高中化学选修4《化学反应原理》第四章第三节《电解池》精品讲学案整理含答案.docx

高中化学选修4《化学反应原理》第四章第三节《电解池》精品讲学案整理含答案.docx

《高中化学选修4《化学反应原理》第四章第三节《电解池》精品讲学案整理含答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学选修4《化学反应原理》第四章第三节《电解池》精品讲学案整理含答案.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高中化学选修4《化学反应原理》第四章第三节《电解池》精品讲学案整理含答案

高中化学选修4《化学反应原理》精品讲学案

第四章　电化学基础

第三节电解池

案例探究

我们知道铁是不溶于水的，但如果我们把铁块与电池的正极相连，电池的负极与一铜片或碳棒相连（如下图）。

则铁块会不断减少，“溶”于水中了，并伴有白色沉淀生成。

原来，在直流电源作用下，单质铁变成了二价铁离子，铁块发生了如下化学反应：

Fe-2e-====Fe2+

2H2O+2e-====H2↑+2OH-

Fe2++2OH-====Fe（OH）2↓

这一过程，就是以铁作阳极电解水的过程。

问题与讨论：

1.为什么在直流电的作用下，铁单质易于放电变成离子，而在通常状况下则不能？

2.如果把碳换成单质铜或者银，还能发生上述变化吗？

如果有，溶解的金属是什么？

如果把电池两极反接，铁还溶解吗？

自学导引

一、电解原理

1.电解CuCl2溶液

（1）通电前，CuCl2溶液中存在的阳离子有_________，阴离子有______________，这些离子来自于________________。

（2）通电后，阳离子移向_________，阴离子移向_________。

在阳极放电的离子是_________，在阴极放电的离子是_________，分别发生_________反应和_________反应，生成_________。

电极反应方程式为：

阳极：

__________________

阴极：

__________________

电解CuCl2溶液的总方程式为：

____________________________________

（3）电解CuCl2溶液观察到的现象是：

____________________________________。

答案：

（1）H+、u2+Cl-和OH-CuCl2和H2O的电离

（2）阴极阳极Cl-Cu2+氧化还原Cl2和Cu2Cl--2e-====Cl2↑Cu2++2e-====CuCuCl2

Cu+Cl2↑

（3）阴极石墨上逐渐覆盖了一层红色的铜，阳极石墨棒上有能使湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色的气体

2.电解

（1）电解：

__________________叫做电解。

电解池：

__________________的装置，也就是__________________的装置叫做电解池或电解槽。

（2）构成电解池的条件

①_________；

②__________________；

③__________________。

（3）电解池的两极

阳极与_________相连，在阳极上发生_________反应。

阴极与_________相连，在阴极上发生_________反应。

（4）电解质溶液导电的实质

电解质溶液导电的过程，就是_________过程，就是在阴阳两极发生氧化还原反应的过程。

（5）离子的放电

阴阳离子在两极得失电子的过程称放电。

多种阳离子或多种阴离子分别移向阴极、阳极时，优先放电的是_____________的离子。

写出下列离子在阴、阳两极放电的电极方程式：

Ag+、Fe3+、H+、Zn2+、OH-、Br-、S2-、

____________________________________；

____________________________________。

答案：

（1）使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程借助于电流引起氧化还原反应把电能转化为化学能

（2）①两个电极

②直流电源

③电解质溶液或熔融态电解质

（3）电源正极氧化电源负极还原

（4）电解质溶液的电解

（5）氧化性强的阳离子或还原性强的阴

阳离子：

Ag+e-====AgFe3++e-====Fe2+2H++2e-====H2↑Zn2++2e-====Zn

阴离子：

4OH--4e-====2H2O+O2↑2Br-2e-====Br2S2--2e-====S

+H2O-2e-====

+2H+

二、电解原理的应用

1.电解饱和食盐水

（1）理论分析

通电前溶液中含有的离子：

_______________。

通电时___________________移向阴极，_______________放电；_______________移向阳极，_______________放电。

因___________放电，导致水的电离平衡H2O

H++OH-向右移动，致使生成________。

电解总方程式为_________________。

（2）实验现象

①两极均产生气体。

②_________溶液先变红，说明有___________生成。

③_________极产生的气体能使湿的KI淀粉试纸变蓝，说明有___________生成。

答案：

（1）Cl-、OH-、Na+、H+H+、Na+H+Cl-、OH-Cl-

2Cl--2e-====Cl2↑2H++2e-====H2↑H+OH-

2NaCl+2H2O

2NaOH+Cl2↑+H2↑

（2）阴极区OH-（3）正Cl2

2.电镀

（1）电镀的含义

电镀是应用___________在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。

（2）电镀的目的

电镀的目的主要是___________________。

（3）电镀的原理

阳极：

_________________。

阴极：

_________________。

电镀液：

______________________。

（4）铜的精炼

①装置要求

阳极是___________，阴极是___________，电解质溶液是______________________。

②化学原理

阳极反应：

Cu-2e-====Cu2+

Zn-2e-====Zn2+

阴极反应：

__________________

③电解特点

a.粗铜中的铜“迁移”到纯铜上；

b.CuSO4溶液的浓度_________。

答案：

（1）电解原理

（2）使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度

（3）镀层金属镀件含有镀层金属的电解质溶液

（4）①粗铜纯铜CuSO4溶液

②Cu2++2e-====Cu

③基本不变

3.电冶金

（1）金属冶炼的实质是__________________。

（2）古代湿法炼铜的离子方程式为：

__________________。

（3）写出工业上冶炼下列三种金属的化学方程式：

Fe:

___________________________

Ag：

___________________________

Hg:

___________________________

（4）电解法是冶炼Na、Mg、Al唯一可行的工业方法，其原因是__________________________。

写出从熔融NaCl中冶炼金属钠的电极反应式。

阳极：

___________________________；

阴极：

___________________________。

答案：

（1）金属阳离子得到电子生成金属单质

（2）Fe+Cu2+====Cu+Fe2+

（3）Fe2O3+3CO

2Fe+3CO2

2Ag2O

4Ag+O2↑2HgO

2Hg+O2↑

（4）Na、Mg、Al容易失去电子变为金属阳离子

2Na++2e-====2Na2Cl--2e-====Cl2↑

4.阴阳离子的放电顺序（一般顺序）

在电解质溶液中，阴、阳离子放电的先后顺序为：

（1）阳离子：

_________>_________>_________>_________>_________（H+浓度较大时）_________>_________>_________>_________>_________（H+浓度较小时）_________>_________>_________>_________>_________。

（2）阴离子_________>_________>_________>_________>_________>________>________。

答案：

（1）Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（H+浓度较大时）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+（H+浓度较小时）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

（2）S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子>F-

疑难剖析

一、了解电解池的工作原理，能判断电解池的阴阳两极

电解池电极的判断一般有两种方法。

其一，据电源判断，与正极连接的为阳极，与负极连接的为阴极；其二，据实验现象判断，如电极质量增加的为阴极等。

【例1】（2003年上海）右图是电解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：

电流从电源的正极流出，故a为电源的正极，b为负极；与电源正极相连的c为阳极，与电源负极相连的d为阴极。

在电解过程中，因Cu2+是阳离子，移向阴极d，在阴极放电析出Cu，所以d电极质量增加；Cl-是阴离子，移向阳极c，在阳极放电析出Cl2，会导致溶液中氯离子浓度降低。

答案：

C

友情提示:

电化学装置主要包括原电池、电解池两种。

习惯上，对原电池用正极和负极命名，对电解池用阴极和阳极命名。

在原电池中，相对活泼的电极失去电子作负极；相对不活泼的电极上，某些离子得电子，该电极作正极。

对于电解池，与电源正极相连的电极作阳极，发生氧化反应；与电源负极相连的电极作阴极，发生还原反应。

这是电化学最基本、最核心的知识。

二、分析电解问题的一般方法思路

首先要分析电极及电极材料，然后分析电解液中的离子，若金属作阳极时，则金属（电极）被氧化；若惰性材料作阳极，则考虑阴离子的放电顺序。

阴极要分析阳离子的放电顺序。

这样写出电极反应式、现象、产物等的判断则可迎刃而解。

【例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：

（1）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_________________。

（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则

①X电极的材料是__________________，电极反应式是__________________。

②Y电极的材料是__________________，电极反应式是__________________。

（说明：

杂质发生的电极反应不必写出）

解析：

Y极与直流电源的正极相连，Y是电解池的阳极；X极与直流电源的负极相连，X是电解池的阴极，溶液中阳离子趋向阴极，在阴极放电，阴极的电极反应式：

2H++2e-====H2↑，由于H+不断放电，c（H+）不断减小，打破了水的电离平衡，使水的电离平衡向电离的方向进行，使c（OH-）增大，故阴极附近放出气体，溶液使酚酞变红，Cl-向阳极移动，在阳极放电，阳极的电极反应式为：

2Cl--2e-====Cl2↑；精炼粗铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极。

答案：

（1）①2H++2e-====H2↑放出气体，溶液变红

②2Cl--2e-====Cl2↑把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色

（2）①纯铜Cu2++2e-====Cu

②粗铜Cu-2e-====Cu2+

友情提示:

以惰性电极电解电解质水溶液，分析电解反应的一般方法步骤为：

（1）分析电解质水溶液的组成，找全离子并分为阴、阳两极；

（2）分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出两极上的电极反应式；

（3）合并两个电极反应式，得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。

学会分析电解的过程及书写反应式是学好电化学的基石。

三、掌握电解的一般规律，能正确判断电解后溶液pH变化

【例3】pH=a的某电解质溶液中，插入两支惰性电极，通直流电一段时间后，溶液的pH＞a，则该电解质可能是（）

A.NaOHB.H2SO4C.AgNO3D.Na2SO4

解析：

依题意，要求在电解过程中溶液pH增大，电解NaOH溶液、稀H2SO4、Na2SO4溶液实质上是电解水，溶液的pH依次是：

增大、减小、不变；电解AgNO3溶液有HNO3生成，pH减小。

反应方程式为：

4AgNO3+2H2O

4Ag+4HNO3+O2↑，所以A选项正确。

答案：

A

友情提示:

根据原溶液的酸、碱性和电极产物即可对电解后溶液的pH的变化作出正确的判断，其方法如下：

（1）若电极产物只有H2而无O2，则pH变大。

（2）若电极产物只有O2而无H2，则pH变小。

（3）若电极产物既有O2又有H2，原溶液呈酸性，则pH变小，原溶液呈碱性则pH变大，原溶液呈中性，则pH不变。

四、掌握有关电解的简单计算

【例4】右图是可用于测量阿伏加德罗常数的装置示意图，其中A、B是两块纯铜片，插在CuSO4稀溶液中，铜片与引出导线相连，引出端分别为x、y。

（1）当以I=0.21A的电流电解60min后，测得铜片A的质量增加了0.25g，则右图装置中的x端应与直流电的________极相连，它是电解池的________极。

（2）电解后铜片B的质量________（填“增加”“减少”或“不变”）。

（3）列式计算实验测得的阿伏加德罗常数NA。

（已知电子电荷量e=1.60×10-19C）

解析：

（1）由电镀铜的相关知识，可知铜片A的质量增加，说明A是阴极，与之相连的x端应与直流电的负极相连。

（2）因B作阳极，阳极反应是Cu-2e-====Cu2+，故电解后铜片B的质量减少，减少的质量“跑”到A上。

（3）每生成1molCu，需要转移2mole-，现生成0.25gCu，需转移2×

=0.0078mole-。

由物理学知识知，体系中通过的电子的物质的量为

n（e-）=

=0.0078mol。

NA=0.21A×60×

=6.0×1023mol-1

答案：

（1）负阴

（2）减少

（3）NA=

=6.0×1023mol-1

友情提示:

本题渗透物理、化学知识，主要考查学生运用公式Q=It及电解原理、物质的量、摩尔质量、阿伏加德罗常数等知识的能力。

阿伏加德罗常数是物理学和化学上的基本常数之一，要明确1mole-的电荷量为1mol×6.02×1023mol-1×1.60×10-19C=9.632×104C。

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，某元素的化合价以及溶液的pH、物质的量浓度等。

解答此类题的方法有两种：

一是根据电解方程式或电极反应式，列比例式求解；二是利用各电极、线路中转移的电子数目守恒，列等式求解。

以电子守恒较为简便，应注意运用。

拓展迁移

拓展点一：

电解池中电极的选择与改变

1.若只电解溶液而不改变电极时，应选择惰性电极作阳极；如电解NaCl制烧碱，阳极用石墨，阴极用铁棒。

2.若阳极选择活泼金属，则阳极上放电的一定是金属电极，溶液不发生变化。

拓展点二：

电解饱和食盐水制烧碱的注意点

1.电解饱和NaCl溶液时，阴极产物是H2和NaOH。

2.电解饱和NaCl溶液的离子方程式为：

2Cl-+2H2O

H2↑+Cl2↑+2OH-。

3.如何检验有NaOH和Cl2生成？

在阴极附近滴几滴酚酞试液，通直流电时，发现阴极附近溶液变红，证明有碱生成；用湿润的KI淀粉试纸放在阳极附近，若试纸变蓝，则证明有Cl2生成。

4.粗盐中有Ca2+、Mg2+、

等杂质，除去杂质的试剂是什么？

加入试剂的顺序是什么？

试剂加入顺序有多种选择，如：

①BaCl2、NaOH、Na2CO3、过滤、盐酸；②BaCl2、Na2CO3、NaOH、过滤、HCl；③NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、盐酸。

拓展点三：

什么是“放电”？

①阳离子得到电子或阴离子失去电子而使离子所带电荷数目降低的过程叫做放电。

②用石墨、金、铂等制作的电极叫做惰性电极，理由是它们在一般的通电条件下不发生化学反应。

用Fe、Zn、Cu、Ag等还原性较强的材料制作的电极叫做活性电极，它们作电解池的阳极时，先于其他物质发生氧化反应。

拓展点四：

以惰性电极电解水溶液，分析电解反应的一般方法步骤

1.

（1）分析电解质水溶液的组成，找全离子并分为阴、阳两组；

（2）分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出两极上的电极反应式；

（3）合并两个电极反应式得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。

2.学习电解原理、建议记住以下口诀：

分电极（与电源正极相连的为阳极，与负极相连为阴极）

析溶液（分析电解质溶液中所含离子有哪些）

判流向（判断电子流动方向，离子移动方向）

断粒子（确定在两极上反应的各是什么粒子）

书极式（书写电极反应式，注意使得失电子守恒）

写方程（书写电解质电解的化学方程式或离子方程式）