变化多端的铜阳极
六年级 记叙文 2648字 129人浏览 桔子摄影小编

变化多端的铜阳极

【基本资料】

【经典例题1】

铜作电极,电解硫酸溶液

一开始——阳极: Cu -2 e-= Cu2+

,阳极附近变蓝,阴极:产生氢气

一段时间以后——阳极: Cu -2 e-= Cu2+

,阴极:产生氢气的同时,得到金属铜,最后无气体产生。

这是最常见的铜作电极的情况。

依据:Cu + + e-= Cu φ=0.52和Cu 2+ + 2 e-= Cu φ=0.337

可以看出,在酸性条件下或中性条件下,金属铜作阳极时,铜一般是得到铜离子。 【经典例题2】

用铜电极电解饱和食盐水时 两极发生的电极反应分别为:

阳极:2Cu-2e -+2Cl-=2CuCl(氧化反应)

阴极:2H 20+2e-=20H-+H2(还原反应)

依据:Cu 2+ + 2 e-= Cu φ=0.337和Cu 2++Cl-+e-= CuCl 0.559得

Cu +Cl-+e-= CuCl φ=0.222

可以看出,金属铜,在含有氯离子的情况下,金属铜更容易氧化为亚铜离子。(φ=0.222小于φ=0.337)

CuCl 为白色沉淀,当在U 形管底部与阴极电解生成的OH -离子相遇时,生成更难溶的橙

黄色沉淀CuOH(CuCl、CuOH 的溶度积分别为1.2×10-6和1.2×10-14

)

反应方程式如下: CuCl+OH-==CuOH+Cl-

随后,CuOH 部分分解成红色的Cu 2O ,得到CuOH 、Cu 20的混合物。 2CuOH(橙黄)=Cu2O(红色)+H2O

阳极一侧白色浑浊逐渐变为浅蓝色是由于CuCI 被氧化的结果。 4CuCl+O2+4H2O==3CuO·CuCl 2·3H 2O+2HCl

另外,Cu 2O 经H 2SO 4酸化发生歧化反应,生成Cu 2+

和Cu

Cu2O+2H+==Cu2+

+Cu+ H2O

Cu 2O 、CuOH 溶于氨水,形成稳定的无色络合物[Cu(NH3) 2]+,[Cu(NH3) 2]+

在空气中很快被

氧化成深蓝色(绛蓝色) 的[Cu(NH3) 4]2+

:

Cu 2O +4NH3·H2O = 2[Cu(NH3) 2]+(无色)+2OH- + 3H2O

4[Cu(NH3) 2]+ +8NH3·H 2O + O2 = 4[Cu(NH3) 4]2+(绛蓝色)+4OH- + 6H2O

【经典例题3】

依据以上讨论,假如电解KI 溶液,依据CuI + e- = Cu+I-,φ=-0.1852,以铜为电极

材料,则应该可以得到CuI 沉淀。

但是,I -也具有强还原性,可能会得到I 2

理由是I 3– + 2 e -= 3I –,φ=0.545,Cu 2+ + 2 e -= Cu φ=0.337 Cu+ + e -= Cu φ=0.52

随着反应的进行,I -离子浓度降低,CuI + e- = Cu+I-的电位将变大。金属铜就无法得

到CuI 沉淀,这个时候就发生了铜失去电子变为铜离子,于是就可能反生铜离子和碘离子之间的氧化还原反应。

典型例题如下

CuI 是一种不溶于水的白色固体。如图所示装置中,a 、b 都是惰性电极,Cu 的还原性随碘离子的浓度变化而变化。烧杯中盛有碘化钾溶液,中间

有一半透膜,膜的左边有淀粉溶液。通电一段时间后,U 形

管的a 极附近溶液变红色,则按要求回答下列问题:

(1)电源的X 极是 ▲ 极

(2)通电后烧杯中出现白色固体,请写出溶液中生成白色

固体的有关离子方程式: ▲

(3)通电一段时间后烧杯半透膜的左侧溶液出现蓝色

后又消失,用文字解释消失的原因是 ▲

(4)通电结束后取出铜片称量,铜片质量减少了0.64g ,则U 形管中PH 的范围为 ▲

(反应后氯化钠溶液体积为100ml 。已知lg2=0.3)

若在KBr 、KCN 等其他可以与亚铜离子形成配合物的情况,也会出现以上情况,即铜作阳极时,主要得到亚铜。

这可能和铜的核外电子排布有关,因为铜的基态电子排布式为1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1,因此,铜失去一个电子是“合法”的。

但是,我们常见的铜的离子,却主要是铜离子而不是亚铜离子,这主要可能是水溶液造

成的,因为Cu +离子在酸性条件下,很容易歧化得到Cu 2+和Cu 。

这也是醛和新制的Cu(OH)2反应需要在碱性条件下进行的一个重要原因。

【经典例题4】

1. 电解饱和的氯化铜溶液(都是石墨作电极),最后的产物却不是金属铜

2.CuCl 的溶度积:Ksp(CuCl)=1.2×10-6

3. 计算Cu 2+ + Cl– + e = CuCl(固) 的电极电位

假设c (Cl–) = 1.0 mol·L–1时,

E(Cu2+ /CuCl) =E (Cu 2+/Cu +)+0.0592lgc (Cu+)

= E q (Cu 2+/Cu +)+0.0592lg{1/Ksp(CuCl)}

= 0.158+0.0592lg(1/1.2´10-6)

= 0.518 V

则Cu 2+ + Cl– + e = CuCl(固) 电极电位为0.518,和以上数据(0.559)有差异,即和实验数据有差异,但无显著差异,说明计算合理。

显然,c (Cl–) 越大,则Cu 2+ + Cl– + e = CuCl(固) 电极电位越大

【分析】

1. 标准电极电位越大的离子氧化性越强,得电子的能力越强。

2. 显然,比较上述有关数据表明,Cu 2+ + Cl – + e = CuCl 最容易发生,其次是Cu 2+ + 2e - = Cu。

3. 由于存在[(CuH2O) 4]2++4Cl-==[CuCl4]2-的平衡,使得溶液中的c (Cl–) 减少,则Cu 2+ + Cl –

+ e = CuCl(固) 电极电位会变小,则得到的CuCl 的“机会”将减少。

4. 但无任怎样只要CuCl 2溶液的浓度越大,则得到CuCl 会越多。

【结论】

1. 对电解浓氯化铜溶液时, 阴极出现" 黑色" 现象的原因做了初步的探究, 得出其" 黑色"

并非是由微小铜粒产生的, 而是生成的Cu +与溶液中的Cu 2+和Cl -形成的配合离子或某些二聚

物,使得溶液可能会变成“酱油色”、“棕黄色”、“黑色”的情况。

2. 因此,电解氯化铜为了得到金属铜和氯气,则必须使用浓度较低的氯化铜溶液,如1mol/L以下的溶液,甚至更低效果反而更好。

【经典例题5】

设计Cu 和盐酸或硫酸反应得到氢气的反应,问现象是否相同,实验有何区别?