高三化学电解池原理及其应

高三化学第一轮复习专题6化学反应与能量变化6－3电解池原理及其应用如何使图中的铁棒上析出铜，而铁的质量不变？问题讨论：设计成电解池且铁作阴极一、电解池原理1.定义：(1)两个电极（活性或惰性）(2)电解质溶液(3)直流电源（4）形成闭合回路电能转化为化学能的装置为电解池，它是一个非自发的氧化还原反应。2.构成条件3.电极名称：与电源负极相连的电极为阴极与电源正极相连的电极为阳极电极的判断方法？例1.判断下列装置的性质、现象、产物4.电子、离子定向移动方向：“负极出电子，电子回正极”电解池必发生得电子的还原反应必发生失电子的氧化反应1.通电前，溶液中有哪些离子？运动情况如何？思考3.当离子定向移动到电极表面时，发生的是什么类型的反应？2.通电时，离子的运动情况有什么改变？CuCl2=Cu2++2Cl-H2OH++OH-阳离子：Cu2+、H+移向阴极阴离子：SO42-、OH-移向阳极无规则运动定向运动氧化还原反应练习1：（2007上海）某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是()A.铅笔端作阳极，发生还原反应B.铂片端作阴极，发生氧化反应C.铅笔端有少量的氯气产生D.a点是负极，b点是正极D练习2：说出下列装置中电解池的阴阳极，写出电极反应式及总反应的化学方程式、离子方程式。阳极：阴极：总反应：2Cl-→Cl2↑+2e-2H++2e-→H2↑2HCl==H2↑+Cl2↑通电2H++2Cl-==H2↑+Cl2↑通电5.电极反应书写阳极：阴极：总反应：阳极：阴极：总反应：4OH-=O2↑+2H2O+4e-Ag++e-=Ag通电4AgNO3+2H2O==4Ag+O2↑+4HNO32Br-=Br2+2e-2H++2e-=H2↑通电2NaBr+2H2O==2NaOH+H2↑+Br2通电4Ag++2H2O==4Ag+O2↑+4H+通电2Br-+2H2O==2OH-+H2↑+Br2阳极：4OH-=2H2O+O2↑+4e-阴极：Cu2++2e-=Cu2CuSO4+2H2O==2H2SO4+O2↑+2Cu通电总反应：2Cu2++2H2O==4H++O2↑+2Cu通电阳极：阴极：总反应：2Cl-=Cl2↑+2e-2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOH通电2Cl-+2H2O=H2↑+Cl2↑+2OH-通电阳极：阴极：4H++4e—=2H2↑总反应：Na2SO4溶液2H2O==2H2↑+O2↑通电4OH-=2H2O+O2↑+4e-阳极：阴极：4H++4e—=2H2↑2H2O=2H2↑+O2↑通电总反应：4OH-=2H2O+O2↑+4e-H2SO4溶液4H++4e—=2H2↑NaOH溶液阳极：阴极：总反应：2H2O=2H2↑+O2↑通电4OH-=2H2O+O2↑+4e-交流研讨：1、在CuCl2溶液中有自由移动的Cu2+、Cl-、H+、OH-，为什么只有Cu2+、Cl-得失电子，而H+、OH-却不能或很难在两极上得失电子呢？在阴、阳极上，离子的放电顺序又是怎样？6.离子放电顺序及电解产物的判断活泼金属阳极S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH－＞含氧酸根（1）阳极上（氧化反应）(2)阴极上（还原反应）无论是惰性电极还是金属电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上放电顺序是：上述顺序基本上是金属活动性顺序，越活泼的金属，其阳离子越难得到电子，但Fe3+氧化性较Cu2+强。从H+、Cu2+、Na+、Cl-、SO42-五种离子中选出两种离子组成电解质，按下列要求进行电解，用电解质的化学式填空（使用惰性电极电解）（1）电解过程中溶液的pH增大的有_______（2）电解过程中溶液的pH减小的有（3）电解过程中溶液的pH不变的有。有何规律？NaClHClCuSO4,H2SO4Na2SO4练习3：（1）电解时，只生成H2而不生成O2，则溶液的pH。（2）电解时，只生成O2而不生成H2，则溶液的pH。（3）电解时，既生成H2又生成O2，则实际为电解水。①若为酸性pH，②若碱性溶液，则溶液的pH，③若为中性，则pH。增大减小减小增大不变7.电解过程中溶液pH的变化规律练习4.右图中x、y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色无臭气体放出,符合这一情况的()A2、指出下列装置的名称、电极名称，写出电极反应式，并表示出电子移动方向。交流研讨：ⅠⅡe-如何流向?e-?池?池?极?极?极?极例2、用两只惰性电极插入100mLCuSO4溶液中，通电电解。当溶液的pH值由6．0下降到2．0(电解过程中溶液体积变化忽略不计)，阴极析出铜的质量（）•Ａ．16Ｂ．32Ｃ．64Ｄ．128例3、用惰性电极电解M(NO3)ｘ的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生bL氧气(标准状况)，从而可知M的相对原子质量是•A.B.C.D.bax4.22bax2.11bax6.5bax5.2ＢＣ8.有关电解的计算——电子守恒规律应用例4、1LK2SO4、CuSO4的混合溶液中，c（SO42-）=2mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到（标准状况下）22.4L气体，则原溶液中c（K＋）为A．0.5mol·L－1B．1mol·L－1C．1.5mol·L－1D．2mol·L－1D练习5.用两支惰性电极插入50mLAgNO3溶液中，通电电解。当电解液的PH值从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)，电极上析出银的质量大约是：A、27mgB、54mgC、108mgD、216mgB练习6、下图为A直流电源，B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，C为电镀槽．接通电路后发现B上的c点显红色．为实现铁上镀锌，接通K后，使c、d两点短路．下列叙述正确的是（）A．a为直流电源的负极B．c极发生的反应为2H＋＋2e－＝H2↑C．f电极为锌板D．e极发生氧化反应BD练习7．如上图所示，通电后A极上析出Ag，对该装置的有关叙述正确的是（）A、P是电源的正极B、F极上发生的反应为：4OH--4e-=2H2O+O2↑C、电解时，甲、乙、丙三池中，除E、F两极外，其余电极均参加了反应D、通电后，甲池的PH减小，而乙、丙两池溶液的PH不变B练习8．为下图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法正确的是()A．X是正极，Y是负极B．X是负极，Y是正极C．CuSO4溶液的PH值逐渐减小D．CuSO4溶液的PH值不变a•XY•bPtCuCuSO4溶液NaCl和酚酞溶液AC电离电解条件过程特点联系电解质溶于水或受热融化状态电解质电离后，再通直流电电解质电离成为自由移动的离子。CuCl2=Cu2++2Cl-通电阴阳离子定向移动，在两极上失得电子成为原子或分子。CuCl2==Cu+Cl2↑只产生自由移动的离子发生氧化还原反应生成了新物质电解必须建立在电离的基础上小结1电离与电解的区别与联系原电池和电解池知识总结比较表内容原电池电解池电极规定电极反应电子移动方向能量转变较活泼金属做负极阴极：连接电源负极的一极负极发生氧化反应阳极氧化、阴极还原负极流向正极阳极流向阴极化学能变为电能电能变为化学能小结2分析电解反应的一般思路：明确溶液中存在哪些离子根据阳极氧化，阴极还原分析得出产物阴阳两极附近有哪些离子小结3离子放电顺序（1）电解池阴极阳离子放电能力（得电子能力）逐渐增强K+Ca2+Na+Mg2+Al3+H+（水中）Zn2+Fe2+Pb2+H+（酸中）Cu2+Hg2+Ag+（2）电解池阳极（FeCuAg等金属）S2-I－Br－Cl－OH－含氧酸根阴离子放电（失电子）能力：逐渐减弱电解类型举例电极反应溶液pH变化溶液复原方法物质类别实例水电解含氧酸H2SO4强碱NaOH活泼金属的含氧酸盐Na2SO4溶质电解无氧酸HCl不活泼金属的无氧酸盐CuCl2溶质和水同时电解活泼金属的无氧酸盐NaCl不活泼金属的含氧酸盐CuSO4电解的基本规律阳极：4OH—-4e—=O2↑+2H2O阴极：4H++4e—=2H2↑阳极2Cl—-2e—=Cl2↑阴极：4H++4e—=2H2↑阳极2Cl—-2e-=Cl2↑阴极：Cu2++2e—=Cu阳极2Cl—-2e—=Cl2↑阴极：2H2O+2e—=H2↑+2OH-阳极：4OH—-4e—=O2↑+2H2O阴极：2Cu2++4e—=2Cu减小增大不变增大增大减小H2OHClCuCl2HClCuO(2003江苏)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1:1【跟踪训练】D想一想？如果要在某铁制品表面镀上一层银，请你选择合适的电极材料和电镀液，并写出电极反应方程式。阴极——某铁制品阳极——金属银电镀液——含有硝酸银的溶液阳极：Ag→Ag++e-阴极：Ag+＋e－→Ag（一）电镀1、定义：利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或是合金的过程。2、目的：4、电镀的特点：3、电镀材料的选择：阴极——镀件电镀液——含有镀层金属离子的溶液阳极——镀层金属使金属增强抗腐蚀的能力，增加美观和表面硬度。1）阳极本身参加电极反应2）电解质溶液的浓度保持不变二、电解池原理的应用（二）铜的电解精炼阳极：Cu→Cu2++2e-阴极：Cu2++2e-→Cu杂质比铜活泼的Zn、Fe等：Zn→Zn2++2e-Fe→Fe2++2e-活泼性在铜之后的银、金等：还原性比铜差的，不能失去电子，它们以单质的形式留在溶液中，成为阳极泥。电解质溶液硫酸铜的浓度略有减小。（05天津高考12）金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（）（已知：氧化性Fe2+＜Ni2+＜Cu2+）A．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2++2e—=NiB．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和PtD工业上利用这一反应，制取烧碱、氯气和氢气。（三）氯碱工业想一想：在左面的电解饱和食盐水的实验中，电解产物之间可能发生哪些化学反应？通电2NaCl+2H2O===2NaOH+Cl2↑+H2↑•（1）在NaCl溶液中,NaCl电离出，H2O电离出。通电后，在电场的作用下，向阴极移动，向阳极移动。在阳极，由于容易失去电子，被氧化生成。阳极方程式：;（2）在阴极，由于容易得到电子被还原生成．使H2O电离向右移动，因此阴极浓度增大PH。•阴极方程式：。2Cl--2e-=Cl22H++2e-=H2Na+、Cl-H+、OH-Cl-、OH-Cl-Cl2H+H2OH-增大Na+、H+氯碱工业•总化学方程式：;•总离子方程式:.•(3)电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：•___________，两极极板上都有气体产生，如何检验气体的种类？NaOH2HClOH2NaCl2222电解OH2HClOH2Cl2222电解阴极附近的溶液无色变为红色阳极:把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近,产生气体可以使湿润KI淀粉试纸变蓝色.(2)避免生成物H2和Cl2混合,因为:.(1)避免Cl2接触NaOH溶液会反应,使产品不纯,反应方程式:.第一个问题:Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O混合遇火或遇强光爆炸解决方法:使用离子交换膜(1)生产设备名称：阳离子交换膜电解槽阳离子交换膜：只允许阳离子通过，把电解槽隔成阴极室和阳极室。(2)离子交换膜的作用：a、防止Cl2和H2混合而引起爆炸b、避免Cl2与NaOH反应生成NaClO影响NaOH的产量。提示：第二个问题：精