第23讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护

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×1.60×1019 C来计算电路中通过的电量。
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考考点点一一
考点二
考点三
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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
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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
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(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。
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 2.24 L O2 可推知电解过程中共转移 0.4 mol 电子,而在生成 2.24 L H2 的过程中转移 0.2 mol 电子,所以 Cu2+ 共得到 0.4 mol-0.2 mol=0.2 mol 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 0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关
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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。
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如以通过4 mol e-为桥梁可构建如下关系式:
4e-~2Cl2
(Br2、I2)~O2
~
2H2~2Cu~4Ag~
4 ������
M
阳极产物
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
电极区发生反应为:
①EDTA-Fe2+-e-==EDTA-Fe3+ ②2EDTA-Fe3++H2S==2H++S+2EDTA-Fe2+
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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+H2O
2H2O 2H2↑+O2↑
2H++2e-
H2↑、2Cl--2eCl2↑
2HCl H2↑+Cl2↑
Cu2++2e-
Cu、2Cl--2e- CuCl2
Cl2↑
Cu+Cl2↑
增大 加水 减小 加水
不变 加水
增大
加氯 化氢
加氯 — 化铜
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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( C ) A.NaOH溶液 B.NaCl溶液
C.AgNO3溶液 D.H2SO4溶液 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
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。
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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 关闭
为C 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。
2H2SO4+ O2↑+2H2O 2Cu+O2↑
增大 减小
加氯 化氢
加氧 化铜
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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。
(结果保留2位小数)。
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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+。
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。
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-。
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关闭
根据BC..图协石示同墨可转 烯知化 上,Z总 的nO反 电@应 势石比:墨COZ烯n2+电OH@极2S石上==墨发C生烯O还+上H原的2O反低+应S ,则该电极为阴极,电极 反应D.式若为采C用O2F+e23H+/+F+e22e+-取==代COE+DHT2AO,-AF项e3+正/E确D;T根A据-F题e2+干,溶信液息需及为图中酸两性电极
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1.电解
电解原理
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2.电解池工作原理示意图
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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0.1 mol Cu(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( B )
解析 答答案案
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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+H2O CH3CH2OH+CH3COOH。使用惰性电极电解,以一定浓度的
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。
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1.判断电解池阴、阳极的常用方法
解水的总反应式 2H2O 2H2↑+O2↑,可知电解 0.1 mol H2O 时转移 电子为 0.2 mol,所以电解过程中共转移电子为 0.2 mol+0.2 mol=0.4 mol。
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关闭
判断方法 电源正负极
导线中 闭合 回路 电解质溶液中
电极 反应
得失电子 化合价 反应类型 电极质量
阳极 与正极相连 电子流出 阳离子移离 阴离子移向 失电子 升高 氧化反应 减小或不变
阴极 与负极相连 电子流入 阳离子移向 阴离子移离 得电子 降低 还原反应 增大或不变
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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1 m3乙醛的含量为300 mg·L-1的废水,可得到乙醇 kg
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3.以惰性电极电解电解质溶液的规律
类型 实例
电解 水型
NaOH(aq) H2SO4(aq) Na2SO4(aq)
电解 电解 质型
HCl(aq) CuCl2(aq)
阴、阳极电极 反应
总反应方程式
pH
电解质溶 液复原
2H++2e-
H2↑、 4OH--4e2H2O+O2↑
(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1 m3乙醛的含量为300 mg·L-1的废水,
生成乙醇的质量是1 000 L×300 mg·L-1×60%×10-3 g·mg-1÷44
g·mol-1×46 g·mol-1≈188.2 g≈0.19 kg。
考点二
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3.电解池中电极反应式的书写步骤
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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-+2H2O
2OH-+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
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类型 实例
放 H2 生碱 NaCl(aq) 型
放 O2 生酸 CuSO4(aq) 型
阴、阳极电极 反应
总反应方程式
pH
电解质溶 液复原
2H++2e-
2NaCl+2H2O
H2↑、2Cl--2eCl2↑
2NaOH+H2↑ +Cl2↑
Cu2++2e-
2CuSO4+
Cu、4OH--4e- 2H2O
A.0.2 mol B.0.4 mol
C.0.6 mol
D.0.8 mol
解析:Cu(OH)2 从组成上可看成 CuO·H2O,向所得的溶液中加入 0.1
mol Cu(OH)2 后恰好恢复到电解前的浓度和 pH,则电解了 0.1 mol
CuSO4 和 0.1 mol H2O,由电解 CuSO4 的总反应式 2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4 可知电解 0.1 mol CuSO4 转移电子为 0.2 mol,由电