电解知识点及经典习题解析

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电解原理及其应用经点答疑

【学法旨要】

1.“电解原理及应用”的学法旨要是什么?

(1)注意与前后知识的联系.

学生在高二时曾学过原电池,他们对于化学能与电能的相互转化关系可以说只学了一半.“电解原理及应用”一单元在此基础上,结合新学的化学反应及能量变化等知识,进一步介绍了电能转变为化学能,使学生对电化学的知识认识得比较全面.而且,教材在内容的引入及对化学原理进行分析时,都十分注意充分运用学生已有的知识基础.(2)教材内容比较广泛,但教学层次相对较低.

“电解原理及应用”涉及电解原理及三种工业生产知识,如电解精炼铜,电镀铜,氯碱工业等,内容比较丰富,但对教学内容的要求,却不是很高.教材以电解原理为一条线,把这三种工业生产串在一起.教学中对这三种工业生产的要求也不相同,电解精炼铜和电镀铜,只是重在反应原理;对氯碱工业则要求了解生产原理和主要设备,而对于以氯碱工业为基础的化工生产只是做了常识性介绍.

(3)在学习生产时,只注重化学反应原理,不要求生产细节.

“电解原理及其应用”教材涉及三种化工生产,在介绍这些知识时,重点介绍反应原理,只简介典型设备,而不讲生产的细节.例如,介绍离子膜电解槽时,只简单介绍关键部件,而不详细介绍电解槽内部结构;介绍食盐水精制时,只介绍化学反应原理和进一步精制的原理,而没有介绍反应设备和离子交换塔等.

(4)注意化工生产与环境保护的关系.

当前环境问题日益引起人们的关注,化工生产过程中产生的“废气、废渣、废水”等都会污染环境.因此,教材在介绍电镀和氯碱工业时,都十分强调减少污染,保护环境.2.学习“电解原理及其应用”一章的学习目标是什么?

(1)电解原理:能区别电解质溶液导电与金属导电的异同,能分析电极上发生的反应,理解电解和电解槽的概念.

(2)电解原理的一些重要的应用:铜的电解精炼与电镀铜的异同.

(3)电解饱和食盐水实验:电解实验装置;通电前溶液中存在的离子;通电后离子如何运动;电极上发生了什么反应.

(4)电解法制碱的初步知识:电解槽的电解原理;原料(食盐水)的精制;离子膜法电解制碱的主要生产流程等.注意,学习时以化学反应原理为主,对生产设备及生产细节不做过多要求.

(5)以氯碱工业为基础的化工生产:对氯碱工业有个初步认识;写出其中部分化学反应方程式,借以复习相关知识,并理解应用化学知识的重要性.

【经点答疑】

1.什么是电解及电解池?

(1)电解:融熔状态的电解质或电解质溶液,在直流电作用下,在两个电极上发生氧化还原反应的过程叫电解.

(2)电解池:将电能转化为化学能的装置,即发生电解反应的装置.

①形成电解池的三个条件:直流电源;电极、电解质溶液(或融熔状态的电解质);闭合回路.

②两极及其反应:与外接电源正极相连的是阳极,与电源负极相连的是阴极;阳极附近离子(包括活泼的阳极金属)将失电子,称为“阳极氧化”;阴极附近的离子将发生失电子的反应,称作“阴极还原”;阳极产物是氧化剂,阴极产物是还原剂.

(3)下图是用Pt 电极电解2CuCl 溶液的示意图.

像Pt 、石墨这样的电极的化学性质比较稳定,在作阳极时不会失去电子而变为离子进入溶液中,被称为“惰性电极”;而其他活泼金属作成的电极作为阳极时,失电子首先并不是溶液中的阴离子,而是金属电极本身.

例1 用两支惰性电极插入500mL 的3AgNO 溶液中,通电电解.当电解质溶液的pH 由6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出,且电解液在电解前后体积变化可以忽略),则电极上析出银的质量是( )

A .27mg

B .54mg

C .108mg

D .216mg

思路启迪 根据离子放电顺序,先写出两极的电极反应式:

阳极:

O

2H O 4e

4OH 22+↑-- ①

阴极:

4Ag 4e 4Ag ++

为了求整个电解反应方程式,须将阳极反应进行一下处理,因为是电解水溶液,尽管实际参与反应的是-

OH 离子,但体系中主要是水,用水直接表示反应会更确切:

++↑-4H O 4e

O 2H 22 ③

②+③得总的电解反应式:++

+↑+↓+4H O 4Ag

O 2H 4Ag 22电解

不难推导出:用惰性电极电解3AgNO 溶液时,发生的反应为:

32234HNO O 4Ag O

2H 4AgNO +↑++电解

因为有3HNO 生成,所以pH 要变小.生成3HNO 的物质的量为5.0)10(106

3⨯--- mol 105.03-⨯≈,所以析出银的质量为54m g g/m ol 108m ol 105.03

=⨯⨯-

规范解法 B

点评 必须能正确书写电解池的电极反应式和总的反应式.已知两个电极反应式,写总反应式并不难,只要使两个电极反应得失电子数相等后,将两式相加,消去相同的化学式即可.

例2 从有关资料上查得含有-

272O Cr (重铬酸根)的酸性工业废水,可采用如下的处理方

法,向工业废水中加入适量的食盐,以铁为电极通直流电进行电解,经过一段时间后,废水

的pH 上升,从可溶性的-

272O Cr 转变为难溶的3)Cr(OH 而被除去,同时还有3)Fe(OH 沉淀生成,

该工业废水可达排放标准,简要回答下列各问:

(1)写出阳极和阴极的电极反应式.

(2)简要说明电解除铬的化学原理,并写出相应反应的离子方程式及加入NaCl 的目的. (3)能否用石墨电极代替铁电极达到除铬的目的?简述其原因.

思路启迪 本题给出了工业上处理含有-

272O Cr 酸性废水的方法,要求同学接受题目中给

出的新信息,结合电解质溶液的有关理论,回答试题提出的新问题.

分析题目给出的信息,可以知道电解法除铬(-272O Cr )的关键,在于要把可溶性的

-

272O Cr 离子通过氧化还原反应,转变成为可溶性的+3Cr ,还要再通过复分解反应,把可溶性的+

3Cr 转变为难溶的3)Cr(OH ,以达到除去工业废水中可溶性铬的目的,要实现这一系列变化,就要

解决两个问题:一个是要有一个适当的还原剂,以便在酸性条件下把-272O Cr 还原为+3Cr ;另

一个是把-

272O Cr 变为+

3Cr 的过程中,要使溶液的pH 不断升高,使工业废水由酸性变为碱性.题

目给出的以Fe 作电极和3)Fe(OH 沉淀的出现,提示给我们+2Fe 是使-272O Cr 变为+3Cr 过程中的

还原剂,所以,以Fe 为电极,电解含NaCl 的工业废水,则是产生+

2Fe 还原剂和提高溶液pH 这两个问题的正确解决途径.由此看出,整个电解除铬的过程,从阳极Fe 的溶解产生+

2Fe ,

到+2Fe 与-

272O Cr 间的氧化还原反应;从阴极+

H 的放电,到-OH 离子浓度的上升,到+3Cr 与

-OH ,+3Fe 与-OH 间的离子反应.几乎涉及到电解质溶液理论的方方面面,没有对电解质溶

液理论的深刻理解,没有灵活运用理论解决实际问题的能力,就无法找到本题的正确解题思路.

规范解法

(1)阳极:

+

-2Fe 2e

Fe

阴极:

++2H 2e

2H

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