高三化学基本概念与基本理论电解池的工作原理及应用.docx

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高三化学基本概念与基本理论电解池的工作原理及应用

授课类型

C电解池的工作原理及应用

授课日期及时段

一、专题检测

1、用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物（方括号内的物质），能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是（　　）

A．AgNO3[AgNO3]B．NaOH[H2O]C．KCl[KCl]D．CuSO4[Cu（OH）2]

答案　B

解析　A项：

4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3脱离反应体系的物质是4Ag＋O2，相当于2Ag2O，所以应当加入适量Ag2O才能复原。

（加入AgNO3，会使NO的量增加）；B项：

2H2O2H2↑＋O2↑　脱离反应体系的是2H2＋O2，相当于2H2O，加入适量水可以复原。

C项：

2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑　脱离反应体系的是H2＋Cl2，相当于2HCl，应通入适量HCl气体才能复原。

（加入盐酸时，同时也增加了水）　D项：

2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑　脱离反应体系的是2Cu＋O2，相当于2CuO，加入适量CuO可以复原。

2、500mLKNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中c（NO3-）=6.0mol·L-1,用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L气体（标准状况）。

下列说法正确的是（）

A.上述电解过程中共转移2mol电子B.原混合溶液中c（K+）为2mol·L-1

C.电解得到的Cu的物质的量为0.5molD.电解后溶液中c（H+）为2mol·L-1

【解析】选B。

阳极：

4OH--4e-====2H2O+O2↑,阴极，首先Cu2+放电：

Cu2++2e-====Cu,Cu2+反应完H+放电：

2H++2e-====H2↑,当阳极收集到22.4LO2时，转移4mole-，阴极上收集到22.4LH2时，转移2mole-，根据各电极电子守恒得出Cu2+得到2mole-，生成1molCu；因为4molOH-放电，2molH+放电，所以电解后溶液呈酸性，c（H+）=2mol/0.5L=4mol·L-1，所以A、C错误。

根据溶液中电荷守恒得原混合溶液中c（K+）=2mol·L-1。

3、下列事实不能用金属活动性解释的是（）

A.生活中可用铝制的水壶烧水B.镀锌铁制品破损后，镀层仍能保护铁制品

C.工业上常用热还原法冶炼铁，用电解法冶炼钠D.电解法精炼铜时，其含有的Ag、Au杂质沉积在电解槽的底部

【解析】选A。

可用铝制的水壶烧水是因为铝壶表面有一层致密的氧化膜，阻止了铝与水的接触；镀锌铁制品破损后，形成原电池，因为锌比铁活泼，锌作负极，保护铁；工业上常用热还原法冶炼铁，用电解法冶炼钠，是因为钠太活泼；电解法精炼铜时，其含有的Ag、Au杂质沉积在电解槽的底部，是因为铜比Ag、Au活泼。

二、知识梳理

电解原理

1、定义：

电解是在作用下，电解质在上分别发生的过程电解质导电的实质是

电解池由、以及组成

2、画出用惰性电极电解CuSO4溶液的装置图，回答下列问题：

与电源_____极相连的电极是阳极，发生_____反应，写出电极反应式__________________________，电解时溶液中______离子向阴极移动，写出电解总反应的离子方程式：

__________________________________________________.

3、放电顺序：

（1）用惰性材料作电极时，阴离子在极放电，常见阴离子的放电顺序是

。

阳离子在极上放

电，常见的阳离子的放电顺序是

（2）阳极材料是活性电极（除_____、_____之外的金属）时，阳极本身优先失电子被氧化。

【小结】1、书写电解池的电极反应

（1）_____________________________________

（2）______________________________________

2、书写电解总反应的离子方程式时，放电离子来自强电解质的才能写成离子形式。

4、酸、碱、盐溶液以及熔融物的电解规律表（惰性电极）

电解质类别

电解对象

实例

浓度变化

PH

复原所加物质

电极反应

总反应

强碱

NaOH

含氧酸

H2SO4

氢前金属含氧酸盐

Na2SO4

无氧酸（HF除外）

HCl

氢后金属无氧酸盐

CuCl2

氢前金属无氧酸盐

NaCl

氢后金属含氧酸盐

CuSO4

电解熔融物质

Al2O3

电解的应用

1、电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气（氯碱工业）

下图表示一个电解池，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。

若X、Y都是惰性电极，a是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极上的电极反应式为

在X极观察到的现象是

原因是

②Y电极上的电极反应式为

检验该电极反应产物的方法是

2、铜的电解精炼

粗铜中含有的杂质通常为等。

电解时，粗铜与直流电源的极相连，作极，该电极的主要反应为，副反应为。

用接直流电源的极，作极，该电极的主要反应为，用作电解液。

电解时电解质溶液中Cu2+的浓度，阳极质量，阴极质量，两极质量改变是否相等。

3、电镀电镀时，电镀液通常采用溶液；把待镀金属制品浸入电镀液中与直流电源的极相连，作极；而用_______或___作

极，与直流电源的极相连。

例如铁制品上镀铜，若用铜作阳极，则阳极反应式为阴极反应式为，电镀液中Cu2+的浓度

4、电解法冶炼活泼金属

Na、Mg、Al等活泼金属都可用电解它们的熔融盐或氧化物制得。

写出有关方程式

、、

1、直流电两个电极氧化反应和还原反应电解质溶液或熔融态电解质的电解过程

直流电源、固体电极材料以及电解质溶液或熔融电解质

2、

，正、氧化、4OH－4e－+2H2O+O2↑、阳、

2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+

3、

（1）阳S2—>I—>Br—>Cl.—>OH—>含氧酸根阴Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>…

（2）AuPt

小结：

书写电解池的电极反应

（1）阳极电极反应的写法：

阳极是活性电极时，阳极本身放电；阳极是惰性电极时，溶液中的阴离子放电。

（2）阴极电极反应的写法：

一定是溶液中的阳离子放电。

4、酸、碱、盐溶液的电解规律表（惰性电极）

电解质类别

电解对象

实例

浓度变化

PH

复原所加物质

电极反应

总反应

强碱

H2O

NaOH

增大

增大

H2O

阴极：

4H++4e—_=2H2↑

阳极：

4OH—=2H2O+O2+4e—

2H2O2H2↑+O2↑

含氧酸

H2SO4

增大

减小

H2O

氢前金属含氧酸盐

Na2SO4

增大

不变

H2O

无氧酸（HF除外）

电解质

HCl

减小

增大

HCl

阴极：

2H++2e_=H2↑

阳极：

2Cl—=Cl2↑+2e—

2HClCl2↑＋H2↑

氢后金属无氧酸盐

CuCl2

减小

CuCl2

阴极：

Cu2++2e—=Cu

阳极：

2Cl—=Cl2↑+2e—

CuCl2Cu+Cl2↑

氢前金属无氧酸盐

电解质和水

NaCl

减小

增大

HCl

阴极：

2H++2e_=H2↑

阳极：

2Cl—=Cl2↑+2e—

2Cl—+2H2O

Cl2↑+H2↑+2OH—

氢后金属含氧酸盐

电解质和水

CuSO4

减小

减小

CuO

阴极：

2Cu2++4e—=2Cu

阳极：

4OH—=2H2O+O2+4e—

2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+

电解熔融物质

Al2O3

阴极：

4Al3++12e—=4Al

阳极：

6O2—=3O2↑+12e—

2Al2O34Al↑＋3O2↑

1、①2H++2e—=H2↑有气泡冒出，溶液变红原因：

H2O电离出的H+放电生成H2逸出，使阴极区H+浓度减小，导致水的电离平衡H2OH++OH—右移，使阴极区OH—浓度变大

②2Cl—=Cl2↑+2e—将湿润的碘化钾淀粉试纸靠近Y电极附近的支管口，若试纸变蓝，则证明该气体为Cl2

2、Zn、Fe、Ni、Ag、Au、Pt；正；阳；Cu=Cu2++2e—；Zn=Zn2++2e—

Fe=Fe2++2e—Ni=Ni2++2e—；精铜；负；阴；Cu2++2e—=Cu；

硫酸酸化的CuSO4溶液；减小；减轻；增重；不相等

3、含镀层金属离子；负；阴；镀层金属、惰性电极材料；正；阳；

Cu=Cu2++2e—；Cu2++2e—=Cu不变

4、2NaClCl2↑+2NaMgCl2Cl2↑＋Mg2Al2O34Al↑＋3O2↑

三、专题突破

考点一、原电池、电解池、电镀池的比较

原电池

电解池

电镀池

定义

将化学能转变成电能的装置

将电能转变成化学能的装置

应用电解原理在金属表面镀一层其他金属或合金的装置

装置举例

形成条件

①活泼性不同的两电极

②电解质溶液（电极插入其中）

③形成闭合回路

①两电极接直流电源

②两电极插入电解质溶液中

③形成闭合回路

①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极

②电镀液必须含有镀层金属离子

电极名称

负极：

较活泼金属正极：

较不活泼金属（或能导电的非金属）

阳极：

与电源正极相连的电极

阴极：

与电源负极相连的电极

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

电极反应

负极：

氧化反应

正极：

还原反应

阳极：

氧化反应，金属电极失电子或溶液中的阴离子失电子

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：

电镀液中的阳离子得电子

【典例1】如图所示装置中，X是铁，Y是石墨电极，a是硫酸钠溶液，实验开始前，在U形管的两边同时各滴入几滴酚酞试液，下列叙述正确的是（）

A.闭合K1，断开K2，X极放出H2

B.闭合K1，断开K2，Y极为阳极

C.闭合K2，断开K1，Y极的电极反应式为：

O2＋2H2O＋4e-====4OH-

D.闭合K2，断开K1，工作一段时间后，X电极附近显红色

【解析】选D。

闭合K1，断开K2，形成原电池，X极为负极，铁失去电子，不会放出H2，Y极为正极，故A、B错误；闭合K2，断开K1，形成电解池，Y极的电极反应式为：

4OH--4e-====O2↑+2H2O，X电极H+放电，X极附近OH-浓度增加，故C错误，D正确。

【变式1】如图所示，a、b是两根石墨棒，下列叙述正确的是（）

A.a是阴极，发生还原反应，b是阳极，发生氧化反应

B.装置工作时，稀硫酸溶液中c（H+）变小、c（Cu2+）变大

C.往滤纸上滴加酚酞试液，a极附近颜色变红

D.稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变

【解析】选D。

选项A，Zn为原电池负极，Cu为原电池正极，故a为阳极，阳极发生氧化反应，b为阴极，发生还原反应。

选项B，Cu不参与电极反应，溶液中无Cu2+。

选项C，水电离产生的H+在b极放电，b极附近OH-浓度增大，所以b极附近颜色变红。

选项D，SO42-不参与电极反应，其物质的量不变。

考点二、电解规律及相关计算

【规律总结】

1.电解时的放电顺序与电极产物的判断