选修4 第四章 第三节 电解池讲义.docx

1、选修4 第四章 第三节 电解池讲义 XXX同学XXXX年X月X日学案 【第X次】 年级： 高二 选修： 4 第 四 章课题: 第三节 电解池 一、教材新知识知识点一:电解原理 1【实验42】电解CuCl2溶液实验步骤如图，向U形管中注入CuCl2溶液，插入两根石墨棒作电极，把湿润的淀粉碘化钾试纸放在与直流电源正极相连的电极附近，接通直流电源，观察U形管内的现象和试纸颜色的变化实验现象电流表的指针发生偏转，阴极石墨棒周围CuCl2溶液绿色加深，阳极石墨棒周围CuCl2溶液绿色变浅；阴极石墨棒上覆盖了一层红色的固体，阳极石墨棒上有气泡产生，同时看到湿润的淀粉碘化钾试纸变成蓝色实验结论在通直流电的条

2、件下，溶液里的CuCl2发生了下列反应：CuCl2CuCl2，Cu生成于阴极的石墨棒上，Cl2生成于阳极的石墨棒上 注意：CuCl2溶液以呈绿色为宜（CuCl2的质量分数约为25%）。若浓度太大，通电后阴极石墨棒周围的溶液往往出现黑色，这是由于被还原出来的微小铜粒没有沉积在石墨棒上而是悬浮在溶液里的缘故 2原理分析 CuCl2是强电解质，在水溶液中能全部电离生成Cu2+和Cl，CuCl2 = Cu2+2Cl，通电前，Cu2+和Cl在溶液中做自由运动，如图所示，通电时，在电流的作用下，这些自由移动的离子改做定向运动，根据异性相吸的原理，带负电的Cl向阳极移动，带正电的Cu2+向阴极移动，如图所示

3、，在阳极，Cl失去电子而被氧化成氯原子，并两两结合成氯分子，从阳极放出。在阴极，Cu2+获得电子而还原成铜原子，覆盖在阴极上，这个过程叫做放电： 阳极：2Cl2e = Cl2（氧化反应） 阴极：Cu2+2e = Cu （还原反应） 电解CuCl2溶液的化学方程式就是阴、阳两个电极反应的总和：Cu2+2ClCuCl2 说明：阳离子得到电子或阴离子失去电子而发生氧化还原反应的过程叫做放电知识点二:电解池 1电解池的定义（装置特点） 上述使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解，这种借助于电流引起氧化还原反应的装置，即把电能转化为化学能的装置，叫做电解池或电解槽 2电解池的构

4、成条件 直流电源 两个电极 电解质溶液或熔融态电解质 形成闭合回路 3电解池的电极及电极反应类型 阴极：在电解池中，与直流电源的负极相连的电极称为阴极，在阴极上发生还原反应 阳极：在电解池中，与直流电源的正极相连的电极称为阳极，在阳极上发生氧化反应 说明： 活性电极：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，它们作电解池阳极时，一般先于电解质溶液中的离子发生氧化反应 惰性电极：用石墨、金、铂等制作的电极叫做惰性电极，它们在一般的通电条件下不发生化学反应。此时一般是水溶液中的阳离子在阴极上放电，其放电的先后顺序是：Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+ 4电解

5、池的工作原理 通电时，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子定向运动形成的内电路，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电解源的正极。从对上述实验的分析可知，电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程知识点三:电解原理的应用 （一）电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气 1实验装置和步骤实验步骤按如图所示装置，在U形管里倒入饱和食盐水，插入一根石墨棒作阳极，一根铁棒作阴极。同时在两边管中各滴入几滴酚酞试液，并用湿润的淀粉碘化钾试纸检验阳极放出的气体。接通直流电源后，观察U形管内的现象和试纸颜色的变化实验现象及分析电流表的指针发生偏转，在U形管的两个电极上都有气体放出，且阳极放出的气体

6、具有刺激性气味，同时看到湿润的淀粉碘化钾试纸变成蓝色，说明阳极放出的气体是Cl2；用一干燥的小试管在阴极收集产生的气体，待收集满后，用拇指堵住试管口，移到酒精灯火焰旁，松开拇指，听到“噗”的一声，说明收集到的气体是H2；U形管阴极附近，溶液显红色，说明溶液呈碱性实验结论电解饱和食盐水阳极生成Cl2，阴极生成H2，同时生成NaOH 2实验原理分析 在食盐水中，存在着Na+、Cl、H+、OH四种离子，接通电源，Na+、H+向阴极移动，Cl、OH向阳极移动，由于放电能力H+Na+，ClOH，因此两极上的电极反应式分别为： 阳极（放电顺序ClOH）：2Cl2e= Cl2（氧化反应） 阴极（放电顺序H+

7、Na+）：2H+2e= H2（还原反应） 总反应的离子方程式为：2Cl2H+ Cl2H2 在上述反应中，由于H+在阴极上得到电子而生成H2，破坏了附近水的电离平衡，促进水继续电离，使阴极区附近c(OH)增大而呈碱性，总反应式为：2NaCl2H2O2NaOHCl2H2 （二）电镀 1电镀的含义 电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的过程 说明：镀层的金属通常是一些在空气或溶液中不易起变化的金属（如铬、镍、银）和合金（如黄铜） 2电镀的目的 电镀的目的主要是增强金属的抗腐蚀能力，增强金属表面硬度，并使金属更加美观 3电镀原理 电镀时，通常把待镀的金属制品作阴极，把镀层金属作阳极，

8、用含有镀层金属离子的溶液作电解液，把待镀金属制品浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极；用镀层金属作为阳极，与直流电源的正极相连，通过低压直流电，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，这些离子在阴极获得电子被还原成金属单质，覆盖在需要电镀的金属制品上，形成一层均匀光洁而致密的镀层 （三）电解精炼铜 装置如图所示，电解精炼铜的原理与电镀的原理是一致的。 粗Cu作阳极，纯Cu作阴极，CuSO4溶液作电解质溶液。电极反应式为： 阳极：Cu2e = Cu2+（氧化反应） 阴极：Cu2+2e = Cu（还原反应） 说明： 以铜为材料作电极属于活性电极，在一般的电解条件下，活性阳极先于电解质溶液中

9、的成分发生氧化反应 粗铜中往往含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等多种杂质，当含杂质的粗铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序中Cu以前的金属如Zn、Fe、Ni等，也会同时失去电子，如：Zn2e = Zn2+，Ni2e = Ni2+，但它们的阳离子比Cu2+难还原，所以它们并不在阴极获得电子析出，而只是留在电解液中；而位于金属活动性顺序中Cu之后的金属，如Ag、Au等杂质，因为失电子的能力比Cu弱，难以在阳极失去电子变成阳离子溶解在溶液中，当阳极上的Cu失去电子变成阳离子溶解之后，它们便以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥，阳极泥可作为提供Ag、Au等贵重金属的原料 阳极质量减少量大于阴

10、极质量增加相等 用电解精炼法所得到的铜叫做电解铜，它的纯度可达到99.95%99.98% （四）电冶金 1金属冶炼的本质 金属的冶炼是将金属元素从其化合物中还原出来的生产过程，化合态金属大多呈阳离子状态，所以冶炼金属的实质就是使金属阳离子获得电子，还原为金属原子的过程。用式子表示为：Mn+neM 2制金属单质的方法 活泼性不同的金属元素被还原的难易程度不同，相应的还原措施也有所不同，金属冶炼的方法主要有： （1）热分解法 对于不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来，如：2HgO2HgO2 2Ag2O4AgO2 （2）热还原法 在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属，通常

11、是用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来，如：Fe2O33CO2Fe3CO2 WO33H2W3H2OZnOCZnCO MgOCMgCOFe2O32Al2FeAl2O3（铝热反应） （3）电解法 活泼金属较难用还原剂还原，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属，如：2NaCl（熔融）2NaCl2 4NaOH（熔融）4NaO22H2OMgCl2（熔融）MgCl2 2Al2O3（熔融）4Al3O2 3电解熔融的NaCl制Na 如图所示，NaCl在高温下熔融，并发生电离： NaCl = Na+Cl，通直流电后，电极反应式分别为： 阴极：2Na+2e = 2Na 阳极：

12、2Cl2e = Cl2 总化学方程式为：2NaCl（熔融）2NaCl2二、热点考向讲解及分析考向一:电解原理 1右图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列判断正确的是（ ） Aa为负极、b为正极 Ba为阳极、b为阴极 C电解过程中，氯离子浓度不变 D电解过程中，d电极质量增加 （双选）2TiO2在光照射下可使水分解：2H2O2H2O2，该过程类似植物的光合作用。右图是光照射下TiO2分解水的装置示意图。下列正确的是（ ） A该装置可以将光能转化为电能，同时也能转化为化学能 B铂电极上发生的反应为：2H2e = H2 C该装置工作时，电流由TiO2电极经R流向铂电极 D该装置工

13、作时，TiO2电极附近溶液的pH变大 （双选）3三氧化二镍（Ni2O3）可用于制造高能电池，其电解法制备过程如下：用NaOH调NiCl2溶液pH至7.5，加入适量硫酸钠后进行电解。电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成ClO，把二价镍氧化为三价镍。以下说法正确的是（ ） A可用铁作阳极材料 B电解过程中阳极附近溶液的pH升高 C阳极反应方程式是：2Cl2e = Cl2 D1 mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过了1 mol电子 4Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图所示，电解总反应为：2CuH2OCu2OH2。下列说法正确的是（ ） A石墨电

14、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 5用铂电极分别电解KCl溶液和K2SO4溶液时，都会出现的现象或实验结果是（ ） A溶液中K+离子浓度都不变 B溶液的pH都不变 C阳极上都生成能使湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色的气体 D阴极上都生成可燃的气体 6将一直流电源的正、负极，分别接在一张用食盐水、碘化钾淀粉溶液和石蕊试液浸过的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是（ ）ABCD阳极蓝白红蓝阴极白蓝蓝蓝 7图为持续电解饱和CaCl2水溶液的装置（以铂做电极，A为电流表），电解一段时间后，向电解液中连续

15、通入CO2。请回答有关问题： （1）电解时，F极发生_反应，电极反应式为_；E极发生_反应，电极反应式为_；电解总反应式为_。 （2）电解池中产生的现象：_；_；_ 8由于Fe(OH)2极易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。应用如图所示电解实验可制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。两电极的材料分别为石墨和铁。 （1）a电极材料应为_，b电极反应式为_； （2）电解液c可以是（填编号）_ A纯水 BNaCl溶液 CNaOH溶液 DCuCl2溶液 （3）d为苯，其作用为_，在加入苯之前，对c应做何简单处理_。 （4）为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措

16、施（填编号）_ A改用稀硫酸作电解液 B适当增大电源的电压 C适当减少两电极间距离 D适当降低电解液的浓度总结：1、解有关电解问题的步骤首先要判定装置是否为电解池，有外接直流电源则为电解池，否则不是电解池对于电解池，首先要考虑阳极材料，若为金属活性电极，则被氧化的是电极本身；若为惰性电极，溶液中的阴离子被氧化若溶液中的阴、阳离子有多种，则根据离子放电顺序判定什么离子先放电，什么离子后放电，并写出电极方程式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，与负极相连的为阴极）析溶液（分析电解质溶液中所含离子的种类）判流向（判断电子流动方向、离子移动方向）断微粒（确定在两极上反应的

17、微粒种类）书极式（书写电极反应式，注意要使得失电子守恒）写方程（书写电解质电解的化学方程式或离子方程式）考向二：电解池 1下列关于电解池的叙述中，正确的是（ ） A电解池中的闭合回路仅是由电子的定向运动形成的 B金属导线中，电子由电源的负极流向电解池的阳极，从电解池的阴极流向电源的正极 C在电解质溶液中，阴离子向阴极移动，阳离子向阳极移动 D相同时间内，阳离子在阴极得到的电子与阴离子在阳极失去的电子数相等总结：确定电解池阴阳极的方法 （1）与电源正极相连的电极为电解池的阳极；与电源负极相连的电极为电解池的阴极 （2）发生氧化反应的为阳极，发生还原反应的为阴极 （3）阴离子移向的一极为阳极，阳离

18、子移向的一极为阴极考向三：电解池阴阳极放电顺序及其电极产物的判断 1电解一定浓度的硫酸铜溶液(惰性电极、CuSO4足量)，一段时间后，停止电解，若想使硫酸铜溶液恢复其原浓度需加入下列哪种物质（ ） ACu(OH)2 BCu2O CCuO DCuCO3 2用惰性电极电解下列溶液，一定时间后，再加入一定质量的另一种物质（中括号内），溶液能与原来溶液完全一样的是（ ） ACuCl2 CuSO4 BNaOH NaCl CNaCl HCl(g) DCuSO4 Cu(OH)2 （双选）3用惰性电极分别电解下列各物质的水溶液一段时间后，向剩余电解质溶液中加入适量的水，能使溶液恢复到电解前的浓度的是（ ） A

19、AgNO3 BNa2SO4 CCuCl2 DH2SO4 4电解水，为增强水的导电性，需加入一定量的电解质，但不宜加入的是（ ） AgNO3 NaCl H2SO4 NaOH A B C D 5用石墨电极电解稀硫酸的过程中，溶液pH的变化情况为（ ） A不改变 B逐渐减小 C逐渐增大 D先减小，后增大 6串联电路中的四个电解池分别装有0.1 mol/L的下列溶液，用铂电极电解，连接直流电源一段时间后，溶液的pH最小的是（ ） ACuCl2 BNaCl CAgNO3 DKNO3 （双选）7pHa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pHa，则该电解质可能是（ ） ANaOH B

20、Na2SO4 CAgNO3 DHCl 8用惰性电极电解下列电解质溶液，pH不发生变化的是（ ） ANa2S BCuSO4 CNaCl DNa2SO4 9用惰性电极实现电解，下列说法正确的是（ ） A电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变 B电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH，故溶液pH减小 C电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为12 D电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为11总结： 1电解过程中的放电顺序 （1）阳极反应物的失电子（放电）顺序 首先看电极，若是活性电极（Pt、Au除外），则活性电极优先失电子，电极被溶解，形成阳离子进入溶液 若为惰性电

21、极，如Pt、Au、石墨等，则根据溶液中阴离子放电顺序加以判断综上所述，阳极反应物放电顺序为： （2）阴极反应阳离子得电子（放电）顺序Ag+Fe3+Cu2+H+(酸)Pb2+Fe2+Zn2+(H+)水Al3+Mg2+Na+Ca2+K+注意： 水溶液中的阴、阳离子得失电子顺序是指在相同温度和基本相同的浓度条件下比较得出的放电顺序，其中(H+)水指的是溶液中，得电子的离子是由水提供的H+ 水溶液中的阴、阳离子得失电子顺序较为复杂，与离子性质、溶液浓度、电流强度、电极材料等都有关，不应将放电顺序绝对化，以上仅是一般规律 2电解电极产物的判断 要判断电极反应的产物，必须掌握离子的放电顺序。判断电极反应的

22、一般规律是： （1）在阳极上 活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化成阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电 用惰性电极（如Pt、Au、石墨等）时：溶液中的阴离子参加反应，其放电顺序是：S2，I，Br，Cl，OH，含氧酸根，F放电能力逐渐减弱 （2）在阴极上 阴极产物与电极材料无关，电极本身不参与反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上放电顺序为：Au+，Ag+，Fe3+，Cu2+，H+(酸)，Pb2+，Fe2+，Zn2+，(H+)水，Al3+，Mg2+，Na+，Ca2+，K+放电能力逐渐减弱 4电解质水溶液电极产物的规律电解质（溶液）阳极反应式阴极反应式总反应方程式溶液酸碱性变化

23、pH变化溶液复原所需物质CuCl22Cl2e = Cl2Cu2+2e = CuCuCl2CuCl2CuCl2HCl2Cl2e = Cl22H+2e = H22HClH2Cl2酸性减弱增大HCl(g)Na2SO44OH4e = 2H2OO24H+4e = 2H22H2O2H2O2不变不变H2OH2SO44OH4e = 2H2OO24H+4e = 2H22H2O2H2O2消耗水酸性增强减小H2ONaOH4OH4e = 2H2OO24H+4e = 2H22H2O2H2O2消耗水碱性增强增大H2ONaCl2Cl2e = Cl22H+2e = H22NaCl2H2OCl2H22NaOHH+放电碱性增强增

24、大HCl(g)CuSO44OH4e = 2H2OO22Cu2+4e = 2Cu2CuSO42H2O2CuO22H2SO4OH放电酸性增强减小CuO(s)AgNO34OH4e = 2H2OO24Ag+4e = 4Ag4AgNO32H2O4AgO24HNO3OH放电酸性增强减小Ag2O(s) 上述规律可将电解质水溶液电解归纳为下面四种类型类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度pH变化电解质溶液复原方法电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电CuCl2电解质减小CuCl2HCl电解质减小增大通HCl(g)电解水型阴极：4H+4e = 2H2阳极：4OH4e = 2H2OO2NaOH水增大增

25、大加水H2SO4水增大减小加水Na2SO4水增大不变加水放H2生碱型阴极：由H2O电离出的H+得电子，放出H2，溶液中c(OH)增大阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大通HCl(g)放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：由H2O电离出的OH失电子，放出O2，溶液中c(H+)增大CuSO4电解质和水生成新电解质减小加CuO(s)AgNO3电解质和水生成新电解质减小加Ag2O(s) 注意：书写电解反应的离子方程式时，首先要判定电极反应式中离子的来源，再进行书写，有时并不能将阴、阳两极的电极反应式简单相加，应分为以下两种情况进行考虑： 若在电极上放电的离子均来自强电解质，则可用

26、阴阳两极的电极反应式简单相加的方法书写电极反应的离子方程式，如用惰性电极电解CuCl2溶液，两极的电极反应式分别为： 阳极：2Cl2e = Cl2 阴极：2Cu2+2e = Cu 总反应的离子方程式为：2Cu2+2ClCuCl2 若有弱电解质电离产生的离子在电极上放电，则不能用阴阳两极的电极反应式简单相加的方法书写电解反应的离子方程式，而应依据离子方程式的书写原则，在离子方程式中保留弱电解质的化学式，如用惰性电极电解AgNO3溶液，两极的电极反应式分别为： 阳极：4OH4e = 2H2OO2 阴极：4Ag+4e = 4Ag 总反应的离子方程式为：4Ag+2H2O4AgO24H+考向四：电解饱和

27、食盐水 1关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是（ ） A电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠 B若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色 C若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色 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 2下图中能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是（ ） 3某课外活动小组研究电解饱和食盐水。甲、乙两位同学均采用了以下仪器和试剂：烧杯、直流电源、铁钉、碳棒、导线以及滴加了两滴酚酞试液的饱和NaCl溶液。 （1）甲同学设计的电解装置中，铁钉与直流电源的负极相连。通电后，很快可以观察到铁钉附近出现的现象为 。但继续通电下，不久该现象就会消失，你认为其中的原因是 。甲同学的电解实验中，阳极反应式为 ，阴极反应式为 。 （2）乙同学设计的电解装置中，铁钉与直流电源的正极相连。若通电后，预期铁钉附近出现的现象为 。总结：电解饱和食盐水（1）目前我国工业上大多采用立式隔膜电解槽，如图所示。这种隔膜电解槽的阳极是由金属钛和石墨制成，阴极是铁丝网做成的，网上吸附着一层石棉绒作为隔