優(yōu)化方案2013年選修化學(xué)反應(yīng)原理專(zhuān)用全冊(cè)課件29份打包專(zhuān)題1第二單元課時(shí)

課時(shí)3

電解池的工作原理及應(yīng)用課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練課前自主學(xué)案探究整合應(yīng)用課時(shí)3課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案自主學(xué)習(xí)一、電解原理電解在直流電的作用下，在兩電極上分別發(fā)生

氧化反應(yīng)

和

還原反應(yīng)

的過(guò)程。電解裝置及原理定義：將

電能

轉(zhuǎn)化為

化學(xué)能的裝置。構(gòu)成①與電源相連的兩個(gè)電極：陰極與電源負(fù)

極相連，陽(yáng)極與電源

正

極相連；②電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)；③形成閉合回路。(3)裝置(4)電極反應(yīng)式陰極Cu2＋＋2e－===Cu，發(fā)生還原反應(yīng)陽(yáng)極2Cl－－2e－===Cl

↑，發(fā)生氧化反應(yīng)2總反應(yīng)Cu2＋＋2Cl－

電解

Cu＋Cl

↑=====

2(5)電子流向e－e－電源負(fù)極――→電解池陰極電解池陽(yáng)極――→電源正極二、電解原理的應(yīng)用1．電解飽和食鹽水(1)電極反應(yīng)式陽(yáng)極：2Cl－－2e－===Cl2↑，發(fā)生氧化

反應(yīng)；電解(2)總反應(yīng)式：2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。2．電鍍電鍍是應(yīng)用

電解原理在某些金屬或非金屬材料表面鍍上一薄層其他

金屬

或

合金

的過(guò)程。(1)電鍍池的構(gòu)成陰極：2H＋＋2e－===H2↑，發(fā)生

還原

反應(yīng)；(2)電鍍目的：增強(qiáng)金屬

抗腐蝕能力，增加美觀和表面硬度。3．電解精煉銅1．什么是惰性電極？常用什么樣的材料作惰性電極？若用惰性電極，則陽(yáng)極放電順序是什么，陰極放電順序是什么？【提示】由不參加電極反應(yīng)的材料構(gòu)成的電極稱(chēng)為惰性電極；常見(jiàn)的惰性電極有碳棒、鉑電極等；陽(yáng)極放電順序：金屬＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根離子，陰極上陽(yáng)離子的放電順序與金屬活動(dòng)性順序正好相反：Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞(H＋)＞活潑金屬離子。問(wèn)題探究2．在用惰性電極電解飽和食鹽水時(shí)，在兩極附近分別加入酚酞試液后有什么現(xiàn)象發(fā)生？怎樣檢驗(yàn)兩極的產(chǎn)物？【提示】陽(yáng)極有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生，陰極變紅色。用鑷子夾一塊濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙，靠近陽(yáng)極，一會(huì)兒，發(fā)現(xiàn)試紙變藍(lán)，則說(shuō)明放出的氣體是Cl2。用一干燥的小試管在陰極收集產(chǎn)生的氣體，待收集滿(mǎn)后，用拇指堵住管口，移到酒精燈火焰旁，松開(kāi)拇指，若聽(tīng)到

“噗”的一聲，則說(shuō)明收集的氣體是H2；在兩極附近滴入少量的酚酞溶液，若溶液變紅，證明有堿性物質(zhì)生成。3．在某鍍件上鍍銅時(shí)，電鍍液中CuSO4的濃度如何變化？電解精煉銅時(shí)，電解液中

CuSO4的濃度如何變化？【提示】

在鍍件上鍍銅時(shí)，陽(yáng)極：Cu－2e－===Cu2＋，陰極：Cu2＋＋2e－===Cu，所以電鍍液c(CuSO4)不變；而電解精煉銅時(shí)，陰極：Cu2＋＋2e－===Cu，陽(yáng)極：Cu－2e－===Cu2＋(主要)，Zn－2e－===Zn2＋，F(xiàn)e－2e－===Fe2＋(雜質(zhì)失電子)。因此陽(yáng)極溶解的銅比陰極析出的銅少，故c(CuSO4)減小。自主體驗(yàn)1．如圖是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極，則下列有關(guān)判斷正確的是(

)A．a(chǎn)為負(fù)極，b為正極

B．a(chǎn)為陽(yáng)極，b為陰極C．電解過(guò)程中，d電極質(zhì)量增加

D．電解過(guò)程中，氯離子濃度不變解析：選C。電流從電源的正極流出，故a為電源的正極，b為負(fù)極；則c為陽(yáng)極，d為陰極。在電解過(guò)程中，Cu2＋移向陰極d，在陰極放電析出

Cu，所以d電極質(zhì)量增加；Cl－移向陽(yáng)極c，在陽(yáng)極放電析出Cl2，溶液中氯離子濃度降低。下列敘述中錯(cuò)誤的是(

)電解池的陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)原電池跟電解池連接后，電子從原電池負(fù)極流向電解池陽(yáng)極電鍍時(shí)，電鍍池里的陽(yáng)極材料發(fā)生氧化反應(yīng)電解飽和食鹽水時(shí)，陰極得到氫氧化鈉溶液和氫氣解析：選B。電解池中陽(yáng)極是陰離子或較活潑陽(yáng)極放電失去電子，發(fā)生的是氧化反應(yīng)，陰極是陽(yáng)離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，A正確。原電池中電子由負(fù)極流出，與原電池負(fù)極相連的是電解池的陰極，B錯(cuò)。電鍍時(shí)陽(yáng)極為鍍層金屬，電鍍過(guò)程中失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，C正確。電解飽和食鹽水時(shí)，陰極為H＋得電子產(chǎn)生氫氣，同時(shí)余下的OH－與Na＋形成氫氧化鈉，D正確。3．電解100

mL

c(H＋)＝0.30

mol·L－1

的下列溶液，當(dāng)電路中通過(guò)0.04

mol

電子時(shí)，理論上析出金屬質(zhì)量最大的是(A．0.10mol·L－

1

Ag＋B．0.20

mol·L－

1

Zn2＋C．0.20

mol·L－

1

Cu2＋D．0.20

mol·L－

1

Pb2＋)解析：選C。根據(jù)金屬活動(dòng)性順序表可知：排在氫后面的金屬為Ag

和Cu，而Zn

和Pb

排在H

前面，所以Ag＋、Cu2＋的氧化性比H＋大，應(yīng)優(yōu)先于H＋放電而析出，因?yàn)?.01

mol

Ag

的質(zhì)量小于0.02

mol

Cu

的質(zhì)量，所以C

項(xiàng)正確。課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律小結(jié)特別提醒：1.用惰性電極電解電解質(zhì)水溶液時(shí)，首先要全面分析電解質(zhì)溶液的組成，找全離子并分為陰、陽(yáng)兩組，然后排出陰、陽(yáng)離子的放電順序，寫(xiě)出兩極上的電極反應(yīng)式，根據(jù)兩極的電極反應(yīng)式寫(xiě)出反應(yīng)的總方程式。若陰極為H＋放電，則陰極區(qū)c(OH－)增大；若陽(yáng)極區(qū)OH－放電，則陽(yáng)極區(qū)c(H＋)增大；若陰、陽(yáng)極同時(shí)有H＋、OH－放電，相當(dāng)于電解水，電解質(zhì)溶液濃度增大(飽和溶液例外)。電解質(zhì)溶液恢復(fù)原狀的方法：“少什么，加什么?！崩?(2010年浙江溫州高二檢測(cè))在25℃時(shí)，用石墨電極電解2.0

L

0.5

mol·L－1

CuSO4溶液，5min后，在一個(gè)石墨電極上有6.4gCu生成。試回答下列問(wèn)題：(1)發(fā)生氧化反應(yīng)的是

極，電極反應(yīng)式為。若電解后溶液的體積不變，則電解后溶液的pH為

。若將溶液恢復(fù)到與電解前一樣，則需加入

mol的

。若用等質(zhì)量的兩塊銅片代替石墨作電極，電解后兩銅片的質(zhì)量相差

g，電解液的pH

。(填“變小”、“變大”或“不變”)【思路點(diǎn)撥】解答該題應(yīng)注意以下三點(diǎn)：

(1)通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算判斷出CuSO4的電解情況。

(2)寫(xiě)出正確的電極反應(yīng)方程式，并據(jù)之進(jìn)行運(yùn)算。(3)電鍍池的特點(diǎn)?！窘馕觥?/p>

(1)n(CuSO4)＝2.0

L×0.5

mol/L＝1.0

mol，而在陰極析出的Cu

為 6.4

g

64

g/mol＝0.1

mol，故CuSO4

未完全電解，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為4OH－－4e－===2H2O＋

O2↑。(2)總反應(yīng)為：電解2CuSO4＋2H2O=====2Cu＋O2↑＋2H2SO4222120．1

mol0.1mol0.1

mol0.05

mol0.1

mol所以電解后c(H＋)＝0.1

mol×22.0

L＝0.1

mol/L，故pH＝－1g0.1＝1。電解后生成的0.1

mol

Cu

和0.05

mol

O2脫離該體系，即相當(dāng)于0.1

mol

CuO，因此若將溶液復(fù)原，則應(yīng)加入0.1

mol

CuO。此時(shí)成為電鍍池，陽(yáng)極Cu－2e－===Cu2＋，陰極：Cu2＋＋2e－===Cu，因此若陰極上析出6.4 g

銅，則陽(yáng)極溶解

6.4 g

銅，電解后兩銅片質(zhì)量差為

6.4

g＋6.4

g＝12.8

g，而電解液的

pH

不變。【答案】O2↑(2)1

(3)0.1(1)陽(yáng)4OH－－4e－===2H2O＋CuO

(4)12.8

不變?nèi)粼陉?yáng)極收集到22.4

L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，請(qǐng)判斷在陰極得到的產(chǎn)物及物質(zhì)的量是多少？互動(dòng)探究【提示】因?yàn)殛?yáng)極反應(yīng)為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故

n(O2)＝ 22.4

L

1.0

mol，n(電子)＝22.4

L/mol＝4.0

mol，而n(CuSO4)＝1.0

mol，故陰極反應(yīng)：Cu2＋

＋

2e－

===Cu，mol 2.0

mol 1.0

mol2H＋＋2e－===H2↑mol 1.0

mol故陰極所得到的產(chǎn)物

Cu

為

1.0 mol，H2

為

1.0mol。變式訓(xùn)練1

下列有關(guān)用惰性電極電解AgNO3溶液一段時(shí)間后的說(shuō)法正確的是(

)A．電解過(guò)程中陽(yáng)極質(zhì)量不斷增加

B．電解過(guò)程中溶液的pH不斷升高C．此時(shí)向溶液中加入適量的Ag2O固體可使溶液恢復(fù)電解前的狀況

D．電解后兩極產(chǎn)生的氣體體積比為2∶1解析：選C。用惰性電極電解AgNO3

溶液，陽(yáng)極反應(yīng)式：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，陰極反應(yīng)式為4Ag＋＋4e

－===4Ag，總反應(yīng)式為電解4AgNO3＋2H2O=====4Ag＋O2↑＋4HNO3，則易得知陰極上析出Ag，質(zhì)量不斷增加，陽(yáng)極放出O2，故A、D

項(xiàng)錯(cuò)誤；由于生成HNO3

溶液，

pH

應(yīng)不斷降低，B

項(xiàng)錯(cuò)誤；要使溶液恢復(fù)電解前的狀況要看加入的物質(zhì)在溶液中的反應(yīng)：2Ag2O

＋4HNO3===4AgNO3

＋2H2O，得到的物質(zhì)恰好是反應(yīng)掉的物質(zhì)，可使溶液恢復(fù)電解前的狀況，C項(xiàng)正確，或說(shuō)明電解時(shí)減少了Ag和O2，故加入相應(yīng)組合物質(zhì)Ag2O，即可使電解質(zhì)溶液復(fù)原。原電池、電解池、電鍍池三者比較類(lèi)別性質(zhì)原電池電解池電鍍池定義(裝置特點(diǎn))將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一層其他金屬的裝置反應(yīng)特征自發(fā)反應(yīng)非自發(fā)反應(yīng)非自發(fā)反應(yīng)裝置特征無(wú)電源有電源，兩極材料可同可不同有電源類(lèi)別性質(zhì)原電池電解池電鍍池①兩電極連①鍍層金屬接形成條件①活動(dòng)性不同的兩極(連接)

②電解質(zhì)溶液③形成接直流電源②兩電極插入電解質(zhì)溶電源正極，待鍍金屬接電源負(fù)極②電鍍液閉合回路液中③形成必須含有鍍層閉合回路金屬的離子電極名稱(chēng)(電極構(gòu)成)負(fù)極：較活潑金屬(電子流出的極)正極：較不活潑的金屬(或能導(dǎo)電的非金屬)(電子流入的極)陽(yáng)極：與電源正極相連的極陰極：與電源負(fù)極相連的極名稱(chēng)同電解池，但有限制條件

陽(yáng)極：必須是

鍍層金屬陰極：鍍件類(lèi)別性質(zhì)原電池電解池電鍍池電極反應(yīng)負(fù)極：氧化反應(yīng)，金屬失電子正極：還原反應(yīng)，溶液中的陽(yáng)離子得電子或者氧氣得電子(吸氧腐蝕)陽(yáng)極：氧化反應(yīng)，溶液中的陰離子失電子或電極金屬失電子陰極：還原反應(yīng)，溶液中的陽(yáng)離子得電子陽(yáng)極：金屬電極失電子陰極：電鍍液中陽(yáng)離子得電子電子流向負(fù)極→正極電源負(fù)極→陰極陽(yáng)極→電源正極(同電解池)溶液中帶電離子的移動(dòng)陽(yáng)離子向正極移動(dòng)陰離子向負(fù)極移動(dòng)陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)(同電解池)特別提醒：無(wú)論是原電池還是電解池，無(wú)論是一個(gè)“池”還是多個(gè)任意“池”串聯(lián)，在電路和電極上單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的電量相同。例2如圖所示為相互串聯(lián)的甲、乙兩電解池。試回答：若甲池利用電解原理在鐵上鍍銀，則A是

、

(填電極材料和電極名稱(chēng))，電極反應(yīng)是

；B(要求同A)是

、

，電極反應(yīng)式是

,應(yīng)選用的電解質(zhì)溶液是

。乙池中若滴入少量酚酞試液，電解一段時(shí)間后，鐵極附近呈

色，C極附近呈

色。(3)若甲槽陰極增重43.2g，則乙槽中陽(yáng)極上放出的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是

mL，若乙槽中剩余溶液仍為400mL，則電解后所得NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度為

mol/L，pH等于

?！窘馕觥?1)電解池中，與電源正極相連的是陽(yáng)極，與電源負(fù)極相連的是陰極，所以A

是陰極，B

是陽(yáng)極。電解時(shí)，通常用待鍍件制品作陰極，用鍍層金屬作陽(yáng)極，用含有鍍層金屬離子的溶液作電鍍液。因此A

是鐵，B

是銀，電極反應(yīng)分別是Ag＋＋e－===Ag，Ag－e－===Ag＋。電解質(zhì)溶液為AgNO3

溶液。(2)鐵極附近H＋放電，OH－聚集，顯一定堿性，遇酚酞呈紅色，C極附近Cl－放電，顯中性，遇酚酞呈無(wú)色。(3)

甲槽陰極析出銀：n(Ag)

＝ 43.2

g

＝

0.4電解108

g/molmol，乙槽中陽(yáng)極上放出的氣體是氯氣：n(Cl2)＝0.2

mol，V(Cl2)＝0.2

mol×22400

mL/mol＝4480

mL。由2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，可知：n(NaOH)＝0.2

mol×2＝0.4mol，c(NaOH)＝0.4

mol

1

mol/L，pH＝14。0.4

L

＝【答案】

(1)鐵

陰極

Ag＋

＋e

－

===Ag銀 陽(yáng)極Ag－e－===Ag＋

AgNO

溶液3(2)紅

無(wú)

(3)4480

1

14變式訓(xùn)練2電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。右圖表示一個(gè)電解池，裝有電解液a；X、Y是兩塊電極板，通過(guò)導(dǎo)線與直流電源相連。請(qǐng)回答以下問(wèn)題：若X、Y都是惰性電極，a是飽和NaCl溶液，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，同時(shí)在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則①電解池中X

極上的電極反應(yīng)式是

，在X極附近觀察到的現(xiàn)象是

。②Y電極上的電極反應(yīng)式是

，檢驗(yàn)該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是

。解析：本題是一道通過(guò)電解飽和NaCl

溶液實(shí)驗(yàn)來(lái)考查電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)問(wèn)題。由題意或圖形可知，此池為電解池，X

極為陰極，Y

極為陽(yáng)極。由于電極為惰性電極，飽和NaCl

溶液中存在

Na＋、Cl－、H＋、OH－，由于在陰極上H＋放電能力強(qiáng)于Na＋，故陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：＋

－22H

＋2e

===H

↑，因而導(dǎo)致X

極附近有氣體放出，溶液呈堿性，溶液顏色由無(wú)色變?yōu)榧t色；同理由于在陽(yáng)極上Cl－放電能力強(qiáng)于OH－，故陽(yáng)極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：2Cl－－2e－===Cl2↑。答案：①2H＋

＋2e－

===H2↑ 放出氣體，溶液變紅－

－2②2Cl

－

2e

===Cl

↑把濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙放在Y

電極附近，試紙變藍(lán)色根據(jù)電子守恒計(jì)算用于串聯(lián)電路、陰陽(yáng)兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電量等類(lèi)型的計(jì)算，其依據(jù)是電路上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。根據(jù)總反應(yīng)式中的計(jì)量關(guān)系計(jì)算先寫(xiě)出電極反應(yīng)式，再寫(xiě)出總反應(yīng)式或直接運(yùn)用總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計(jì)算。電化學(xué)計(jì)算的基本方法3．根據(jù)關(guān)系式計(jì)算利用得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立所需關(guān)系式。如4e－～4Ag～2Cu～2Cl2～2H2～O2～4H＋～4OH－。特別提醒：1.要注意電解的階段性。如Cu2＋在陰極上被電解完后H＋又會(huì)放電等。2．串聯(lián)電解池中陰極、陽(yáng)極交叉排列，相同時(shí)間內(nèi)各電極轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等。例3溫度為25

℃時(shí)，將兩個(gè)銅電極插入一定量的硫酸鈉飽和溶液中進(jìn)行電解，通電一段時(shí)間后，在陰極逸出a

mol氣體，同時(shí)有

WgNa2SO4·10H2O析出，若溫度不變，此時(shí)剩余溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為()

W

A.W＋18a×100%

7100W

C.161(W＋18a

%)

W

WB.

＋36a×100%D.

7100W

161(W＋36a

%)【解析】

用

Cu

作電極時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為

Cu－2e－===Cu2＋，陰極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑，電解通電時(shí)總的化學(xué)方程式：Cu＋2H2O=====Cu(OH)2＋H2↑，陰極逸出a

mol

H2，水被電解了2amol，根據(jù)溶解度知識(shí)，晶體析出后，剩余溶液仍為飽和溶液，因此電解的水與析出的晶體，也恰好形成飽和溶液，溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：W×142

322W＋36

a×100%＝

71W

161(W＋36

a)×100%。【答案】

D變式訓(xùn)練3蓄電池是一種可以反復(fù)充電、放電的裝置。有一種蓄電池在充電和放電時(shí)發(fā)生的反放電充電應(yīng)是：

NiO2＋

Fe

＋

2H2O Fe(OH)2

＋Ni(OH)2。(1)若此蓄電池放電時(shí)，該電池某一電極發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)是

(填序號(hào))。A．NiO2C．Fe(OH)2B．FeD．Ni(OH)2(2)假如用此蓄電池分別電解以下兩種溶液，工作一段時(shí)間后都分別消耗0.36g水，且電解池的電極均為惰性電極，試回答下列問(wèn)題。①電解M(NO3)x溶液時(shí)某一極增加了agM，則金屬M(fèi)的相對(duì)原子質(zhì)量的計(jì)算式為

(用a、x表示)。②電解含有0.01molCuSO4和0.01molNaCl的混合溶液100

mL

，陽(yáng)極產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況氣體

L；將電解后溶液加水稀釋至1L，此時(shí)溶液的pH＝

。解析：本題主要考查原電池、電解池的基本原理及電解計(jì)算。由蓄電池反應(yīng)式可以看出，電池消耗

2

mol

H2O

時(shí)，反應(yīng)中轉(zhuǎn)移

2

mol

電子，則消耗

0.36 g

水時(shí)，轉(zhuǎn)移

0.02

mol

電子。Mx＋＋xe－===M，金屬M(fèi)

的相對(duì)原子質(zhì)量為

ax

0.02＝50ax。電解含有

0.01

mol CuSO4

和

0.01

molNaCl

的混合溶液時(shí)，陽(yáng)極先是

Cl－放電：2Cl－－2e－===Cl2↑，生成0.005

mol

Cl2，消耗0.01

mol

電子；然后是水電離產(chǎn)生的OH－放電：－

－4OH

－4e

===2H

O2

2—＋O

↑，0.01

mol

OH

放電，消耗

0.01mol

電子，生成

0.0025

mol

O2，所以陽(yáng)極一共生成

0.0075 mol氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為

0.168L。0.01