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1、1-2 课时 3 电解池的工作原理及应用知能定位 1.掌握电解、电解池概念和电解原理，能正确地判断阴极、阳极，并能正确地写出电极反 应式和电解化学方程式。 2.通过学习电解食盐水、电镀，认识电解原理的重要应用。 情景切入 通过将电能转化为化学能，可以使许多在通常条件下不能发生的反应得以进行。这对于 化工生产、金属冶炼、实验室研究以及人们的日常生活都具有十分重要的意义。自主研习 一、电解的原理 1.熔融氯化钠的电解(1)实验现象：通电后，在阳极周围有ZZ(Z气泡ZZ)产生，在阴极上生 成银白色金属。 （2）实验分析： 熔融氯化钠中存在的微粒 Na+、Cl-。 通电后离子的运动： 阳离子 Na+
2、(填离子符号)移向阴极 阴离子 Cl- (填离子符号)移向阳极 电极上发生的变化: 阴极:2Na+2e-=2Na, 阳极：2Cl-=2e-+Cl2(3)实验结论：熔融的氯化钠在电流作用下发生了化学变化，分解生成了钠和氯气。 2.基本概念 （1）电解 在直流电的作用下，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 （2）电解池 定义：将电能转化为化学能的装置。 组成：直流电源，固体电极材料，电解质溶液或熔融电解质，构成闭合回路。 （3）电极与电极反应 阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。 阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应。 电极反应 在电极上进行的半反应，它可以表示电极上物质的变
3、化情况和电子的转移情况。 电极产物的判断电解时电极产物首先看电极材料，如果阳极是活性电极，则电极材料失电子，电极被溶 解，溶液中的阴离子不能失电子，如果阳极是惰性电极，则要看溶液中离子失电子能力， 即根据阴离子的放电顺序。阴极只有溶液中的阳离子得电子。 3.工作原理4.电解氯化铜溶液 (1)装置图：（2）工作原理电极名称阴极阳极实验现象有红色的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CuCl2通电 Cu+Cl2二、电解原理的应用 1.电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气 （1）装置(2)现象 阳极上：有气体产生； 阴极上：有气体产
4、生，阴极附近溶液变红。 （3）原理分析及电极反应 电解时，Cl-、OH-移向阳极，H+、Na+移向阴极。 阳极离子放电顺序： Cl-OH- 电极反应： 2Cl-=2e-+Cl2 (氧化反应) 阴极离子放电顺序 H+Na+电极反应：2H+2e-=H2 (还原反应)。 （4）电池反应化学方程式： 2NaCl+2H2O 通电 2NaOH+H2+Cl2 离子方程式：2Cl-+2H2O 通电 2OH-+H2+Cl2 3.电镀 （1）定义：应用电解原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。 （2）目的：使金属抗腐蚀能力增强且增加金属表面的耐磨性和美观性。 （3）电镀池构成如：在餐具上镀银时，餐具作阴极，
5、金属银作阳极，含有银离子的溶液作电镀液。发生 的反应如下： 阴极：Ag4+e-=Ag (还原反应) 阳极：Ag=e-+Ag+ (氧化反应) （4）电镀时，把待镀金属制品作为阴极；用镀层金属作为阳极；用含有镀层金属离子的 电解质配成电镀液。通低压直流电，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，在阴 极获得电子被还原成金属，在待镀件表面覆盖上一层均匀光洁而致密的镀层。如下图。课堂师生互动 知识点 电解原理分析及放电顺序 1.电解池的两极由电解池中的电极与电源正、负极的连接情况直接判断：与电源正极相连 的电极为电解池的阳极；与电源负极相连的电极为电解池的阴极。如果装置中未标有电源 的正、负极，也可
6、由两极的反应来决定：发生氧化反应的为阳极，发生还原反应的为阴极。 即：2.电解时电极产物的判断 阳极产物的判断 （1）活性电极（金属活动性顺序中 Ag 以前的金属） ，则电极材料失电子，电极溶解， 溶液中的阴离子不能失去电子。 （2）惰性电极 (Pt、Au、石墨等)，则要再看溶液中离子的失电子能力，此时应根据阴 离子的放电顺序加以判断。阴离子放电顺序：阴极产物的判断 与电极材料无关，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 （1）一般地遇到活性电极的情况常为电镀、电解精炼铜或金属发生非自发的氧化反应。 （2）一般地中学阶段遇到的在水溶液中电解时阴极产物判断的情况可记规律：Ag+
7、Fe3+Cu2+H+即可解决问题。 （3）当溶液中 Fe2+、Zn2+浓度很大时，Fe2+、Zn2+先放电，其次是水中 H+放电。 （4）Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+只有在熔融状态下放电，在水溶液里不放电。 考例 （2008全国，10）下图直流电源电解稀 Na2SO4水溶液的装置。通电后在石 墨电极 a 和 b 附近分别滴加一滴石蕊溶液。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 电极附近呈现红 解析：由图示电解装置知 a
8、电极为阴极，b 电极为阳极，在 Na2SO4溶液中存在 Na+、H+、OH-、SO2-4，根据离子放电顺序， 阴极：H+Na+，阳极 OH-SO2-4，故在两个电极附近分别发生： 阴极 2H+2e-=H2，阳极 4OH-4e-=2H2O+O2，由电极反应可 知通电后两极产生气体应为 a 电极大于 b 电极，A 错。H2和 O2均为无色无味的气体，B 错， A 电极附近由于 H+放电，使 OH-浓度增大，滴入石蕊变蓝色，故 C 错，D 对。 答案： D 变式探究 1 下列叙述正确的是（ ） A.在原电池的负极和电解池的阴极上都发生失电子的氧化反应 B.用惰性电极电解 Na2SO4溶液，阴阳两极产
9、物的物质的量之比为 1:2 C.用惰性电极电解饱和 NaCl 溶液，若有 1 mol 电子转移，则生成 1 mol NaOH D.镀层破损后，镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀 答案：C 解析：本题考查了电解原理的有关问题，A 中电解池的阴极应发生还原反应；B 中用惰 性电极电解 Na2SO4实质为电解水，阴阳两极产物物质的量之比 2:1，D 中，镀层破损后镀 锡铁板铁作负极，被腐蚀，而镀锌铁板锌作负极被腐蚀，而铁被保护。 变式探究 2 取一张用饱和 NaCl 溶液浸湿的 pH 试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源， 一段时间后，发现 a 电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外圈呈浅红色。
10、 则下列说法错误的是 ( ) A.b 电极是阴极B.a 电极与电源的正极相连接 C.电解过程中，水是氧化剂D.b 电极附近溶液的 pH 变小 答案： D 解析：电解饱和食盐水时发生 2NaCl+2H2O 通电 2NaOH+H2+Cl2 知，Cl2有漂白作用，故 a 是阳极，b 是阴极，在反应中水是氧化剂， 所以选 D。 知识点 2 酸、碱、盐溶液的电解规律（阳极为惰性电极）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-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（饱和溶液除外）
11、 。 （2）电解质溶液恢复原状的方法“少什么加什么” 。 考例 （2009安徽卷，12）Cu2O 是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制 取 Cu2O 的电解池示意图如下，电解总反应：2Cu+H2O=Cu2O+H2。下列说法正确的（ ）A.石墨电极上产生氢气 B.铜电极发生还原反应C.铜电极接直流电源的负极 D.当有 0.1mol 电子转移时，有 0.1mol Cu2O 生成。 解析：由总反应知 Cu 作电解池的阳极发生了氧化反应，石墨作阴极，产生 H2；铜作阳 极应与电源正极相连，而阳极反应为：2Cu+2OH-2e-=Cu2O+H2O。当有 0.1mol 电子转移时 有 0.05mol
12、Cu2O 生成，所以 A 正确 B、C、D 均错误。 答案： A 变式探究 3 下图是电解 CuCl2溶液的装置，其中 c、d 为石墨电极，则下列有关判断正确 的是（ ）A.a 为负极，b 为正极 B.a 为阳极，b 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 答案： C 解析：电流从电源正极流出，故 a 为正极，b 为负极，c 为阳极，d 为阴极。在电解过程 中，因为 Cu2+是阳离子，移向阴极，在阴极上析出 Cu，所以 d 电极质量增加；Cl-是阴离子， 移向阳极，在阳极生成 Cl2，导致溶液中 Cl-浓度降低。 变式探究 4 （2009全国，28）下图所示装
13、置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放 100g 5.00%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？ 。答案：（1）正 4OH
14、-4e-=2H2O+O2 水减少的质量：100g（1-）%47.10%00.104.5g 生成 O2体积：22.4Lmol-12.8L 161185 . 4molgg 21碱性增大，因为电解后，水量减少溶液中 NaOH 浓度增大 酸性增大，因为阳极上 OH-生 成 O2，溶液中 H+离子浓度增加 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。 解析：本题全面考查了电化学知识，包括电极的判断，电极反应式的书写和计算，首先 判断电极,应利用 c 极质量增加是因为发生了 Cu2+2e-=Cu，故 c 为阴极，则电源的 M 极为 负极，N 极为正极，其余依次解答即可。 变式探究 5 在下图中，甲烧杯中盛有 100 mL 0.50 molL-1 AgNO3溶液，乙烧杯中盛有 100 mL 0.25 molL-1 CuCl2溶液，A、B、C、D 均为质量相同的石墨电极，如果电解一 段时间后， 发现 A 极比 C 极重 1.9 g，则（1）电源 E 为 极，F 为 极。 （2）A 极的电极反应式为 ，析出物质 mol。 （3）B 极的电极反应式为 ，析出气体 mL(标准状况
