2019-2020年高三化学教材教案电解原理.doc

2019-2020年高三化学教材教案电解原理重点难点1理解电解的基本概念和原理。2了解铜的电解精炼、电镀铜。3会写电极反应式、电解池总反应式，掌握围绕电解的计算。知识点讲解一、电解原理1电解质溶液的导电我们知道，金属导电时，是金属内部的自由电子发生的定向移动，而电解质溶液的导电与金属导电不同。通电前电解质溶液中阴、阳离子在溶液中自由地移动；通电后在电场的作用下，这些自由移动的离子改作定向移动，带负电荷的阴离子由于静电作用向阳极移动，带正电荷的阳离子则向阴极移动。电极名称：电解池中与直流电源负极相连的电极叫阴极，与直流电源正极相连的电极叫阳极。物质能否导电是由其内部能否形成定向移动的自由电荷所决定的，对金属就是自由电子，而对电解质溶液就是自由移动的阴阳离子。2电解（1）概念：使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解。（2）电子流动的方向：电子从外接直流电源的负极流出，经导线到达电解池的阴极，电解池溶液中的阳离子移向阴极，并在阴极获得电子而被还原，发生还原反应；与此同时，电解池溶液中的阴离子移向阳极，并在阳极上失去电子（也可能是阳极很活泼而本身失去电子）而被氧化，发生氧化反应。这样，电子又从电解池的阳极流出，沿导线而流回外接直流电源的正极。（3）电极反应的类型：阳极反应为氧化反应，阴极反应为还原反应，故而阴极处于被保护的状态，而阳极则有可能被腐蚀。3电解池与原电池的联系与区别 原电池电解池电极正极、负极阴极、阳极电极确定由电极材料本身的相对活泼性决定，较活泼的是负极，较不活泼的是正极由外接直流电源的正、负极决定，与负极相连的是阴极，与正极相连的是阳极电极反应负极发生氧化反应 正极发生还原反应阴极发生还原反应 阳极发生氧化反应电子流向电子由负极经导线流入正极电子从电源负极流入阴极再由阳极流回电源正极能量转变化学能转变为电解电能转变为化学能反应自发性能自发进行的氧化还原反应反应一般不能够自发进行，需电解条件举例Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4CuCl2 Cu+Cl2装置特点无外接直流电源有外接直流电源相似之处均能发生氧化还原反应，且同一装置中两个电极在反应过程中转移电子总数相等。4实验分析：电解CuCl2溶液（1）电极材料阴极可用惰性电极，甚至较活泼的金属，但阳极需使用惰性电极，否则会发生氧化反应而溶解。（2）惰性电极一般指金、铂、石墨电极，银、铜等均是活性电极。（3）实验现象：通电后，电流表指针发生偏转，阴极石墨棒上析出一层红色固体，阳极表面有气泡放出，可闻到刺激性气味。（4）淀粉碘化钾试纸的作用：检验阳极产物是否为Cl2。使用时应先润湿并缠于玻棒端或用镊子夹持，作用时间不宜太久，否则变蓝后会被Cl2（HClO）漂白。二、铜的电解精炼1原理：电解时，用粗铜板作阳极，与直流电源的正极相连；用纯铜板作阴极，与电源的负极相连，用CuSO4溶液（加入一定量的硫酸）作电解液。CuSO4溶液中主要有Cu2+、 、H+、OH，通电后H+和Cu2+移向阴极，并在阴极发生Cu2+2e=Cu，OH和 移向阳极，但阳极因为是活性电极故而阴离子并不放电，主要为阳极（活泼及较活泼金属）发生氧化反应而溶解，阳极反应：Cu2e=Cu2+。电解过程中，比铜活泼的Zn、Fe、Ni等金属杂质，在铜溶解的同时也会失电子形成金属阳离子而溶解，此时阴极仍发生Cu2+2e=Cu，这会导致电解液浓度不发生变化；Ag、Au不如Cu易失电子，Cu溶解时它们以阳极泥沉积下来可供提炼Au、Ag等贵金属。该过程实现了提纯铜的目的。离子在电极上得失电子的能力与离子的性质、溶液的浓度、电流的大小、电极的材料等都有关系。中学阶段我们一般只讨论电极材料的性质、离子的氧化性强弱和还原性强弱对它们得失电子能力的影响。2电极反应中得失电子的规律（1）阳极上失电子的规律应首先看电极材料是惰性电极，还是活性电极，如是惰性电极，则由溶液中的阴离子失去电子，阴离子的还原性越强越易失电子，阴离子的放电顺序为：S2-IBrClOH含氧酸根离子；如是活性电极，则这些金属首先失去电子进入溶液，此时溶液中其他离子不再失电子。（2）阴极上得电子的规律阴极上只能由溶液中阳离子获得电子，阳离子氧化性越强越易得电子，阳离子放电顺序一般为：Ag+Hg2+Cu2+H+(酸)Fe+Zn2+H+(盐溶液)（3）变价的金属Fe在作阳极发生氧化反应时电极反应为：Fe2e=Fe2+三、电镀铜1原理：电镀时，一般都是用含镀层金属离子的电解质溶液为电镀液；把待镀金属制成品浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极，而用镀层金属为阳极，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，并在阴极上被还原成金属析出。电镀铜规律可概括为“阳极溶解，阴极沉积，电解液不变”。工业上电镀常使用有毒电镀液，因此电镀废水应回收有用物质、降低有害物质含量后，达标排放，以防污染环境。2实验分析：电镀铜实验（1）待镀件需酸洗去除表面的锈。（2）电镀液CuSO4中加氨水制成铜氨溶液以降低Cu2+浓度使镀层光亮。四、电解质溶液电解时（均为惰性电极），pH变化情况，电解液复原所需加入物质及电解类型。1分解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐（如NaOH、H2SO4、K2SO4等）的电解。阴极：4H+4e=2H2 阳极：4OH4e=O2+2H2O总反应：2H2O 2H2+O2阴极产物：H2；阳极产物：O2。电解质溶液复原加入物质：H2O。pH变化情况：原来酸性的溶液pH变小，原来碱性的溶液pH变大，强酸（含氧酸）强碱的正盐溶液pH不变。（2）分解电解型：无氧酸（除HF外）、不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）的电解，如HCl、CuCl2等。阴极：Cu2+2e=Cu 阳极：2Cl2e=Cl2总反应：CuCl2 Cu+Cl2阴极产物：酸为H2，盐为金属；阳极产物：卤素等非金属单质。电解液复原加入物质为原溶质，如电解CuCl2溶液，需加CuCl2。pH变化情况：如电解无氧酸溶液pH变大但不会超过7；如为盐溶液的电解则视无氧酸根的情况而定。（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，如NaCl、MgBr2等。阴极：2H+2e=H2阳极：2Cl2e=Cl2总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2阴极产物：碱和H2；阳极产物：卤素等非金属单质。电解饱和食盐水的产物分别为NaOH和H2以及Cl2。电解液复原加入物质为卤化氢。电解饱和食盐水，要使电解质溶液复原需加入HCl。pH变化情况：电解液pH显著变大（4）放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐溶液的电解，如CuSO4、AgNO3等。阴极：2Cu2+4e=Cu 阳极：4OH4e=O2+2H2O总反应：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO4阴极产物：析出不活泼金属单质；阳极产物是该盐对应的含氧酸和氧气，本例中分别是Cu以及H2SO4、O2.电解液复原加入物质为不活泼金属的氧化物（金属价态与原盐中相同）。如电解CuSO4溶液，复原需加入CuO。pH变化情况：溶液pH显著变小。典型例题剖析例1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（ ）A27mg B54mg C108mg D216mg分析根据离子放电顺序，先写出两极的电极反应式：阳极：4OH4e=O2+2H2O 阴极：4Ag+4e=4Ag 为了求整个电解反应方程式，须将阳极反应进行一下处理，因为是电解水溶液,尽管实际参与反应的是OH离子，但体系中主要是水，用水直接表示反应会更确切：2H2O4e=O2+4H+得总的电解反应式：4Ag+2H2O 4Ag+O2+4H+不难推导出：用惰性电极电解AgNO3溶液时，发生的反应为：4 AgNO3+2H2O 4Ag+ O2+4HNO3因为有HNO3生成，所以pH要变小。生成HNO3的物质的量为(10-310-6)0.50.510-3mol，所以析出银的质量为0.510-3mol108g/mol=54mg 答案：B例2如图所示A为一张浸透淀粉碘化钾溶液并滴有酚酞试剂的滤纸，a、b为两张紧贴在滤纸上的铂片，并用导线和直流电原M、N两极相连接，通电后，在a周围观察到无色溶液变为蓝色。（1）电源哪一个极是正极？哪极是负极？（2）b周围可观察到什么现象？为什么？分析本题装置实际上是电解KI溶液，由于a、b为铂电极是惰性电极，则在阳极上放电的应是I，其电极 反应为：2I2e=I2；阴极是水电离出来的H+放电，其电极反应为：2H+2e=H2，由于H+在阴极上不断放电，破坏了水的电离平衡，使阴极附近OH浓度增大。从题给条件分析可知，a周围观察到蓝色，说明有I2生成，所以a为阳极、b为阴极，而与之相连中的电源M极为正极，N极为负极，b周围酚酞试液变红色。答案：（1）M是电源的正极，N为负极，（2）b极周围可看到溶液红色，因为b极为阴极，其电极反应为2H+2e=H2，由于H+不断放电破坏了水的电离平衡，OH增大，使得b极附近碱性增大，酚酞变红。例3若在铁片上镀锌，以下叙述中错误的是（ ）A可把铁片与电源的正极相连B电解质必须用含有锌离子的可溶性盐C锌极发生氧化反应 D铁极的电极反应式为Zn2+2e=Zn分析电镀的实质就是以非惰性电极为阳极的一种特殊的电解。电镀时一般以镀层金属为电解池的阳极，待镀件为阴极，含镀层金属离子的电解溶液为电镀液。电镀过程中镀层金属发生氧化反应而成为离子溶入电解液，其离子则在待镀件上发生还原反应而析出，且电解质溶液浓度一般不变。故而本题只有A项不正确。答案：A例4串联电路中的四个电解池分别装有0.1molL-1的下列溶液，用铂电极电解，连接直流电源一段时间后，溶液的pH最小的是（ ）ACuCl2 BNaCl CAgNO3 DKNO3分析 本题主要考查电解原理、离子放电顺序及电解后溶液pH变化等问题。理解电解原理并熟悉掌握阴、阳离子的放电顺序是解本题的关键，在电解时,如果H+或OH在电极上放电往往会导致电极附近溶液H+或OH浓度发生改变，从而引起电极附近pH变化。对于电解CuCl2溶液，尽管H+或OH都没有在阴极或阳极上放电，但由地CuCl2是强酸弱碱盐，水解后溶液呈酸性，因此若CuCl2完全电解后，如果不考虑Cl2溶于水生成HCl和H|ClO，溶液呈中性，pH增大（实际上由于生成HCl、HClO， 溶液呈微酸性）。电解NaCl溶液H+在阴极上放电，阴极附近OH浓度增大；阳极上Cl放电，阳极区域H+、OH浓度基本不变，因而电解后整个溶液pH会变大，电解AgNO3溶液，阴极Ag+放电；阳极是OH放电，阳极区域H+浓度变大，溶液pH会显著变小（相当于生成稀HNO3）。电解KNO3实质是电解水，pH不变。答案：C例5将两个铂电极插入500mL CuSO4(aq)中进行电解，通电一段时间后，某一电极上增重0.064g(设电解时无H2放出，且不考虑水解和溶液体积的变化)，此时溶液中氢离子的物质的量浓度约为（ ）A110-3molL-1 B410-3molL-1C210-3molL-1 D1107 molL-1分析由于最后溶液中的H+主要由电解CuSO4溶液产生，所以要计算c(H+)，可依据电解的离子方程式2Cu2+2H2O 2Cu+O2+4H+进行解题。题中电极增重0.064g必为阴极反应生成Cu所致，即n(Cu)=0.064g64gmol-1=0.0010mol，然后依据离子方程式中各物质之间的化学计量数之比，求出生成的c(H+)。2Cu2+2H2O 2Cu +O2+4H+2mol 4mol0.0010mol c(H+)0.50Lc(H+)= =4.010-3molL-1B