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第23讲电解池金属的电化学腐蚀与防护-2-基础梳理考点突破对点演练电解原理1.电解-3-基础梳理考点突破对点演练2.电解池工作原理示意图名师点拨(1)“活泼电极”一般指Pt、Au以外的金属。金属活动性顺序中银以后的金属或非金属作电极时,称为惰性电极,主要有铂(Pt)、石墨等。(2)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,即电子不通过电解质溶液。-4-基础梳理考点突破对点演练3.电解池中电极反应式的书写步骤-5-基础梳理考点突破对点演练名师点拨(1)书写电解池的电极反应式时,可以用实际放电的离子表示,但书写电解池的总反应时,H2O要写成分子式。如用惰性电极电解食盐水时,阴极反应式为2H++2e-==H2↑(或2H2O-2e-==H2↑+2OH-)总反应式为2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑(2)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。(3)最常用、最重要的放电顺序为阳极:Cl-OH-;阴极:Ag+Cu2+H+。(4)电解水溶液时,K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+等不可能在阴极放电,即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。-6-基础梳理考点突破对点演练1.判断电解池阴、阳极的常用方法判断方法阳极阴极电源正负极与正极相连与负极相连闭合回路导线中电子流出电子流入电解质溶液中阳离子移离阳离子移向阴离子移向阴离子移离电极反应得失电子失电子得电子化合价升高降低反应类型氧化反应还原反应电极质量减小或不变增大或不变-7-基础梳理考点突破对点演练2.做到“两看”,正确书写电极反应式(1)一看电极材料,若是金属(Au、Pt除外)作阳极,金属一定被电解(注:Fe生成Fe2+)。(2)二看介质,介质是否参与电极反应。-8-基础梳理考点突破对点演练3.以惰性电极电解电解质溶液的规律类型实例阴、阳极电极反应总反应方程式pH电解质溶液复原电解水型NaOH(aq)2H++2e-H2↑、4OH--4e-2H2O+O2↑2H2O2H2↑+O2↑增大加水H2SO4(aq)减小加水Na2SO4(aq)不变加水电解电解质型HCl(aq)2H++2e-H2↑、2Cl--2e-Cl2↑2HClH2↑+Cl2↑增大加氯化氢CuCl2(aq)Cu2++2e-Cu、2Cl--2e-Cl2↑CuCl2Cu+Cl2↑—加氯化铜-9-基础梳理考点突破对点演练类型实例阴、阳极电极反应总反应方程式pH电解质溶液复原放H2生碱型NaCl(aq)2H++2e-H2↑、2Cl--2e-Cl2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑增大加氯化氢放O2生酸型CuSO4(aq)Cu2++2e-Cu、4OH--4e-O2↑+2H2O2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑减小加氧化铜-10-基础梳理考点突破对点演练4.电化学的相关计算电化学涉及的反应是氧化还原反应,各电极上转移电子的物质的量相等,无论是单一电池还是串联电解池,均可抓住电子守恒计算。(1)解题关键。①电极名称要区分清楚;②电极产物要判断准确;③各产物间量的关系遵循电子得失守恒。-11-基础梳理考点突破对点演练(2)三种计算方法。①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。②根据电子守恒计算。a.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。b.用于混合溶液中电解的分阶段计算。③根据关系式计算。根据得失电子守恒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。-12-基础梳理考点突破对点演练如以通过4mole-为桥梁可构建如下关系式:4e-~2Cl2(Br2、I2)~O2阳极产物~2H2~2Cu~4Ag~4𝑛M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,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×1.60×10-19C来计算电路中通过的电量。-13-基础梳理考点突破对点演练例1(2018全国Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示,其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为:①EDTA-Fe2+-e-==EDTA-Fe3+②2EDTA-Fe3++H2S==2H++S+2EDTA-Fe2+-14-基础梳理考点突破对点演练该装置工作时,下列叙述错误的是()A.阴极的电极反应:CO2+2H++2e-==CO+H2OB.协同转化总反应:CO2+H2S==CO+H2O+SC.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性答案解析解析关闭根据图示可知,ZnO@石墨烯电极上发生还原反应,则该电极为阴极,电极反应式为CO2+2H++2e-==CO+H2O,A项正确;根据题干信息及图中两电极上的反应可知,该电化学装置(电解池)中的总反应为CO2+H2S==CO+S+H2O,B项正确;石墨烯作阳极,ZnO@石墨烯作阴极,阳极上的电势应高于阴极上的电势,C项错误;若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性,否则Fe3+、Fe2+可形成沉淀,且H2S和S不能稳定存在,D项正确。答案解析关闭C-15-基础梳理考点突破对点演练考向一电极反应式、电解总反应式的书写1.(2018天津一中月考)处理高浓度乙醛废水的原理:2CH3CHO+H2OCH3CH2OH+CH3COOH。使用惰性电极电解,以一定浓度的CH3CHO–Na2SO4溶液为电解质溶液模拟工业处理,其装置如图所示:(1)电解过程中,两极除分别生成乙酸和乙醇外,均产生无色气体,阳极的电极反应式分别为:4OH--4e-==O2↑+2H2O;。(2)在实际处理过程中,阴极区乙醛的去除率可达60%。若在两极区分别注入1m3乙醛的含量为300mg·L-1的废水,可得到乙醇kg(结果保留2位小数)。-16-基础梳理考点突破对点演练答案:(1)CH3CHO+H2O-2e-==CH3COOH+2H+(2)0.19解析:(1)阳极上发生氧化反应,除氢氧根离子被氧化为氧气外,还发生乙醛被氧化为乙酸的反应,对应的电极反应式为CH3CHO-2e-+H2O==CH3COOH+2H+。(2)阴极上发生反应:CH3CHO+2e-+2H+==CH3CH2OH,因阴极区乙醛的去除率可达60%,所以注入1m3乙醛的含量为300mg·L-1的废水,生成乙醇的质量是1000L×300mg·L-1×60%×10-3g·mg-1÷44g·mol-1×46g·mol-1≈188.2g≈0.19kg。-17-基础梳理考点突破对点演练2.(2018甘肃武威第十八中学高三上期末)下图装置可实现二氧化碳到一氧化碳的转化。(1)电源的正极为(填“A”或“B”)。(2)阴极的电极反应式为。答案:(1)B(2)CO2+H2O+2e-==CO+2OH-解析:由图中信息可知,该装置为电解池,与A相连的电极上发生二氧化碳到一氧化碳的转化,二氧化碳被还原,所以该电极是电解池的阴极,A为电源负极,B为电源正极。因为电解质溶液是呈碱性的碳酸钾溶液,所以阴极的电极反应式为CO2+H2O+2e-==CO+2OH-。-18-基础梳理考点突破对点演练考向二电解规律的应用3.(2018辽宁重点高中协作校高三月考)用惰性电极电解下列溶液,一段时间后,阴极质量增加且溶液pH减小的是()A.NaOH溶液B.NaCl溶液C.AgNO3溶液D.H2SO4溶液C解析:用惰性电极电解NaOH溶液,实质上是电解水,生成H2和O2,阴极质量不变,电解液的pH增大,A项不符合;用惰性电极电解NaCl溶液,阴极是H+放电生成H2,阳极是Cl-放电生成Cl2,阴极质量不变,电解液的pH增大,B项不符合;用惰性电极电解AgNO3溶液的生成物是O2、HNO3和Ag,阴极产生Ag,质量增加,电解液的pH减小,C项符合;用惰性电极电解稀硫酸,实质上是电解水,生成H2和O2,阴极质量不变,电解液的pH减小,D项不符合。-19-基础梳理考点突破对点演练考向三电化学的相关计算4.(2018湖南师大附中高三月考)用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液,通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1molCu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则电解过程中转移的电子为()A.0.2molB.0.4molC.0.6molD.0.8molB解析:Cu(OH)2从组成上可看成CuO·H2O,向所得的溶液中加入0.1molCu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH,则电解了0.1molCuSO4和0.1molH2O,由电解CuSO4的总反应式2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4可知电解0.1molCuSO4转移电子为0.2mol,由电解水的总反应式2H2O2H2↑+O2↑,可知电解0.1molH2O时转移电子为0.2mol,所以电解过程中共转移电子为0.2mol+0.2mol=0.4mol。-20-基础梳理考点突破对点演练5.500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3−)=0.6mol·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2.24L气体(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为500mL,下列说法正确的是()A.原混合溶液中c(K+)为0.2mol·L-1B.上述电解过程中共转移0.2mol电子C.电解得到的Cu的物质的量为0.05molD.电解后溶液中c(H+)为0.2mol·L-1答案解析解析关闭用石墨作电极电解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2.24LO2可推知电解过程中共转移0.4mol电子,而在生成2.24LH2的过程中转移0.2mol电子,所以Cu2+共得到0.4mol-0.2mol=0.2mol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0.1mol。电解前后分别有以下守恒关系:c(K+)+2c(Cu2+)=c(NO3-),c(K+)+c(H+)=c(NO3-),则电解前c(K+)=0.2mol·L-1,电解后c(H+)=0.4mol·L-1。答案解析关闭A-21-基础梳理考点突破对点演练电解原理的应用1.电解饱和食盐水-22-基础梳理考点突破对点演练2.电解精炼铜-23-基础梳理考点突破对点演练3.电镀铜-24-基础梳理考点突破对点演练4.电冶金-25-基础梳理考点突破对点演练电解原理应用的四点注意事项1.阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例),只允许阳离子(Na+)通过,而阻止阴离子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通过,这样既能防止H2与Cl2混合发生爆炸,又能避免Cl2与NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱的质量。2.电解或电镀时,电极质量减少的电极必为金属电极——阳极;电极质量增加的电极必为阴极,即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。3.电解精炼铜时,粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子,变成金属阳离子进入溶液,其他活动性弱于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2+浓度会逐渐减小。4.电镀时,阳极(镀层金属)失去电子的数目与阴极镀层金属离子得到电子的数目相等,因此电镀液中电解质的浓度保持不变。-26-基础梳理考点突破对点演练例2(2018安徽安庆高三联考)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,其原理如图所示(电极材料为石墨)。下列有关叙述不正确的是()A.图中a极连接电源的负极B.A口放出的物质是氢气,C口放出的物质是