高考化学月刊 专题七 电化学及其应用 (3)课件.ppt

专题七专题七 电化学及其应用电化学及其应用（3）2021/8/11 星期三1一、电解原理一、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、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。电解池(槽)：把电能转变为化学能的装置叫电解池(槽)。2组成电解池的三个基本条件直流电源；两个电极：阳极和阴极，阳极又分活性或非活性；电解质溶液(或熔融电解质)。2021/8/11 星期三23阴、阳极的判断阴极：阴极：与直流电源负极相连，得到电子，发生还原 反应；阳极：阳极：与直流电源正极相连，失去电子，发生氧化 反应。2021/8/11 星期三34阴、阳极反应的判断：根据放电顺序(优先放电原则)阳极放电顺序：活泼电极S2(S)I(I2)Br(Br2)Cl(Cl2)OH(O2)含氧酸根离子F惰性电极。阴极放电顺序：AgHg2Fe3(Fe2)Cu2H(酸)Pb2Sn2Fe2Zn2H(水)Al3Mg2Ca2K。说明：活泼电极指包括Ag之前的金属；惰性电极(Pt、Au、石墨)。2021/8/11 星期三4说明：阴极放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关；Al3、Mg2、Na、Ca2、K在水溶液中不放电；Pb2、Sn2、Ni2、Fe2、Zn2当浓度较大时，先于H放电。2021/8/11 星期三55用惰性电极电解时，电解对象与电解产物与离子放电顺序的关系阴离子放电顺序：S2IBrClOH含氧酸根F阳离子放电顺序：AgFe3Cu2HFe2Zn2H(水)Al3Mg2Na电解质溶液电解规律与区、区与H：电解电解质型；与区：放氢生碱型；与区：放氧生酸型；与区、区与H：电解水型。2021/8/11 星期三66用惰性电极电解电解质溶液时各种变化情况简析类型实例浓度变化pH(不考虑盐水解)复原需加物质阳极阴极总电解水型NaOH等强碱增大减小增大增大水H2SO4等含氧酸增大减小增大减小水Na2SO4活泼金属的含氧酸盐增大减小增大不变水分解电解质型HCl等无氧酸(HF除外)减小不变增大增大氯化氢CuCl2等不活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)减小不变不变不变氯化铜2021/8/11 星期三7类型实例浓度变化pH(不考虑盐水解)复原需加物质阳极阴极总放H2生碱型NaCl，活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)生成新电解质不变增大增大氯化氢放O2生酸型CuSO4，不活泼金属的含氧酸盐生成新电解质减小不变减小氧化铜2021/8/11 星期三8【基础题一】(湖南同升湖实验学校2010届高三第一次月考)用石墨电极电解NaBr水溶液时，下列叙述不正确的是()A电解时在阳极得到Br2，在阴极得到NaOH和H2B若在阳极附近的溶液中滴入淀粉溶液，溶液呈蓝色C若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液变红色D若取阳极附近的溶液少量于试管中，滴入少量苯，振荡静置后上层溶液呈橙红色B2021/8/11 星期三9二、电解原理的应用二、电解原理的应用1电解饱和食盐水又称氯碱工业，阳极反应：2Cl2e=Cl2阴极反应：2H2e=H2电解的化学方程式为2NaCl2H2O 2NaOHH2Cl2可制烧碱、氯气和氢气，烧碱、氯气是重要的化工原料，电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。2电镀定义：定义：应用电解的原理在某些金属的表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。设计：设计：待镀金属制品作阴极；镀层金属作阳极；含有镀层金属离子的溶液作电镀液。=2021/8/11 星期三103电解精炼铜 用火法冶金炼出的铜是粗铜，常含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au、C等。电解时，粗铜与直流电源的正极相连，作阳极，阳极的主要反应为Cu2e=Cu2，相伴随的反应有：Zn2e=Zn2、Fe2e=Fe2等。用纯铜片接直流电源的负极，作阴极，阴极的反应为Cu22e=Cu，用CuSO4溶液作电解液。比铜活泼的杂质，如：Zn、Fe、Ni被氧化，以离子的形式进入溶液，留在电解液中；比铜活泼性差的杂质，在阳极铜溶解后，C、Ag、Au沉积在电解槽底部形成阳极泥。2021/8/11 星期三11电镀铜与电解精炼铜比较电镀铜电解精炼铜能量转换将电能转变为化学能阳极材料精铜粗铜阴极材料待镀金属精铜电解液CuSO4CuSO4通电后阳极反应Cu2e=Cu2Cu2e=Cu2Zn2e=Zn2等阴极反应Cu22e=CuCu22e=Cu电解液变化溶液浓度不变溶液浓度基本不变2021/8/11 星期三124.冶炼金属 利用电解熔融的金属氧化物、氯化物或氢氧化物冶炼活泼金属，如钠、镁、钙、铝。如电解熔融氯化钠通电前，氯化钠在高温下熔融发生电离：NaCl=NaCl，通直流电后：阳极：2Cl2e=Cl2阴极：2Na2e=2Na总反应方程式：2NaCl(熔融)2NaCl22021/8/11 星期三13【基础题二】能用电解原理说明的问题是()电解是电能转变成化学能；电解是把化学能转变为电能；电解质溶液的导电是化学变化，金属的导电是物理变化；不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现；任何溶液被电解时必然会导致氧化还原反应的发生 A B C DD2021/8/11 星期三14【解析】电解质溶液导电时，溶液中的阴阳离子分别向阳极和阴极移动，在两个电极上得失电子，发生氧化还原，所以电解质溶液的导电过程就是电解过程，此时电源提供电能，把不能自发进行的氧化还原反应转变成现实。金属的导电只是自由电子的定向移动，不存在电子得失，没有新物质产生，是一种物理过程。2021/8/11 星期三15【思考题】(1)电解时电子通过电解质溶液吗？(2)电解质溶液导电时，一定会有化学反应发生吗？【解析】(1)电解质溶液通电电解时，在外电路中有电流(电子)通过，而溶液中是依靠离子定向移动，形成了闭合电路。(2)一定有化学反应发生，因为在电解池的两极发生了氧化还原反应，有电子转移，生成了新物质，所以一定有化学反应发生。2021/8/11 星期三16重要考点重要考点1 电解原理及其应用电解原理及其应用1电解池电极的判断方法(常常也是解推断题的突破口)(1)根据直流电源的正负极判断：与电源正极相连的是电解池的阳极，与电源负极相连的是电解池的阴极。(2)根据反应类型判断：电解时发生氧化反应(元素化合价升高的反应)的一极是阳极，电解时发生还原反应的一极是阴极。(3)根据电极质量发生的变化判断：惰性电极电解可溶性银盐溶液(或可溶性铜盐溶液)时，电极质量增重的一极是电解池的阴极(在阴极聚集Ag和H，Ag氧化性强，优先得电子析出银，使得阴极质量增重)，另一极是阳极。2021/8/11 星期三17(4)非惰性电极电解电解质溶液时(可溶性硫化物除外)：电极质量减少的一极是阳极，另一极是阴极。(5)根据电极反应现象判断用惰性电极电解U形管内盛放的饱和食盐水，在两极上均放一块润湿的淀粉碘化钾试纸，试纸变蓝的一极是电解池的阳极，另一极是阴极。用惰性电极电解U形管内盛放的饱和食盐水，在两极附近均滴入一些酚酞试液，酚酞变红的一极是电解池的阴极，另一极是阳极。2021/8/11 星期三18(6)根据电解池现象判断根据电解池现象判断 将润湿的石蕊试纸作电解池，用惰性电极进行电解，试纸变红的一端是由于OH放电，H相对剩余造成的，这一端电极是阳极；试纸变蓝的一端是由于H放电，OH相对剩余造成的，这一端电极是阴极。将润湿的碘化钾淀粉试纸作电解池，用惰性电极进行电解，试纸变蓝的一端是由于I放电，产生单质碘，碘遇淀粉变蓝造成的，这一端电极是阳极；另一端电极是阴极。(7)根据电流大小判断：根据电流大小判断：当两个原电池连在一起时，其中一个产生电流大的作原电池，另一个作电解池。在原电池中较活泼的金属作负极，较不活泼的金属作正极；在电解池中，与原电池负极相连的一极是阴极，另一极是阳极。2021/8/11 星期三192溶液pH判断：先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。如果只产生H2而没O2则pH变大；如果只产生O2而没H2则pH变小；如果既产生H2又产生了O2：若原溶液呈酸性则pH变小；若原溶液呈碱性则pH变大；若原溶液呈中性则pH不变；如果既无H2又无O2产生，则pH不变。3用惰性电极电解时，若使电解后溶液恢复原来状态，一般加入阴极产物和阳极产物的化合物(“出啥加啥”阴、阳两极的逸出物质的对应化合物)。2021/8/11 星期三204电极反应式和总反应式的书写 如果题目给定的是图示装置，先分析阴、阳极，再分析溶液中离子的种类和得失电子的能力，根据阴、阳极反应规律写电极反应式；如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再选择一个简单变化情况去写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。特别需要指出的是：对于可充电电池的反应，需要看清楚“充电、放电”的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解池原理。2021/8/11 星期三21 以铅蓄电池充电时的反应为例，总反应为2PbSO42H2O=PbPbO22H2SO4，电极反应式的书写步骤如下：阴极：PbSO4=Pb2e PbSO4=PbSO42-2e阳极：PbSO4=PbO22e PbSO4=PbO2SO42-2ePbSO42H2O=PbO24HSO42-2e。(也可用总反应式减去阴极反应式得到阳极反应式)2021/8/11 星期三225电解时电极产物的判断(1)阳极产物的判断阳极产物的判断 首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序中Ag及其以前)，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。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要再看溶液中离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断。阴离子放电顺序：S2IBrClOH含氧酸根(SO、NO等)F(2)阴极产物的判断阴极产物的判断 直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序：AgHg2Fe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2Al3Mg2NaCa2K2021/8/11 星期三23【考点释例1】(湖南师大附中2010届高三第四次月考)下列说法正确的是()A在原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动B在一定温度下，用惰性电极电解某溶液，若两极分别只有H2和O2生成，电解一段时间后，该溶液的浓度一定增大C要使电解后的CuSO4溶液复原，可向其中加入Cu(OH)2固体D在铁表面镀锌时，铁作阴极D2021/8/11 星期三24【温馨提示】用惰性电极电解时，若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则，一般加入从电解液中析出的阴极产物与阳极产物的化合物。2021/8/11 星期三251.(湖南省衡东二中高中三年级教学质量检测)下列关于实验的描述不正确的是()A在用Fe(OH)3胶体溶液做电泳实验时，阴极区红色加深，可知Fe(OH)3胶体粒子带正电荷B在镀件上电镀铜时，可用金属铜作阳极CCuZn原电池(稀硫酸作电解液)中，铜片上出现气泡D用铂电极电解CuSO4溶液，当Cu2浓度降低至原来一半时，停止通电，若加入Cu(OH)2能使溶液恢复成原来浓度D2021/8/11 星期三262.(湖南省长沙市一中高三第六次月考试卷)如图x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极质量增加，b极有无色无味气体放出，符合这一情况的是()a极板b极板x电极Z溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨负极CuCl2A2021/8/11 星期三273.(湖南师大附中2010届高三第四次月考)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：2CuH2O Cu2OH2。下列说法正确的是()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0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成A2021/8/11 星期三28【解析】由电解总反应可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，阴极上是溶液中的H反应，电极反应式为：2H2O2e=H22OH，A选项正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应式为2Cu2OH2e=Cu2OH2O，当有0.1 mol电子转移时，有0.05 mol Cu2O生成，D选项错误。2021/8/11 星期三29重要考点重要考点2 电解计算电解计算1简单装置中各电极产物间的计算 在一个装置中进行电解时，各电极产物不同，但阴阳极得失电子数相等。根据此标准可对各电极产物、溶液中的产物，以及反应消耗的物质进行计算。2复杂装置中(指多个装置串联连接)各电极产物的判断 在串联电解装置中，各电极电子转移数相等。据此，可计算各电极产物，溶液中的c(H)、c(OH)的变化。2021/8/11 星期三303电解的计算特点 有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价以及溶液的pH、物质的量浓度等。解答此类题的方法有两种：一是根据电解方程式或电极反应式，应用阴、阳两极得失电子守恒进行有关计算。二是用惰性电极进行电解的过程，若电解质的阴、阳离子不同时在两极上放电，则阳离子放电的同时必有H生成，n(H)n(阳离子)电荷数。也可利用物质的量关系(电子得失守恒)进行计算，如，H2Cl21/2O2Cu2Ag2H2OH。应用原电池、电解池进行有关化学计算，也常见于高考题中，抓住两电极上通过的电子数目相等，是解答这类题的关键。2021/8/11 星期三31【考点释例2】(2010山东威海质检)用铂电极电解CuSO4和KNO3的混合溶液500 mL，经过一段时间后，两极均得标准状况下11.2 L的气体，则原混合溶液中CuSO4的物质的量浓度为()A0.5 mol/L B0.8 mol/L C1.0 mol/L D1.5 mol/LD2021/8/11 星期三32【考点释例2】阳极电极反应：4OH4e=2H2OO2，失去电子的物质的量n(O2)4 42 mol；阴极电极反应：首先发生的是Cu22e=Cu，然后发生的是2H2e=H2，阴极被还原物质得到电子的总量n(Cu2)2n(H2)2n(Cu2)2 2，两电极物质得失电子数相等，即2 moln(Cu2)2 2，解得n(Cu2)0.5 mol，n(CuSO4)n(Cu2)0.5 mol，所以其物质的量浓度 1.0 mol/L。2021/8/11 星期三33【温馨提示】要注意电解的阶段性。如含Cl的溶液中Cl电解完后继续通电会使OH放电，Cu2在阴极上被电解完后H又会放电等。串联电解池中阴极、阳极交叉排列，相同时间内各电极转移电子数相等。2021/8/11 星期三341.(湖南省湘乡市第四中学2010届高三教学质量检测试题)用下图装置实现电解，下列说法正确的是()2021/8/11 星期三35AX是碳棒，Y是金属铂，a是稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变BX是金属铂，Y是碳棒，a是氯化钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为11CX是金属铁，Y是金属铜，a是硫酸铜溶液，X极增重，溶液浓度减小DX是精银，Y是粗银，a是硝酸银溶液，阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为11答案：B2021/8/11 星期三36【解析】电化学知识历来是高考考查的难点问题，本题涉及电解池种类的判断、产物的相关计算等。由图可知，X为电解池的阴极，发生得电子的还原反应，Y为电解池的阳极，发生失电子的氧化反应；A中实质是电解水，但随着水量的减少，溶液中的c(H)不断增大，故pH会逐渐减小；B中总的反应式为2Cl2H2O=Cl2H22OH，显然两极产物的物质的量相等；C中为电镀池，相当于在铁电极上镀铜，阳极电极式为：Cu2e=Cu2，阴极电极式为Cu22e=Cu，故电解质溶液的浓度不变；D中阳极不会析出产物。2021/8/11 星期三372.在水中加入等物质的量的Ag、Pb2、Na、SO42-、NO3-、Cl，该溶液放在用惰性材料作电极的电解槽中，通电片刻，氧化产物与还原产物的质量之比为()A35.5108 B16207 C81 D10835.5【解析】等物质的量Ag与Cl、Pb2与SO42-恰好形成难溶物，所得溶液为NaNO3的水溶液，通电后，氧化产物为O2，还原产物为H2，其质量比为32(22)81。C2021/8/11 星期三383.(湖南省双峰一中高三12月月考)在1 L K2SO4和CuSO4的混合溶液中，c(SO42-)2.0 mol/L，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22.4 L(标准状况下)气体，则原溶液中K的物质的量浓度为()A2.0 mol/L B1.5 mol/L C1.0 mol/L D0.5 mol/LA2021/8/11 星期三39重要考点重要考点2 串联电解装置解题要点串联电解装置解题要点(1)判断出原电池和电解池。(2)分析电解装置中所装物质，判断电极反应，根据电极质量变化，判断电极名称。电源负极与电解池的阴极相连。(3)根据电解质溶液中的阳、阴离子放电顺序，书写电极方程式。(4)根据电极反应、电解反应等计算，判断溶液成分变化以及溶液浓度、酸碱性变化。2021/8/11 星期三40【考点释例3】如下图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色。试完成以下问题：2021/8/11 星期三41(1)电源A极的名称是_。(2)甲装置中电解反应的总化学方程式是_。(3)如果收集乙装置中产生的气体，两种气体的体积比是_。(4)欲用丙装置给铜镀银，G应该是_(填“铜”或“银”)，电镀液的主要成分是_(填化学式)。(5)装置丁中的现象是_，说明_。2021/8/11 星期三42【解析】本题考查电解池有关串联电解的知识，综合性较强。由向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色，说明F为阴极，那么E为阳极，所以B为电源的负极，A为电源的正极。甲是电解CuSO4溶液，总方程式：2CuSO42H2O 2CuO22H2SO4。乙装置中生成的气体为V(Cl2)V(H2)11。丙是电镀池，所以给铜镀银阳极G应为Ag，阴极H为Cu，电镀液为AgNO3溶液。由于氢氧化铁胶粒带正电，所以有外加电源时，胶粒定向移动，向阴极移动，所以Y极附近红褐色变深。2021/8/11 星期三43答案：(1)正极(2)2CuSO42H2O 2CuO22H2SO4(3)11(4)银AgNO3(5)Y极附近红褐色变深氢氧化铁胶粒带正电荷【温馨提示】串联电解装置，抓住两点：一是电子得失守恒，即通过各电极的电量相等；二是阴极与阳极相接，依次类推，同一装置必有阴极和阳极。2021/8/11 星期三441.(2010广东韶关2月模拟)在下图中，甲烧杯中盛有100 mL 0.50 molL1AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100 mL 0.25 molL1CuCl2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1.9g，则2021/8/11 星期三45(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)。(4)C极的电极反应式为 ，析出物质 mol。(5)D极的电极反应式为 ，析出气体 mL(标准状况)。(6)甲烧杯中滴入石蕊试液，附近变红，如果继续电解，在甲烧杯中最终得到 溶液。负正4Ag4e=4Ag0.0254OH4e=2H2OO2140Cu22e=Cu0.01252Cl2e=Cl2280BHNO32021/8/11 星期三46【解析】本题是以电解知识为依托的综合性较强的题目。由于有外接直流电源，所以装置甲、乙均为电解池，两个电解池的关系为串联。电解一段时间后，A极比C极重。故A极上必有Ag析出，由于Ag在A极上获得电子发生了还原反应，故A极为电解池的阴极，在电解池中阴极与外接直流电源的负极相连，故E极为负极，F为正极。根据电解池甲、乙的串联关系，可进一步得出A、B、C、D依次为阴极、阳极、阴极、阳极。电极反应依次为：A极：Age=Ag，B极：4OH4e=2H2OO2，C极：Cu22e=Cu，D极：2Cl2e=Cl2，2021/8/11 星期三47由于串联时各电极上流过的电量是相同的，假设电路中均通过4 mol电子，则A极上生成4 mol Ag，B极上生成1 mol O2，C极上生成2 mol Cu，D极上生成2 mol Cl2，这样便可得出一个关系式：4e4AgO22Cu2Cl2，A极比C极重4 mol 108 gmol12 mol 64 gmol1304 g，根据A极比C极重1.9 g，可列出比例式求出反应生成的Ag和Cu的物质的量：n(Ag)4 mol0.025 mol，n(Cu)0.0125 mol，n(O2)0.00625 mol，n(Cl2)0.0125 mol。电解时甲池随着B极附近水电离产生的OH的不断消耗，H的物质的量逐渐增大，所以滴入石蕊试液后B极附近变红，而A极上Ag不断得到电子析出Ag，故在甲烧杯中最终得到HNO3溶液。2021/8/11 星期三482.下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100 g 10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。2021/8/11 星期三49(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：。水减少的质量：100 g(1 )4.5 g；生成O2的体积：22.4 Lmol12.8 L正 4OH4e=2H2OO22021/8/11 星期三50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？。16碱性增大，因为相当于电解水碱性减小，OH放电，H增多不变，相当于电解水 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2021/8/11 星期三51【解析】(1)乙中c电极质量增加，则c处发生的反应为：Cu22e=Cu，即c处为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。丙中为K2SO4，相当于电解水，设电解的水的质量为x g。由电解前后溶质质量相等有，10010%(100 x)10.47%，得x4.5 g，故为0.25 mol。由方程式2H2O=2H2O2可知，电解2 mol H2O，转移4 mol电子，所以整个反应中转移0.5 mol电子，而整个电路是串联的，故每个烧杯中的电极上转移电子数是相等的。2021/8/11 星期三52甲中为NaOH，相当于电解H2O，阳极b处为阴离子OH放电，即4OH4e=2H2OO2。转移0.5 mol电子，则生成O2为0.5/40.125 mol，标准状况下的体积为0.125 mol22.4 Lmol12.8 L。Cu22e=Cu，转移0.5 mol电子，则生成的m(Cu)6416(g)。甲中相当于电解水，故NaOH的浓度增大，pH变大。乙中阴极为Cu2放电，阳极为OH放电，所以H增多，故pH减小。丙中为电解水，对于K2SO4而言，其pH几乎不变。(2)铜全部析出，可以继续电解H2SO4，有电解液即可电解。2021/8/11 星期三53