高中化学选修4电解池教案

电解池教案一．电解池的构成条件和工作原理电能→化学能两个电极；有外接电源；有电解质溶液阴极：与电源负极相连阳极：与电源正极相连阴极：本身不反应，溶液中阳离子得电子发生还原反应阳极：发生氧化反应，若是惰性中极，则是溶液中阴离子失电子电源负极→阴极，阳极→电源正极以电解CuCl2溶液为例1．电极阳极—与电源正极相连阴极—与电源负极相连隋性电极—只导电,不参与氧化还原反应(C/Pt/Au)活性电极—既导电又参与氧化还原反应(Cu/Ag)【问】：通电前和通电时分别发生了怎样的过程？通电前：CuCl2=Cu2++2Cl-H2OH++OH-通电中：阳离子（Cu2+,H+）向阴极移动被还原；阴离子（Cl-,OH-）向阳极移动被氧化【讲】：即在电极上分别发生了氧化还原反应，称电极反应。2．电极反应(阳氧阴还)【巧记】:阳—氧yang阳极：2Cl--2e-=Cl2(氧化)阴极：Cu2++2e-=Cu(还原)总电极方程式：___________________3．电解：电流(外加直流电)通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应(被动的不是自发的)的过程叫电解。电解池：借助电流引起氧化还原反应的装置，即把电能转化为化学能的装置叫电解池或电解槽。【问】：构成电解池的条件是什么？【答】电源、电极、电解质构成闭和回路。【思考】：电解CuCl2水溶液为何阳极是Cl-放电而不是OH-放电，阴极放电的是Cu2+而不是H+？二．离子放电顺序：阴极：阳离子放电（得电子）顺序——氧化性Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+阳极:(1)是惰性电极（Pt，Au，石墨）时：阴离子在阳极上的放电顺序（失e-）:S2-I-Br-Cl-OH-NO3-SO42-F-(SO32-/MnO4-OH-)(2)是活性电极（在金属活动顺序表中Ag以前）时：电极本身溶解放电【练习】：电解碘化汞、硝酸铜、氯化锌、盐酸、硫酸、氢氧化钠的电极方程式。三．电解规律（1）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。（2）电解不活泼金属的含氧酸盐，阳极产生氧气，阴极析出不活泼金属，放氧生酸型。【练习】：电解硫酸铜方程式。加入下列哪些物质可以恢复到硫酸铜原来的溶液：氧化铜、氢氧化铜、铜、碳酸铜。（3）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。（4）电解活泼金属（K/Ca/Na）的无氧酸盐，阴极产生氢气，阳极析出非金属，放氢生碱型。四．电解中电极附近溶液pH值的变化（1）电极区域A．阴极H+放电产生H2，阴极区域pH变大。B．阳极OH-放电产生O2，阳极区域pH变小。（2）电解质溶液中A．电解过程中,既产生H2,又产生O2,则原溶液呈酸性的pH变小,原溶液呈碱性的pH变大,原溶液呈中性的pH不变（浓度变大）。B．电解过程中,无H2和O2产生,pH几乎不变。但象CuCl2变大C．电解过程中,只产生H2,pH变大。D．电解过程中,只产生O2,pH变小。过渡：如果把阳极换成铜棒，阳极发生的反应就是铜自身溶解，如果电解质是硫酸，阴极析出的是什么？也是铜，这就是我们的铜的电解精炼法。五、电解原理的应用5.1电解饱和食盐水5.1.1装置2．原理(1)电极反应：阳极：发生氧化反应、电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：发生还原反应，电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑(2)总反应式：2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋Cl2↑＋H2↑离子方程式：2Cl－＋2H2O=====电解2OH－＋Cl2↑＋H2↑5.2电镀1．定义电镀是应用电原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。2．电镀池的构成(1)实例：(往铁件上镀铜)①阴极材料：Fe，电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu②阳极材料Cu，电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋③电解质溶液：CuSO4溶液。(2)电镀的目的主要是增强金属抗腐蚀能力，增强美观和表面硬度。5.3电解精炼铜5.4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Mn＋＋ne－===M。2．电冶金电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些活泼金属单质的制取，如冶炼钠、镁、铝等活泼金属。3．电解熔融的氯化钠阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极反应：2Na＋＋2e－===2Na总反应：2NaCl(熔融)=====电解2Na＋Cl2↑【例1】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时铜作阳极分析：本题主要考查了原电池、电解池的区别。A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。【例2】在某镀件镀铜时，电镀液中CuSO4溶液的浓度是否发生变化？分析：在镀件镀铜时，阳极：Cu－2e－===Cu2＋，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，所以电镀法中c(CuSO4)保持不变。答案：电镀液中CuSO4浓度保持不变。【例3】电解精炼铜时，粗铜中的杂质(如Zn、Fe、Au等)到哪里去了？答案：粗铜中的Zn、Fe比Cu先失电子转变为Zn2＋、Fe2＋进入电解质溶液中；而比Cu不活泼的Au不失电子，在Cu大量消耗时，Au从粗铜板上脱落在阳极区形成阳极泥。【例4】用惰性电极电解饱和食盐水，当电源提供给0.2mol电子时停止通电。若此溶液体积为2L，则所得电解液的pH是()A．1B．8C．13D．14分析：电解食盐水时供给0.2mol电子，则消耗的H＋为0.2mol，同时产生OH－0.2mol，溶液体积为2L，则c(OH－)＝0.1mol/L，故pH＝13。【例5】设计简单的实验证明电解饱和食盐水时，阴极有NaOH生成，阳极有Cl2产生。(1)证明NaOH：______________________________；(2)证明Cl2：_________________________________答案：(1)向阴极区滴入几滴酚酞，溶液变红，证明阴极有NaOH生成(2)将湿润的淀粉KI试纸靠近阳极区，试纸变蓝，证明有Cl2生成知识先导1．原电池、电解池、电镀池的判断方法(1)若装置中无外加电源，则该装置可能为原电池，然后根据原电池的构成条件进行分析判断。(2)若装置中有外加电源，且两电极插入电解质溶液中并构成闭合回路，则该装置为电解池或电镀池，电解质溶液中含有阳极金属离子的即为电镀池，否则为一般电解池。2．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)阴极材料镀件纯铜阳极反应Cu－2e－===Cu2＋Zn－2e－===Zn2＋Cu－2e－===Cu2＋等阴极反应Cu2＋＋2e－===CuCu2＋＋2e－===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[尝试运用1](2011·山东高考，有改动)以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是()A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率D．工业上电解饱和食盐水制取Na和Cl2[解析]本题考查电镀，意在考查考生对电镀原理的理解和应用能力。未通电前上述装置不能构成原电池，A项错误；锌的析出量与通过的电量成正比，B项错误；电镀时电解反应速率只与电流大小有关，与温度无关，C项正确；工业上电解熔融NaCl制取Na和Cl2，D项错误。【题后感悟】电镀条件下，镀层金属离子浓度远高于其他阳离子浓度，因此一定是电镀液中的镀层金属离子得到电子变为金属单质在阴极析出，而不是其他阳离子。例如在铁片上镀锌时，阴极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，而不是2H＋＋2e－===H2↑。知识先导1．计算的原则(1)阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。(2)串联电路中通过各电解池的电子总数相等。(3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子2．计算的方法(1)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。(2)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(3)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：4e－～4H＋～4OH－～2H2～O2～2Cu～4Ag。[尝试运用2](2012·枣庄高二质检)将含有0.4molCu(NO3)2和0.4molKCl的水溶液1L，用惰性电极电解一段时间后，在一电极上析出19.2gCu；此时，在另一电极上放出气体的体积在标准状况下为(不考虑产生的气体在水中的溶解)()A．3.36LB．5.6LC．6.72LD．13.44L[解析]阴极析出铜0.3mol，由Cu2＋＋2e－===Cu知Cu2＋得到0.6mol电子，根据2Cl－－2e－===Cl2↑，求出当溶液中Cl－全部参与电极反应时，放出Cl20.2mol，失去电子0.4mol。因此在阳极还有OH－放电，根据4OH－－4e－===2H2O＋O2↑和电子守恒在阳极有0.05molO2放出，即阳极共放出0.25mol标准状况下为5.6L的气体。【题后感悟】解答电解计算题的基本步骤：(1)正确书写电极反应式(要特别注意阳极材料)。(2)当溶液中有多种离子共存时，先要根据离子放电顺序确定离子放电的先后。(3)根据得失电子守恒进行相关计算。电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，离子方程式为2Cl－＋2H2O=====电解Cl2↑＋H2↑＋2OH－。电镀时把待镀的金属制品作阴极，镀层金属作阳极，用含镀层金属离子的溶液作电镀液，电镀时，镀层金属离子浓度保持不变。电解精炼铜时，用纯铜作阴极、粗铜作阳极，用CuSO4溶液作电解液，精炼过程中，Cu2＋的浓度逐渐减小。电解熔融Al2O3制取铝：阳极反应式：6O2－－12e－===3O2↑；阴极反应式：4Al3＋＋12e－===4Al；总反应式为：2Al2O3(熔融)=====电解冰晶石4Al＋3O2↑。【巩固练习】1．用石墨作电极电解CuCl2、NaCl的混合溶液时，阴极析出的物质是；阳极产物是。2．两极都用银片作电极电解AgNO3时，阳极的产物是；阴极的产物是。3．试写出下列装置中所发生的电极反应式。5.下图是电解2CuCl溶液装置，其中c、d为石墨电极。下列有关的判断正确的是（）A．a为负极、b为正极B．c为阳极、d为阴极C．电解过程中，d电极质量增加D．电解过程中，氯离子浓度不变6.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pH不变B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH，故溶液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∶2D．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∶17、甲、乙两个相同的电解槽，如图所示连接a，b，c，d均为铂电极，通电后发现a极板处有气体放出，c极板质量增加，则以下说法中正确的是（）A．甲槽中溶液是42SOH，乙槽中溶液是NaOHB．甲槽中溶液是NaOH，乙槽中溶液是3AgNOC．甲槽中溶液是3AgNO，乙槽中溶液是4CuSOD．甲槽中溶液是4CuSO，乙槽中溶液是42SOH8、一种新型燃料电池，它是用两根金属做电极插入KOH溶液中，然后向两极上分别通甲烷和氧气，其电池反应为：X极：O7HCO8e10OHCH2234Y极：