工作的一般原理，掌握原电池构成条件及电极反应式和电池反应式的写法，并能根据对原电池工作原理的理解，将一些简单的自发进行的氧化还原反应设计成原电池。

要了解几种重要化学电源的工作原理。

要掌握金属电化腐蚀的原理，理解金属防护的一般方法。

2.复习电解原理及应用时，要通过电解氯化铜溶液为例，理解电解池工作原理，掌握电解池构成条件及电极反应式和电池反应式的写法，要理解并记住阴、阳离子放电顺序，尤其是在阳极上（阳极材料决定在本极上放电的物质），要会分析用惰性电极电解不同类型的电解质溶液时电极反应的特点，电解质浓度的变化，pH变化等，理解铜的电解精炼和电镀的原理、氯碱工业的工作原理及实际操作过程。

3.复习胶体时，要通过三种分散系的比较，掌握胶体的本质特征。

要掌握氢氧化铁胶体的制取原理及方法、胶体的性质和提纯等知识点。

从近几年的高考试题来看，电化学知识是高考命题的重要内容，经常出现在高考试题中。

由于电化学常常涉及到物理学中的串联电路、并联电路及相关物理量（电流强度、电量等），无疑，这一交汇点正反映了理科综合测试的精神，展望它将成为综合测试的热点。

胶体知识

也有时出现在高考题中。

命题主要集中在对胶体性质和提纯的考察上，命题有向着胶体知识与科技生活生产相结合的问题的趋势。

本部分内容，有时以选择题形式出现，有时与元素化合物知识联系以填空题的形式出现，分值大约在5～10分之间。

【典型例题分析】

例4.（2005北京）XYZW为按原子序数由小到大排列的四种短周期元素。

已知①X可分别与YW形成X2Y，X2Y2，XW等共价化合物；

②Z可分别与Y、W形成Z2Y，Z2Y2，ZW等离子化合物。

请回答

（1）Z2Y的化学式是。

（2）Z2Y2与X2Y反应的化学方程式是。

（3）如图所示装置，两玻璃管中盛满滴有酚酞溶液的ZW饱和溶液，C（Ⅰ）C（Ⅱ）为多孔石墨电极，接通S1后C（Ⅰ）附近溶液变红，两玻璃管中有气体生成。

一段时间后（两玻璃管中液体未脱离液面），断开S1，接通S2，电流表的指针发生偏转。

此时：

C（Ⅰ）的电极名称是（填写正极或负极）；

C（Ⅱ）的电极反应式是。

（4）铜屑放入稀硫酸中不发生反应，若在稀硫酸中加入X2Y2，铜屑可逐渐溶解，该反应的离子方程式是。

（1）Na2O

（2）2Na2O2＋2H2O＝4NaOH＋O2↑

（3）负极Cl2＋2e－＝2Cl－（4）Cu＋H2O2＋2H＋＝Cu2＋＋2H2O

（1）因X2Y，X2Y2，XW为共价化合物，那么形成化合物的元素一般为非金属，若假设X为＋1价，Y则为－2、－1价，可很容易想到X为氢，Y为氧，Z的原子序数比Y大，又为＋1价的短周期元素，只能是钠元素（3）W为－1价，又是短周期的原子序数比钠大的元素，只有氯合题意。

所以，开始电解的是NaCl溶液。

C（I）附近溶液变红，说明C（I）是阴极，H＋放电成为H2，C（II）为阳极，Cl-放电成为Cl2。

断开S1，接通S2，电流表的指针发生偏转说明构成了原电池。

此原电池中C（I）为负极，H2－2e－＋2OH－＝2H2O；

C（Ⅱ）为正极，Cl2＋2e－＝2Cl－（4）H2O2具有强氧化性，在酸性条件下，可把铜氧化。

例5.（2004重庆）在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。

上层液体中插入两根电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒，可上下搅动液体，装置如下图。

接通电源，阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。

停止通电，取出电极，由搅棒上下剧烈搅动，静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。

根据上述实验回答：

（1）阳极上的电极反应式为。

（2）阴极上的电极反应式为。

（3）原上层液体是。

（4）原下层液体是。

（5）搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是。

（6）要检验上层液体中含有的金属离子，其方法是，现象是。

答案：

（1）2I――2e－＝I2

（2）2H＋＋2e－＝H2↑

（3）KI（或NaI）水溶液

（4）CCl4（或CHCl3）

（5）I2在CCl4中的溶解度大于水中的溶解度，所以绝大部分I2都转移到CCl4中

（6）焰色反应透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫色（其它合理答案同样给分，如答NaI溶液时，这里火焰呈黄色）

接通电源后能发生电解，说明上层是电解质的水溶液，下层是密度比水大的不溶于水的有机溶剂。

阳极产物的水溶液呈现棕色，被下层的有机溶剂萃取后呈紫色，说明原来是I－，在阳极放电后成为I2。

阴极上是H＋，放电变成了氢气。

上层是可溶于水的碘化物的水溶液，常见的是KI（或NaI）水溶液，下层的常见有机溶剂是CCl4（或CHCl3）（不能是苯或汽油，它们的密度比水小）。

【达标测试】时间：

40分钟

一.选择题

1.下列实验操作中正确的是（）

A.利用电泳现象区别溶液和胶体

B.用滤纸过滤除去溶液中的胶体粒子

C.用渗析的方法除去胶体中的离子或分子，以净化胶体

D.向Fe（OH）3胶体中加入足量的AgNO3溶液，以除去胶体中的氯离子

2.下列过程通电后才能进行的是（）

①电离②电解③电镀④电泳⑤电化腐蚀

A.①②③B.②③④C.②④⑤D.①②③④⑤

3.下列叙述中不正确的是（）

A.电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应

B.原电池跟电解池连接后，电子从电池负极流向电解池阳极

C.电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化作用

D.电解饱和食盐水，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气

4.用铂作电极电解某种溶液，通电一段时间，溶液pH的变小，并且在阳极得到0.56L气体，阴极得到1.12L气体（两种气体均在相同条件下测定）。

由此可知溶液可能是（）

A.稀盐酸B.K