高二化学课件：4.3《电解池》（人教版选修4）

欢迎进入化学课堂 1 请分析比较电离与电解 2 在CuCl2溶液中存在哪些离子 在电解CuCl2溶液时 为何发生氧化还原反应的是Cu2 Cl 提示 在CuCl2溶液中存在Cu2 Cl H OH 四种离子 其中Cu2 H 在电场的作用下定向移向阴极 Cl OH 在电场的作用下定向移向阳极 但Cu2 得电子的能力比H 强 Cl 失电子的能力比OH 强 故在电解CuCl2溶液时 发生氧化还原反应的是Cu2 Cl 3 用惰性电极进行电解的规律 典例1 2010 全国卷 如图是一个用铂丝作电极 电解稀的MgSO4的电解池 电解液中加有中性红指示剂 此时溶液呈红色 指示剂的pH变色范围 6 8 8 0 酸性 红色 碱性 黄色 回答下列问题 1 下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是 填编号 A管溶液由红变黄 B管溶液由红变黄 A管溶液不变色 B管溶液不变色 2 写出A管中发生反应的反应式 3 写出B管中发生反应的反应式 4 检验a管中气体的方法是 5 检验b管中气体的方法是 6 电解一段时间后 切断电源 将电解液倒入烧杯内观察到的现象是 思路点拨 1 根据阴 阳离子的放电顺序 判断A B两极分别为H 和OH 放电 进一步确定溶液的酸碱性 2 掌握气体的检验方法 自主解答 由装置图可知A为电解池的阴极 电极反应为 4H 4e 2H2 B为电解池的阳极 电极反应为 4OH 4e 2H2O O2 根据放电情况可知A极由于H 放电附近显碱性 指示剂应显黄色 同时还会发生反应 Mg2 2OH Mg OH 2 B极由于OH 放电附近显酸性 指示剂仍显本身的颜色红色 在检验H2时利用其可燃性 检验O2时用能否使带火星的木条复燃进行检验 由于该电解池实质是电解水 所以将电解液倒入烧杯后 整个溶液呈中性 故指示剂变红 Mg OH 2沉淀会消失 或大部分溶解 答案 1 2 2H 2e H2 Mg2 2OH Mg OH 2 3 4OH 4e 2H2O O2 4 用拇指按住管口 取出试管 靠近火焰 放开拇指 有爆鸣声 管口有蓝色火焰 5 用拇指按住管口 取出试管 放开拇指 将带火星的木条伸入试管内会复燃 6 溶液呈红色 白色沉淀溶解 或大部分溶解 1 设计一套电解饱和食盐水的装置 电极表面有什么现象 若在饱和食盐水中事先滴加无色酚酞试剂 两极附近溶液会如何变化 如何判断两极气体产物 写出两电极反应式 提示 1 装置 2 现象 两极表面均有气泡产生 阴极产生无色气体 且该电极附近溶液显红色 阳极产生黄绿色气体 3 H2检验 气体验纯后点燃 若产生淡蓝色火焰 证明为氢气 Cl2检验 把湿润的KI淀粉试纸伸入试管口 若试纸变蓝 证明为氯气 4 阳极反应 2Cl 2e Cl2 阴极反应 2H 2e H2 2 粗铜中所含的杂质 如 Zn Fe Ni Ag Au等 是如何除去的呢 提示 比铜活泼的金属杂质 在铜溶解的同时也会失去电子形成金属阳离子而被溶解掉 如 Zn 2e Zn2 Ni 2e Ni2 由于这些离子比Cu2 难以还原 故它们不能在阴极上得电子析出而存留在溶液中 比铜不活泼的金属杂质 在铜失电子溶解时 不能失电子而溶解 故它们以单质形式沉积于电解槽底部 形成阳极泥 3 请分析比较原电池 电解池与电镀池 典例2 2009 全国卷 如图所示装置中 甲 乙 丙三个烧杯依次分别盛放100g5 00 的NaOH溶液 足量的CuSO4溶液和100g10 00 的K2SO4溶液 电极均为石墨电极 1 接通电源 经过一段时间后 测得丙中K2SO4浓度为10 47 乙中c电极质量增加 据此回答问题 电源的N端为 极 电极b上发生的电极反应为 列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积为 电极c的质量变化是 g 电解前后各溶液的pH是否发生变化 甲溶液 乙溶液 丙溶液 2 如果电解过程中铜全部析出 此时电解能否继续进行 为什么 思路点拨 1 根据c极现象确定各电极名称 2 根据电解质溶液确定各电极反应 3 根据电子守恒进行计算 并分析溶液中离子的变化和pH的变化 自主解答 1 乙中c电极质量增加 则c处发生的反应为 Cu2 2e Cu 即c处为阴极 由此可推出b为阳极 a为阴极 M为负极 N为正极 丙中为K2SO4溶液 相当于电解水 设电解的水的质量为x 由电解前后溶质质量相等 有100g 10 00 100g x 10 47 得x 4 5g 故为0 25mol 由方程式2H2O2H2 O2 可知 电解2molH2O 转移4mol电子 所以整个反应中转移0 5mol电子 而整个电路是串联的 故每个烧杯中的电极上转移电子数 是相等的 甲中为NaOH溶液 相当于电解H2O 阳极b处为阴离子OH 放电 即4OH 4e 2H2O O2 转移0 5mol电子 则生成O2为 0 125mol 标准状况下的体积为0 125mol 22 4L mol 2 8L Cu2 2e Cu 转移0 5mol电子 则生成的m Cu 0 5 2 64 16 g 甲中相当于电解水 故NaOH的浓度增大 pH变大 乙中阴极为Cu2 放电 阳极 为OH 放电 所以H 增多 故pH减小 丙中为电解水 对于K2SO4而言 其pH几乎不变 2 铜全部析出 可以继续电解H2SO4 有电解液即可电解 答案 1 正 4OH 4e 2H2O O2 2 8L 16 pH增大pH减小pH几乎不变 2 可以 因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液 反应也就变为水的电解反应 知识点一 电解原理1 下列有关电解的叙述正确的是 电解是把电能转化为化学能 电解是把化学能转化为电能 电解质溶液导电是化学变化 金属导电是物理变化 不能自发进行的氧化还原反应 通过电解的原理可以实现 任何溶液被电解时 必然导致氧化还原反应的发生A B C D 解析 选D 从能量角度看 电解是把电能转变为化学能的过程 故 对 错 电解质溶液的导电过程 必将伴随着两个电极上氧化 还原反应的发生 同时生成新物质 故 对 某些不能自发进行的氧化还原反应 通过电解的原理也可以实现 故 对 所以D选项符合题意 2 2010 鹤壁高二检测 实验室用惰性电极电解氢氧化钠溶液 下列有关描述中正确的是 A 电解时 与电源正极相连的电极上产生H2B 电解时 阳极反应是 4OH 4e O2 2H2OC 在两极上放电的阴 阳离子的物质的量之比是2 1D 电解过程中 溶液的pH不变 解析 选B 电解氢氧化钠溶液 实际是电解水 阴极与电源负极相连 电极反应是 4H 4e 2H2 A错误 阳极与电源正极相连 电极反应是 4OH 4e O2 2H2O B正确 在两极上放电的阴 阳离子的物质的量之比是4 4 1 1 C错误 电解过程中 H2O不断被消耗 氢氧化钠溶液的浓度不断增大 故pH增大 D错误 知识点二 电解原理的应用3 下列关于铜电极的叙述正确的是 A 铜锌原电池中铜是负极B 用电解法精炼铜时粗铜作阴极C 在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极D 电解稀硫酸制H2 O2时铜作阳极 解析 选C 在铜锌原电池中 与铜相比 锌易失去电子 因而锌极是负极 则铜极是正极 选项A错误 精炼铜时 需将其中的铜变成铜离子 再在阴极还原成铜 因而在电解池中粗铜应作为阳极 选项B错误 在镀件上镀铜时 需要将溶液中的铜离子还原成铜而沉积在镀件上 用作向溶液中供给铜离子的金属铜必须作为阳极 选项C正确 电解硫酸时 金属铜如果作为阳极 它将以铜离子的形式被溶解而进入电解液 当电解液内有H Cu2 两种离子共存时 后者将在阴极放电 这样阴极的生成物将是铜而不是氢气 达不到制氢气和氧气的目的 选项D不对 4 观察下列几个装置示意图 有关叙述正确的是 A 装置 中阳极上析出红色固体B 装置 的待镀铁制品应与电源正极相连C 装置 闭合电键后 外电路电子由a极流向b极D 装置 的离子交换膜允许阳离子 阴离子 水分子自由通过 解析 选C 本题所涉及的四个装置图全部来源于高中教材 装置 电解氯化铜的装置图中没有标电极材料的名称 但根据溶液的组成及所给提示 电解CuCl2溶液实验装置示意图 不难判断 铜应该在阴 极上析出 电镀实验中 待镀金属作为阴 负 极 故在装置 电镀铜实验中 待镀铁制品应与电源负极相连 装置 根据氢气的入口 故很容易判断出原电池的左边为负极 氢气在左边电极上失电子 故外电路电子由a极流向b极 装置 的离子交换膜是阳离子交换膜 只允许阳离子 水分子自由通过 不允许阴离子通过 知识点三 电解池的有关计算5 用两支惰性电极插入500mL的AgNO3溶液中 通电电解 当电解质溶液的pH由6 0变为3 0时 设电解时阴极没有氢气析出 且电解液在电解前后体积变化可以忽略 则电极上析出银的质量是 A 27mgB 54mgC 108mgD 216mg 解析 选B 根据离子放电顺序 先写出两极的电极反应式 阳极 4OH 4e O2 2H2O 阴极 4Ag 4e 4Ag 其中OH 来自水 所以总的电解反应式 4Ag 2H2O4Ag O2 4H 或4AgNO3 2H2O4Ag O2 4HNO3因为有HNO3生成 所以pH要变小 生成HNO3的物质的量为 10 3 10 6 0 5 0 5 10 3 mol 所以析出银的质量为0 5 10 3mol 108g mol 54mg 6 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段时间 测得电极增重总和2 8克 这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为 A 4 1B 1 1C 4 3D 3 4 解析 选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 就可以通过电子守恒 判断气体体积之比 第一个烧杯中放出Cl2 第二烧杯中放出Cl2和H2 第三烧杯中放出O2 在有1mol电子转移的情况下 分别是0 5mol 0 5mol 0 5mol和0 25mol 所以共放出有色气体0 5 0 5 1 mol Cl2 无色气体0 5 0 25 0 75 mol O2和H2 一 选择题 本题包括4小题 每小题5分 共20分 1 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 故溶液的pH不变B 电解稀氢氧化钠溶液 要消耗OH 故溶液的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1 2 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1 1 解析 选D 以稀硫酸 氢氧化钠 硫酸钠为电解液时 电解的实质是水被电解 由于水的消耗 电解液的pH会发生改变 以硫酸为电解液时 溶液的pH减小 以氢氧化钠为电解液时 溶液的pH增大 电解硫酸钠溶液时 阴 阳两极上产生的气体分别是氢气 氧气 所以其物质的量之比为2 1 电解氯化铜溶液 在阴极上析出铜 阳极上析出氯气 根据电子守 恒原理 铜离子所得到的电子数目应等于氯离子所失去的电子数目 每一个铜离子得到的2个电子等于2个Cl 失去的2个电子 所以析出的铜与氯气的物质的量之比为1 1 2 用惰性电极电解下列溶液一段时间以后再加入一定量的某种纯物质 括号内物质 能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是 A AgNO3 AgNO3 B NaOH H2O C KCl KCl D CuSO4 Cu OH 2 解析 选B 分析电解反应的原理 在两极析出什么物质 固体或气体 相当于什么物质脱离反应体系 就加入什么物质即可使溶液复原 A选项中AgNO3溶液电解析出单质银和氧气 同时生成硝酸 因此复 原时加入的物质为氧化银 Ag2O B选项中NaOH溶液电解时实际电解的是水 在电极上析出氧气和氢气 因此复原时加入的物质为H2O C选项中KCl溶液电解时析出氯气和氢气 同时生成KOH溶液 因此复原时加入的物质为HCl D选项中CuSO4溶液电解时析出单质铜和氧气 同时生成了硫酸溶液 因此复原时加入的物质为CuO 3 双选 2010 海南高考 利用电解法可将含有Fe Zn Ag Pt等杂质的粗铜提纯 下列叙述正确的是 A 电解时以精铜作阳极B 电解时阴极发生还原反应C 粗铜连接电源负极 其电极反应是Cu 2e Cu2 D 电解后 电解槽底部会形成含少量Ag Pt等金属的阳极泥 解析 选B D 电解法精炼金属铜时 粗铜作阳极 失去电子 逐渐溶解 Cu2 得到电子后析出 附着在阴极上 故精铜作阴极 在电解池中 阴极接电源的负极 发生还原反应 阳极接电源的正极 发生氧化反应 A C错误 B正确 越活泼的金属越易失去电子 故比铜活泼的Fe Zn先失去电子 变成Fe2 Zn2 进入溶液 然后是铜失去电子 变成Cu2 进入溶液 因Ag Pt等金属不如铜活泼 故在铜溶解后便沉淀在阳极底部成为阳极泥 D正确 4 如图所示的装置 C D E F X Y都是惰性电极 将电源接通后 向 乙 中滴入酚酞溶液 在F极附近显红色 则以下说法正确的是 A 电源B极是正极B 甲 乙 装置的C D E F电极均有单质生成 其物质的量之比为1 2 2 2C 欲用 丙 装置给铜镀银 H应该是Ag 电镀液是AgNO3溶液D 装置 丁 中Y极附近红褐色变深 说明氢氧化铁胶粒带负电荷 解析 选B 据F极显红色 推出F为阴极 电极反应 2H 2e H2 从而确定A为电源正极 B为负极 C E G X为阳极 D F H Y为阴极 故A错误 C D E F分别生成单质为O2 Cu Cl2 H2 转移电子的量相同 故其物质的量之比为1 2 2 2 B正确 因G为阳极 故G应为Ag H为铜 C错误 据Y极附近红褐色加深 说明Fe OH 3胶体微粒带有正电荷向阴极移动 D不正确 二 非选择题 本题包括2小题 共10分 5 3分 甲 乙两个容器中 分别加入0 1mol LNaCl溶液与0 1mol LAgNO3溶液后 以Pt为电极进行电解时 在A B C D各电极上生成物的物质的量之比为 解析 此装置相当于两个电解槽串联到一起 在整个电路中电子转移总数相等 首先判断各极是阳极还是阴极 即电极名称 再分析各极发生的反应 A极 阴极 反应 2H 2e H2 B极 阳极 反应 2Cl 2e Cl2 C极 阴极 反应 Ag e Ag D极 阳极 反应 4OH 4e 2H2O O2 根据电子守恒法可知 若 整个电路中有4mol电子转移 生成H2 Cl2 Ag O2的物质的量分别为 2mol 2mol 4mol 1mol 因此各电极上生成物的物质的量之比为 2 2 4 1 答案 2 2 4 1 6 7分 2010 北京四中模拟 请按要求回答下列问题 1 根据图1回答 打开K2 合并K1 A电极可观察到的现象是 B极的电极反应为 打开K1 合并K2 A电极可观察到的现象是 B极的电极反应为 2 根据图2回答 将较纯净的CuSO4溶液放入如图所示的装置中进行电解 石墨电极上的电极反应式为 电解反应的离子方程式为 实验完成后 铜电极增重ag 石墨电极产生标准状况下的气体体积 L 解析 1 此时为原电池 锌为负极 不断溶解 B极为正极 反应为Cu2 2e Cu 此时为电解池 A极为阴极 反应为Cu2 2e Cu 故A极上镀上一层红色的铜 B极为阳极 反应为Cu 2e Cu2 2 此时为惰性电极电解CuSO4 石墨极上反应为 4OH 4e 2H2O O2 总反应的离子方程式为2Cu2 2H2O2Cu O2 4H V O2 答案 1 锌不断溶解Cu2 2e Cu A镀上一层红色的铜Cu 2e Cu2 2 4OH 4e 2H2O O2 2Cu2 2H2O2Cu O2 4H 1 5分 如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置 通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液 下列实验现象中正确的是 A 逸出气体的体积 a电极的小于b电极的B 一电极逸出无味气体 另一电极逸出刺激性气味气体 C a电极附近呈红色 b电极附近呈蓝色D a电极附近呈蓝色 b电极附近呈红色 解析 选D Na2SO4 2Na SO42 H2O H OH SO42 和OH 移向b电极 Na 和H 移向a电极 在b电极上 4OH 4e 2H2O O2 在a电极上 2H 2e H2 所以产生的气体体积a电极的大于b电极的 两种气体均为无色无味的气体 由于a电极上H 放电 所以a电极附近的c OH c H 滴加石蕊溶液 a电极附近呈蓝色 同理 b电极附近呈红色 2 5分 2010 蚌埠高二检测 用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液 若保持温度不变 则一段时间后 A 溶液的pH变大B c Na 与c CO32 的比值变大C 溶液浓度变大 有晶体析出D 溶液浓度不变 有晶体析出 解析 选D 用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液 实际是电解水 故Na2CO3会结晶析出 若保持温度不变 则仍为原温度下的饱和溶液 故溶液浓度不变 pH不变 c Na c CO32 不变 故选D 3 10分 2009 宁夏高考 请回答氯碱的如下问题 1 氯气 烧碱是电解食盐水时按照固定的比率k 质量比 生成的产品 理论上k 要求写出计算表达式和结果 2 原料粗盐中常含有泥沙和Ca2 Mg2 Fe3 SO42 等杂质 必须精制后才能供电解使用 精制时 粗盐溶于水过滤后 还要加入的试剂分别为 Na2CO3 HCl 盐酸 BaCl2 这3种试剂添加的合理顺序是 填序号 3 氯碱工业是高耗能产业 一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节 电 能30 以上 在这种工艺设计中 相关物料的传输与转化关系如图所示 其中的电极未标出 所用的离子膜都只允许阳离子通过 图中X Y分别是 填化学式 分析比较图示中氢氧化钠质量分数a 与b 的大小 分别写出燃料电池B中正极 负极上发生的电极反应正极 负极 这样设计的主要节 电 能之处在于 写出2处 解析 1 只要了解电解饱和食盐水的化学方程式2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 即可得到 k M Cl2 2M NaOH 71 80 1 1 13或0 89 2 只要抓住除钡离子要放在除碳酸根离子前即可得到顺序关系 3 本题突破口在于B燃料电池这边 通空气一边为正极 还原反应 那么左边必然通H2 这样Y即为H2 再转到左边依据电解饱和食盐水的化学方程式可知惟一未知的就是X 必然为Cl2了 A中的NaOH进入燃料电池正极再出来 依据O2 4e 2H2O 4OH 可知NaOH浓度增大 答案 1 M Cl2 2M NaOH 71 80 1 1 13或0 89 2 3 Cl2H2a 小于b O2 4e 2H2O 4OH H2 2e 2OH 2H2O 燃料电池可以补充电解池消耗的电能提高产出碱液的浓度降低能耗 任写2条 其他合理答案也可 本部分内容讲解结束 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全