优化方案2013年选修化学反应原理专用全册课件29份打包专题1第二单元课时

课时3

电解池的工作原理及应用课堂互动讲练知能优化训练课前自主学案探究整合应用课时3课前自主学案课前自主学案自主学习一、电解原理电解在直流电的作用下，在两电极上分别发生

氧化反应

和

还原反应

的过程。电解装置及原理定义：将

电能

转化为

化学能的装置。构成①与电源相连的两个电极：阴极与电源负

极相连，阳极与电源

正

极相连；②电解质溶液或熔融电解质；③形成闭合回路。(3)装置(4)电极反应式阴极Cu2＋＋2e－===Cu，发生还原反应阳极2Cl－－2e－===Cl

↑，发生氧化反应2总反应Cu2＋＋2Cl－

电解

Cu＋Cl

↑=====

2(5)电子流向e－e－电源负极――→电解池阴极电解池阳极――→电源正极二、电解原理的应用1．电解饱和食盐水(1)电极反应式阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，发生氧化

反应；电解(2)总反应式：2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。2．电镀电镀是应用

电解原理在某些金属或非金属材料表面镀上一薄层其他

金属

或

合金

的过程。(1)电镀池的构成阴极：2H＋＋2e－===H2↑，发生

还原

反应；(2)电镀目的：增强金属

抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度。3．电解精炼铜1．什么是惰性电极？常用什么样的材料作惰性电极？若用惰性电极，则阳极放电顺序是什么，阴极放电顺序是什么？【提示】由不参加电极反应的材料构成的电极称为惰性电极；常见的惰性电极有碳棒、铂电极等；阳极放电顺序：金属＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子，阴极上阳离子的放电顺序与金属活动性顺序正好相反：Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞(H＋)＞活泼金属离子。问题探究2．在用惰性电极电解饱和食盐水时，在两极附近分别加入酚酞试液后有什么现象发生？怎样检验两极的产物？【提示】阳极有刺激性气味的气体产生，阴极变红色。用镊子夹一块湿润的碘化钾淀粉试纸，靠近阳极，一会儿，发现试纸变蓝，则说明放出的气体是Cl2。用一干燥的小试管在阴极收集产生的气体，待收集满后，用拇指堵住管口，移到酒精灯火焰旁，松开拇指，若听到

“噗”的一声，则说明收集的气体是H2；在两极附近滴入少量的酚酞溶液，若溶液变红，证明有碱性物质生成。3．在某镀件上镀铜时，电镀液中CuSO4的浓度如何变化？电解精炼铜时，电解液中

CuSO4的浓度如何变化？【提示】

在镀件上镀铜时，阳极：Cu－2e－===Cu2＋，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，所以电镀液c(CuSO4)不变；而电解精炼铜时，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：Cu－2e－===Cu2＋(主要)，Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋(杂质失电子)。因此阳极溶解的铜比阴极析出的铜少，故c(CuSO4)减小。自主体验1．如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极，则下列有关判断正确的是(

)A．a为负极，b为正极

B．a为阳极，b为阴极C．电解过程中，d电极质量增加

D．电解过程中，氯离子浓度不变解析：选C。电流从电源的正极流出，故a为电源的正极，b为负极；则c为阳极，d为阴极。在电解过程中，Cu2＋移向阴极d，在阴极放电析出

Cu，所以d电极质量增加；Cl－移向阳极c，在阳极放电析出Cl2，溶液中氯离子浓度降低。下列叙述中错误的是(

)电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应原电池跟电解池连接后，电子从原电池负极流向电解池阳极电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应电解饱和食盐水时，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气解析：选B。电解池中阳极是阴离子或较活泼阳极放电失去电子，发生的是氧化反应，阴极是阳离子得到电子发生还原反应，A正确。原电池中电子由负极流出，与原电池负极相连的是电解池的阴极，B错。电镀时阳极为镀层金属，电镀过程中失去电子发生氧化反应，C正确。电解饱和食盐水时，阴极为H＋得电子产生氢气，同时余下的OH－与Na＋形成氢氧化钠，D正确。3．电解100

mL

c(H＋)＝0.30

mol·L－1

的下列溶液，当电路中通过0.04

mol

电子时，理论上析出金属质量最大的是(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：选C。根据金属活动性顺序表可知：排在氢后面的金属为Ag

和Cu，而Zn

和Pb

排在H

前面，所以Ag＋、Cu2＋的氧化性比H＋大，应优先于H＋放电而析出，因为0.01

mol

Ag

的质量小于0.02

mol

Cu

的质量，所以C

项正确。课堂互动讲练课堂互动讲练用惰性电极电解电解质溶液的规律小结特别提醒：1.用惰性电极电解电解质水溶液时，首先要全面分析电解质溶液的组成，找全离子并分为阴、阳两组，然后排出阴、阳离子的放电顺序，写出两极上的电极反应式，根据两极的电极反应式写出反应的总方程式。若阴极为H＋放电，则阴极区c(OH－)增大；若阳极区OH－放电，则阳极区c(H＋)增大；若阴、阳极同时有H＋、OH－放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大(饱和溶液例外)。电解质溶液恢复原状的方法：“少什么，加什么。”例1(2010年浙江温州高二检测)在25℃时，用石墨电极电解2.0

L

0.5

mol·L－1

CuSO4溶液，5min后，在一个石墨电极上有6.4gCu生成。试回答下列问题：(1)发生氧化反应的是

极，电极反应式为。若电解后溶液的体积不变，则电解后溶液的pH为

。若将溶液恢复到与电解前一样，则需加入

mol的

。若用等质量的两块铜片代替石墨作电极，电解后两铜片的质量相差

g，电解液的pH

。(填“变小”、“变大”或“不变”)【思路点拨】解答该题应注意以下三点：

(1)通过简单计算判断出CuSO4的电解情况。

(2)写出正确的电极反应方程式，并据之进行运算。(3)电镀池的特点。【解析】

(1)n(CuSO4)＝2.0

L×0.5

mol/L＝1.0

mol，而在阴极析出的Cu

为 6.4

g

64

g/mol＝0.1

mol，故CuSO4

未完全电解，阳极发生氧化反应，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋

O2↑。(2)总反应为：电解2CuSO4＋2H2O=====2Cu＋O2↑＋2H2SO4222120．1

mol0.1mol0.1

mol0.05

mol0.1

mol所以电解后c(H＋)＝0.1

mol×22.0

L＝0.1

mol/L，故pH＝－1g0.1＝1。电解后生成的0.1

mol

Cu

和0.05

mol

O2脱离该体系，即相当于0.1

mol

CuO，因此若将溶液复原，则应加入0.1

mol

CuO。此时成为电镀池，阳极Cu－2e－===Cu2＋，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，因此若阴极上析出6.4 g

铜，则阳极溶解

6.4 g

铜，电解后两铜片质量差为

6.4

g＋6.4

g＝12.8

g，而电解液的

pH

不变。【答案】O2↑(2)1

(3)0.1(1)阳4OH－－4e－===2H2O＋CuO

(4)12.8

不变若在阳极收集到22.4

L气体(标准状况下)，请判断在阴极得到的产物及物质的量是多少？互动探究【提示】因为阳极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故

n(O2)＝ 22.4

L

1.0

mol，n(电子)＝22.4

L/mol＝4.0

mol，而n(CuSO4)＝1.0

mol，故阴极反应：Cu2＋

＋

2e－

===Cu，mol 2.0

mol 1.0

mol2H＋＋2e－===H2↑mol 1.0

mol故阴极所得到的产物

Cu

为

1.0 mol，H2

为

1.0mol。变式训练1

下列有关用惰性电极电解AgNO3溶液一段时间后的说法正确的是(

)A．电解过程中阳极质量不断增加

B．电解过程中溶液的pH不断升高C．此时向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复电解前的状况

D．电解后两极产生的气体体积比为2∶1解析：选C。用惰性电极电解AgNO3

溶液，阳极反应式：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极反应式为4Ag＋＋4e

－===4Ag，总反应式为电解4AgNO3＋2H2O=====4Ag＋O2↑＋4HNO3，则易得知阴极上析出Ag，质量不断增加，阳极放出O2，故A、D

项错误；由于生成HNO3

溶液，

pH

应不断降低，B

项错误；要使溶液恢复电解前的状况要看加入的物质在溶液中的反应：2Ag2O

＋4HNO3===4AgNO3

＋2H2O，得到的物质恰好是反应掉的物质，可使溶液恢复电解前的状况，C项正确，或说明电解时减少了Ag和O2，故加入相应组合物质Ag2O，即可使电解质溶液复原。原电池、电解池、电镀池三者比较类别性质原电池电解池电镀池定义(装置特点)将化学能转变成电能的装置将电能转变成化学能的装置应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属的装置反应特征自发反应非自发反应非自发反应装置特征无电源有电源，两极材料可同可不同有电源类别性质原电池电解池电镀池①两电极连①镀层金属接形成条件①活动性不同的两极(连接)

②电解质溶液③形成接直流电源②两电极插入电解质溶电源正极，待镀金属接电源负极②电镀液闭合回路液中③形成必须含有镀层闭合回路金属的离子电极名称(电极构成)负极：较活泼金属(电子流出的极)正极：较不活泼的金属(或能导电的非金属)(电子流入的极)阳极：与电源正极相连的极阴极：与电源负极相连的极名称同电解池，但有限制条件

阳极：必须是

镀层金属阴极：镀件类别性质原电池电解池电镀池电极反应负极：氧化反应，金属失电子正极：还原反应，溶液中的阳离子得电子或者氧气得电子(吸氧腐蚀)阳极：氧化反应，溶液中的阴离子失电子或电极金属失电子阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子阳极：金属电极失电子阴极：电镀液中阳离子得电子电子流向负极→正极电源负极→阴极阳极→电源正极(同电解池)溶液中带电离子的移动阳离子向正极移动阴离子向负极移动阳离子向阴极移动阴离子向阳极移动(同电解池)特别提醒：无论是原电池还是电解池，无论是一个“池”还是多个任意“池”串联，在电路和电极上单位时间内通过的电量相同。例2如图所示为相互串联的甲、乙两电解池。试回答：若甲池利用电解原理在铁上镀银，则A是

、

(填电极材料和电极名称)，电极反应是

；B(要求同A)是

、

，电极反应式是

,应选用的电解质溶液是

。乙池中若滴入少量酚酞试液，电解一段时间后，铁极附近呈

色，C极附近呈

色。(3)若甲槽阴极增重43.2g，则乙槽中阳极上放出的气体在标准状况下的体积是

mL，若乙槽中剩余溶液仍为400mL，则电解后所得NaOH溶液的物质的量浓度为

mol/L，pH等于

。【解析】(1)电解池中，与电源正极相连的是阳极，与电源负极相连的是阴极，所以A

是阴极，B

是阳极。电解时，通常用待镀件制品作阴极，用镀层金属作阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。因此A

是铁，B

是银，电极反应分别是Ag＋＋e－===Ag，Ag－e－===Ag＋。电解质溶液为AgNO3

溶液。(2)铁极附近H＋放电，OH－聚集，显一定碱性，遇酚酞呈红色，C极附近Cl－放电，显中性，遇酚酞呈无色。(3)

甲槽阴极析出银：n(Ag)

＝ 43.2

g

＝

0.4电解108

g/molmol，乙槽中阳极上放出的气体是氯气：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)铁

阴极

Ag＋

＋e

－

===Ag银 阳极Ag－e－===Ag＋

AgNO

溶液3(2)红

无

(3)4480

1

14变式训练2电解原理在化学工业中有广泛应用。右图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则①电解池中X

极上的电极反应式是

，在X极附近观察到的现象是

。②Y电极上的电极反应式是

，检验该电极反应产物的方法是

。解析：本题是一道通过电解饱和NaCl

溶液实验来考查电极反应式的书写问题。由题意或图形可知，此池为电解池，X

极为阴极，Y

极为阳极。由于电极为惰性电极，饱和NaCl

溶液中存在

Na＋、Cl－、H＋、OH－，由于在阴极上H＋放电能力强于Na＋，故阴极上发生的电极反应式为：＋

－22H

＋2e

===H

↑，因而导致X

极附近有气体放出，溶液呈碱性，溶液颜色由无色变为红色；同理由于在阳极上Cl－放电能力强于OH－，故阳极上发生的电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑。答案：①2H＋

＋2e－

===H2↑ 放出气体，溶液变红－

－2②2Cl

－

2e

===Cl

↑把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y

电极附近，试纸变蓝色根据电子守恒计算用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。根据总反应式中的计量关系计算先写出电极反应式，再写出总反应式或直接运用总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。电化学计算的基本方法3．根据关系式计算利用得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立所需关系式。如4e－～4Ag～2Cu～2Cl2～2H2～O2～4H＋～4OH－。特别提醒：1.要注意电解的阶段性。如Cu2＋在阴极上被电解完后H＋又会放电等。2．串联电解池中阴极、阳极交叉排列，相同时间内各电极转移电子数相等。例3温度为25

℃时，将两个铜电极插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解，通电一段时间后，在阴极逸出a

mol气体，同时有

WgNa2SO4·10H2O析出，若温度不变，此时剩余溶液中溶质的质量分数为()

W

A.W＋18a×100%

7100W

C.161(W＋18a

%)

W

WB.

＋36a×100%D.

7100W

161(W＋36a

%)【解析】

用

Cu

作电极时阳极反应为

Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，电解通电时总的化学方程式：Cu＋2H2O=====Cu(OH)2＋H2↑，阴极逸出a

mol

H2，水被电解了2amol，根据溶解度知识，晶体析出后，剩余溶液仍为饱和溶液，因此电解的水与析出的晶体，也恰好形成饱和溶液，溶质质量分数为：W×142

322W＋36

a×100%＝

71W

161(W＋36

a)×100%。【答案】

D变式训练3蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置。有一种蓄电池在充电和放电时发生的反放电充电应是：

NiO2＋

Fe

＋

2H2O Fe(OH)2

＋Ni(OH)2。(1)若此蓄电池放电时，该电池某一电极发生还原反应的物质是

(填序号)。A．NiO2C．Fe(OH)2B．FeD．Ni(OH)2(2)假如用此蓄电池分别电解以下两种溶液，工作一段时间后都分别消耗0.36g水，且电解池的电极均为惰性电极，试回答下列问题。①电解M(NO3)x溶液时某一极增加了agM，则金属M的相对原子质量的计算式为

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

mL

，阳极产生标准状况气体

L；将电解后溶液加水稀释至1L，此时溶液的pH＝

。解析：本题主要考查原电池、电解池的基本原理及电解计算。由蓄电池反应式可以看出，电池消耗

2

mol

H2O

时，反应中转移

2

mol

电子，则消耗

0.36 g

水时，转移

0.02

mol

电子。Mx＋＋xe－===M，金属M

的相对原子质量为

ax

0.02＝50ax。电解含有

0.01

mol CuSO4

和

0.01

molNaCl

的混合溶液时，阳极先是

Cl－放电：2Cl－－2e－===Cl2↑，生成0.005

mol

Cl2，消耗0.01

mol

电子；然后是水电离产生的OH－放电：－

－4OH

－4e

===2H

O2

2—＋O

↑，0.01

mol

OH

放电，消耗

0.01mol

电子，生成

0.0025

mol

O2，所以阳极一共生成

0.0075 mol气体，在标准状况下的体积为

0.168L。0.01