高中化学 第四章 第三节 电解学案 新人教版选修41

电解（第1课时）【学习目标】1.了解电解、电解池的概念。2.理解电解池的工作原理。3.能够正确书写电解池的电极反应方程式。【学习过程】1.电解原理：(1)电解：电解是使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在两个电极上引起氧化还原反应的过程。电解时所用的电流必须是直流电，而不是交流电。熔融态电解质可被电解，电解质溶液也可被电解。电解的过程实质是一个氧化还原反应发生的过程，这一过程在通常情况下是不能进行的。(2)电解池：电解池是将电能转化为化学能的装置。(3)电解池的电极名称：阴极与电源负极相连的电极，发生还原反应；阳极与电源正极相连的电极，发生氧化反应。(4)电解池的构成条件：具有与直流电源相连接的两个电极(阴极、阳极)，插入电解质溶液或熔融电解质中，形成闭合回路。2.电解规律：(1)阴极：与电极材料无关，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：活性金属电极，金属电极失电子被溶解，生成对应金属阳离子。惰性电极(Pt、Au、C)溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，其放电顺序：金属阳极S2IClOH含氧酸根。（3）电极反应式的书写步骤： 看电极：主要看阳极是何类型的电极，若为活性电极，电极本身被氧化；若为惰性电极，溶液或融化状态的电解质中的阴离子被氧化。阴极一般不参与反应。看离子：搞清溶液或融化状态的电解质中有哪些阳离子、阴离子，首先排出放电顺序，然后书写电极反应式。书写时一定不要忘了水的电离，水溶液中始终有H和OH，放电顺序中H和OH之后的离子一般不参与电极反应。两个电极反应式所带的电荷必相等。书写时可依据总的反应式和某一电极反应式来写另一电极反应式。用总的反应式减去某一电极反应式就等于另一电极反应式。（4）电解的几种类型：电解含氧酸、强碱溶液及活泼金属的含氧酸盐，实质上是电解水，电解水型；电解不活泼金属无氧酸盐，实际上是电解电解质本身，分解电解质型；电解不活泼金属的含氧酸盐，放氧生酸型；电解活泼金属（K/Ca/Na）的无氧酸盐，放氢生碱型。【当堂检测】1. 用惰性电极电解某溶液时，发现两极只有H2和O2生成，则电解一段时间后，下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中正确的有()该溶液的pH可能增大；该溶液的pH可能减小；该溶液的pH可能不变；该溶液的浓度可能增大；该溶液的浓度可能不变；该溶液的浓度可能减小A B C D全部2. 下图中X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a电极质量增加，b电极处有无色无味气体放出。符合这一情况的是表中的()3. 如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈蓝色。下列说法中不正确的是()Ax是正极，y是负极 Ba极产生氢气，b极生成I2Ca极和Pt电极都有气泡产生 DU形管中溶液的碱性增强4. 现用Pt电极电解1 L浓度均为0.1 mol/L的HCl、CuSO4的混合溶液，装置如图，下列说法正确的是()A电解开始时阴极有H2放出B电解开始时阳极上发生：Cu22e=CuC当电路中通过电子的量超过0.1 mol时，此时阴极放电的离子发生了变化D整个电解过程中，SO不参与电极反应5. 从SO、Cl、H、Cu2中选出合适的离子组成电解质，采用碳棒作电极对其水溶液进行电解：(1)若使电解质含量减少但水量不变，可采用的电解质是_(写化学式或反应式，下同)。(2)若使电解质和水量都减小，可采用的电解质是_，其阳极的电极反应式为 _，其总反应方程式为_。(3)若两极分别放出H2和O2，可采用的电解质是_。(4)若使两极分别放出气体，且体积比为11，可采用的电解质是_，其阴极电极反应为_。答案与解析题号答案解析1C用惰性电极电解时两极只有H2和O2，则实质上电解的是水，电解质不参与反应。该电解质有3种可能，如电解H2SO4溶液时，水被电解，H2SO4浓度变大，pH减小；电解NaOH溶液时，水被电解，NaOH浓度变大，pH增大；电解Na2SO4溶液时，水被电解，Na2SO4浓度变大，pH不变，但若NaOH溶液、Na2SO4溶液是饱和溶液则浓度不变，故、正确，不可能2A由a电极质量增加，知溶液中阳离子在a电极析出，则a为阴极，X为负极；因B中a电极不析出金属，C中X为正极可否定，又由b电极有无色无味气体放出，否定D3A4D依据放电顺序阴极先放电的是Cu2，故阴极开始析出的是Cu，阳极先放电的是Cl，故阳极开始产生的是Cl2。故A、B错；由阴极反应Cu22e=Cu，n(Cu2)0.1 mol，当电路中通过电子的量达到0.2 mol时，此时Cu2消耗完毕，阴极放电离子变为H，所以C错；阳极先是Cl放电，当Cl消耗完毕，此时H2O电离产生的OH开始在阳极放电，SO不参与电极反应5(1)CuCl2、HCl(2)CuSO44OH4e=2H2OO22CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2(3)H2SO4(4)HCl2H2e=H2首先明确，上述离子可组成的电解质有：CuSO4、CuCl2、HCl、H2SO4四种。其次，在熟练掌握离子放电顺序的基础上要明确电解的类型：如CuCl2、HCl是电解电解质型，电解方程式：CuCl2CuCl2、2HClH2Cl2；H2SO4是电解水型，电解方程式：2H2O2H2O2；CuSO4放O2生酸型，电解方程式：2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2，其阳极电极反应式为：4OH4e=O22H2O（第2课时）【学习目标】1.掌握电解饱和食盐水的原理。2.了解电镀、金属精炼、电冶金等方面的应用。3.掌握电解的有关计算的方法。【学习过程】1. 氯碱工业的电解原理（电解食盐水）：(1)通电前，氯化钠溶液中含有的离子：Na、Cl、H、OH。通电时，Na、H移向阴极，H放电，Cl、OH移向阳极，Cl放电。电极反应式为：阳极：2Cl2e=Cl2(氧化反应)阴极：2H2e=H2(还原反应)，因H放电，导致水的电离平衡H2OHOH向右移动，致使生成NaOH。(2)电解的总反应式：化学方程式：2NaCl2H2OH2Cl22NaOH离子方程式：2Cl2H2OH2Cl22OH2电镀：(1)电镀：应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。电镀的特点是阳极本身参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。(2电镀池的构成：一般都是用含有镀层金属离子的电解质溶液作电镀液；把镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连，作为阳极；待镀金属制品与直流电源的负极相连，作阴极。（3）电极反应式：待镀铁件表面镀上一层红色的铜，铜片不断溶解。硫酸铜溶液浓度的变化是不变。阳极：Cu2e=Cu2阴极：Cu22e=Cu3电解精炼铜：(1)粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。其电解池的构成是用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用CuSO4溶液作电解质溶液。(2)电极反应式：阳极为Cu2e=Cu2、Zn2e=Zn2、Fe2e=Fe2阴极为Cu22e=Cu。(3)电解精炼铜的原理是粗铜中比铜活泼的金属Zn、Fe等失去电子，产生的阳离子残留在溶液中，不比铜活泼的金属Ag、Au等以金属单质的形式沉积在电解池的底部，形成阳极泥，粗铜中的铜在纯铜上析出。4电冶金：(1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来。如Mnne=M。(2)电解法用于冶炼较活泼的金属如：K、Na、Mg、Al等，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠：阳极反应式：2Cl2e=Cl2阴极反应式：2Na2e=2Na总反应：2NaCl(熔融)2NaCl25.电解的有关计算：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)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。(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。电解池、精炼池、电镀池的比较 【当堂检测】1. 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H2 B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72. 下列关于铜电极的叙述中，正确的是()A铜锌原电池中铜是正极B用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极C在镀件上电镀铜时可用金属铜作阴极D电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极3. 某同学组装了如图所示的电化学装置，电极为Al，其他均为Cu，则()A电流方向：电极A电极 B电极发生还原反应C电极逐渐溶解 D电极的电极反应：Cu22e=Cu4. 原电池与电解池在生活和生产中有着广泛应用。下列有关判断中错误的是()A装置研究的是电解CuCl2溶液，b电极上有红色固体析出B装置研究的是金属的吸氧腐蚀，Fe上的反应为Fe2e=Fe2C装置研究的是电解饱和食盐水，B电极发生的反应：2Cl2e=Cl2D三个装置中涉及的主要反应都是氧化还原反应5. 按照下图接通线路，反应一段时间后，回答下列问题(假设所提供的电能可以保证电解反应的顺利进行)：(1)U形管内可观察到_，写出有关反应的化学方程式：_。(2)在小烧杯a、b中分别产生什么现象？_。(3)如果小烧杯中有0.508 g碘析出，那么烧杯c中负极的质量减轻_g。答案与解析题号答案解析1D2AA叙述的是原电池，铜不如锌活泼，铜应为正极。B、C、D叙述的是电解池。电解池的阳极发生失去电子的氧化反应，阴极发生得到电子的还原反应，所以精炼粗铜时，粗铜应作为阳极，镀铜时铜也应作为阳极以提供Cu2，而电解稀硫酸时，如把铜作为阳极，铜就会首先放电，阳极就不能产生氧气。故选A3A当多个池串联时，两电极材料活泼性相差大的作原电池，其他池作电解池，由此可知图示中左边两池组成原电池，右边组成电解池。A.电子移动方向：电极A电极，电流方向与电子移动方向相反，A正确。B.原电池负极在工作中失电子，被氧化，发生氧化反应，B错误。C.原电池正极为得电子极，铜离子在电极上得电子，生成铜单质，该电极质量逐渐增大，C错误。D.电解池中阳极为非惰性电极时，电极本身失电子，形成离子进入溶液中，因为电极为正极，因此电极为电解池的阳极，其电极反应式为Cu2e=Cu2，D错误4C装置中右边导气管中液面上升，说明左边大试管中氧气减少，B选项正确；由电源正负极可知B电极为阴极，发生得电子的还原反应，C选项错误5(1)两极上均有气泡产生，U形管右边酚酞溶液变红2KCl2H2O2KOHH2Cl2(2)a烧杯中溶液变为蓝色，b烧杯中有无色气泡产生(3)0.13图中左图是原电池，锌为负极，铂为正极，所以U形管的左边电极为电解池的阳极，右边电极为阴极，电解KCl溶液：2KCl2H2O2KOHH2Cl2，左边产生氯气，使淀粉KI溶液变蓝，U形管右边酚酞溶液变红，0.508 g碘的物质的量为0.002 mol，所以烧杯中减少的锌的物质的量为0.002 mol，质量为0.13 g