2019高中化学第1部分第二单元第2课时电解池的工作原理及应用讲义（含解析）苏教版 11页

电解池的工作原理及应用1．什么是原电池和电解池？提示：将化学能转化为电能的装置叫原电池，将电能转化为化学能的装置叫电解池。2．请写出以惰性电极电解CuCl2溶液的电极反应及总反应方程式。提示：阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－===Cu总反应：CuCl2Cu＋Cl2↑3．以惰性电极电解熔融氯化钠和氯化钠溶液电极反应有何差异？写出有关电极反应和总反应方程式。提示：两者阴极反应不同。电解熔融氯化钠阴极　2Na＋＋2e－===2Na总反应　2NaCl2Na＋Cl2↑电解食盐水阴极　2H＋＋2e－===H2↑总反应式　2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑[新知探究]探究1　电解熔融氯化钠实验探究装置图续表电极材料石墨铁电极名称阳极阴极实验现象产生黄绿色气体产生银白色金属移向电极离子Cl－Na＋电极反应2Cl－－2e－===Cl2↑2Na＋＋2e－===2Na反应类型氧化反应还原反应n总反应2NaCl2Na＋Cl2↑探究2　电解与电解池探究3　利用电解原理分析电解CuCl2溶液时的变化，并填写表中空格。装置现象反应式阴极有红色物质析出Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)阳极有黄绿色气体生成2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)总电解反应CuCl2Cu＋Cl2↑[必记结论]1．电解池阴、阳极的判断2．电极产物的判断(1)阳极产物“两眼看”：n(2)阴极产物：无需看电极材料，因为电极本身不参与反应，溶液中的阳离子放电(氧化性顺序)：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(H2O)>Al3＋>Mg2＋>Na＋。[成功体验]1．(好题共享·选自人教版教材P83·T1)下列关于电解槽的叙述中不正确的是(　　)A．与电源正极相连的是电解槽的阴极B．与电源负极相连的是电解槽的阴极C．在电解槽的阳极发生氧化反应D．电子从电源的负极沿导线流入电解槽的阴极解析：选A　电解槽的电极名称是由电极材料与电源的连接方式决定的，与电源正极相连的是电解槽的阳极。2．电解CuCl2和NaCl的混合溶液，阴极和阳极上首先析出的物质分别是(　　)A．Cu和Cl2　　　　　　　　B．H2和Cl2C．H2和O2D．Cu和O2解析：选A　在CuCl2和NaCl溶液中，Cu2＋、Na＋、H＋向阴极移动，因Cu2＋氧化性最强，则阴极反应为：Cu2＋＋2e－===Cu，而Cl－、OH－向阳极移动，因Cl－的还原性比OH－强，所以阳极反应为：2Cl－－2e－===Cl2↑，故电解时阴极、阳极首先析出的物质分别为Cu和Cl2。[新知探究]探究1　电解饱和食盐水(1)饱和食盐水中存在的离子有Na＋、Cl－、OH－、H＋。通电后，Na＋、H＋向阴极移动，H＋放电，电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑；Cl－、OH－向阳极移动，Cl－放电，电极反应为：2Cl－－2e－===Cl2↑；总反应方程式为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑。(2)电解过程中，由于阴极区H＋浓度变小，使阴极区溶液中水电离的OH－富集。因此，如果设法用隔膜阻止OH－移向阳极，则氢氧化钠可以在阴极附近的溶液中富集，由阴极溶液可以得到NaOH。探究2　电镀与铜的电解精炼(1)电镀的概念：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，叫作电镀。(2)电镀的目的：使材料抗腐蚀能力增强且增加表面的耐磨性和美观性。(3)电镀池的构成：n如：在餐具上镀银时，餐具作阴极，银作阳极，含有Ag＋的溶液作电解质溶液。发生的反应如下：阴极：Ag＋＋e－===Ag(还原反应)阳极：Ag－e－===Ag＋(氧化反应)[必记结论]1．电镀与铜的电解精炼的比较电镀铜的电解精炼定义应用电解原理在某些金属或非金属材料表面镀上一层其他金属或合金利用电解原理提纯铜装置举例形成条件①镀层金属做阳极接直流电源正极，镀件做阴极接直流电源负极②电镀液必须是含有镀层金属离子的盐溶液③形成闭合回路①粗铜做阳极，纯铜做阴极②含Cu2＋的盐溶液做电解质溶液③直流电源④形成闭合回路电极反应(以铁上镀锌为例)阳极：Zn－2e－===Zn2＋阴极：Zn2＋＋2e－===Zn阳极：Cu(粗铜)－2e－===Cu2＋(主要)阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(纯铜)电解(镀)液浓度不变减小联系电镀池和电解精炼池是特定条件下的电解池2.注意事项(1)离子的放电顺序不仅与离子本身的性质有关，还与离子浓度、装置特点等有关，铁上镀锌时，溶液中的H＋不放电。(2)在金属的电解精炼中，比被提炼的金属活泼的金属首先放电，比其不活泼的金属则最终成为阳极泥。[成功体验]3．下图中能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是(　　)n解析：选D　电解食盐水时，阳极产物Cl2，阴极产物H2、NaOH。根据图中电子流向先确定装置中电源的正、负极，从而确定电解池的阴、阳极，然后判断电极产物以及检验方法，D选项符合题意。4．(好题共享·选自人教版教材P83·T2)下列关于铜电极的叙述中不正确的是(　　)A．锌铜原电池中铜是正极B．在镀件上镀铜时可用金属铜作阳极C．用电解法精炼粗铜时粗铜作阳极D．用电解法精炼粗铜时纯铜作阳极解析：选D　电解精炼铜时，用粗铜作阳极，用纯铜作阴极。[新知探究]人教版教材实验设计苏教版教材实验设计装置图实验用品U型管、CuCl2溶液、石墨棒、淀粉碘化钾试纸、电源、导线熔融NaCl、电源、导线、电极U型管、CuCl2溶液、电源导线、石墨、淀粉碘化钾试纸实验步骤人教版教材实验设计苏教版教材实验设计①连接好装置②接通电源③把湿润的淀粉碘化钾试纸放在阳极附近①连接好装置②接通电源①连接好装置②接通电源③把湿润的碘化钾试纸放在阳极实验现象①阳极有黄绿色气体产生②湿润淀粉碘化钾试纸变蓝③阴极石墨棒上有红色物质析出①阳极有黄绿色气体产生②阴极有银白色固体析出①阳极有黄绿色气体产生②湿润淀粉碘化钾试纸变③阴极石墨棒上有红色物质析出蓝n创新发掘1.CuCl2溶液中有哪些离子？放电离子是哪些？为什么？分析：Cu2＋、Cl－、H＋、OH－；Cu2＋、Cl－，因为氧化性Cu2＋>H＋，还原性Cl－>OH－。2.使湿润淀粉碘化钾试纸变蓝的气体是否一定是Cl2？分析：不一定。电解CuCl2溶液得到Cu和Cl2，电解NaCl溶液为什么不能得到Na？分析：电解CuCl2溶液时，因氧化性Cu2＋>H＋，则阴极得到Cu，而电解NaCl溶液时，因氧化性H＋>Na＋，则阴极得到的是H2而不是金属Na。续表人教版教材实验设计实验设计苏教版教材个性评点1.人教版实验操作简单，现象明显，易于实现。2.苏教版电解熔融状态的氯化钠，在一般实验室条件下不易实现。3.苏教版设置两套装置，涉及电解熔融状态下的电解质和电解质溶液，内容全面。[成功体验]5．(2013·北京高考)用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。下列分析正确的是(　　)A．a端是直流电源的负极B．通电使CuCl2发生电离C．阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－===CuD．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体解析：选A　本题考查电解原理及其应用，意在考查考生对装置图的分析能力及对电解原理的理解能力。通过图中离子的运动状态可判断连接a的为阴极，连接b的为阳极，故a端为直流电源的负极，b端为直流电源的正极，A项正确；CuCl2在水溶液中就能发生电离，而不是通电的结果，B项错误；阳极发生氧化反应，即2Cl－－2e－===Cl2↑，C项错误；阴极发生还原反应，析出Cu，阳极发生氧化反应，在阳极附近可观察到黄绿色气体，D项错误。6.如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则以下有关此电解池的判断正确的是(　　)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，氯离子浓度保持不变解析：选C　依据电流的方向可知，a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极。d极上的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu，c极上的电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，溶液中的Cl－浓度减小。n———————————————[关键语句小结]————————————————1．电解池通电后电解质溶液中的阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应。2．在电解池中，阳极的电极反应与电极材料有关，若是活性电极，电极本身失电子，若是惰性电极，溶液中的阴离子失电子。离子放电“两顺序”(惰性电极)：阳极：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>Al3＋3．电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。4．电镀时，待镀的金属制品作阴极，镀层金属作阳极，用含镀层金属离子的溶液作电镀液。5．电解精炼铜时，用纯铜作阴极，粗铜作阳极，用CuSO4溶液作电解液。6．电解熔融Al2O3制取铝，电解熔融氯化钠制取钠，电解熔融MgCl2制取镁。用惰性电极电解电解质溶液的基本类型[例1]　如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。下列说法正确的是(　　)A．a为阳极，b为阴极B．a发生氧化反应，b发生还原反应nC．溶液中Na＋向b极移动D．a极产生H2，b极产生O2解析：选D　电解Na2SO4溶液实际上是电解水，电解时发生的反应为：a(阴极)：4H＋＋4e－===2H2↑(还原反应)；b(阳极)：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(氧化反应)，故A、B错误；溶液中阳离子(Na＋)移向阴极(a极)，C错误。电解池工作原理考查“四方面”方面1：判断电解池的阴、阳极：与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极。方面2：判断电子的移动方向：电子由电源负极→阴极，阳极→电源的正极。方面3：判断反应类型：阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。方面4：判断离子移动方向：阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。如图中X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板增重，b极板有无色无味气体放出，符合这一情况的是(　　)选项a极板b极板X电极Z溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨负极CuCl2解析：选A　a极质量增加，必定是金属在a极析出，a极一定是阴极。B选项Z溶液为NaOH，无金属析出，被排除。又因为b极有无色无味气体生成，只能是O2，而D选项电解CuCl2溶液，阳极要析出Cl2，D选项被排除。在A、C选项中，根据电极名称，X应当作为电源的负极。1.电解的有关计算常涉及的问题(1)两极产物的定量计算。(2)溶液pH的计算{pH＝－lgc(H＋)}(暂时不作要求)。(3)相对原子质量的计算和阿伏加德罗常数的值的测定。(4)根据转移电子的量求产物的量或根据产物的量求转移电子的量。2．常用的三种方法(1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电荷量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。(2)根据总反应式计算：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)根据关系式计算：根据得失电子守恒关系找到已知量与未知量之间的桥梁，得出计算所需的关系式。3．计算步骤(1)根据与电源的连接情况或实验现象，准确判断电极上发生氧化还原反应的类型和电极名称。(2)准确写出电极反应式。(3)根据题目所给条件和所要求解的问题，使用上述合适的方法建立等量关系求解。n[例2]　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0.05mol·L－1的CuCl2溶液，B池中加入0.1mol·L－1的AgNO3溶液，进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出的物质的物质的量之比是(　　)A．2∶2∶4∶1　　　　　　　　B．1∶1∶2∶1C．2∶1∶1∶1D．2∶1∶2∶1解析：选A　由电解规律可知：a、c为阴极，b、d为阳极。a极上析出Cu，b极上析出Cl2，c极上析出Ag，d极上析出O2。由电子守恒可得出：2e－～Cu～Cl2～2Ag～O2，所以a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比＝1∶1∶2∶＝2∶2∶4∶1。例2中：(1)若A中某电极产生1.12L气体(标准状况)，则B中某电极产生标准状况下气体体积是多少？(2)若B溶液体积为1L，则当AgNO3恰好电解完全时，溶液的c(H＋)是多少？提示：(1)结合例题分析可知，A中b极产生Cl2，B中d极产生O2，据电子守恒知：2Cl2～4e－～O2，故V(O2)＝V(Cl2)＝0.56L。(2)据电解方程式：4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2＋4HNO3知n(H＋)＝n(AgNO3)＝1L×0.1mol/L＝0.1mol，则c(H＋)＝0.1mol/L。[课堂双基落实]1．关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是(　　)A．若在阴极附近的溶液中滴入石蕊试液，溶液呈无色B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色C．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性解析：选B　电解食盐水时发生的反应：阳极：2Cl－－2e－===Cl2阴极：2H2O＋2e－===H2＋2OH－，(或2H＋＋2e－===H2)总反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2＋Cl2。阴极显碱性，滴入石蕊溶液变蓝，A错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2n，滴加KI溶液后发生反应：Cl2＋2I－===I2＋2Cl－，溶液呈棕色，B正确；阴极上是H2O电离产生的H＋放电产生H2，不是Na＋放电生成钠，C错误；电解后生成NaOH溶液呈碱性，D错误。2．用惰性电极分别电解下列各物质的溶液：①CuCl2　②CuSO4　③NaBr　④NaNO3　⑤盐酸⑥H2SO4　⑦KOH其中只有水被电解的有(　　)A．①②⑤　　　　　　　　B．②④⑥⑦C．④⑥⑦D．③⑤⑥⑦解析：选C　只有水被电解即是在阴极上H＋放电(溶液中阳离子是较活泼的金属离子)，在阳极上OH－放电(溶液中阴离子是含氧酸根离子或F－)。3．用石墨作电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的(　　)A．CuSO4B．H2OC．CuOD．CuSO4·5H2O解析：选C　由硫酸铜溶液的电解方程式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2＋2H2SO4可知，加入CuO才可与生成的H2SO4反应生成CuSO4而使电解液恢复到原浓度，故C正确。4．碘盐的主要成分是KIO3和NaCl，KIO3在工业上可用电解法制取，以石墨和铁为电极，电解KI溶液，反应方程式为KI＋H2O―→KIO3＋H2↑(未配平)。下列有关说法中正确的是(　　)A．电解时，石墨作阴极，铁作阳极B．电解时，在阴极上产生KIO3C．电解前后电解质溶液pH变大D．电解中，每转移0.6mole－，理论上可得到0.1mol无水KIO3晶体解析：选D　配平反应方程式：KI＋3H2OKIO3＋3H2↑。由反应方程式可知，铁是活泼电极不合适做阳极，A项错误；发生氧化反应，为阳极反应，B项错误；KI、KIO3是强酸强碱盐，故溶液的pH不变，C项错误；KI→KIO3发生氧化反应，转移6e－，为阳极反应，D项正确。5．用如下图所示的装置进行电解。通电一会儿，发现湿润的淀粉KI试纸的C端变为蓝色。(1)E为电源的__________极，铜为__________极。(2)A中发生反应的化学方程式为_____________，溶液酸性__________。(3)在B中观察到的现象是______________________。(4)D端的电极反应式为______________________。解析：本题实质上是三个电解装置串联，首先判断电源的正、负极，E为负极，F为正极；A中是以Pt为阳极、Fe为阴极电解AgNO3溶液。B中Cu为阳极，Cu溶解发生的反应为：Cu－2e－===Cu2＋，石墨为阴极发生的电极反应为：2H＋＋2e－===H2，由于水电离出的H＋放电，所以溶液中的c(OH－)>c(H＋)，故溶液中有氢氧化铜蓝色沉淀生成。D端为阴极，发生电极反应为：2H＋＋2e－===H2。答案：(1)负　阳n(2)4AgNO3＋2H2O4Ag＋4HNO3＋O2　增强(3)铜片溶解，石墨极上有气体生成，溶液中有蓝色沉淀生成(4)2H＋＋2e－===H2