高中化學 專題1 第二單元 第二課時 電解池的工作原理及應用課件 蘇教版選修4

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1、專專題題1 1化化學學反反應應與與能能量量變變化化第二第二課時課時電解電解池的池的工作工作原理原理及應及應用用課前預習課前預習巧設計巧設計名師課堂名師課堂一點通一點通設計設計1 1設計設計2 2考點一考點一考點二考點二第第二二單單元元化化學學能能與與電電能能的的轉轉化化創(chuàng)新演練創(chuàng)新演練大沖關大沖關課堂課堂1010分鐘練習分鐘練習課堂課堂5 5分鐘歸納分鐘歸納課下課下3030分鐘演練分鐘演練設計設計3 3考點三考點三 (1)將化學能轉化為電能的裝置叫將化學能轉化為電能的裝置叫 池，將電能轉池，將電能轉化為化學能的裝置叫化為化學能的裝置叫 池。池。 (2)在電解池中，與電源負極連接的電極是在電解池

2、中，與電源負極連接的電極是 極，與極，與電源正極連接的電極是電源正極連接的電極是 極。極。原電原電電解電解陰陰陽陽 (3)用石墨棒作電極電解用石墨棒作電極電解CuCl2溶液時，在直流電的作用溶液時，在直流電的作用下，溶液中的下，溶液中的Cu2在在 極得到電子，被極得到電子，被 為單質銅，反為單質銅，反應表示為應表示為 ，Cl在在 極失去電子，被氧極失去電子，被氧化為氯原子，并結合成化為氯原子，并結合成Cl2，反應表示為，反應表示為 ，電解總反應可表示為，電解總反應可表示為 。 (4)電解飽和食鹽水得到電解飽和食鹽水得到 、 和氫氣。和氫氣。陰陰還原還原陽陽燒堿燒堿氯氣氯氣Cu22e=Cu2Cl

3、2e=Cl2一、電解的原理一、電解的原理1熔融氯化鈉的電解熔融氯化鈉的電解 (1)實驗現(xiàn)象：通電后，在陽極周圍有實驗現(xiàn)象：通電后，在陽極周圍有 產生，在產生，在陰極上生成陰極上生成 。 (2)實驗分析：實驗分析： 熔融氯化鈉中存在的微粒熔融氯化鈉中存在的微粒 、 。 通電后離子的運動：通電后離子的運動：氣泡氣泡銀白色金屬銀白色金屬NaCl陽離子陽離子 (填離子符號填離子符號)移向移向 極極陰離子陰離子 (填離子符號填離子符號)移向移向 極極電電 極上發(fā)生的變化：極上發(fā)生的變化：陰極：陰極： ，陽極：陽極： 。Na陰陰Cl陽陽2Na2e=2Na2Cl2e=Cl2 (3)實驗結論：熔融的氯化鈉在實

4、驗結論：熔融的氯化鈉在 作用下發(fā)生作用下發(fā)生了了 ，分解生成了，分解生成了 。 2基本概念基本概念 (1)電解：電解： 在直流電的作用下，在兩個電極上分別發(fā)生在直流電的作用下，在兩個電極上分別發(fā)生 反反應和應和 反應的過程。反應的過程。化學變化化學變化鈉和氯氣鈉和氯氣電流電流氧化氧化還原還原 (2)電解池：電解池： 定義：將定義：將 轉化為轉化為 的裝置。的裝置。 組成：組成： 電源，固體電極材料，電解質溶液或電源，固體電極材料，電解質溶液或 電解質，構成閉合回路。電解質，構成閉合回路。 (3)電極及電極反應類型：電極及電極反應類型： 陽極：與電源陽極：與電源 相連的電極，發(fā)生相連的電極，發(fā)生

5、 反應。反應。 陰極：與電源陰極：與電源 相連的電極，發(fā)生相連的電極，發(fā)生 反應。反應。電能電能化學能化學能直流直流熔融熔融正極正極氧化氧化負極負極還原還原3電解電解CuCl2溶液溶液裝置裝置現(xiàn)象現(xiàn)象反應反應陰陰極極 ( 反應反應)陽陽極極 ( 反應反應)有紅色物有紅色物質析出質析出有黃綠色有黃綠色氣體生成氣體生成Cu22e=Cu還原還原2Cl2e=Cl2氧化氧化 二、電解原理的應用二、電解原理的應用 1電解飽和食鹽水電解飽和食鹽水 (1)電極材料為電極材料為 ，電解質溶液為，電解質溶液為NaCl飽和溶液。飽和溶液。 (2)飽和食鹽水中可能存在的離子飽和食鹽水中可能存在的離子有有 ，在電場中它

6、們的移動方向是，在電場中它們的移動方向是 向陰極移動，向陰極移動， 向陽極移動。向陽極移動。石墨石墨Na、Cl、OH、HNa、H(3)電極反應式和電解反應的化學方程式：電極反應式和電解反應的化學方程式： (4)電解過程中，由于陰極區(qū)電解過程中，由于陰極區(qū) 濃度變小，水的電濃度變小，水的電離向生成離子的方向進行，使陰極區(qū)溶液中離向生成離子的方向進行，使陰極區(qū)溶液中 富集。富集。因此，如果設法用隔膜阻止因此，如果設法用隔膜阻止OH移向陽極，則氫氧化鈉移向陽極，則氫氧化鈉可以在可以在陰極陰極附近的溶液中富集，由陰極溶液可以得附近的溶液中富集，由陰極溶液可以得到到 。電解食鹽水還可以得到另外兩種重要的

7、化工。電解食鹽水還可以得到另外兩種重要的化工產品產品 和和 。HOHNaOHCl2H2 2電鍍電鍍 (1)應用電解原理，在金屬或非金屬表面上鍍上一薄層應用電解原理，在金屬或非金屬表面上鍍上一薄層 的過程稱為電鍍。電鍍的主要目的是增的過程稱為電鍍。電鍍的主要目的是增強強 能力，改善其性能。能力，改善其性能。 (2)金屬電鍍時，通常以金屬電鍍時，通常以 為陰極，用含有為陰極，用含有 陽離子的溶液作電解質溶液，陽離子的溶液作電解質溶液， 作陽極。作陽極。其他金屬或合金其他金屬或合金抗腐蝕抗腐蝕待鍍金屬待鍍金屬鍍層金屬鍍層金屬鍍層金屬鍍層金屬 3電解精煉銅電解精煉銅 利用粗銅利用粗銅(含含Zn、Fe等

8、等)作陽極，作陽極， 作陰極，以作陰極，以 (加入一定量的硫酸加入一定量的硫酸)為電解質溶液。為電解質溶液。 陽極陽極(粗銅粗銅)：Zn2e=Zn2，F(xiàn)e2e=Fe2，Cu2e=Cu2， 陰極陰極(純銅純銅)：Cu22e=Cu。純銅純銅硫酸銅溶液硫酸銅溶液1電解與電離的區(qū)別與聯(lián)系是什么？電解與電離的區(qū)別與聯(lián)系是什么？分析：分析：電解必須建立在電離的基礎上，電解質電離后能電解必須建立在電離的基礎上，電解質電離后能在外加直流電源的作用下發(fā)生電解。電解是一個氧化還在外加直流電源的作用下發(fā)生電解。電解是一個氧化還原反應的過程，電離屬于物理變化。原反應的過程，電離屬于物理變化。2在某鍍件上鍍銅時，電鍍液

9、中在某鍍件上鍍銅時，電鍍液中CuSO4的濃度如何變化？的濃度如何變化？電解精煉銅時，電解液中電解精煉銅時，電解液中CuSO4的濃度如何變化？的濃度如何變化？分析：分析：在鍍件上鍍銅時，陽極：在鍍件上鍍銅時，陽極：Cu2e=Cu2，陰，陰極：極：Cu22e=Cu，所以電鍍液，所以電鍍液c(CuSO4)不變；而不變；而電解精煉銅時，陰極：電解精煉銅時，陰極：Cu22e=Cu，陽極：，陽極：Cu2e=Cu2(主要主要)，Zn2e=Zn2，F(xiàn)e2e=Fe2(雜質失電子雜質失電子)。因此陽極溶解的銅比陰極析出的銅少，。因此陽極溶解的銅比陰極析出的銅少，故故c(CuSO4)減小。減小。3下列裝置中屬于電解

10、池的是下列裝置中屬于電解池的是 ()分析：分析：A、B中只有兩個電極，但沒與電源相連，不是電中只有兩個電極，但沒與電源相連，不是電解池。解池。D中既沒與電源相連，也沒形成閉合回路，故只中既沒與電源相連，也沒形成閉合回路，故只有有C符合構成電解池的條件。符合構成電解池的條件。答案：答案：C4下列說法正確的是下列說法正確的是 ()A銅鋅組成的原電池中銅是負極銅鋅組成的原電池中銅是負極B用電解法精煉銅時粗銅作陰極用電解法精煉銅時粗銅作陰極C在鍍件上電鍍銅時用純銅作陽極，鍍件作陰極在鍍件上電鍍銅時用純銅作陽極，鍍件作陰極D電解稀硫酸制取電解稀硫酸制取H2、O2時，銅作陽極時，銅作陽極分析：分析：在鍍件

11、上鍍銅時，需要將溶液中的在鍍件上鍍銅時，需要將溶液中的Cu2還原成金還原成金屬銅而沉積在鍍件上，一般銅作為陽極。電解硫酸時，屬銅而沉積在鍍件上，一般銅作為陽極。電解硫酸時，金屬銅如果作為陽極，它將以金屬銅如果作為陽極，它將以Cu2離子的形式被溶解而離子的形式被溶解而進入電解液。當在電解液內有進入電解液。當在電解液內有H和和Cu2兩種離子共存時，兩種離子共存時，后者將在陰極上放電，陰極的生成物是金屬銅。后者將在陰極上放電，陰極的生成物是金屬銅。答案：答案：C(2)若陰極析出金屬，陽極放出若陰極析出金屬，陽極放出O2，電解質的化學式可能是，電解質的化學式可能是_；(3)兩極分別放出等物質的量的氣體

12、，則電解反應式可能是兩極分別放出等物質的量的氣體，則電解反應式可能是_。(1)兩極分別放出兩極分別放出H2和和O2，即，即H和和OH放電，實質是電解放電，實質是電解H2O，水中的溶質起導電作用而又不改變，水中的溶質起導電作用而又不改變H和和OH放電的順放電的順序，它可以是序，它可以是HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2、Ba(OH)2中的任意中的任意一種，但不能是一種，但不能是BaSO4。(2)陰極析出金屬，即陰極析出金屬，即Ag或或Cu2放放電；陽極放出電；陽極放出O2，即，即OH放電。水中的溶質可以是放電。水中的溶質可以是AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4中的任意一種，但不能是中的

13、任意一種，但不能是Ag2SO4。(3)兩極兩極生成了等物質的量的氣體，則放電的離子應是生成了等物質的量的氣體，則放電的離子應是Cl和和H。水。水中的溶質可以是中的溶質可以是HCl、BaCl2中的任意一種。中的任意一種。 2電解時電極產物的判斷電解時電極產物的判斷 (1)陽極產物的判斷：陽極產物的判斷： 首先看電極，如果是活性電極首先看電極，如果是活性電極(除除Pt、Au、石墨之外、石墨之外的金屬電極的金屬電極)，則電極材料失電子，溶液中的陰離子不能失，則電極材料失電子，溶液中的陰離子不能失電子。如果是惰性電極電子。如果是惰性電極(Pt、Au、石墨、石墨)，則看溶液中的離，則看溶液中的離子的失電

14、子能力。此時根據陰離子放電順序加以判斷子的失電子能力。此時根據陰離子放電順序加以判斷(放電放電順序即為失電子能力順序順序即為失電子能力順序)。 陽極上的放電順序：陽極上的放電順序：S2IBrClOH含氧酸含氧酸根離子根離子F。 (2)陰極產物的判斷：陰極產物的判斷： 無需看電極材料，因為電極本身不參與反應，溶液中無需看電極材料，因為電極本身不參與反應，溶液中的陽離子放電的陽離子放電(按得電子順序按得電子順序)：AgHg2Fe3Cu2H(酸酸)Pb2Sn2Fe2Zn2H(H2O)Al3Mg2NaCa2K。 例例1(2012福建六校聯(lián)考福建六校聯(lián)考)右圖是右圖是電解電解CuCl2溶液的裝置，其中溶

15、液的裝置，其中c、d為石為石墨電極。則下列有關判斷正確的是墨電極。則下列有關判斷正確的是()Aa為負極，為負極，b為正極為正極Bd為陽極，為陽極，c為陰極為陰極C電解過程中，電解過程中，d電極質量增加電極質量增加D電解過程中，氯離子濃度不變電解過程中，氯離子濃度不變 解析解析本題考查電解原理。外電路電子流向和電流本題考查電解原理。外電路電子流向和電流方向恰好相反。據電流方向判斷方向恰好相反。據電流方向判斷a為正極，為正極，b為負極，為負極，c為為陽極，陽極，d為陰極。電解為陰極。電解CuCl2溶液的電極反應式為：陽極溶液的電極反應式為：陽極(c電極電極)2Cl2e=Cl2，陰極，陰極(d電極電

16、極)Cu22e=Cu，故，故C正確。正確。 答案答案C (1)一般中學階段遇到的在水溶液中電解時陰極產物判一般中學階段遇到的在水溶液中電解時陰極產物判斷的情況，根據放電順序：斷的情況，根據放電順序：AgFe3Cu2H即可即可解決問題。解決問題。 (2)當溶液中當溶液中Fe2、Zn2濃度很大時，濃度很大時，F(xiàn)e2、Zn2先先放電，其次是放電，其次是H放電。放電。 (3)Al3、Mg2、Na、Ca2、K只有在熔融狀態(tài)下只有在熔融狀態(tài)下放電，在水溶液里不放電。放電，在水溶液里不放電。1用惰性電極電解電解質溶液的基本類型用惰性電極電解電解質溶液的基本類型電解質溶液濃度的電解質溶液濃度的變化變化溶液溶液

17、pH變化變化電解質溶液復原電解質溶液復原的方法的方法增大增大減小減小加水加水增大增大不變不變類型類型電解質特電解質特點點實例實例電極反應式電極反應式電解電電解電解質型解質型無氧酸無氧酸HCl2H2e=H22Cl2e=Cl2不活潑金不活潑金屬無氧酸屬無氧酸鹽鹽CuCl2Cu22e=Cu2Cl2e=Cl2電解方程式電解方程式電解質溶電解質溶液濃度的液濃度的變化變化溶液溶液pH變變化化電解質溶液復電解質溶液復原的方法原的方法2HCl H2Cl2減小減小增大增大加氯化氫加氯化氫CuCl2 CuCl2加氯化銅加氯化銅 2電極反應式和電解反應電極反應式和電解反應(總反應總反應)式的書寫式的書寫 (1)根據

18、給出的兩個電極反應式，寫總反應式。根據給出的兩個電極反應式，寫總反應式。 已知兩個電極反應式，寫總反應式時，要使兩個電已知兩個電極反應式，寫總反應式時，要使兩個電極反應式得失電子數(shù)相等，將兩式相加，消去相同的化極反應式得失電子數(shù)相等，將兩式相加，消去相同的化學式即可。學式即可。 (2)給出總反應式，寫出電極反應式。給出總反應式，寫出電極反應式。 書寫電極反應式的步驟一般分為四步：書寫電極反應式的步驟一般分為四步： 列物質、標得失；列物質、標得失；選離子、配電荷；選離子、配電荷；配個數(shù)、配個數(shù)、巧用水；巧用水；兩式加、驗總式。兩式加、驗總式。 (3)根據信息給予的知識，寫電極反應式和總反應式。根

19、據信息給予的知識，寫電極反應式和總反應式。 例例2(2011全國大綱卷全國大綱卷)用石墨做電極電解用石墨做電極電解CuSO4溶溶液。通電一段時間后，欲使用電解液恢復到起始狀態(tài)，應液。通電一段時間后，欲使用電解液恢復到起始狀態(tài)，應向溶液中加入適量的向溶液中加入適量的 ()ACuSO4BH2OCCuO DCuSO45H2O答案答案C (1)若陰極為若陰極為H放電，則陰極區(qū)放電，則陰極區(qū)c(OH)增大；若陽增大；若陽極區(qū)極區(qū)OH放電，則陽極區(qū)放電，則陽極區(qū)c(H)增大；若陰、陽極同時有增大；若陰、陽極同時有H、OH放電，相當于電解水，電解質溶液濃度增大放電，相當于電解水，電解質溶液濃度增大(飽和溶液

20、例外飽和溶液例外)。 (2)電解質溶液恢復原狀的方法：電解質溶液恢復原狀的方法：“少什么，加什么，少什么，加什么，少多少，加多少少多少，加多少”。 1電解的有關計算常涉及的問題電解的有關計算常涉及的問題 (1)兩極產物的定量計算；兩極產物的定量計算； (2)溶液溶液pH的計算的計算pHlg c(H)(暫時不作要求暫時不作要求)； (3)相對原子質量的計算和阿伏加德羅常數(shù)的值的測定；相對原子質量的計算和阿伏加德羅常數(shù)的值的測定； (4)根據轉移電子的量求產物的量或根據產物的量求轉根據轉移電子的量求產物的量或根據產物的量求轉移電子的量。移電子的量。 2常用的三種方法常用的三種方法 (1)根據電子守

21、恒法計算：用于串聯(lián)電路、陰陽兩極根據電子守恒法計算：用于串聯(lián)電路、陰陽兩極產物、正負兩極產物、相同電荷量等類型的計算，其依據產物、正負兩極產物、相同電荷量等類型的計算，其依據是電路上轉移的電子數(shù)相等；是電路上轉移的電子數(shù)相等； (2)根據總反應式計算：先寫出電極反應式，再寫出根據總反應式計算：先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據總反應式列比例式計算；總反應式，最后根據總反應式列比例式計算； (3)根據關系式計算：根據得失電子守恒關系找到已根據關系式計算：根據得失電子守恒關系找到已知量與未知量之間的橋梁，得出計算所需的關系式。知量與未知量之間的橋梁，得出計算所需的關系式。 例例3(2011

22、廈門期末廈門期末)按下圖裝置實驗，按下圖裝置實驗，A、B兩燒杯兩燒杯分別盛放分別盛放200 g 10%NaOH和足量和足量CuSO4溶液。通電一段時溶液。通電一段時間后，間后，c極上有極上有Cu析出；又測得析出；又測得A杯中溶液的質量減少杯中溶液的質量減少4.5 g(不考慮水的蒸發(fā)不考慮水的蒸發(fā))。a、b、c為石墨電極，為石墨電極，d為銅電極。為銅電極。(1)標準狀況下，標準狀況下，b極產生氣體的體積為極產生氣體的體積為_L。(2)c極上析出固體的質量為極上析出固體的質量為_g。(2)根據電子守恒得關系式：根據電子守恒得關系式： O22Cu1 mol2 mol0.125 moln(Cu)n(C

23、u)0.25 molm(Cu)0.25 mol64 gmol116 g。答案答案(1)2.8(2)16有關電解計算的步驟有關電解計算的步驟 (1)根據與電源的連接情況或實驗現(xiàn)象，判斷電極上發(fā)根據與電源的連接情況或實驗現(xiàn)象，判斷電極上發(fā)生氧化還原反應的類型和電極名稱；生氧化還原反應的類型和電極名稱； (2)寫出電極反應式；寫出電極反應式； (3)根據電極反應式、電解總方程式或關系式求解。根據電極反應式、電解總方程式或關系式求解。 (1)電解池通電后電解質溶液中的陰離子移向陽極，陽電解池通電后電解質溶液中的陰離子移向陽極，陽離子移向陰極。離子移向陰極。 (2)在電解池中陽極上發(fā)生氧化反應，陰極上發(fā)生還原在電解池中陽極上發(fā)生氧化反應，陰極上發(fā)生還原反應。反應。 (3)在電解池中，陽極的電極反應與電極材料有關，若在電解池中，陽極的電極反應與電極材料有關，若是活性電極，電極本身失電子，若是惰性電極，溶液中的是活性電極，電極本身失電子，若是惰性電極，溶液中的陰離子失電子。陰離子失電子。 (4)電解原理應用于：電解原理應用于：氯堿工業(yè)，氯堿工業(yè)，銅的電解精煉，銅的電解精煉，電鍍，電鍍，電冶金。電冶金。 (5)電化學計算的常用原則：電化學計算的常用原則：陰、陽兩極得失電子陰、陽兩極得失電子守恒，守恒，串聯(lián)電路通過電子數(shù)目相同。串聯(lián)電路通過電子數(shù)目相同。