高中化学必修 1 电化学基础(3)教学设计
授课人:董 xx
①理解原电池原理,初步了解化学电源。
教学目标: ②理解电解原理,了解铜的电解精炼、镀铜、氯碱工业反应原理。
③原电池和电解池电极判断以及电极方程式书写。
教学重点: 原电池原理、理解电解原理、电极方程式书写
教学难点: 原电池和电解池电极判断以及电极方程式书写
教学方法: 分析比较法
教学过程: 第三课时
基础知识精析
二、电解池
1.电解原理
(1)电解池:把电能转变为化学能的装置叫做电解池
(2)电解原理:使电流通过电解质溶液,而在电解池的阴阳两极引起氧化
还原反应。
(3)电解池的组成:
①直流电源 ②电极(活性或惰性) ③电解液(水溶液或熔化态)
(4)阴、阳极的判断
①阳极:与电源正极相连,发生氧化反应,失去电子。
②阴极:与电源负极相连,发生还原反应,得到电子。
电子不下水,离子不上岸。
(5)电子和离子移动方向
a.电子:从电源负极流向电解池的阴极;从电解池的阳极流向电源的正极。
b.离子:阳离子移向电解池的阴极;阴离子移向电解池的阳极。2.电解时电极产物的判断
①阳极产物判断:还原性强的先放电
首先看电极,如果是活性电极(金属活动顺序表 Ag 以前),则电极材料失电
子,电极被溶解,溶液中的阴离子不能失电子。
Cu-2e-=Cu2+ Fe-2e-= Fe 2+
如果是惰性电极(Pt、Au、石墨),则要再看溶液中的离子的失电子能力。根
据阴离子放电顺序加以判断。
阴离子放电顺序:S2->I->Br->Cl-> OH->含氧酸根
2C1--2e-=C12↑ 4OH 一-4e—=2H2O+ O2↑ 或 2H2O-4e-===O2↑+4H+
②阴极产物的判断:氧化性强的先放电
直接根据阳离子放电顺序进行判断,阳离子放电顺序:
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+ >H+>Pb2+> Fe2+>Zn2+> A13+>Na+
Cu2++2e 一=Cu 2H++2e 一=H2 ↑ 或 2H2O+2e 一=H2↑+2OH 一
【特别说明】
a.一般未做说明的情况下,电极为惰性电极。
b.离子放电顺序受外界条件的影响可发生变化。
c.阴极电极本身都不反应,一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。
d.最常用、最重要的放电顺序是:阳极,Cl->OH-;阴极:Ag+>Cu2+>H
+。
e.电解水溶液时,K+~Al3+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。
3.电解方程式的书写方法
以写出用石墨作电极电解 CuSO4 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:Cu2+、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:Cu2+>H+;阳极:OH->SO。
第三步:写电极反应式和总的电解方程式。
阴极:2Cu2++4e-===2Cu;阳极:2H2O-4e-===O2↑+4H+。根据得失电子数相等,两极反应式相加得总方程式:2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑
+2H2SO4。
4.用惰性电极电解电解质溶液的类型
①电解水型:
若电解质溶液中阳离子在 H+之后,阴离子在 OH-之后,实质是电解水,电解
产物为:H2 和 O2 ,如电解 Na2SO4 溶液。若电解质为强酸(含氧酸)和强碱则电解
产物也为 H2 和 O2.
②分解电解质型:
若电解质溶液中阳离子在 H+之前,阴离子在 OH-之前,电解的物为:金属单
质和非金属单质,如电解 CuCl2 溶液。
③放氢生碱型:
若电解质溶液中阳离子在 H+之后,阴离子在 OH-之前,电解产物为:H2 和非
金属单质,如电解 NaCl 溶液。
④放氧生酸型:
若电解质溶液中阳离子为 H+之前,阴离子为 OH-之后,电解产物为:金属单
质和 O2,如电解 Cu(NO3)2 溶液。
5.常见的电解反应(未说明为惰性电极):
①电解 CuCl2 溶液
阳极:2C1-+2e-=C12↑ 阴极:Cu2++2e 一=Cu
总反应:Cu2++2C1-= Cu+C12↑
②电解盐酸
阳极:2Cl--2e-===Cl2↑ 阴极:2H++2e-===H2↑
2HClCl2↑+H2↑
③电解 NaCl 溶液
阳极:2C1--2e-=C12↑
阴极: 2H2O+2e 一=H2↑+2OH 一
总反应:2C1-+2H2O=C12↑+H2↑+2OH 一 总方程式:2NaCl+2H2O =C12↑+H2↑+2NaOH
④电解 CuSO4 溶液
阳极:2H2O-4e-===O2↑+4H+ 阴极: 2Cu2++4e-===2Cu
总反应:2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4。
⑤电解 AgNO3 溶液
阳极:2H2O-4e-===O2↑+4H+ 阴极:4Ag++4e-===4Ag
总反应:4 AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3
⑥电解 NaOH 溶液
阳极:4OH 一-4e—=2H2O+ O2↑ 阴极:4H2O+4e—=2H2↑+4OH 一
总反应:2H2O=2H2↑+ O2↑
⑦电解 H2SO4 溶液
阳极:2H2O-4e-===O2↑+4H+ 阴极: 4 H++4 e-===2H2↑
总反应:2H2O=2H2↑+ O2↑
⑧电解 Na2SO4 溶液
阳极:2H2O-4e-===O2↑+4H+ 阴极:4H2O+4e 一=2H2↑+4OH 一
总反应:2H2O=2H2↑+ O2↑
⑨铜做阳极,石墨做阴极,电解 H2SO4、NaCl 或 NaOH 溶液:
ⅰ、阳极:Cu-2e-===Cu2+ 阴极:2H++2e-===H2↑
总反应:Cu+2H+===H2↑+Cu2+
ⅱ、阳极: Cu-2e-===Cu2+ 阴极:2H2O+2e—=H2↑+2OH 一
总反应: Cu+4H2O===Cu(OH)2+H2↑
⑩铁做阳极,石墨做阴极,电解 H2SO4、NaCl 或 NaOH 溶液:
ⅰ、阳极: Fe-2e-=== Fe 2+ 阴极:2H++2e-===H2↑
总反应:Fe+2H+=H2↑+ Fe2+
ⅱ、阳极: Fe-2e-=== Fe 2+ 阴极:2H2O+2e—=H2↑+2OH 一
总反应:Fe+2H2O=H2↑+ Fe (OH)2
【特别说明】在电解池中,为了减少阳极反应和阴极反应的相互影响,常常在电解池中间
用隔膜将其分为两个区。若为阳离子交换膜只允许阳离子通过;若为阴离子交换
膜只允许阴离子通过;若为质子交换膜只允许氢离子通过。
6.电解后溶液的还原
(1)方法:
根据电解时离开溶液的物质(气体和析出的金属)的元素组成,设计出一种
化合物加入到电解后的溶液中,加入的物质可以与电解生成的新溶质反应生成原
电解质。若电解时只有电解质本身电解或电解的实质是电解水,则直接加电解质
或加水即可。
口诀:缺什么加什么,缺多少加多少。
(2)要求:①电解质和浓度与原溶液完全相同。②加入物能与新溶质反应。
(3)实例:
例如,电解 NaCl 溶液,加等质量的 HCl;电解 CuCl2 溶液加等量的 CuCl2,
电解 Na2SO4 溶液,加等质量的 H2O,电解 CuSO4 溶液,加等质量的 CuO 。
电解质 HCl CuCl2 H2SO4 NaOH Na2SO4 NaCl CuSO4 AgNO3
加入物质 HCl CuCl2 H2O H2O H2O HCl CuO Ag2O
7.电解后电解质溶液 pH 变化的判断
①若电解时只放出 H2,不放出 O2,电解后溶液 pH 升高。如电解 NaCl 溶液。
②若电解时只放出 O2 不放出 H2,电解后溶液 pH 降低。如电解 CuSO4 溶液。
③若电解时既放出 O2 又放出 H2,电解的实质是电解水,电解后溶液 pH 取
决于原溶液的 pH。若原溶液的 pH 大于 7,则电解后溶液 pH 升高;若原溶液的
pH 小于 7,则电解后溶液 pH 降低。
④若电解时既不放出 O2 又不放出 H2,电解的实质是电解电解质本身,电解后
溶液 pH 取决于原溶液的 pH。若原溶液的 pH 大于 7,则电解后溶液 pH 降低;
若原溶液的 pH 小于 7,则电解后溶液 pH 升高。
【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)
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 NaCl 溶液复原,滴加盐酸可以吗?
(2)上表中要使电解后的 CuSO4 溶液复原,加入 Cu(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 NaCl 溶液时析出的是等物质的量的 Cl2 和 H2,所以应通入氯化氢气体,
加入盐酸会引入过多的水。
(2)同理,使 CuSO4 溶液复原应加入 CuO,而加入 Cu(OH)2 也会使溶液的浓度
降低。
4.在框图推断中若出现“A+H2OB+C+D”的模式,则 A 一般可能为什么
物质?
答案 CuSO4、NaCl(KCl)或 AgNO3,要视其他条件而定。
8.电解原理的应用
① 氯碱工业:电解饱和食盐水制取氯气和烧碱
电极反应:阳极:2C1-+2e-=C12↑ 阴极:2H++2e 一=H2 ↑
总反应:2C1-+2H2O=C12↑+H2↑+2OH 一
总反应方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
【注意】电解前应除去食盐溶液中的 Ca2+、Mg2+、SO4一等杂质离子。
②电解法冶炼金属 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。
电极反应:
阳极:2Cl--2e-===Cl2↑;阴极:2Na++2e-===2Na。2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑
工业上冶炼铝:阳极:6O2--12e-=3O2 ↑ 阴极:4Al3++12e-=4Al
总反应:2A12O3=4Al+3O2↑
③电镀:
电镀是一种特殊的电解,要求镀件作阴极,镀层金属作阳极,含有镀层阳离
子的溶液作电解液。电镀时,电解质溶液的浓度理论上保持不变。
例如:电镀铜的电极反应为:阳极:Cu-2e-=Cu2+阴极: Cu2++2e-= Cu
电镀银的电极反应为:阳极:Ag-e-===Ag+;阴极:Ag++e-===Ag。
④电解精炼:
电解精炼的原理与电镀是相同的。电极精炼是将不纯的金属做阳极,纯金属
做阴极,含该金属离子的溶液做电解液。
电极材料:阳极为粗铜;阴极为纯铜。
电解质溶液:含 Cu2+的盐溶液。
电极反应:
阳极:Cu-2e-==Cu2+、Zn-2e-==Zn2+、Fe-2e-==Fe2+、Ni-2e-==Ni2
+;
阴极:Cu2++2e-===Cu。
深度思考
1.(1)电解氯化钠溶液时,如何用简便的方法检验产物?
答案 阳极产物 Cl2 可以用淀粉KI 试纸检验,阴极产物 H2 可以通过点燃检验,
NaOH 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 Cl2 混合爆炸,防止 Cl2 与溶液中的 NaOH 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 Zn、Fe、Ni 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。
9、电化学计算
(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、溶液 pH 的计算、相对原
子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。
(2)方法技巧
①根据电子守恒计算
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。
②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。
根据放电顺序准确写出两电极的电极反应式,以阴、阳两极得失电子数相等
为纽带,对两极产物进行计算。
③根据关系式计算
根据得失电子守恒定律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。
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。
【练习】:如图所示,A 中为 a 为 Cu 、b 为 Zn ,溶液为 0.3mol/L 500mL
H2SO4 ;B 中为 c 为 C、b 为 C,溶液为 0.5mol/L 500mL NaCl .若 a 极放出
1.12L H2 时,问:①b 极质量变化是多少?c、d 共放出气体多少 L? ②A、B 中的
pH 分别为多少?〖教后记〗
题组训练
题组一 电解原理和电解规律的考查
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.CuSO4 B.NaOH C.BaCl2 D.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.NaCl B.Na2CO3 C.CuSO4 D.K2S
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.右图为直流电源电解稀 Na2SO4 水溶液的装置。通电后在石墨电极 a 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,a 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
C.a 电极附近呈红色,b 电极附近呈蓝色
D.a 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。Na+、H+移向 a 极,在 a 极 H+放电产生 H2,a 极附近 c(OH
-)>c(H+),石蕊试液变蓝。所以产生的气体体积 a 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 MgCl2 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 NaCl 溶液
阳极反应式___________________________;
阴极反应式____________________________;
总化学方程式___________________________。
(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--4e-===O2↑+2H2O 4Ag++4e-===4Ag
4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+
(2)2Cl--2e-===Cl2↑ 2H++2e-===H2↑
Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑
(3)Fe-2e-===Fe2+ 2H++2e-===H2↑
Fe+2H2OFe(OH)2↓+H2↑
(4)Cu-2e-===Cu2+ 2H++2e-===H2↑
Cu+2H+Cu2++H2↑
5.Ⅰ.以铝材为阳极,在 H2SO4 溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极电极
反应式为______________________。
Ⅱ.用 Al 单质作阳极,石墨作阴极,NaHCO3 溶液作电解液进行电解,生成难
溶 物 R , R 受 热 分 解 生 成 化 合 物 Q 。 写 出 阳 极 生 成 R 的 电 极 反 应 式 :
__________。
答案 Ⅰ.2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+
Ⅱ.Al+3HCO-3e-===Al(OH)3+3CO2↑
解析 Ⅰ.依据信息阳极形成的氧化膜一定为 Al 2O3,Al 失电子生成 Al2O3,
Al2O3 中的氧是由水提供的,溶液显酸性,所以有 H+生成;Ⅱ.Al 作阳极,失电
子,生成 Al3+,Al3+水解显酸性,溶液中的 HCO 水解显碱性,两者水解互相促
进,生成 Al(OH)3 和 CO2。
6.CuI 是一种不溶于水的白色固体,可以由反应:2Cu2++4I-===2CuI↓+I2
得到。现以石墨为阴极,以 Cu 为阳极电解 KI 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)2Cu+4I--4e-===2CuI↓+I2
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:6.8~8.0,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化的叙述正确的是
________(填编号);
①A 管溶液由红变黄;② B 管溶液由红变黄;③ A 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 a 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 + +2e - ===H2 ↑(或 2H 2O+2e - ===2OH - +H 2 ↑) Mg 2 + +2OH -
===Mg(OH)2↓
(3)4OH--4e-===2H2O+O2↑(或 2H2O-4e-===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 MgSO 4 是强酸弱碱盐,在水溶液中存在 Mg2++2H2O
Mg(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化反应,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+的氧化性大于 Mg2+的氧化性,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++2e-===H2↑(或 2H2O+2e-===2OH-+H2↑)
Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
在 B 管中:4OH--4e-===2H2O+O2↑(或 2H2O-4e-===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 a,
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,用石墨电极电解氯化铜溶液。查阅资料可知,CuCl 显黄色,
氯化铜溶液显蓝绿色或黄绿色;向体积相同浓度分别为 0.01 mol·L-1,0.05 mol·L-
1,0.1 mol·L-1,0.5 mol·L-1 的氯化铜溶液中加入 NaCl 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KI 试纸
(2)Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑
(3)阴极 Cu2+放电后,Cu2+与 Cl-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
Cu(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 Cl-放电产生 Cl2,故颜色为黄绿色;检验
Cl2 可用湿润的淀粉KI 试纸,若试纸变蓝,则确定为氯气。
(2)电解氯化铜的离子方程式为 Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑。
(3)由题目所给信息,Cu2+与 Cl-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 Cu2+放电后,Cu2+与 Cl-浓度比值减小而呈现黄绿色。
(4)随着反应的进行,Cu2+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 Cu(OH)2。
(5)电解氯化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。
电解原理的应用
1.工业废水中常含有一定量的 Cr2O,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 Fe 作电极电解含 Cr2O 的酸
性废水,最终将铬转化为 Cr(OH)3 沉淀,达到净化目的。下列有关说法不正确的
是( )
A.电解时选用 Fe 作阳极,石墨棒作阴极
B.阴极附近的沉淀只有 Cr(OH)3
C.阳极附近发生反应的离子方程式是 Cr2O+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++
7H2O
D.消耗 1 mol Cr2O,将有 336 g Fe 消耗,因此要定期更换铁电极
答案 B
解析 Fe 作阳极,反应产生 Fe2+,Fe2+与 Cr2O 发生氧化还原反应,Fe2+被氧
化为 Fe3+,Cr2O 被还原为 Cr3+;阴极是 H+得到电子,导致阴极附近溶液的碱性
增强,Fe3+、Cr3+都会变为 Fe(OH)3、Cr(OH)3 沉淀,B 错误;消耗 1 mol Cr2O,
必消耗 6 mol Fe2+,根据 Fe 守恒,将有 6 mol Fe 消耗,质量 336 g。
2.使用氯化钠作原料可以得到多种产品。
(1)实验室用惰性电极电解 100 mL 0.1 mol·L-1 NaCl 溶液,若阴阳两极均得到
112 mL 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
溶液体积的变化)。
(2)某学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化
钠溶液,通电时,为使 Cl2 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。对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是________。
A.a 为正极,b 为负极;NaClO 和 NaCl
B.a 为负极,b 为正极;NaClO 和 NaCl
C.a 为阳极,b 为阴极;HClO 和 NaCl
D.a 为阴极,b 为阳极;HClO 和 NaCl
(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 Fe(OH)2 沉淀。某
同学利用上图装置,只更换一个电极,通过电解法制取较纯净的 Fe(OH)2 沉淀,且较长时间不变色。该同学换上的电解材料是__________(用元素符号表示),总
的反应式是_______________。
答案 (1)0.1 mol·L-1 (2)B (3)Fe Fe+2H2OFe(OH)2↓+H2↑
3.某小组同学认为,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来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。
(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数______(填“大于”、“小于”或“等于”)
通过阳离子交换膜的离子数。
(2)制得的氢氧化钾溶液从出口______(填“A”、“B”、“C”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、氧气和氢氧化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)4OH--4e-===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+4e-===4OH-
解析 溶液中的 OH-在阳极失电子产生 O2:4OH--4e-===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
++2e-===H2↑,则从 C 口放出 H2,从 D 口导出 KOH 溶液。因 SO 所带电荷数
大于 K+所带电荷数,SO 通过阴离子交换膜,K+通过阳离子交换膜,所以通过
阳离子交换膜的离子数大于通过阴离子交换膜的离子数。O2、H2、KOH 溶液构
成燃料电池时,O2 在电池正极放电:O2+4e-+2H2O===4OH-。