2020年高中化学 第04章 电化学基础 11页

1 4-3-2 电解池（第二课时） 【学习目标】 1．熟知电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理，会写其电极反应式及化 学方程式。 2．掌握电解的有关计算。 【学习重难点】 学习重点：电解方程式的书写及电解的计算 学习难点：电解方程式的书写及电解的计算 【自主预习】 1．用惰性电极电解氯化钾溶液，阴极反应式是 ，阳极反应式 是 ，电解的化学方程式 是 。电解后溶液的 pH 变化是 ；欲使 电解后的溶液复原，需加入的物质是 。 2．在硫酸铜溶液中，插入两个电极进行电解。 （1）若两极均为 Pt 电极，则阳极反应式是 ，阴极反 应式是 ， 电解的化学方程式是 。 （2）若两极均为铜片，则阳极反应式是 ，阴极反应式 是 ，电解过程中溶液的浓度变化是 。 （3）若阳极为锌片，阴极为铜片，则阳极反应式是 ，电解过程中 两极的变化是 。 【预习检测】 1．下列叙述中不正确的是（ ） 2 A．电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应 B．不能自发进行的氧化还原反应可通过电解的原理实现 C．电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应 D．电解饱和食盐水时，阳极得到氢氧化钠溶液和氢气 2、若某池（电解池或原电池）的总反应离子反应式是Cu＋2H+==Cu2+＋H2↑，关于此电池的有 关说法正确的是 （ ） A．该池可能是原电池，也可能是电解池 B．该池只能是原电池，且电解质溶液为硝酸 C．该池只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极 D．该池只能是电解池，电解质溶液只能是硝酸 合作探究 探究活动一：电解原理的应用 1．电解饱和食盐水 （1）通电前，氯化钠溶液中含有的离子： 。通电时 移 向阴极， 放电， 移向阳极， 放电。电极反应式为 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑( 反应) 阴极：2H＋＋2e－===H2↑( 反应) 因 放电，导致水的电离平衡 H2O H＋＋OH－向右移动，致使生成 。 （2）电解的总反应式 化学方程式： ； 离子方程式： ； 工业上习惯把电解饱和食盐水叫做 。 2．电解精炼铜 3 （1）粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。其电解池的 构成是用 作阳极，用 作阴极，用 作电解质溶液。 （2）电极反应式：阳极为 Cu－2e－===Cu2＋、Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋等，阴极为 Cu2 ＋＋2e－===Cu。 （3）电解精炼铜的原理是 失去电子，产生的阳离子残 留在溶液中， 以金属单质的形式沉积在电解池的底部， 形成阳极泥，粗铜中的铜迁移到纯铜上。 3．电镀 （1）根据图，回答下列问题： ①电极反应式 阳极：Cu－2e－===Cu2＋； 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。 ②可观察到的现象是 。 ③硫酸铜溶液浓度的变化是 。 （2）电镀 ①电镀是应用 原理，在金属表面镀上一薄层其他 或 的方法。 ②电镀池的构成：一般都是用 作电镀液；把 浸入电 镀液中与直流电源的正极相连，作为阳极； 与直流电源的负极相连，作阴 极。 4 [归纳总结] （1）氯碱工业：用电解饱和氯化钠溶液的方法来制取 NaOH、Cl2、H2，并以它们为原料生产 一系列化工产品。 （2）电镀特点是阳极本身参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液 pH 等保持不变。 （3）电解精炼中，比需要精炼的金属活泼的杂质溶解，而不比需要精炼的金属活泼的杂质 会沉积(如精炼镍时 Cu 也会沉积)。 【学以致用】 1．某同学在做电解食盐水的实验时，误用铜棒做两极材料，请判断下列说法正确的是( ) A．完全电解后，得到 CuCl2 溶液 B．电解完全并放置一段时间后，得到蓝色沉淀和 NaCl 溶液 C．电解一段时间后，NaCl 溶液浓度可能变小 D．电解后溶液中的 NaCl 质量一定不变 2．Cu2O 是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取 Cu2O 的电解池示意图如下图所示， 电解总反应为：2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是 ( ) A．石墨电极上产生氢气 B．铜电极发生还原反应 C．铜电极接直流电源的负极 D．当有 0．1 mol 电子转移时，有 0．1 mol Cu2O 生成 探究活动二：电解的有关计算 1．将两支惰性电极插入 CuSO4 溶液中，通电电解。 （1）当有 1．0×10－3 mol 的 OH－放电时，溶液显浅蓝色，则在阴极上析出铜的质量是 __________。 （2）若溶液的体积为 1 L，忽略溶液体积变化，在标准状况下放出 5．6 mL O2 时，溶液的 pH 是________。 5 2．用惰性电极电解 0．1 L M(NO3)x 的水溶液，当阴极上增重 a g 时，在阳极上同时产生 b L(标 准状况)O2，从而可知 M 的相对原子质量是________，溶液的 pH 是________(均用含有 a、 b、x 的代数式表示)。 [归纳总结] 有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价、元素的相对 原子质量、溶液的 pH 及物质的量浓度等。不论哪种计算，均可概括为下列三种方法： （1）得失电子守恒法计算：用于串联电路、通过阴、阳两极的电量相同等类型的计算，其 依据是电路上转移的电子数相等。 （2）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比例式计 算。 （3）关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的 关系式。 【学以致用】 4．在水中加入等物质的量的 Ag＋、Pb2＋、Na＋、SO2－ 4 、NO － 3 、Cl－，该溶液放在用惰性材料 做电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物的质量之比为 ( ) A．35．5∶108 B．16∶207 C．8∶1 D．108∶35．5 5．在 25℃时，将两个铂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， 在阳极逸出 a mol 气体，同时有 W g Na2SO4·10H2O 析出，若温度不变，此时剩余溶液 中溶质的质量分数为 ( ) A． WW＋18a×100% B． WW＋36a×100% C． 71W161(W＋18a)×100% D． 71W161(W＋36a)×100% 【学习小结】 6 【巩固练习】 1．许多金属都可以通过电解的方法达到精炼的目的。下列有关该方法的叙述中，正确的是 ( ) A．含杂质的粗金属做阳极，与直流电源的正极相连 B．阴极只要是一种导体即可，与精炼过程无关 C．电解质溶液中除了含有精炼的金属的阳离子之外，绝对不能含有其他金属阳离子 D．在精炼过程中，电解质溶液的成分不发生任何变化 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，则 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．利用电解法可将含有 Fe、Zn、Ag、Pt 等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是( ) A．电解时以精铜作阳极 7 B．电解时阳极发生还原反应 C．精铜连接电源负极，其电极反应式是 Cu－2e－===Cu2＋ D．电解后，电解槽底部会形成含少量 Ag、Pt 等金属的阳极泥 4．如图所示的 A、B 两个电解池中的电极均为铂，在 A 池中加入 0．05 mol·L－1 的 CuCl2 溶液，B 池中加入 0．1 mol·L－1 的 AgNO3 溶液，进行电解。a、b、c、d 四个电极上所 析出物质的物质的量之比是( ) A．2∶2∶4∶1 B．1∶1∶2∶1 C．2∶1∶1∶1 D．2∶1∶2∶1 5．右图是电解氯化钠溶液(含酚酞)的装置。 有毒气体收集的装置省略没有画出，两电极均是惰性电极。 （1）a 电极的名称____________。 （2）电解过程中观察到的现象 ______________________________________________________________。 （3）确定 N 出口的气体最简单的方法是 ________________________________________________________________________。 （4）电解总反应的离子方程式为 ________________________________________________________________________。 （5）若将 b 电极换成铁作电极，写出在电解过程中 U 形管底部出现的现象 8 ________________________________________________________________________。 【总结与反思】 通过自评、互评、师评相结合对本节学习过程进行反思感悟。 9 【参考答案】 【预习检测】1． D 2． C 【合作探究】 探究活动一： 1．（1） Na＋、Cl－、H＋、OH－，Na＋、H＋，H＋，Cl－、OH－，Cl－，氧化，还原，H＋，NaOH； （2）2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH；2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－；氯碱工业。 2．（1）粗铜，纯铜， CuSO4 溶液。 （3）粗铜中比铜活泼的金属 Zn、Fe 等，不比铜活泼的金属 Ag、Au 等 3．电镀 （1）铁件表面镀上一层红色的铜，铜片不断溶解。③不变。 （2） ①电解，金属，合金； ②含有镀层金属离子的电解质溶液；镀层金属；待镀金属制品 【学以致用】1． B 2． A 探究活动二 1．（1）0．032 g （2）3 10 【解析】 （1）用惰性电极电解 CuSO4 溶液时，电极反应为阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极： 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。当有 1．0×10－3 mol 的 OH－放电时，生成标准状况下的 O2 为 5．6 mL，此时转移电子为 1．0×10－3 mol，则在阴极上析出 Cu：32×10－3 g。 （2）阳极： 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 4 mol 1 mol n 5.6×10－3 L 22.4 L·mol－1 n＝1．0×10－3 mol，消耗 1．0×10－3 mol OH－，生成 1．0×10－3 mol H＋ 则[H＋]＝ 1.0×10－3 mol 1 L ＝1．0×10－3 mol·L－1 pH＝－lg[H＋]＝－lg(1．0×10－3)＝3。 2． 5.6ax b －lg 25b 14 【解析】由于阴、阳两极转移电子的数目相同，则有 a g M ·x＝ b L 22.4 L·mol－1×4，或由关 系式 xO2～4M 得 b 22.4∶ a M＝x∶4，均可解出 M＝ 5.6ax b g·mol－1。又由 O2～4H＋可知：[H＋] ＝4× b 22.4 mol÷0．1 L＝ 25 14b mol·L－1，则 pH＝－lg 25b 14 。 【学以致用】 3． C 4． D 11 【巩固练习】 1． A 2． B 3． D 4．A 5． （1）阴极 （2）两极均有气泡产生；a 极区溶液变成红色；b 极液面上气体变为黄绿 色；b 极区溶液变为浅黄绿色 （3）用湿润的淀粉 KI 试纸检验，试纸变蓝的就是 Cl2 （4）2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－ （5）底部有白色沉淀产生，很快变为灰绿色，最终变为红褐色