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1、第三节电解池 课程标准导航1 理解电解池的工作原理 能写出电极反应和电池反应方程式 2 了解电解饱和食盐水 电镀 电解精炼铜以及电冶金等电解原理的应用 3 掌握电解原理的有关计算 自主学习 一 电解原理1 电解的概念使电流通过 溶液而在阴 阳两极引起 的过程 电解质 氧化还原反应 2 电解池 1 概念 将 转变为 的装置 电能 化学能 2 阳极与阴极阳极 与电源 相连的电极 阴极 与电源 相连的电极 3 构成条件 如图 电源 两个电极 电解质溶液或熔融电解质 正极 负极 直流 构成闭合回路 4 工作原理 红色 黄绿色 还原 氧化 结论 电解质溶液的 过程 就是电解质溶液的电解过程 导电 二 电
2、解原理的应用1 电解饱和食盐水制烧碱 氯气和氢气 1 在NaCl溶液中存在着Na Cl H OH 四种离子 且阴 阳离子的放电顺序为 Cl OH H Na 即阴 阳 两极的电极反应分别为 阳极 2Cl 2e Cl2 发生了 反应 阴极 2H 2e H2 发生了 反应 氧化 还原 氯碱工业 2 电镀 1 定义 电镀是应用 原理在某些金属表面镀上一薄层其他 或 的方法 2 电镀池的构成 电解 金属 合金 3 电解精炼铜 2Cl 2e Cl2 2Na 2e 2Na 自主体验判断正误1 在电解池中 与外接电源正极相连的电极是阳极 2 用惰性电极电解稀硫酸 实质上是电解水 故溶液pH不变 3 电解任何物
3、质阳极上失电子数与阴极上得电子数相等 4 电解精炼铜时 用纯铜作阳极 粗铜作阴极 5 工业上用电解熔融氧化镁的方法制取Mg 6 用U形管作电解饱和食盐水的实验 通电前在U形管的两端滴加几滴石蕊试液 通电后阳极处溶液变蓝 答案 1 2 3 4 5 6 探究导引1电解饱和食盐水时阴极区溶液为什么呈碱性 提示 电解饱和食盐水过程中 因离子放电顺序为H Na 所以H 在阴极上得电子而生成H2 破坏了水的电离平衡 促进了水的电离 使阴极区溶液中c OH c H 所以阴极区溶液呈碱性 要点归纳1 阳极产物的判断 阴离子放电顺序 即 活性阳极 金属 无氧酸根离子 OH 含氧酸根离子 2 阴极产物的判断与电极
4、材料无关 直接根据阳离子放电顺序进行判断 阳离子放电顺序 特别提醒 即时应用1 2012 东莞高二检测 用惰性电极电解稀H2SO4 Cu NO3 2 NaCl的混合液 最初一段时间阴极和阳极上分别析出的物质分别是 A H2和Cl2B Cu和Cl2C H2和O2D Cu和O2 探究导引2电解精炼铜时 CuSO4溶液的浓度如何变化 提示 由于阳极上溶解的金属为Fe Zn Ni Cu等 而在阴极上只有Cu析出 根据电子守恒 溶解的Cu的量小于析出的Cu的量 所以溶液中CuSO4的浓度逐渐减小 要点归纳1 盐溶液放电顺序 特别提醒 1 若阴极为H 放电 则阴极区c OH 增大 pH增大 若阳极区OH
5、放电 则阳极区c H 增大 pH减小 若阴 阳极同时有H OH 放电 相当于电解水 电解质溶液浓度增大 饱和溶液例外 2 电解质溶液恢复原状的方法 少什么加什么 少多少加多少 一般加阳极产物与阴极产物的反应物 即时应用2 下图所示装置中 甲 乙 丙三个烧杯依次分别盛放100g5 00 的NaOH溶液 足量的CuSO4溶液和100g10 00 的K2SO4溶液 电极均为石墨电极 1 接通电源 经过一段时间后 测得丙中K2SO4浓度为10 47 乙中c电极质量增加 据此回答问题 电源的N端为 极 电极b上发生的电极反应为 列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积 电极c的质量变化是 g 电解前
6、后各溶液的酸 碱性大小是否发生变化 简述其原因 甲溶液 乙溶液 丙溶液 2 如果电解过程中铜全部析出 此时电解能否继续进行 为什么 解析 1 乙中c电极质量增加 说明c处发生的反应为 Cu2 2e Cu c电极应为阴极 则M为负极 N为正极 甲中放的是NaOH溶液 电解时实质上是电解水 b电极上发生的电极反应为 4OH 4e 2H2O O2 而要求算出b电极上产生的气体体积 就必须先根据丙中K2SO4浓度的变化计算出转移电子的数目 设丙中电解水的质量为xg 由电解前后溶质质量相等可得 100 10 100 x 10 47 x 4 5g 所以整个反应转移了0 5mol电子 根据电极方程式可计算出
7、b电极放出的O2为0 125mol 其体积为2 8L c电极上析出的铜为0 25mol 其质量为16g 甲中电解的是水 NaOH浓度增大 乙中水电离出来的OH 放电 H 浓度增大 丙中电解的也是水 虽然K2SO4浓度变大 但pH不变 2 铜全部析出时溶液变为H2SO4溶液 电解仍可以进行 16 碱性增大 因为电解后 水量减少 溶液中NaOH浓度增加酸性增大 因为阳极上OH 生成O2 溶液中H 浓度增加酸碱性大小没有变化 因为K2SO4是强酸强碱盐 浓度增加不影响溶液的酸碱性 2 能继续进行 因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液 反应也就变为水的电解反应 2010 高考海南卷改编题 利用电解
8、法可将含有Fe Zn Ag Pt等杂质的粗铜提纯 下列叙述正确的是 A 电解时以精铜作阳极B 电解时阳极发生还原反应C 精铜连接电源负极 其电极反应是Cu Cu2 2e D 电解后 电解槽底部会形成含少量Ag Pt等金属的阳极泥 解析 电解法精炼金属铜时 粗铜作阳极 失去电子逐渐溶解 Cu2 得到电子后析出 附着在阴极上 故精铜作阴极 在电解池中 阴极接电源的负极 发生还原反应 阳极接电源的正极 发生氧化反应 A B C错误 越活泼的金属越易失去电子 故比铜活泼的Fe Zn先失去电子 变成Fe2 Zn2 进入溶液 然后是铜失去电子 变成Cu2 进入溶液 因Ag Pt等金属不如铜活泼 故在铜溶解
9、后便沉淀在阳极底部成为阳极泥 D正确 答案 D 规律方法 分析电解原理应用的主要思路 通电前 判断电解质溶液的电离过程 包括电解质和水的电离 及存在的离子 通电后 判断阴 阳离子的放电顺序及离子的移动方向 电解结果 分析两极现象 水的电离平衡 离子浓度 溶液酸碱性 pH变化等 用两支惰性电极插入500mLAgNO3溶液中 通电电解 当电解液的pH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 216mg 解析 在阳极 水电离出的OH 放电 破坏了水的电离平衡 H 浓度增大 由题意知 n H 0
10、 5L 10 3 10 6 mol L 1 5 10 4mol 阴阳两极得失电子数目相等 阴极析出的银的物质的量等于阳极产生H 的物质的量 m Ag 5 10 4mol 108g mol 1 103mg g 54mg 答案 B 规律方法 电化学计算的常用方法 1 根据电子守恒计算用于串联电路 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 根据总反应式中的计量关系计算先写出电极反应式 再写出总反应式或直接 运用总反应式 最后根据总反应式列比例式计算 3 根据关系式计算利用得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁 建立所需关系式 如4e 4Ag 2Cu
11、2Cl2 2H2 O2 4H 4OH 电解原理的应用电化学知识既可以结合学科内知识 如化学现象的判断和分析 定量实验的操作要求 氧化还原反应问题的分析等 也可以涉及学 科间知识的综合应用 如联系物理学中有关和电池的连接 阿伏加德罗常数的测定等 还可与生产和生活实际 如金属的腐蚀和防护 金属的回收等问题联系 经典案例 某研究性学习小组的学生为了从含有FeCl3 FeCl2 CuCl2的废液中回收Cu 设计了两种方案并进行评价 请回答有关问题 方案1 向废液中加入过量的铁粉 充分反应后 在所得滤渣中加入足量的盐酸 充分反应后 再过滤即得到铜 方案2 在废液中加入适量的盐酸调节溶液的pH 1 用铜和
12、石墨作电极进行电解 当观察到 时 即停止电解 这时要回收的Cu已全部析出 1 方案1中涉及的四种阳离子的氧化性由强到弱的顺序为 过滤操作时 需要用到的玻璃仪器是 2 方案2在电极上直接回收铜 操作上比方案1简便 但方案2也有不足之处 主要表现为 解析 方案1是根据铁的还原性比铜强 用铁把铜置换出来 分离固体与液体的混合物时应该用过滤的方法 方案2是利用电解原理 使铜在电解池的阴极析出 氧化性强弱顺序为 Fe3 Cu2 H Fe2 所以电解时在阴极上首先发生的反应是2Fe3 2e 2Fe2 然后是Cu2 2e Cu 当铜全部析出后即发生反应2H 2e H2 所以当看到阴极上有气体放出时 说明铜已经全部析出 在阳极上首先放电的是Cl Cl 失电子产生氯气 而氯气有毒会污染环境 同时方案2用了电解的方法 成本较高 答案 方案1 过滤方案2 阴极上有气泡产生 1 Fe3 Cu2 H Fe2 漏斗 烧杯 玻璃棒 2 有污染性气体Cl2产生 使用了电解装置 成本较高
