福建省漳州市高二化学苏教版选修4：专题1第2单元化学能与电能的转化第2课时 Word版含答案

精品资料第2课时 电解池的工作原理和应用问题探究1如何确定电解池的阴阳极？ 电解池的两极由电解池中的电极与电源正、负极的连接情况直接判断：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。如果装置中未标有电源的正、负极，也可由两极的反应来决定：发生氧化反应的为阳极，发生还原反应的为阴极。问题探究2判断电解过程中的电极产物的依据是什么？ 判断电解过程中电极产物的依据是：电极材料和离子放电顺序。 阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。放电顺序取决于离子本身性质，也与离子浓度及电极材料有关。电解时所使用的电极分为两类：一类为惰性电极，只起导体的作用（如铂、石墨等），并不参与反应；另一类为活性电极（除铂、金以及在电解时很易钝化的铅、铬以外的金属）。活性电极若作阴极，只起导体的作用；若为阳极，发生氧化反应的往往是电极本身。电极上物质的变化情况以及电子的转移情况用电极反应式来表明。当电解质溶液中存在多种阳离子或者多种阴离子时，电解质溶液中各种离子在两极上得失电子是有一定顺序的，称之为放电顺序。 放电顺序涉及多种因素，在中学阶段只要求掌握： 阳极 若为惰性电极，则阴离子放电（失电子，发生氧化反应），放电顺序为：S2-I-Br-Cl- OH-含氧酸根离子F- 若为活泼电极，则电极本身失去电子而放电，电极溶解。因为活泼电极的还原性几乎大于一切阴离子。 阴极 无论是惰性电极，还是活性电极，阴极总是受到保护，不会参与电极反应，始终为阳离子放电（得电子，发生还原反应），放电顺序为（金属活动性顺序的反向）：Ag+ Hg2+ Fe3+ Cu2+ H+（酸） Pb2+ Sn2+Fe2+Zn2+ H+( H2O)Al3+Mg2+Na+Ca2+K+因此，判断电解过程中的电极产物的步骤：分析电解质溶液的组成，找全离子（包括水电离出的H+及OH-）并分为阴、阳两组；分析离子的放电顺序；确定电极，写出电极反应式。问题探究3用惰性电极电解的一般规律是什么？类型电极反应举例电解物质电解质溶液的浓度pH恢复原溶液方法电解水型阴极：2H+2e-= H2阳极：40H-4e-=02+2H20NaOH水增大增大加水H2SO4水增大减小加水Na2SO4水增大不变加水电解电解质型电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大加HClCuCl2电解质减小增大加CuCl2放氢生碱型阴极：放出氢气生成碱，阳极：电解质阴离子放电NaCl水与电解质各半生成新电解质增大加HCl放氧生酸型阴极：电解质阳离子放电，阳极：OH-放电生成酸CuSO4水与电解质各半生成新电解质减小加CuO注意： （1）电解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐（如NaOH、H2S04、K2SO4等）的电解。（2）电解电解质型：无氧酸（除HF外）、不话泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）溶液的电解。（3）放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）溶液的电解。(4)放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐溶液的电解。问题探究4电解原理有哪些应用？ 电解原理应用于实际生产中，主要有工业上应用电解食盐水溶液的方法制取烧碱、氢气和氯气，电镀等。 （1）电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气 实验装置和步骤 按右图装置，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人几滴酚酞试液，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，注意管内发生的现象。 实验原理分析 阳极（放电顺序Cl-OH-）：2C1- - 2e-=Cl2 阴极（放电顺序H+Na+）：2H+2e-= H2 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，促进了水继续电离，结果阴极区溶液里OH-的浓度增大而呈碱性。 总反应：2NaCl+2H2O H2+ Cl2+ 2NaOH 产物检验 Cl2：湿润的淀粉碘化钾试纸 ；NaOH：酚酞溶液 ；H2：收集后检验爆鸣声 （2）电镀 电镀特点：“一多、一少、一不变。” 一多指阴极上有镀层金属沉积，一少指阳极上有镀层金属溶解，一不变指电解液浓度不变。例：在一根铁棒上镀上Cu，阳极：Cu-2e=Cu2+ 阴极：Cu2+2e-=Cu（3）电解冶炼活泼金属Na、Mg、Al等电解熔融NaCl得金属钠阴极：2Na+2e-=2Na 阳极；2C1-2e-=Cl2 总反应：2NaCl 2Na+Cl2电解熔融MgCl2得单质Mg阴极：Mg2+2e-=Mg 阳极：2C1-2e-=Cl2 总反应： MgCl2 Mg + Cl2电解熔融Al2O3制单质Al阴极：Al3+3e-=Al 阳极：2O2- -4e- = 02 总反应：2A12O3 4Al+ 302特别提醒电离和电解（1）电离指电解质在水溶液或熔融状态下解离出离子的过程。（2）电解质导电的过程就是电解质的电解过程。方法1 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、元素的相对原子质量、溶液的pH及物质的量浓度等。不论哪种计算，均可概括为下列三种方法：（1）得失电子守恒法计算：用于串联电路、通过阴阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。（2）电解反应式计算：先写出电极反应式，再写出电解反应式，最后根据电解反应方程式列比例式计算。（3）关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。方法2 分析电解问题的基本方法思路（1）通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H和OH)。（2）通电时：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁优先放电(注意活泼金属作阳极时优先放电)。（3）正确书写电极反应式，要注意原子数、电荷数是否守恒。（4）能结合题目要求分析电解时的各种变化情况，如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度方法3 电极反应规律（1）阴极：无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子放电顺序：AgCu2HPb2Fe2Zn2（2）阳极：溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中。其放电顺序：金属阳极S2IClOH含氧酸根。【例1】下列有关电解池的说法正确的是()A在电解池中与外接电源负极相连的电极是阳极B无论电解何种物质，阳极上失电子数都与阴极上得电子数相等C电解氯化铜溶液时，在阴极上有气体生成D电解NaCl、CuCl2两种溶液，参加反应的物质是相同的【例2】Cu2O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2CuH2O Cu2OH2。下列说法正确的是() A石墨电极上产生氢气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【例3】金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2Ni2Cu2)()A阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni22e=NiB电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等C电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2和Zn2D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt【例4】有三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一定时间，测得电极增重总和2.8 g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为()A41 B11 C43 D34【答案与解析】 1.B与负极相连的是阴极。电解氯化铜时，阳极上有氯气生成，阴极上有铜析出；电解NaCl溶液时，水参加了反应，而电解CuCl2溶液时，水没有参加反应。2.A由电解总反应可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，阴极上是溶液中的H放电，电极反应为 2H2e=H2，A选项正确；阴极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应为2Cu2OH2e=Cu2OH2O，当有0.1 mol电子转移时，有0.05 mol Cu2O生成，D选项错误。3.D此题考查的是电解的基本原理。在电解池中，阳极失去电子，化合价升高，发生氧化反应，而阴极得到电子，化合价降低，发生还原反应。题目中已经告诉氧化性：Fe2Ni2FeNiCuPt(惰性金属不放电)，阴极的放电顺序为：Zn2Fe2Ni2阴极质量的增加。C：溶液中除了Fe2和Zn2还有Ni2、H等。4.C串联电路中，相同时间内各电极得或失的电子的物质的量相同，各电极上放出气体的物质的量之比为定值。不必注意电极增重是多少，只要判断出生成何种气体及生成该气体一定物质的量所得失电子的物质的量，就可以通过得失电子守恒，判断气体体积之比，第一个烧杯中放出Cl2，第二个烧杯中放出Cl2和H2，第三个烧杯中放出O2。在有1 mol电子转移时，生成的气体的物质的量分别是0.5 mol、0.5 mol、0.5 mol和0.25 mol。所以共放出有色气体(Cl2)0.5 mol0.5 mol1 mol，无色气体(O2和H2)0.5 mol0.25 mol0.75 mol。1下列关于电解池工作原理的说法中，错误的是()A电解池是一种将电能转变成化学能的装置B电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应C电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应D电解池放电时，电极本身不会参加电极反应2用惰性电极电解下列溶液，其中随着电解的进行，溶液pH逐渐减小的是()氯化钠溶液硫酸铜溶液氢氧化钠溶液稀硫酸稀盐酸硫酸钠溶液A B C D3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物质(方括号内物质)，能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是()AAgNO3 BNaOH CKCl DCuSO4 4在某电解质溶液里，用M和N作电极，通电一段时间后，发现M极质量减小，N极质量增大，符合这一情况的是()A电解质溶液是稀硫酸 B金属M是阳极，金属N是阴极CM和N是石墨电极 DM是阴极，N是阳极5依据下图判断，下列叙述正确的是()A是原电池，是电镀装置B、装置中锌极上均发生氧化反应C、装置中，铜极均发生氧化反应而溶解D、装置中Cu2浓度基本不变6下列描述中，不符合生产实际的是()A电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极B电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极C电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极D在镀件上电镀锌，用锌作阳极7欲在金属表面镀银，应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中，选用的阳极金属和电镀液均正确的是()AAg和AgCl溶液 BAg和AgNO3溶液CPt和Ag2CO3溶液 DPt和Ag2SO4溶液8某溶液中含有溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为31。用石墨作电极电解溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是()A阴极只析出H2B阳极先析出Cl2，后析出O2C电解最后阶段为电解水D溶液pH不断增大，最后为79观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是()A装置工业上可用于生产金属钠，电解过程中石墨电极产生金属，此法也可用于生产活泼金属镁、铝等B装置中随着电解的进行左边电极会产生红色的铜，并且电流计示数不断变小C装置中的离子交换膜只允许阳离子、阴离子和小分子水通过D装置的待镀铁制品应与电源正极相连10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0.05 molL1的CuCl2溶液，B池中加入0.1 molL1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()A2241 B1121C2111 D212111用惰性电极电解CuSO4溶液。若阴极上析出Cu的质量为3.2 g，则阳极上产生气体在标准状况下的体积为_；室温下，若将电解后的溶液稀释至1 L，则溶液中的c(H)为_。12如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答：(1)电源中X极是_(填“正”或“负”)极。(2)通电5 min时，B中共收集到224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(CuSO4)_。(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，电解后溶液中仍有Cl，则电解后溶液的c(OH-)_。小测5 电解池的工作原理和应用1D 2C 3B 4B 5A 6A 7B 8D 9B 10A11. 0.56 L0.1 molL1 解析：用惰性电极电解CuSO4溶液时，阳极：4OH4e=O22H2O，阴极：Cu22e=Cu，根据得失电子守恒，n(O2)n(Cu)0.025 mol，所以标准状况下V(O2)0.56 L；根据反应2CuSO42H2O2CuO22H2SO4，电解后溶液中n(H)4n(O2)0.1 mol，所以c(H)0.1 molL1。12. (1)负(2)0.025 molL1(3)0.1mol/L 解析：(1)铜极增重，说明银在铜极析出，则铜极为阴极，X为负极。(2)C中铜极增重2.16 g，即析出0.02 mol Ag，线路中通过0.02 mol电子。由4eO2，可知B中产生的O2只有0.005 mol，即112 mL。但B中共收集到224 mL气体，说明还有112 mL是H2，即Cu2全部在阴极放电后，H接着放电产生了112 mL H2，则通过0.01 mol电子时，Cu2已被电解完。由2eCu，可知n(Cu2)0.005 mol，则：c(CuSO4)0.005 mol0.2 L0.025 molL1。(3)由4e4OH知，A中生成0.02 mol OH，则：c(OH)0.1 molL1。