2019-2020学年高中化学 4.3 电解池4.3.1 电解原理课件 新人教版选修4

第三节电解池第1课时电解原理电解原理1.电解:使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在阴、阳两极引起_____________的过程。氧化还原反应2.电解池:(1)概念:将___能转化为_____能的装置。(2)构成条件。电化学(3)工作原理(以电解CuCl2溶液为例)。电极名称阴极阳极实验现象有红色物质析出有黄绿色气体生成反应类型还原反应氧化反应电极反应式Cu2++2e-====Cu2Cl--2e-====Cl2↑电池反应CuCl2Cu+Cl2↑【自主检测】1.下列说法错误的是()A.将电能转化为化学能的装置叫电解池B.电解时,阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动C.电解池中阴极发生还原反应,阳极发生氧化反应D.电解时,电子从电解池的阴极流出,沿导线流回电源的负极【解析】选D。电解池的定义是将电能转化成化学能的装置,故A说法正确;根据电解的原理,阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动,故B说法正确;根据电解原理,阳离子在阴极上得电子,发生还原反应,阴离子在阳极上失去电子,发生氧化反应,故C说法正确;电解池中,电子从电源的负极流出,转移到电解池的阴极上,溶液中的阳离子在此处得到电子,阴离子在阳极上失去电子,电子沿导线流向电源的正极,故D说法错误。2.电解池中,阳极的电极材料一定()A.发生氧化反应B.与电源正极相连C.是铂电极D.得电子【解析】选B。若阳极材料为活泼金属,则直接发生氧化反应;若为惰性电极,则最易失电子的阴离子发生氧化反应。3.如图所示装置中,属于电解池的是()【解析】选C。构成电解池时要有与直流电源相连的电极,A、B错误;电极插入电解质溶液或熔融电解质中,且要形成闭合回路,C正确,D错误。4.将两个石墨棒与直流电源的两极相连,并插入氯化铜溶液中,则下列说法正确的是()A.在两个电极上都有无色气体产生B.与电源正极连接的一极上有气体产生C.在阳极的石墨棒上有红色的金属析出D.随着反应的进行,溶液的浓度越来越大【解析】选B。在本电解池中,阳极电极反应为2Cl--2e-====Cl2↑,阴极电极反应为Cu2++2e-====Cu。所以,A中只有阳极产出黄绿色气体,错误。B中与电源正极连接的一极是阳极产生氯气,正确。C中阳极的石墨棒产生气体,错误。D中电解消耗氯化铜,导致溶液浓度降低。5.如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液,下列实验现象中正确的是()A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的B.一电极逸出无色无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色【解析】选D。和电源的正极相连的b是阳极,和电源的负极相连的a是阴极,电解硫酸钠的实质是电解水,阳极b放氧气,阴极a放氢气,氧气体积是氢气体积的一半,故A错误;a电极逸出氢气,b电极逸出氧气,均是无色无味的气体,故B错误;a电极氢离子放电,碱性增强,该极附近呈蓝色,b电极氢氧根离子放电,酸性增强,该极附近呈红色,故C错误,D正确。知识点一电解池中电极及电解产物的判断1.基本思路:2.电解池的阴极、阳极的判断方法:3.电解产物的判断方法:【素养升华】变化观念:电解过程需注意的问题(1)电解过程中发生的化学反应是在“被迫状态下”发生的,因此非自发发生的氧化还原反应可通过电解来实现。如Cu与H+不反应,但在电解条件下可实现反应:Cu+2H+Cu2++H2↑。(2)电解反应往往跟水、电极材料等密切相关。如用铁、铜等作阳极材料时,电极本身被氧化,而不是溶液中的阴离子放电。(3)在溶液中含氧酸根离子不放电,常指最高价(中心原子)含氧酸根离子不放电,但非最高价(中心原子)含氧酸根离子的放电能力比OH-的强,如、等。23SO24MnO(4)在理解以上放电顺序时要特别注意,如Pb2+、Sn2+、Fe2+、Zn2+在H+浓度较小时放电能力排在H+前面,在H+浓度较大时放电能力排在H+后面。Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+等只能在熔融状态下放电,而在水溶液中不放电。【规律方法】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。(1)滴入酚酞显红色的一极(说明H+放电显碱性)是阴极,接电源的负极。(2)滴入石蕊显红色的一极(说明OH-放电显酸性)是阳极,接电源的正极。(3)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。【典题通关】【典例】(2018·舟山高二检测)用如图装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验,则下表中所列各项对应关系均正确的一组是()选项电源X极实验前U形管中液体通电后现象或结论A正极Na2SO4溶液U形管两端滴入酚酞后,a管中呈红色B正极AgNO3溶液b管中电极反应式是4OH--4e-====2H2O+O2↑选项电源X极实验前U形管中液体通电后现象或结论C负极KCl和CuCl2混合溶液相同条件下,a、b两管中产生的气体总体积可能相等D负极Fe(OH)3胶体b管中液体颜色加深【解析】选C。A.电源X极为正极,a管中石墨电极为阳极,b管中石墨电极为阴极,电解硫酸钠溶液的实质是电解水,H+在阴极区放电,OH-在阳极区放电,故在阴极区有大量的OH-,滴入酚酞后,b管中呈红色,在阳极区有大量的H+,a管中呈无色,A错误。B.电解硝酸银,Ag+在阴极放电,电极反应式为4Ag++4e-====4Ag,OH-在阳极反应:4OH--4e-====2H2O+O2↑,当X为正极,b管中电极反应是析出金属银的反应,B错误。C.电解KCl和CuCl2混合溶液时,当X为负极时,氢离子在铜离子放电完毕之后放电,则a管中产生的气体是氢气,b管中产生的气体是氯气,此后可能是氧气,结合电解水生成的氢气与氧气体积关系判断,两管中产生的气体总体积可能相等,C正确。D.Fe(OH)3胶体粒子带正电,胶体具有电泳性质,会向电源的负极移动,即向着X极移动,所以a管中液体颜色加深,D错误。【延伸探究】(1)若将题中两个石墨电极换成Ag电极,选项B正确吗?提示:错误。B选项中,把石墨电极换为银电极。a管阳极为Ag-e-====Ag+,b管电极反应式为Ag++e-====Ag。(2)将C选项中液体改为NaCl和KCl混合溶液,C选项还正确吗?提示:正确。因为H+先放电,Na+和K+在水溶液不放电。【过关训练】1.(2018·衡水高二检测)电解某盐溶液时,在阴、阳两极上一定相等的是()A.析出金属的物质的量B.析出金属的质量C.转移的电子数目D.放出气体的体积(标准状况下)【解析】选C。电解时阴、阳两极上得失电子数相等。2.以石墨为电极,电解KI溶液(其中含有少量酚酞和淀粉),下列说法错误的是()A.阴极附近溶液呈红色B.阴极逸出气体C.阳极附近溶液呈蓝色D.溶液的pH变小【解析】选D。惰性电极电解碘化钾溶液,阴极氢离子得电子生成氢气,同时生成氢氧化钾,因此溶液变红(碱使酚酞变红),A、B说法正确;阳极产生碘单质,碘使淀粉变蓝,C说法正确;阴极氢离子得电子生成氢气,同时生成氢氧化钾,碱性增强,D说法错误。【补偿训练】用下图所示装置(熔融CaF2-CaO作电解质)获得金属钙,并用钙还原TiO2制备金属钛。下列说法正确的是()A.电解过程中,Ca2+向阳极移动B.阳极的电极反应式为C+2O2--4e-====CO2↑C.在制备金属钛前后,整套装置中CaO的总量减少D.若用铅蓄电池作该装置的供电电源,“+”接线柱是Pb电极【解析】选B。根据电解原理,阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,故A错误;根据装置示意图,阳极石墨失去电子转化成CO2,电极反应式为C+2O2--4e-====CO2↑,故B正确;阴极电极反应式是Ca2++2e-====Ca,然后用Ca还原Ti,反应式为2Ca+TiO2====Ti+2CaO,因此整套装置中,CaO的量没变,故C错误;Pb作负极,PbO2作正极,因此“+”接电源的PbO2,故D错误。知识点二电解池电极反应式及电解总反应式的书写方法书写步骤具体操作判断两极阳极:与电源正极相连阴极:与电源负极相连书写步骤具体操作判断反应微粒活性电极:电极材料本身失电子溶液中的较易得电子的阳离子反应惰性电极:溶液中较易失去电子的阴离子反应书写步骤具体操作书写电极反应式活性电极:M-ne-====Mn+Mn++ne-====M惰性电极:mRn--mne-====Rm书写电解总方程式根据得失电子数相等,将阴阳极电极反应式相加得电解总反应式,注意若是水电离的H+或OH-参与电极反应,写总反应式时要写成H2O【方法规律】电解池电极反应式书写注意事项(1)书写电解池中电极反应式时,可以用实际放电的离子表示,但书写电解总反应方程式时,弱电解质要写成化学式。(2)书写两极电极反应式时,要确保两极得失电子数目相等。(3)铁作阳极时,铁失去电子生成Fe2+而不是Fe3+。(4)书写电极反应式时,要判断阳极溶解生成的阳离子是否和电解质溶液中的阴离子发生反应。【典题通关】【典例】(2018·珠海高二检测)利用如图所示装置可制取H2,两个电极均为惰性电极,c为阴离子交换膜。下列叙述正确的是()A.a为电源的正极B.工作时,OH-向左室迁移C.右室电极反应为C2H5OH+H2O-4e-====CH3COO-+5H+D.生成H2和CH3COONa的物质的量之比为2∶1【解题指南】解答本题注意以下两点:(1)阴离子交换膜只允许阴离子通过。(2)碱性溶液中既不能有氢离子参加反应,也不能生成氢离子。【解析】选D。A项,根据图,电解池左侧生成氢气,是溶液中的水放电,所以左侧为阴极,则a为电源负极,故A错误。B项,电解池工作时,阴极水放电生成氢气和氢氧根,氢氧根浓度增大向右室迁移,故B错误。C项,右侧溶液显碱性,不可能生成氢离子,故C错误。D项,两个电极得失电子守恒,生成1mol氢气转移2mol电子,则生成CH3COONa的物质的量为0.5mol,故D正确。【延伸探究】(1)写出右室的电极反应式______。提示:C2H5OH+5OH--4e-====CH3COO-+4H2O(2)每产生1mol氢气,有多少molOH-穿过阴离子交换膜?提示:H2～2e-～2OH-,所以每产生1mol氢气,有2molOH-穿过阴离子交换膜。【过关训练】如图两个装置中,溶液体积均为200mL,开始时,电解质溶液的浓度为0.1mol·L-1,工作一段时间后,测得导线上都通过0.02mol电子。若不考虑溶液体积的变化,则下列叙述中正确的是()A.同条件时产生气体体积:①=②B.电极上析出固体质量:①②C.电极反应式:①中阳极:4OH--4e-====2H2O+O2↑②中负极:2H++2e-====H2↑D.溶液的pH变化:①变小②变大【解析】选D。图①为电解池,电极反应为阴极:Cu2++2e-====Cu,阳极:2H2O-4e-====O2↑+4H+。图②为原电池,电极反应为正极:2H++2e-====H2↑,负极:Zn-2e-====Zn2+,导线上通过0.02mol电子时,①中阴极生成0.01molCu,阳极生成0.005molO2,②中正极生成0.01molH2,负极溶解0.01molZn,①中OH-放电使溶液中c(H+)变大,pH变小,②中c(H+)减小,pH变大。【补偿训练】根据装置图书写电极反应式和总反应离子方程式。(1)若A、B均为惰性电极,电解质溶液为MgCl2溶液。阳极:__________________________________;阴极:__________________________________。总反应式:__________________________________。(2)若A为Cu,B为石墨棒,电解质溶液为CuSO4溶液。阳极:____________;阴极:____________。(3)若A为石墨棒,B为铁,电解质为熔融Na