高中化学 4.3 电解池(第1课时)课件 新人教版选修4

第三节电解池第1课时电解原理目标导航预习导引1.了解电解、电解池的概念。2.理解电解的工作原理。3.能够正确书写电解的电极反应1.理解电解池的工作原理。2.学会比较离子的放电顺序,并正确书写电极反应目标导航预习导引1.电解CuCl2溶液(1)通电前,CuCl2溶液中存在的离子是CuCl2电离产生的Cu2+和Cl-,以及水电离产生的H+、OH-。(2)工作原理:总反应:Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑。(3)CuCl2溶液导电的过程,就是CuCl2电解的过程,就是在阴阳两极发生氧化还原反应的过程。目标导航预习导引2.电解和电解池(1)电解: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。(2)电解池:在外加电源的作用下,将电能转变成化学能的装置。(3)电解池的两极:阳极——与电源正极相连,发生氧化反应。阴极——与电源负极相连,发生还原反应。(4)电解池的构成条件:①外加直流电源。②两个固体电极。③两极插入电解质溶液或熔融电解质中,形成闭合回路。(5)离子的定向移动:阴离子移向阳极;阳离子移向阴极。(6)电子的流向:电源负极阴极阳极电源正极。目标导航预习导引深度思考判断下列描述的正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)在电解池中,与外接电源正极相连的电极是阳极。()(2)电解质溶液导电仅仅是离子的定向移动,没有发生化学反应。()(3)原电池中阳离子向正极移动,电解池中阳离子向阴极移动。()(4)电解时,阳极失电子数与阴极得电子数相等。()(5)用惰性电极电解稀硫酸,实质上是电解水,故溶液pH不变。()(6)电解任何物质阳极上失电子数与阴极上得电子数相等。()(7)电解氯化铜溶液时阴极上有气体生成。()(8)用惰性电极电解NaCl和CuCl2两种溶液参加反应的物质是相同的。()(9)电解时,两个电极材料不参加化学反应。()√×√√×√×××迁移应用典题例解一二思考探究知识精要一、阴阳极与电极反应产物的判断1.电解池的阴、阳极的判断方法直流电源连接…(+)——阳极,(-)——阴极电子流动方向…电子流入→阴极,电子流出←阳极离子移动方向…阳离子→阴极,阴离子→阳极电极反应现象…还原反应析出金属或电极增重或放出H2—阴极,氧化反应析出非金属或电极溶解减轻或放出O2、Cl2—阳极迁移应用典题例解一二思考探究知识精要2.电解时电极产物的判断迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(1)若将Fe、Cu用导线分别与电源的正、负极相连,然后插入CuCl2溶液中,如何判断电极?电极反应式怎样书写?答案:Fe为阳极,电极反应式为Fe-2e-==Fe2+;Cu为阴极,溶液中Cu2+的放电能力大于H+,故电极反应式为Cu2++2e-==Cu。(2)若电解CuSO4和NaCl的混合溶液(用惰性电极),电解开始时两极生成的产物分别是什么?答案:阳极生成Cl2,阴极析出Cu。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要【例1】现用Pt电极电解1L浓度均为0.1mol·L-1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:Cu2++2e-==CuC.当电路中通过电子的量超过0.1mol时,此时阴极放电的离子发生了变化D.整个电解过程中,不参与电极反应SO42-迁移应用典题例解一二思考探究知识精要解析: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,A、B两项错误;由阴极反应Cu2++2e-==Cu,n(Cu2+)=0.1mol,当电路中通过电子的量达到0.2mol时,此时Cu2+消耗完毕,阴极放电离子变为H+,所以C项错误;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,不参与电极反应。答案:DSO42-迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.用石墨电极电解CuCl2溶液(见下图)。下列分析正确的是()A.a端是直流电源的负极B.通电使CuCl2发生电离C.阳极上发生的反应:Cu2++2e-==CuD.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体解析:由电解装置图可知,Cu2+向阴极移动,可知a为电源负极,A项正确;CuCl2电解质在水中就能电离成自由移动的Cu2+和Cl-,B项错误;在阳极上发生氧化反应,其电极反应为2Cl--2e-==Cl2↑,C项错误;通电一段时间后,应在阳极附近观察到黄绿色的气体Cl2,D项错误。答案:A迁移应用典题例解一二思考探究知识精要2.如图中两烧杯盛有相同电解质溶液,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极板处有无色无味气体放出,符合这一情况的是()a电极b电极X电极溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨正极NaOHC银铁负极AgNO3D石墨铜正极NaNO3迁移应用典题例解一二思考探究知识精要解析:由通电后a、b两极的现象知,X为负极,Y为正极,故B、D两项错误;b为阳极,A项中的电极反应为4OH--4e-==O2↑+2H2O,C项中的电极反应为Fe-2e-==Fe2+,结合b极处有无色无味气体放出,则A项正确,C项错误。答案:A迁移应用典题例解思考探究一二知识精要二、以惰性电极电解电解质溶液的规律类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度pH电解质溶液复原电解水型阴极:4H++4e-2H2↑阳极:4OH--4e-2H2O+O2↑NaOH水增大增大加水H2SO4水增大减小加水Na2SO4水增大不变加水电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大通氯化氢CuCl2电解质减小—加氯化铜迁移应用典题例解思考探究一二知识精要类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度pH电解质溶液复原放H2生碱型阴极:H2O放H2生碱阳极:电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大通氯化氢放O2生酸型阴极:电解质阳离子放电阳极:H2O放O2生酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小加氧化铜迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(1)用惰性电极电解氢氧化钾溶液时,氢氧化钾的物质的量如何变化?溶液的pH如何变化?答案:用惰电极电解氢氧化钾溶液时,实质是电解水,氢氧化钾的物质的量不变,但溶剂水的量减小,其物质的量浓度增大,故溶液的pH增大。(2)用惰性电极电解硝酸银溶液一段时间,若恢复原溶液的状态,应加入何种物质?答案:惰性电极电解硝酸银溶液的反应是4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3,因此要恢复原溶液的状态,可加入氧化银或碳酸银。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要【例2】从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少,可采用的电解质是,其阳极的电极反应为,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1∶1,可采用的电解质是,其阴极电极反应为。SO42-、Cl-、H+、Cu2+迁移应用典题例解一二思考探究知识精要解析: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是分解电解质型,电解方程式:CuCl2Cu+Cl2↑、2HClH2↑+Cl2↑;H2SO4是电解水型,电解方程式:2H2O2H2↑+O2↑;CuSO4是放O2生酸型,电解方程式:2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑,其阳极电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O。答案:(1)CuCl2、HCl(2)CuSO44OH--4e-2H2O+O2↑2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑(3)H2SO4(4)HCl2H++2e-H2↑迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(4)电解质、水同时被电解,则都要写入方程式,凡是水电离的H+或OH-放电时,水必须写分子式。如电解饱和食盐水:2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(5)书写步骤:迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.四个电解装置都以Pt作电极,它们分别装着如下电解质溶液进行电解,电解一段时间后,测定其pH变化,所记录的结果正确的是()ABCD电解质溶液HClAgNO3BaCl2KOHpH变化减小增大不变增大解析:以Pt为电极,电极不参与电解,A中电解的是HCl,c(H+)减小,pH增大;B中电解的是H2O和AgNO3,电解生成HNO3,pH减小;C中电解的是H2O和BaCl2,生成Ba(OH)2,pH增大;D中电解的是水,c(OH-)增大,pH增大。答案:D迁移应用典题例解一二思考探究知识精要2.用铂电极电解CuCl2与CuSO4的混合溶液(浓度均为2mol·L-1)50mL,当阴极析出9.6g固体时,标准状况下阳极得到的气体是()A.33.6LB.2.8LC.6.72LD.4.48L解析:阴极:Cu2+~Cu~2e-64g2mol9.6g0.3mol阳极首先是Cl-失电子,但Cl-失电子数最多为2mol·L-1×0.05L×2×|0-(-1)|=0.2mol,产生0.1molCl2,按得失电子数相等,显然还有(0.3-0.2)mol电子是水电离的OH-失去的,由4OH-~O2~4e-知,n(O2)==0.025mol,故阳极得到的气体为(0.1+0.025)mol×22.4L·mol-1=2.8L。答案:B(0.3-0.2)mol4思悟升华误区警示案例探究电解后电解质溶液的复原方法用惰性电极电解CuSO4溶液,当Cu2+浓度下降至一半时停止通电,要想使CuSO4溶液恢复原浓度,应加入的物质是()A.CuSO4B.CuOC.Cu(OH)2D.CuSO4·5H2O解析:发生的电解反应为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,电解过程中CuSO4溶液每损失2个Cu原子,就损失2个O原子,相当于损失一个CuO,为了使CuSO4溶液恢复原浓度,应加入CuO。当然也可以加入CuCO3,但绝不能加入Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3,因为CuCO3+H2SO4==CuSO4+CO2↑+H2O,相当于加CuO,而Cu(OH)2+H2SO4==CuSO4+2H2O、Cu2(OH)2CO3+2H2SO4==2CuSO4+CO2↑+3H2O,除增加溶质外还增加了水,故不选。答案:B思悟升华误区警示案例探究电解后要恢复原电解质溶液的浓度,须加适量的某物质,该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。如用惰性电极电解CuSO4溶液,要恢复原溶液的浓度,可向电解后的溶液中加入CuO,也可以加入CuCO3,但不能加入Cu(OH)2,因为Cu(OH)2与H2SO4反应生成水,使水量增加。思悟升华误区警示案例探究电解质溶液进行电解时,大致分三种情况:①电解质本身被电解;②溶剂水被电解;③电解质和水同时被电解。因此要使电解后的溶液恢复原状,必须根据电解的化学反应原理来确定。同学们可记为“出去什么就加什么”。(1)电解质本身被电解,如电解盐酸:2HClH2↑+Cl2↑,应向原溶液中通HCl气体。类似的情况还有电解HBr、CuCl2等溶液。(2)溶剂水被电解,如电解NaOH溶液:2H2O2H2↑+O2↑,应向原溶液中加H2O。类似的情况还有电解H2SO4、Na2SO4、KNO3等溶液。思悟升华误区警示案例探究(3)电解质和水同时被电解,如电解NaCl溶液:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,从表面上看少的是NaCl和H2O,加NaCl和H2O就能使NaCl溶液恢复原状,其实不行,因为无论以什么比例加NaCl和H2O也解决不了NaOH的存在。我们可以换一个角度来思考,从电解质溶液中出去的是H2和Cl2,H2和Cl2化合就是HCl气体,因此我们可以向溶液中通HCl气体,由于HCl和生成的NaOH发生反应:HCl+N