高中化学 专题1 第二单元 第二课时 电解池的工作原理及应用课件 苏教版选修4

专专题题1 1化化学学反反应应与与能能量量变变化化第二第二课时课时电解电解池的池的工作工作原理原理及应及应用用课前预习课前预习巧设计巧设计名师课堂名师课堂一点通一点通设计设计1 1设计设计2 2考点一考点一考点二考点二第第二二单单元元化化学学能能与与电电能能的的转转化化创新演练创新演练大冲关大冲关课堂课堂1010分钟练习分钟练习课堂课堂5 5分钟归纳分钟归纳课下课下3030分钟演练分钟演练设计设计3 3考点三考点三 (1)将化学能转化为电能的装置叫将化学能转化为电能的装置叫 池，将电能转池，将电能转化为化学能的装置叫化为化学能的装置叫 池。池。 (2)在电解池中，与电源负极连接的电极是在电解池中，与电源负极连接的电极是 极，与极，与电源正极连接的电极是电源正极连接的电极是 极。极。原电原电电解电解阴阴阳阳 (3)用石墨棒作电极电解用石墨棒作电极电解CuCl2溶液时，在直流电的作用溶液时，在直流电的作用下，溶液中的下，溶液中的Cu2在在 极得到电子，被极得到电子，被 为单质铜，反为单质铜，反应表示为应表示为 ，Cl在在 极失去电子，被氧极失去电子，被氧化为氯原子，并结合成化为氯原子，并结合成Cl2，反应表示为，反应表示为 ，电解总反应可表示为，电解总反应可表示为 。 (4)电解饱和食盐水得到电解饱和食盐水得到 、 和氢气。和氢气。阴阴还原还原阳阳烧碱烧碱氯气氯气Cu22e=Cu2Cl2e=Cl2一、电解的原理一、电解的原理1熔融氯化钠的电解熔融氯化钠的电解 (1)实验现象：通电后，在阳极周围有实验现象：通电后，在阳极周围有 产生，在产生，在阴极上生成阴极上生成 。 (2)实验分析：实验分析： 熔融氯化钠中存在的微粒熔融氯化钠中存在的微粒 、 。 通电后离子的运动：通电后离子的运动：气泡气泡银白色金属银白色金属NaCl阳离子阳离子 (填离子符号填离子符号)移向移向 极极阴离子阴离子 (填离子符号填离子符号)移向移向 极极电电 极上发生的变化：极上发生的变化：阴极：阴极： ，阳极：阳极： 。Na阴阴Cl阳阳2Na2e=2Na2Cl2e=Cl2 (3)实验结论：熔融的氯化钠在实验结论：熔融的氯化钠在 作用下发生作用下发生了了 ，分解生成了，分解生成了 。 2基本概念基本概念 (1)电解：电解： 在直流电的作用下，在两个电极上分别发生在直流电的作用下，在两个电极上分别发生 反反应和应和 反应的过程。反应的过程。化学变化化学变化钠和氯气钠和氯气电流电流氧化氧化还原还原 (2)电解池：电解池： 定义：将定义：将 转化为转化为 的装置。的装置。 组成：组成： 电源，固体电极材料，电解质溶液或电源，固体电极材料，电解质溶液或 电解质，构成闭合回路。电解质，构成闭合回路。 (3)电极及电极反应类型：电极及电极反应类型： 阳极：与电源阳极：与电源 相连的电极，发生相连的电极，发生 反应。反应。 阴极：与电源阴极：与电源 相连的电极，发生相连的电极，发生 反应。反应。电能电能化学能化学能直流直流熔融熔融正极正极氧化氧化负极负极还原还原3电解电解CuCl2溶液溶液装置装置现象现象反应反应阴阴极极 ( 反应反应)阳阳极极 ( 反应反应)有红色物有红色物质析出质析出有黄绿色有黄绿色气体生成气体生成Cu22e=Cu还原还原2Cl2e=Cl2氧化氧化 二、电解原理的应用二、电解原理的应用 1电解饱和食盐水电解饱和食盐水 (1)电极材料为电极材料为 ，电解质溶液为，电解质溶液为NaCl饱和溶液。饱和溶液。 (2)饱和食盐水中可能存在的离子饱和食盐水中可能存在的离子有有 ，在电场中它们的移动方向是，在电场中它们的移动方向是 向阴极移动，向阴极移动， 向阳极移动。向阳极移动。石墨石墨Na、Cl、OH、HNa、H(3)电极反应式和电解反应的化学方程式：电极反应式和电解反应的化学方程式： (4)电解过程中，由于阴极区电解过程中，由于阴极区 浓度变小，水的电浓度变小，水的电离向生成离子的方向进行，使阴极区溶液中离向生成离子的方向进行，使阴极区溶液中 富集。富集。因此，如果设法用隔膜阻止因此，如果设法用隔膜阻止OH移向阳极，则氢氧化钠移向阳极，则氢氧化钠可以在可以在阴极阴极附近的溶液中富集，由阴极溶液可以得附近的溶液中富集，由阴极溶液可以得到到 。电解食盐水还可以得到另外两种重要的化工。电解食盐水还可以得到另外两种重要的化工产品产品 和和 。HOHNaOHCl2H2 2电镀电镀 (1)应用电解原理，在金属或非金属表面上镀上一薄层应用电解原理，在金属或非金属表面上镀上一薄层 的过程称为电镀。电镀的主要目的是增的过程称为电镀。电镀的主要目的是增强强 能力，改善其性能。能力，改善其性能。 (2)金属电镀时，通常以金属电镀时，通常以 为阴极，用含有为阴极，用含有 阳离子的溶液作电解质溶液，阳离子的溶液作电解质溶液， 作阳极。作阳极。其他金属或合金其他金属或合金抗腐蚀抗腐蚀待镀金属待镀金属镀层金属镀层金属镀层金属镀层金属 3电解精炼铜电解精炼铜 利用粗铜利用粗铜(含含Zn、Fe等等)作阳极，作阳极， 作阴极，以作阴极，以 (加入一定量的硫酸加入一定量的硫酸)为电解质溶液。为电解质溶液。 阳极阳极(粗铜粗铜)：Zn2e=Zn2，Fe2e=Fe2，Cu2e=Cu2， 阴极阴极(纯铜纯铜)：Cu22e=Cu。纯铜纯铜硫酸铜溶液硫酸铜溶液1电解与电离的区别与联系是什么？电解与电离的区别与联系是什么？分析：分析：电解必须建立在电离的基础上，电解质电离后能电解必须建立在电离的基础上，电解质电离后能在外加直流电源的作用下发生电解。电解是一个氧化还在外加直流电源的作用下发生电解。电解是一个氧化还原反应的过程，电离属于物理变化。原反应的过程，电离属于物理变化。2在某镀件上镀铜时，电镀液中在某镀件上镀铜时，电镀液中CuSO4的浓度如何变化？的浓度如何变化？电解精炼铜时，电解液中电解精炼铜时，电解液中CuSO4的浓度如何变化？的浓度如何变化？分析：分析：在镀件上镀铜时，阳极：在镀件上镀铜时，阳极：Cu2e=Cu2，阴，阴极：极：Cu22e=Cu，所以电镀液，所以电镀液c(CuSO4)不变；而不变；而电解精炼铜时，阴极：电解精炼铜时，阴极：Cu22e=Cu，阳极：，阳极：Cu2e=Cu2(主要主要)，Zn2e=Zn2，Fe2e=Fe2(杂质失电子杂质失电子)。因此阳极溶解的铜比阴极析出的铜少，。因此阳极溶解的铜比阴极析出的铜少，故故c(CuSO4)减小。减小。3下列装置中属于电解池的是下列装置中属于电解池的是 ()分析：分析：A、B中只有两个电极，但没与电源相连，不是电中只有两个电极，但没与电源相连，不是电解池。解池。D中既没与电源相连，也没形成闭合回路，故只中既没与电源相连，也没形成闭合回路，故只有有C符合构成电解池的条件。符合构成电解池的条件。答案：答案：C4下列说法正确的是下列说法正确的是 ()A铜锌组成的原电池中铜是负极铜锌组成的原电池中铜是负极B用电解法精炼铜时粗铜作阴极用电解法精炼铜时粗铜作阴极C在镀件上电镀铜时用纯铜作阳极，镀件作阴极在镀件上电镀铜时用纯铜作阳极，镀件作阴极D电解稀硫酸制取电解稀硫酸制取H2、O2时，铜作阳极时，铜作阳极分析：分析：在镀件上镀铜时，需要将溶液中的在镀件上镀铜时，需要将溶液中的Cu2还原成金还原成金属铜而沉积在镀件上，一般铜作为阳极。电解硫酸时，属铜而沉积在镀件上，一般铜作为阳极。电解硫酸时，金属铜如果作为阳极，它将以金属铜如果作为阳极，它将以Cu2离子的形式被溶解而离子的形式被溶解而进入电解液。当在电解液内有进入电解液。当在电解液内有H和和Cu2两种离子共存时，两种离子共存时，后者将在阴极上放电，阴极的生成物是金属铜。后者将在阴极上放电，阴极的生成物是金属铜。答案：答案：C(2)若阴极析出金属，阳极放出若阴极析出金属，阳极放出O2，电解质的化学式可能是，电解质的化学式可能是_；(3)两极分别放出等物质的量的气体，则电解反应式可能是两极分别放出等物质的量的气体，则电解反应式可能是_。(1)两极分别放出两极分别放出H2和和O2，即，即H和和OH放电，实质是电解放电，实质是电解H2O，水中的溶质起导电作用而又不改变，水中的溶质起导电作用而又不改变H和和OH放电的顺放电的顺序，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种，但不能是一种，但不能是BaSO4。(2)阴极析出金属，即阴极析出金属，即Ag或或Cu2放放电；阳极放出电；阳极放出O2，即，即OH放电。水中的溶质可以是放电。水中的溶质可以是AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4中的任意一种，但不能是中的任意一种，但不能是Ag2SO4。(3)两极两极生成了等物质的量的气体，则放电的离子应是生成了等物质的量的气体，则放电的离子应是Cl和和H。水。水中的溶质可以是中的溶质可以是HCl、BaCl2中的任意一种。中的任意一种。 2电解时电极产物的判断电解时电极产物的判断 (1)阳极产物的判断：阳极产物的判断： 首先看电极，如果是活性电极首先看电极，如果是活性电极(除除Pt、Au、石墨之外、石墨之外的金属电极的金属电极)，则电极材料失电子，溶液中的阴离子不能失，则电极材料失电子，溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极电子。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨、石墨)，则看溶液中的离，则看溶液中的离子的失电子能力。此时根据阴离子放电顺序加以判断子的失电子能力。此时根据阴离子放电顺序加以判断(放电放电顺序即为失电子能力顺序顺序即为失电子能力顺序)。 阳极上的放电顺序：阳极上的放电顺序：S2IBrClOH含氧酸含氧酸根离子根离子F。 (2)阴极产物的判断：阴极产物的判断： 无需看电极材料，因为电极本身不参与反应，溶液中无需看电极材料，因为电极本身不参与反应，溶液中的阳离子放电的阳离子放电(按得电子顺序按得电子顺序)：AgHg2Fe3Cu2H(酸酸)Pb2Sn2Fe2Zn2H(H2O)Al3Mg2NaCa2K。 例例1(2012福建六校联考福建六校联考)右图是右图是电解电解CuCl2溶液的装置，其中溶液的装置，其中c、d为石为石墨电极。则下列有关判断正确的是墨电极。则下列有关判断正确的是()Aa为负极，为负极，b为正极为正极Bd为阳极，为阳极，c为阴极为阴极C电解过程中，电解过程中，d电极质量增加电极质量增加D电解过程中，氯离子浓度不变电解过程中，氯离子浓度不变 解析解析本题考查电解原理。外电路电子流向和电流本题考查电解原理。外电路电子流向和电流方向恰好相反。据电流方向判断方向恰好相反。据电流方向判断a为正极，为正极，b为负极，为负极，c为为阳极，阳极，d为阴极。电解为阴极。电解CuCl2溶液的电极反应式为：阳极溶液的电极反应式为：阳极(c电极电极)2Cl2e=Cl2，阴极，阴极(d电极电极)Cu22e=Cu，故，故C正确。正确。 答案答案C (1)一般中学阶段遇到的在水溶液中电解时阴极产物判一般中学阶段遇到的在水溶液中电解时阴极产物判断的情况，根据放电顺序：断的情况，根据放电顺序：AgFe3Cu2H即可即可解决问题。解决问题。 (2)当溶液中当溶液中Fe2、Zn2浓度很大时，浓度很大时，Fe2、Zn2先先放电，其次是放电，其次是H放电。放电。 (3)Al3、Mg2、Na、Ca2、K只有在熔融状态下只有在熔融状态下放电，在水溶液里不放电。放电，在水溶液里不放电。1用惰性电极电解电解质溶液的基本类型用惰性电极电解电解质溶液的基本类型电解质溶液浓度的电解质溶液浓度的变化变化溶液溶液pH变化变化电解质溶液复原电解质溶液复原的方法的方法增大增大减小减小加水加水增大增大不变不变类型类型电解质特电解质特点点实例实例电极反应式电极反应式电解电电解电解质型解质型无氧酸无氧酸HCl2H2e=H22Cl2e=Cl2不活泼金不活泼金属无氧酸属无氧酸盐盐CuCl2Cu22e=Cu2Cl2e=Cl2电解方程式电解方程式电解质溶电解质溶液浓度的液浓度的变化变化溶液溶液pH变变化化电解质溶液复电解质溶液复原的方法原的方法2HCl H2Cl2减小减小增大增大加氯化氢加氯化氢CuCl2 CuCl2加氯化铜加氯化铜 2电极反应式和电解反应电极反应式和电解反应(总反应总反应)式的书写式的书写 (1)根据给出的两个电极反应式，写总反应式。根据给出的两个电极反应式，写总反应式。 已知两个电极反应式，写总反应式时，要使两个电已知两个电极反应式，写总反应式时，要使两个电极反应式得失电子数相等，将两式相加，消去相同的化极反应式得失电子数相等，将两式相加，消去相同的化学式即可。学式即可。 (2)给出总反应式，写出电极反应式。给出总反应式，写出电极反应式。 书写电极反应式的步骤一般分为四步：书写电极反应式的步骤一般分为四步： 列物质、标得失；列物质、标得失；选离子、配电荷；选离子、配电荷；配个数、配个数、巧用水；巧用水；两式加、验总式。两式加、验总式。 (3)根据信息给予的知识，写电极反应式和总反应式。根据信息给予的知识，写电极反应式和总反应式。 例例2(2011全国大纲卷全国大纲卷)用石墨做电极电解用石墨做电极电解CuSO4溶溶液。通电一段时间后，欲使用电解液恢复到起始状态，应液。通电一段时间后，欲使用电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的向溶液中加入适量的 ()ACuSO4BH2OCCuO DCuSO45H2O答案答案C (1)若阴极为若阴极为H放电，则阴极区放电，则阴极区c(OH)增大；若阳增大；若阳极区极区OH放电，则阳极区放电，则阳极区c(H)增大；若阴、阳极同时有增大；若阴、阳极同时有H、OH放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大(饱和溶液例外饱和溶液例外)。 (2)电解质溶液恢复原状的方法：电解质溶液恢复原状的方法：“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电解的有关计算常涉及的问题电解的有关计算常涉及的问题 (1)两极产物的定量计算；两极产物的定量计算； (2)溶液溶液pH的计算的计算pHlg c(H)(暂时不作要求暂时不作要求)； (3)相对原子质量的计算和阿伏加德罗常数的值的测定；相对原子质量的计算和阿伏加德罗常数的值的测定； (4)根据转移电子的量求产物的量或根据产物的量求转根据转移电子的量求产物的量或根据产物的量求转移电子的量。移电子的量。 2常用的三种方法常用的三种方法 (1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电荷量等类型的计算，其依据产物、正负两极产物、相同电荷量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等；是电路上转移的电子数相等； (2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算；总反应式，最后根据总反应式列比例式计算； (3)根据关系式计算：根据得失电子守恒关系找到已根据关系式计算：根据得失电子守恒关系找到已知量与未知量之间的桥梁，得出计算所需的关系式。知量与未知量之间的桥梁，得出计算所需的关系式。 例例3(2011厦门期末厦门期末)按下图装置实验，按下图装置实验，A、B两烧杯两烧杯分别盛放分别盛放200 g 10%NaOH和足量和足量CuSO4溶液。通电一段时溶液。通电一段时间后，间后，c极上有极上有Cu析出；又测得析出；又测得A杯中溶液的质量减少杯中溶液的质量减少4.5 g(不考虑水的蒸发不考虑水的蒸发)。a、b、c为石墨电极，为石墨电极，d为铜电极。为铜电极。(1)标准状况下，标准状况下，b极产生气体的体积为极产生气体的体积为_L。(2)c极上析出固体的质量为极上析出固体的质量为_g。(2)根据电子守恒得关系式：根据电子守恒得关系式： O22Cu1 mol2 mol0.125 moln(Cu)n(Cu)0.25 molm(Cu)0.25 mol64 gmol116 g。答案答案(1)2.8(2)16有关电解计算的步骤有关电解计算的步骤 (1)根据与电源的连接情况或实验现象，判断电极上发根据与电源的连接情况或实验现象，判断电极上发生氧化还原反应的类型和电极名称；生氧化还原反应的类型和电极名称； (2)写出电极反应式；写出电极反应式； (3)根据电极反应式、电解总方程式或关系式求解。根据电极反应式、电解总方程式或关系式求解。 (1)电解池通电后电解质溶液中的阴离子移向阳极，阳电解池通电后电解质溶液中的阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。离子移向阴极。 (2)在电解池中阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原在电解池中阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应。反应。 (3)在电解池中，阳极的电极反应与电极材料有关，若在电解池中，阳极的电极反应与电极材料有关，若是活性电极，电极本身失电子，若是惰性电极，溶液中的是活性电极，电极本身失电子，若是惰性电极，溶液中的阴离子失电子。阴离子失电子。 (4)电解原理应用于：电解原理应用于：氯碱工业，氯碱工业，铜的电解精炼，铜的电解精炼，电镀，电镀，电冶金。电冶金。 (5)电化学计算的常用原则：电化学计算的常用原则：阴、阳两极得失电子阴、阳两极得失电子守恒，守恒，串联电路通过电子数目相同。串联电路通过电子数目相同。