電解原理學(xué)案VIP

1、電解原理學(xué)案 整理：趙衛(wèi)軍 審查：王杰 校對：張昱祥 2012/3/16學(xué)習(xí)目標1.理解電解池的工作原理。2.能熟練書寫電解池的電極反應(yīng)式和電池總反應(yīng)方程式。3.了解電解飽和食鹽水、電鍍、電解精煉銅以及電冶金等電解原理的應(yīng)用。4.熟練應(yīng)用電子得失守恒進行電解的計算。重點·難點1、 電極反應(yīng)方程式的書寫及電解產(chǎn)物的判斷。2、 有關(guān)電解的應(yīng)用及計算。1電解的概念使電流通過_而在陰、陽兩極引起_的過程。2電解池(1)概念：將_轉(zhuǎn)化為_的裝置。(2)構(gòu)成(如圖)_(3)工作原理電極名稱陰極陽極實驗現(xiàn)象有_析出有_生成反應(yīng)類型_反應(yīng)_反應(yīng)電極反應(yīng)式電池反應(yīng)3.如圖所示的裝置能夠組成電解池的是(

2、)A B C D4工作原理5下列關(guān)于電解池的敘述中，正確的是()A電解池中的閉合回路僅是由電子的定向運動形成的B金屬導(dǎo)線中電子從電源的負極流向電解池的陽極，從電解池的陰極流向電源的正極C在電解質(zhì)溶液中，陰離子向陰極運動，陽離子向陽極運動D相同時間內(nèi)，陽離子在陰極上得到的電子數(shù)與陰離子在陽極上失去的電子數(shù)相等6電解池中陰、陽兩極的判斷方法(1)通過直流電源的連接：陽極連接電源_極；陰極連接電源_極。(2)通過發(fā)生的反應(yīng)：陽極發(fā)生_反應(yīng)；陰極發(fā)生_反應(yīng)。(3)通過電子流向及反應(yīng)中電子得失：陽極電子_，反應(yīng)中_電子。陰極電子_，反應(yīng)中_電子。7電解飽和食鹽水(1)電極反應(yīng)式陽極：發(fā)生_反應(yīng) _。陰極

3、：發(fā)生_反應(yīng) _。(2)總反應(yīng)式化學(xué)方程式：_。離子方程式：_。(3)關(guān)于電解NaCl水溶液，下列敘述正確的是()A若在陰極附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈無色B若在陽極附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色C電解時在陽極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉D電解一段時間后，將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中，充分攪拌后溶液呈中性8電鍍(1)定義：電鍍是應(yīng)用_原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他_或_的方法。(2)電鍍池的構(gòu)成(3)電鍍目的：使金屬增強_能力，增加美觀和表面硬度。(4)在鐵制品上鍍一定厚度的鋅層，以下方案設(shè)計正確的是()A鋅作陽極，鍍件作陰極，溶液中含有鋅離子B鉑作陰極，鍍件作陽極，溶液中含有鋅離子C鐵

4、作陽極，鍍件作陰極，溶液中含有鋅離子D鋅作陰極，鍍件作陽極，溶液中含有鋅離子9電解精煉銅(1)裝置(2)電極反應(yīng)(3)陽極泥銅的電解精煉過程中，粗銅中_的金屬與其他不溶性雜質(zhì)混在一起沉積在電解池底部形成的物質(zhì)。(4)在某鍍件上鍍銅時，電鍍液中CuSO4的濃度如何變化？電解精煉銅時，電解液中CuSO4的濃度如何變化？10電冶金(1)金屬冶煉的本質(zhì)：使礦石中的_獲得電子，從它們的化合物中_出來。如Mnne=M。(2)電冶金：電解是最強有力的氧化還原手段，適用于一些_單質(zhì)的制取，如冶煉_等活潑金屬。(3)電解熔融的氯化鈉陽極反應(yīng)： _；陰極反應(yīng)： _；總反應(yīng)： _。一、電解時電極產(chǎn)物的判斷及電極反應(yīng)

5、式的書寫1電解產(chǎn)物的判斷(1)陽極產(chǎn)物活性電極：_失電子，_被溶解。惰性電極：溶液中陰離子放電，放電順序：S2>_>_>_>_>含氧酸根(如SO、NO)。若S2、I、Br、Cl放電，產(chǎn)物分別是_、_、_、_。若OH放電，則得_和_。(2)陰極產(chǎn)物溶液中陽離子放電。放電順序：_>Hg2>_>_>H，H放電產(chǎn)物為_。2電極反應(yīng)式的書寫(1)確定電極：與電源正極相連的為_極，與電源負極相連的為_極。(2)確定電極反應(yīng)陽極：活潑電極(如Ag、Cu、Fe等)為陽極，則電極_失電子。惰性電極(如Pt、石墨等)為陽極，則_失電子。陰極：電解質(zhì)溶液中_得電

6、子。(3)寫電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式的書寫可概括為：列物質(zhì)，標得失；選離子，配電荷；配個數(shù)，巧用水。典例1Cu2O是一種半導(dǎo)體材料，基于綠色化學(xué)理論設(shè)計的制取Cu2O的電解池示意圖如下，電解總反應(yīng)為：2CuH2OCu2OH2。下列說法正確的是()A石墨電極上產(chǎn)生氫氣B銅電極發(fā)生還原反應(yīng)C銅電極接直流電源的負極D當有0.1 mol電子轉(zhuǎn)移時，有0.1 mol Cu2O生成變式訓(xùn)練1寫出用惰性電極電解下列電解質(zhì)溶液的電極反應(yīng)式及電解反應(yīng)的化學(xué)方程式：(1)Ba(OH)2：_；(2)CuCl2：_；(3)KCl：_；(4)AgNO3：_。注意用惰性電極電解電解質(zhì)水溶液時，若使電解后的溶液恢復(fù)原狀態(tài)，應(yīng)遵

7、循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原則，一般加入陰極產(chǎn)物與陽極產(chǎn)物的對應(yīng)元素組成的化合物。例如電解CuSO4溶液，發(fā)生反應(yīng)2CuSO42H2O2CuO22H2SO4，若使溶液恢復(fù)原狀態(tài)，可向溶液中加入CuO，若加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3會使溶液中水量增多，CuSO4溶液被稀釋。典例2采用惰性電極從NO、SO、H、Cu2、Ba2、Ag、Cl等離子中，選出適當?shù)碾x子組成電解質(zhì)，對其單一成分的溶液進行電解：(1)兩極分別放出H2和O2時，電解質(zhì)的化學(xué)式可能是_。(2)若陰極析出金屬，陽極放出O2時，電解質(zhì)的化學(xué)式可能是_。(3)兩極分別放出氣體，且體積比為11時，電解質(zhì)的化學(xué)式可能是

8、_。變式訓(xùn)練2用惰性電極電解飽和Na2CO3溶液，若保持溫度不變，則一段時間后()A溶液的酸性增強Bc(Na)與c(CO)的比值增大C溶液濃度變大，有晶體析出D溶液濃度不變，有晶體析出變式訓(xùn)練3某同學(xué)按圖所示的裝置進行電解實驗。下列說法正確的是()若將稀H2SO4換為濃硫酸，現(xiàn)象相同石墨電極也可改為Pt電極整個電解過程中，H的濃度不斷增大電解一定時間后，滴入酚酞試液，電解液變紅A BC D二、電解飽和食鹽水如右圖所示安裝儀器，電極材料為石墨，電解質(zhì)溶液為飽和食鹽水。1飽和食鹽水中存在哪些離子？在電場中它們的移動方向如何？2根據(jù)已學(xué)知識檢驗兩極的氣體產(chǎn)物。3寫出電極反應(yīng)式和電解反應(yīng)的化學(xué)方程式并

9、指明陰極和陽極?，F(xiàn)象電極反應(yīng)式陰極陽極電解反應(yīng)的化學(xué)方程式：_陰極：與電源負極相連的電極；陽極：與電源正極相連的電極。典例1取一張用飽和NaCl溶液浸濕的pH試紙，兩根鉛筆芯作電極，接通直流電源，一段時間后，發(fā)現(xiàn)a電極與試紙接觸處出現(xiàn)一個雙色同心圓，內(nèi)圓為白色，外圈呈淺紅色。則下列說法錯誤的是()Ab電極是陰極Ba電極與電源的正極相連接C電解過程中，水是氧化劑Db電極附近溶液的pH變小變式訓(xùn)練1某學(xué)生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液。通電時，為使Cl2被完全吸收，制得有較強殺菌能力的消毒液，設(shè)計了如圖的裝置，則對電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是()Aa

10、為正極，b為負極；NaClO和NaClBa為負極，b為正極；NaClO和NaClCa為陽極，b為陰極；HClO和NaClDa為陰極，b為陽極；HClO和NaCl三、銅的精煉和電鍍1銅的精煉過程中，粗銅中的雜質(zhì)(鋅、鐵、鎳、銀、金和鉑等)是怎樣被除去的？2電鍍銅、精煉銅的比較電鍍銅精煉銅形成條件_作陽極，_作陰極，電鍍液必須_作陽極，_作陰極，_作電解液電極反應(yīng)陽極：_陽極：_陰極：_陰極：_溶液濃度變化典例2 冶煉銅礦石所獲得的銅通常含有鋅、鐵、鎳、銀、金和鉑等微量雜質(zhì)，俗稱粗銅。工業(yè)上通常通過電解法除去這些雜質(zhì)制得精銅，以提高銅的使用價值，擴大銅的應(yīng)用范圍。(幾種金屬的相對原子質(zhì)量是：Fe5

11、6，Ni59，Cu64，Zn65，Ag108，Au197)請完成下列問題：(1)一般來說，電解精煉銅的初始電解質(zhì)溶液里的陽離子是_，寫出銅的電解精煉過程中的陰極反應(yīng)式_。(2)如果轉(zhuǎn)移0.020 mol e，下列說法中一定正確的是_。陰極質(zhì)量增加0.64 g陽極質(zhì)量減少0.64 g電解質(zhì)溶液的質(zhì)量保持不變電解質(zhì)溶液的溫度保持不變變式訓(xùn)練2在50 mL 0.2 mol·L1的CuSO4溶液中插入兩個電極通電電解(不考慮水分蒸發(fā))。則：(1)若兩極均為銅片，試說明電解過程中溶液濃度的變化情況：_。(2)若陽極為純鋅，陰極為銅片，陽極反應(yīng)式是_。(3)如不考慮H在陰極上放電，當電路中有0.

12、04 mol e通過時，陰極增重_g，陰極上的電極反應(yīng)式是_。四、有關(guān)電解的計算1電解的有關(guān)計算常涉及的問題(1)兩極產(chǎn)物的定量計算；(2)溶液pH的計算：pHlgc(H)；(3)相對原子質(zhì)量的計算和阿伏加德羅常數(shù)的值的測定；(4)根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的量求產(chǎn)物的量或根據(jù)產(chǎn)物的量求轉(zhuǎn)移電子的量。2解決電解問題的基本思路模式(1)通電前：電解質(zhì)溶液中含有哪些陰、陽離子(包括水電離出的H和OH)。(2)通電時：陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，結(jié)合放電順序分析誰優(yōu)先放電。(3)寫電極反應(yīng)式，并結(jié)合題目要求分析電解結(jié)果，如兩極現(xiàn)象、電解質(zhì)溶液中pH的變化、離子濃度的變化等。3步驟(1)根據(jù)與電源的連接情況或?qū)?/p>

13、驗現(xiàn)象，準確判斷電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)的類型和電極名稱；(2)準確寫出電極反應(yīng)式；(3)根據(jù)題目所給條件和所要求解的問題，使用上述合適的方法建立等量關(guān)系求解。典例3將含0.4 mol CuSO4和0.4 mol NaCl的水溶液1 L，用惰性電極電解一段時間后，在一個電極上得到0.3 mol 銅，求在另一個電極上析出的氣體在標準狀況下的體積是()A5.6 L B6.72 LC13.44 L D11.2 L例2將500 mL 0.1 mol·L1的CuSO4和1 mol·L1的NaCl混合溶液，用石墨為電極電解。一段時間后在陽極收集到4.48 L(標準狀況下)氣體，溶液體積幾

14、乎沒有變化。求：(1)陰極析出銅的質(zhì)量。(2)電解后溶液中NaCl的物質(zhì)的量濃度。(3)電解后溶液中c(OH)的濃度。變式訓(xùn)練21.0 L等物質(zhì)的量濃度的KNO3和Cu(NO3)2的混合液中c(NO)4.0 mol·L1。用石墨作電極電解此溶液，當通電一段時間后，兩極均收集到22.4 L氣體(標準狀況下)，則原混合液中c(K)為()A0.5 mol·L1 B1.0 mol·L1C1.5 mol·L1 D2.0 mol·L1變式訓(xùn)練12008年5月12日我國四川汶川發(fā)生特大地震，為防止在大災(zāi)之后疫病流行，全國各地向災(zāi)區(qū)運送了大量的各種消毒液，如N

15、aClO溶液。某校探究性學(xué)習(xí)小組對消毒液次氯酸鈉(NaClO)的制備與性質(zhì)等進行了探究。甲同學(xué)：為制備消毒液，探究并制作了一種家用環(huán)保型消毒液(NaClO溶液)發(fā)生器，設(shè)計了如圖所示的裝置，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液。請完成下列問題：若通電時，為使生成的Cl2被完全吸收，制得有較強殺菌能力的消毒液，則電源的a電極名稱為_極(填“正”、“負”、“陰”或“陽”)，與其相連的電極的電極反應(yīng)式為_；裝置溶液中反應(yīng)生成NaClO的離子方程式為_乙同學(xué)：從某超市中查詢到某品牌消毒液包裝說明的部分內(nèi)容摘錄如下：主要有效成分為次氯酸鈉，有效氯含量8 00010 000 mg·L1。可用于各類家居

16、用品、餐具、棉織衣物等的消毒，對彩色織物可能有褪色作用。切勿用于絲綢、毛、尼龍、皮革、油漆表面，勿用于鋁、銅、碳鋼制品。本品須密封，置陰涼暗處保存。請完成以下實驗探究過程：.閱讀材料，根據(jù)學(xué)過的知識判斷問題(1)當負極有1 mol氣體生成時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為_mol，在_極(填“正”或“負”)滴入紫色石蕊試液會變紅，在_極(同上)滴入酚酞試液會變紅。(2)該消毒液還具有的化學(xué)性質(zhì)是_(填序號)。A強氧化性 B強還原性C不穩(wěn)定性 D漂白性E弱酸性參考答案課前準備區(qū)1電解質(zhì)溶液氧化還原反應(yīng)2(1)電能化學(xué)能(2)直流電源兩個電極電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)構(gòu)成閉合回路(3)紅色的物質(zhì)黃綠色氣體還原氧

17、化Cu22e=Cu2Cl2e=Cl2Cu22ClCuCl23C4從左右，從上下：陰陽陽陰5.D6(1)正負(2)氧化還原(3)流出失流入得7(1)氧化2Cl2e=Cl2 還原 2H2e=H2(2)2NaCl2H2O2NaOHH2Cl22Cl2H2OCl2H22OH(3)B電解食鹽水時發(fā)生的反應(yīng)：陽極：2Cl2e=Cl2陰極：2H2e=H2總反應(yīng)：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2對照分析選項，C錯誤；陽極附近的溶液中會溶有少量的Cl2，滴加KI溶液后發(fā)生反應(yīng)：Cl22I=I22Cl，溶液呈棕色，B正確；陰極附近產(chǎn)生大量的OH，滴加酚酞后變紅色，A錯誤；電解后生成NaOH，溶液呈堿性，D錯誤

18、。8(1)電解金屬合金(2)鍍層金屬待鍍的金屬制品含有鍍層金屬離子的溶液(3)抗腐蝕(4)A9(1)粗銅精銅(2)Cu2e=Cu2Cu22e=Cu(3)不如銅活潑(4)鍍銅時，電鍍液中CuSO4的濃度保持不變；電解精煉銅時，電解液中CuSO4的濃度減小。10(1)金屬離子還原(2)活潑金屬鈉、鈣、鎂、鋁(3)2Cl2e=Cl22Na2e=2Na2NaCl(熔融)2NaCl2課堂活動區(qū)一、電解時電極產(chǎn)物的判斷及電極反應(yīng)式的書寫1(1)電極自身電極IBrClOHSI2Br2Cl2H2OO2(2)AgFe3Cu2H22(1)陽陰(2)自身電解質(zhì)溶液中陰離子陽離子典例1A由電解總反應(yīng)可知，Cu參加了反

19、應(yīng)，所以Cu作電解池的陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，B選項錯誤；石墨作陰極，電極反應(yīng)為2H2e=H2，A選項正確；陽極與電源的正極相連，C選項錯誤；陽極反應(yīng)為2Cu2OH2e=Cu2OH2O，當有0.1 mol電子轉(zhuǎn)移時，有0.05 mol Cu2O生成，D選項錯誤。變式訓(xùn)練1(1)陽極：4OH4e=2H2OO2陰極：4H2O4e=2H24OH總反應(yīng)式：2H2O2H2O2(2)陽極：2Cl2e=Cl2陰極：Cu22e=Cu總反應(yīng)式：CuCl2CuCl2(3)陽極：2Cl2e=Cl2陰極：2H2e=H2總反應(yīng)式：2KCl2H2O2KOHH2Cl2(4)陽極：4OH4e=2H2OO2陰極：4Ag4e=4Ag

20、總反應(yīng)式：4AgNO32H2O4AgO24HNO3典例2(1)HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2(2)Cu(NO3)2、CuSO4、AgNO3(3)HCl、BaCl2解析(1)當生成H2、O2時，相當于電解水，是含氧酸、強堿、活潑金屬的含氧酸鹽的電解，符合要求的有HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2。(2)若有金屬析出、O2放出，是不活潑金屬的含氧酸鹽的電解，符合要求的有Cu(NO3)2、CuSO4、AgNO3。(3)兩極分別放出氣體且體積比為11，則應(yīng)是放出H2、Cl2，符合要求的有HCl、BaCl2。變式訓(xùn)練2D變式訓(xùn)練3B二、電解飽和食鹽水1在飽和食鹽水中，存在著Na、Cl、H、O

21、H四種離子；通電時Na、H向陰極移動，Cl、OH向陽極移動。2陽極產(chǎn)物：用玻璃棒粘一塊濕潤的KI­淀粉試紙靠近陽極，一會兒發(fā)現(xiàn)試紙變藍，說明陽極放出的氣體是Cl2。陰極產(chǎn)物：用一小試管在陰極收集產(chǎn)生的氣體，待收集滿后，用拇指堵住管口，移到酒精燈火焰旁，松開拇指，若聽到“噗”的一聲，則說明收集的氣體是H2。3有無色無味氣體產(chǎn)生2H2e=H2有黃綠色有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生2Cl2e=Cl22NaClH2OH2Cl22NaOH典例1D用惰性電極電解NaCl溶液，其電極反應(yīng)分別為：陰極：2H2e=H2陽極：2Cl2e=Cl2，由于a極出現(xiàn)了雙色同心圓，內(nèi)圓為白色，外圈呈淺紅色，則a極為電解池

22、的陽極，因為產(chǎn)生的Cl2與水反應(yīng)生成HCl和HClO，HCl使pH試紙顯紅色，HClO具有漂白性，使pH試紙褪色，b極為陰極，H得電子產(chǎn)生H2，H來源于H2O的電離，因此在b極又同時生成了OH，因此b極附近pH增大。變式訓(xùn)練1B三、銅的精煉和電鍍1粗銅中的鋅、鎳、鐵等比銅活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)溶解變成金屬陽離子進入溶液；銀、金、鉑等不如銅活潑的金屬，在電解過程中不發(fā)生反應(yīng)，沉積在電解池的底部形成陽極泥。而陰極只有Cu2放電，Zn2、Ni2、Fe2等留在了電解質(zhì)溶液中。2鍍層金屬鍍件含有鍍層金屬的離子粗銅精銅CuSO4溶液Cu2e=Cu2Cu22e=CuZn2e=Zn2，Cu2e=Cu2等Cu2

23、2e=Cu電鍍液的濃度基本不變?nèi)芤褐腥苜|(zhì)濃度減小典例2 (1)H和Cu2Cu22e=Cu(2)解析電解精煉銅的電解質(zhì)溶液一般為用硫酸酸化了的硫酸銅溶液，其中的陽離子是H和Cu2。粗銅中Fe、Zn、Ni均有可能放電轉(zhuǎn)化為Fe2、Zn2、Ni2，F(xiàn)e2、Zn2、Ni2、H和Cu2中放電能力Cu2最強，所以在陰極上放電的只有Cu2，當有0.020 mol e轉(zhuǎn)移時陰極增加×64 g·mol10.64 g。Ag和Au都不能放電，只是以固態(tài)單質(zhì)的形式沉積于電解槽的底部。Fe、Zn、Ni中，有相對原子質(zhì)量比Cu大的，也有相對原子質(zhì)量比Cu小的，且Fe、Zn、Ni的放電能力都強于Cu，首先在陽極上被溶解，因此陽極上放電的不只是銅，陽極質(zhì)量減少量不固定，電解質(zhì)溶液的質(zhì)量也不會保持不變。在電解精煉銅的過程中，能量轉(zhuǎn)化的形式主要是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，但也有一部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，電解質(zhì)溶液的溫度肯定會變化。變式訓(xùn)練2(1)不變(2)Zn2e=Zn2(3)1.28Cu22e=Cu解析(1)(2)小題類似于電鍍原理，(3)由Cu22e=Cu可知2 mol e1 mol Cu，故陰極析出Cu：0.02 mol×64 g·mol11.28 g。四、有關(guān)電解的計算