2018-2019学年高中化学专题1化学反应与能量变化第二单元化学能与电能的转化第3课时电解池的工作原理及应用学案苏教版选修.doc

第3课时电解池的工作原理及应用学习目标：1.了解电解池的结构，理解电解原理。能够正确书写电极反应式和总反应式。(重点)2.了解电解熔融氯化钠、电解饱和食盐水、电镀等电解原理的应用。(重点)3.掌握电解原理的有关计算。(难点)自 主 预 习探 新 知1熔融氯化钠的电解(1)实验现象：通电后，在阳极周围有气泡产生，在阴极上生成银白色金属。(2)实验分析：熔融氯化钠中存在的微粒Na、Cl。通电后离子的运动：阳离子Na(填离子符号)移向阴极；阴离子Cl(填离子符号)移向阳极。电极上发生的变化： 阴极：2Na2e=2Na，阳极：2Cl2e=Cl2。(3)实验结论：熔融的氯化钠在电流作用下发生了化学变化，分解生成了钠和氯气。微点拨：工业上活泼金属的制备通常用电解法。如NaCl(熔融)Na，MgCl2(熔融)Mg，Al2O3(熔融)Al。2电解池的基本概念(1)电解在直流电的作用下，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。(2)电解池定义：将电能转化为化学能的装置。组成：直流电源，固体电极材料，电解质溶液或熔融电解质，构成闭合回路。(3)电极及电极反应阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应。3电解CuCl2溶液装置现象反应阴极有红色物质析出Cu22e=Cu(还原反应)阳极有黄绿色气体生成2Cl2e=Cl2(氧化反应)电池总反应CuCl2CuCl2微点拨：电解CuCl2溶液时，Cl、OH向阳极移动，还原性强的Cl优先失去电子发生氧化反应；Cu2、H向阴极移动，氧化性强的Cu2优先得到电子发生还原反应。4电解饱和食盐水氯碱工业的基础(1)装置(2)现象阳极上有黄绿色气体产生；阴极上有无色气体产生，阴极附近溶液变红色。(3)原理分析及电极反应电解时，Cl、OH移向阳极，H、Na移向阴极。阳极离子放电顺序：ClOH，电极反应：2Cl2e=Cl2(氧化反应)阴极离子放电顺序HNa，电极反应：2H2e=H2(还原反应)。电池反应化学方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，离子方程式：2Cl2H2O2OHH2Cl2。微点拨：阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过。既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH反应影响烧碱质量。5电镀(1)定义：应用电解原理在某些金属或非金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。(2)目的：增强材料的抗腐蚀能力；美观或增加表面硬度。(3)电镀池构成如：在餐具上镀银时，餐具作阴极，银作阳极，含有银离子的溶液作电解液。发生的反应如下：阴极：Age=Ag(还原反应)。阳极：Age=Ag(氧化反应)。微点拨：电镀过程中电镀液浓度基本不变。基础自测1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)电解池中阳离子向阳极移动。()(2)惰性电极电解饱和食盐水时，能使酚酞溶液变红的是阳极。()(3)在镀件上电镀铜时，可用铜作阳极，镀件作阴极。()(4)工业上用电解熔融氯化铝的方法制取金属铝。()【答案】(1)(2)(3)(4)2如图所示是电解CuCl2溶液的装置，其中a、b为直流电源的两极，c、d为石墨电极。则以下有关此电解池的判断正确的是()【导学号：73702053】Aa为负极，b为正极Ba为阳极，b为阴极C电解过程中，d电极质量增加D电解过程中，氯离子浓度保持不变C依据电流的方向可知，a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极。d极上的电极反应：Cu22e=Cu，c极上的电极反应：2Cl2e=Cl2，溶液中的Cl浓度减小。3在铁制品上镀上一定厚度的锌层，以下电镀方案中正确的是 ()A锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含Fe2B锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含Zn2C锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含Fe3D锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含Zn2D在电镀池中，镀件作阴极，镀层金属作阳极，含镀层金属阳离子的溶液作电解质溶液。合 作 探 究攻 重 难电解时电极产物的判断如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈蓝色。思考交流1怎样确定装置中电源的正极、负极？【提示】b极附近变蓝色，说明在b极有I2生成，即2I2e=I2，电解池中发生氧化反应的电极为阳极，所以y极为正极，x极为负极。2能否根据b极现象判断I、OH失电子的能力强弱？【提示】KI溶液中阴离子有I、OH，在电解池中阴离子向阳极移动，b极附近溶液呈蓝色，说明I优先失去电子，故I失电子能力强。3CuSO4溶液中存在哪些离子？分析其移动方向并写出电极反应式。【提示】CuSO4溶液中的阳离子有Cu2、H，向阴极移动，阴极反应为Cu22e=Cu；阴离子有SO、OH，向阳极移动，由于OH更易失电子，故阳极反应为4OH4e=2H2OO2。(1)基本思路(2)离子放电顺序阴离子放电顺序。阳离子放电顺序。(3)根据实验现象判断阴、阳极和电极产物实际题目中往往不给出电解池的电源，而是给出一些实验现象，据此先判断出是何种离子放电，从而确定出电源的正负极和电解池的阴阳极，并进行有关问题的分析。滴入酚酞试剂显红色的一极(说明H放电显碱性)是阴极，接电源的负极；滴入石蕊试剂显红色的一极(说明OH放电显酸性)是阳极，接电源的正极；电极增重的一极(说明不活泼金属离子放电析出金属)是阴极，接电源的负极。电解原理的应用铁制品上镀铜的实验装置如图所示思考交流1电镀池应具有什么条件？电镀过程中电解质溶液的浓度如何变化？【提示】条件：镀层金属作阳极，镀件作阴极，含镀层金属阳离子的盐溶液作电解质溶液。电镀过程中电解质溶液的浓度不变。2如果将装置中的阳极材料换为粗铜(含Zn、Fe、Au杂质)，阴极材料换为纯铜，试分析两极上发生的反应和电解质溶液浓度如何变化？【提示】阳极：Cu2e=Cu2，Zn2e=Zn2，Fe2e=Fe2，Au不活泼沉淀在阳极底部形成阳极泥。阴极：Cu22e=Cu，电解质溶液中Cu2浓度减小。3如图所示的装置中，若电镀过程中有4 mol电子转移，则阳极质量减少多少克？【提示】阳极反应式：Cu2e=Cu2，若有4 mol电子转移，则阳极有2 mol Cu失去电子，即阳极质量减少128 g。(1)电镀铜与精炼铜的比较电镀铜精炼铜能量转变电能转化为化学能电能转化为化学能阳极材料纯铜粗铜(含锌、银、金等杂质)阴极材料待镀件纯铜阳极反应Cu2e=Cu2Zn2e=Zn2、Cu2e=Cu2等阴极反应Cu22e=Cu电解质溶液及其变化硫酸铜溶液保持不变反应后硫酸铜溶液中混有Zn2等，Cu2浓度减小(2)电解的有关计算计算的原则a阳极失去的电子数阴极得到的电子数。b串联电路中通过各电解池的电子总数相等。c电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。计算的方法a根据电子守恒法计算：用于串连电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。b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。c根据关系式计算：根据得失电子守恒的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。电解计算时常用的定量关系为：4e4H4OH2H2O22Cu4Ag。当 堂 达 标固 双 基题组1电解原理1下列说法正确的是()A电解池工作时不一定发生化学反应B电解池中与直流电源正极相连的电极是电解池的阳极C通电时，电子从电解池的阴极流出，并沿导线流回电源的负极D电解池中阴离子在阴极上发生氧化反应B电解池工作时一定发生氧化还原反应，A项错误；电解池中，电子从电源的负极流出，转移到电解池的阴极上，C项错误；电解池中阴离子在阳极上发生氧化反应，D项错误。 2关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是 ()【导学号：73702054】A电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠B若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色C若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色D电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性B电解食盐水时发生的反应为：阳极：2Cl2e=Cl2阴极：2H2e=H2总反应：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2对照分析选项，A错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2，滴加KI溶液后发生反应：Cl22I=I22Cl，溶液呈棕色，B正确；阴极附近产生大量的OH，滴加酚酞后变红色，C错误；电解后生成NaOH，溶液呈碱性，D错误。题组2电解规律3用石墨作电极电解CuCl2和KCl混合溶液，电解初期阴极和阳极分别析出的物质是()AH2、Cl2BCu、Cl2CH2、O2DCu、O2B本题考查离子放电顺序，溶液中的离子有：Cu2、K、H及Cl、OH五种离子，得电子能力Cu2HK，失电子能力：ClOH，所以电解初期：阴极：Cu22e=Cu，阳极：2Cl2e=Cl2，故选B。4用铂(惰性)电极进行电解，下列说法中正确的是()【导学号：73702055】A电解稀硫酸，在阴极和阳极分别产生氢气和氧气B电解氯化钠溶液，在阴极析出钠C电解硫酸钠溶液，在阴极和阳极析出产物的物质的量之比为12D电解硫酸铜溶液，在阴极和阳极析出产物的物质的量之比为11A电解NaCl溶液，阴极生成H2；电解Na2SO4溶液，阴极生成H2，阳极生成O2，二者的物质的量之比为21。电解CuSO4溶液的反应为2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2，可知两极产物的物质的量比为21。题组3电解原理的应用5下列关于电解和电镀的叙述中不正确的是()A电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应B电源跟电解池连接后电子从电源的负极直接流向电解池的阳极C电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应D电解饱和食盐水时，阴极得到NaOH溶液和H2B与电源负极相连的电解池的一极为阴极，所以B错误。6观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是()【导学号：73702056】A装置中阳极上析出红色固体B装置中铜片应与电源负极相连C装置中外电路电流方向：b极a极D装置中阴极反应：2Cl2e=Cl2C装置是电解池，红色的Cu应在阴极析出，A项错误；电镀时铜片应作阳极，与电源的正极相连，B项错误；氢氧燃料电池是以氢氧燃烧反应为基础的：2H2O2=2H2O，氢气发生氧化反应为负极(a极)，氧气为正极(b极)，电子流向从负到正(ab)，电流方向与电子流动方向相反，C项正确；2Cl2e=Cl2，为氧化反应，故为阳极反应，D项错误。题组4电解池中电极反应式的书写7下面列出了电解不同物质的电极反应式，其中错误的是()A电解饱和食盐水，阴极：Nae=NaB电解CuCl2溶液，阳极：2Cl2e=Cl2C电解熔融NaCl，阴极：Nae=NaD电解NaOH溶液，阳极：4OH4e=2H2OO2A电解食盐水时，因放电能力HNa，所以阴极反应为2H2e=H2，故A错。8写出下列各物质电解时的电极反应式及总反应。 【导学号：73702057】(1)CuSO4溶液：阴极_；阳极_；总反应_。(2)Na2SO4溶液：阴极_；阳极_；总反应_。(3)NaCl溶液：阴极_；阳极_；总反应_。【解析】(1)中离子有H、Cu2、SO、OH，故放电顺序为Cu2H；OHSO。同样(2)中HNa；OHSO。(3)中HNa；ClOH。【答案】(1)2Cu24e=2Cu 4OH4e=O22H2O2CuSO42H2O2CuO22H2SO4(2)4H4e=2H24OH4e=O22H2O2H2O2H2O2(3)2H2e=H22Cl2e=Cl22NaCl2H2O2NaOHH2Cl2电极反应式的书写步骤(1)确定电极：与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极。(2)(3)分析离子种类：依据放电顺序，确定反应离子。(4)写电极反应式列物质、标得失；选离子、配电荷；配个数、巧用水。题组5有关电解的简单计算9把分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为 ()A123B321C631D632D因三个电解槽是串联的，其通过的电子数应相等，故有6K6e=6K；3Mg26e=3Mg；2Al36e=2Al。则析出的K、Mg、Al的物质的量之比为632。10在25 时，用石墨电极电解 CuSO4溶液(假设溶液的体积在电解前后不发生变化)。5 min后，在一个石墨电极上有6.4 g Cu生成。下列说法中正确的是 ()A有Cu生成的一极是阴极，发生氧化反应 B反应中转移电子的物质的量为0.4 molC在另一极得到O2的体积(标准状况)是1.12 L D电解一段时间后，溶液的pH不变C电解时溶液中的铜离子在阴极得到电子生成铜，所以此处铜的电极为阴极，发生还原反应，A错误；当有6.4 g铜析出，即0.1 mol铜，转移电子0.2 mol，B错误；转移0.2 mol电子，另一极产生0.05 mol氧气，在标准状况下体积为1.12 L，C正确；转移0.2 mol电子，溶液中产生0.2 mol氢离子，溶液中pH发生变化，D错误。