2022年高二化学电解池人教版知识精讲 .pdf
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1、用心爱心专心高二化学电解池人教版【本讲教育信息 】一. 教学内容:电解池1、电解原理2、电解原理的应用二. 重点、难点1、理解电解原理,初步掌握一般电解反应产物的判断方法。2、了解氯碱工业,电镀,冶金的原理。3、掌握电解电极方程式的书写。三. 教学过程(一)电解原理1、电解和电解池:使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。CuCl2CuCl22、电解池的组成:有两个电极插入电解质溶液(或熔融状态的电解质)中。两极连外接直流电源。【归纳比较 】原电池与电解池的比较3、离子的放电顺序:阴 离子失去电子而 阳离子得到电子 的过程
2、叫放电 。电解电解质溶液时, 在阴阳两极上首先发生放电反应的离子分别是溶液里最容易放电的阳离子和最容易放电的阴离子。(1)阳极:(还原性强的先放电)惰性电极 (Pt、 Au、石墨、钛等)时:S2IBrClOH(水) NO3SO42F活性电极时:电极本身溶解放电。(2)阴极:(氧化性强的先放电)无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应,发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上的放电顺序是:Ag+Hg2+Cu2+H+(水) Pb2+Fe2+ Na+Ca 2+ K+精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 13 页用心爱心专心4、电
3、解规律: (惰性电极)(1)电解电解质:阳离子和阴离子放电能力均强于水电离出H+和 OH 。如无氧酸和不活泼金属的无氧酸盐。HCl (aq)阳极( ClOH)2Cl2eCl2阴极( H)2H2eH2总方程式2HCl电解H2 Cl2CuCl2(aq)阳极( ClOH)2Cl2eCl2阴极( Cu2 H)Cu22eCu 总方程式CuCl2电解CuCl2(2)电解水: 阳离子和阴离子放电能力均弱于水电离出H+和 OH 。如含氧酸、 强碱、活泼金属的含氧酸盐。H2SO4(aq)阳极( SO42OH4OH 4e2H2OO2阴极( H)2H 2eH2总方程式2H2O电解2H2 O2NaOH(aq)阳极(
4、OH)4OH4e2H2OO2阴极: ( NaH2H 2eH2总方程式2H2O电解2H2 O2Na2SO4(aq)阳极( SO42OH4OH 4e2H2OO2阴极: ( NaH2H2eH2总方程式2H2O电解2H2 O2(3)电解水和电解质:阳离子放电能力强于水电离出H+,阴离子放电能力弱于水电离出 OH,如活泼金属的无氧酸盐;阳离子放电能力弱于水电离出H+,阴离子放电能力强于水电离出OH ,如不活泼金属的含氧酸盐。NaCl(aq)阳极( ClOH)2Cl2eCl2阴极: ( NaH2H 2eH2总方程式2NaCl2H2O电解2NaOHH2 Cl2CuSO4(aq)阳极( SO42OH4OH 4
5、e2H2OO2阴极( Cu2 H)Cu22eCu 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 13 页用心爱心专心总方程式2CuSO42H2O电解2Cu2H2SO4O2【归纳总结 】(1)电解的四种类型(惰性电极):(2)电解质溶液浓度复原:加入物质与电解产物的反应必须符合电解方程式生成物的化学计量数。(3)电解时pH 的变化:电极区域:阴极H+放电产生H2,破坏水的电离平衡云集OH,阴极区域pH 变大;阳极 OH放电产生O2,破坏水的电离平衡云集H+,阳极区域pH 变小。电解质溶液:电解过程中,既产生H2,又产生O2,则原溶液呈酸
6、性的pH 变小,原溶液呈碱性的pH 变大,原溶液呈中性的pH 不变(浓度变大) ; 电解过程中, 无 H2和 O2产生,pH 几乎不变。如电解CuCl2溶液( CuCl2溶液由于Cu2+水解显酸性) ,一旦 CuCl2全部电解完, pH 值会变大,成中性溶液。电解过程中,只产生H2,pH 变大。电解过程中,只产生O2, pH 变小。(4)电极方程式的书写:先看电极;再将溶液中的离子放电顺序排队,依次放电;注意要遵循电荷守恒,电子得失的数目要相等。(二)电解原理的应用1、铜的电解精炼2、阳极(粗铜棒) :Cu2eCu2阴极(精铜棒) :Cu22e Cu 电解质溶液:含铜离子的可溶性电解质精选学习
7、资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 13 页用心爱心专心分析: 因为粗铜中含有金、银、锌、铁、镍等杂质,电解时,比铜活泼的锌、铁、镍会在阳极放电形成阳离子进入溶液中,Zn2e= Zn2+ 、 Fe2e= Fe2+ 、 Ni2e=Ni2+, Fe2+、Zn2+、Ni2+不会在阴极析出,最终留存溶液中,所以电解质溶液的浓度、质量、pH 均会改变。还原性比铜差的银、金等不能失去电子,它们以单质的形式沉积在电解槽溶液中,成为阳极泥。阳极泥可再用于提炼金、银等贵重金属。2、电镀阳极(镀层金属) :Cu2e Cu2阴极(镀件) :Cu2 2eC
8、u 电镀液:含镀层金属的电解质分析: 因为由得失电子数目守恒可知,阳极放电形成的Cu2离子和阴极Cu2离子放电的量相等,所以电解质溶液的浓度、质量、pH 均不会改变。(1)电镀是电解的应用。电镀是以镀层金属为阳极,待镀金属制品为阴极,含镀层金属离子为电镀液。(2)电镀过程的特点:牺牲阳极;电镀液的浓度(严格说是镀层金属离子的浓度)保持不变;在电镀的条件下,水电离产生的H+、 OH一般不放电。【小结】 原电池、电解池、电镀池的比较:3、电解饱和食盐水氯碱工业精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 13 页用心爱心专心氯碱工业所得的
9、NaOH、Cl 2、H2都是重要的化工生产原料,进一步加工可得多种化工产品,涉及多种化工行业,如:有机合成、医药、农药、造纸、纺织等,与人们的生活息息相关。阳极:石墨或金属钛2Cl2eCl2阴极:铁网2H2eH2电解质溶液:饱和食盐水总方程式: 2NaCl2H2O电解2NaOHH2 Cl2分析: 在饱和食盐水中接通直流电源后,溶液中带负电的OH和 Cl向阳极移动, 由于Cl比 OH容易失去电子,在阳极被氧化成氯原子,氯原子结合成氯分子放出;溶液中带正电的 Na+和 H+向阴极移动,由于H+比 Na+容易失去电子,在阴极被还原成氢原子,氢原子结合成氢分子放出;在阴极上得到NaOH。(1)饱和食盐
10、水的精制:原因:除去NaCl 中的 MCl2、Na2SO4等杂质,防止生成氢氧化镁沉淀影响溶液的导电性,防止氯化钠中混有硫酸钠影响烧碱的质量。试剂加入的顺序: 先加过量的BaCl2和过量的 NaOH (顺序可换) , 再加入过量的Na2CO3,过滤,加盐酸调节pH 为 7。(2)隔膜的作用:防止氢气和氯气混合发生爆炸;防止氯气和氢氧化钠反应影响烧碱的质量。4、电解法冶炼活泼金属:(1)电解熔融的氯化钠制金属钠:2NaCl(熔融)电解2NaCl2(2)电解熔融的氯化镁制金属镁:MgCl2(熔融)电解MgCl2(3)电解熔融的氧化铝制金属铝:2Al2O3(熔融)电解4Al 3O2分析: 在金属活动
11、顺序表中K、Ca、Na、Mg 、Al 等金属的还原性很强,这些金属都很容易失电子, 因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来,只能用电解其化合物熔融状态方法来冶炼。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 13 页用心爱心专心注意: 电解熔融 NaCl 和饱和 NaCl 溶液的区别; 不能用 MgO 替代 MgCl2的原因;不能用 AlCl3替代 Al2O3的原因。【典型例题】例 1、下图中 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 极板处有无色无臭气体放出,符合这一情况的是()a极板b 极板x 电极
12、Z 溶液A 锌石墨负极CuSO4B 石墨石墨负极NaOH C 银铁正极AgNO3D 铜石墨负极CuCl2分析: 通电后 a极板增重,表明溶液中金属阳离子在a 极板上放电, 发生还原反应析出了金属单质, 因此可确定a 极板是电解池的阴极,与它相连接的直流电源的x 极是负极。 选项 C 中 x 极为正极,故C 不正确。 A 中电解液为CuSO4溶液,阴极a 板上析出Cu 而增重,阳极 b 板上由于 OH离子放电而放出无色无臭的O2, 故 A 正确。 B 中电解液为NaOH 溶液,通电后阴极a 上应放出H2,a 极板不会增重,故B 不正确。 D 中电解液为CuCl2溶液,阴极a 板上因析出Cu 而增
13、重,但阳板b 板上因 Cl离子放电,放出黄绿色有刺激性气味的Cl2,故 D 不正确。答案为A。例 2、高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH 下列叙述不正确的是A、放电时负极反应为:Zn2e+2OH= Zn(OH)2B、充电时阳极反应为:Fe(OH)33e+ 5 OH= FeO24+ 4H2O C、放电时每转移3 mol 电子,正极有1mol K2FeO4被氧化D、放电时正极附近溶液的碱性增强分析: A 是关于负极反应式的判断,判断的要点是: 抓住总方程式
14、中 “放电” 是原电池、“充电” 是电解池的规律, 再分析清楚价态的变化趋势,从而快速准确的判断,A 是正确的。B 是充电时的阳极方程式,首先判断应该从右向左,再判断阳极应该是失去电子,就应该是元素化合价升高的元素所在的化合物参加反应,然后注重电子、电荷以及元素三个守恒,B正确; C 主要是分析原总方程式即可,应该是1mol K2FeO4被还原,而不是氧化。D 选项中关于放电时正极附近的溶液状况,主要是分析正极参加反应的物质以及其电极反应式即可,本答案是正确的。答案选C。例 3、下图中能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是()精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结
15、- - - - - - -第 6 页,共 13 页用心爱心专心分析: 本题给出电解饱和食盐水的四个装置,考查学生对电解饱和食盐水原理的理解、产物的判断和检验及装置的辨认能力,同时也考查学生对所学知识的迁移能力。由电解原理可知,电解饱和食盐水时阳极(电子流出的一端)发生氧化反应:2Cl2e Cl2,可用淀粉 KI 溶液来检验产生的Cl2, 阴极(电子流入的一端)发生还原反应: 2H 2e H2,由于该极因H+放电而使溶液中C(OH)增大,酚酞试液变红,结合四个装置图分析,符合要求的为D。例 4、某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器,用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液,通电时,为使Cl2被完全吸收,
16、制得有较强杀菌能力的消毒液,设计了如图的装置,则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是()A、 a为正极, b 为负极; NaClO 和 NaCl B、a 为负极, b 为正极; NaClO 和 NaCl C、a 为阳极, b 为阴极; HClO 和 NaCl D、 a为阴极, b 为阳极; HClO 和 NaCl 分析: 电解 NaCl 溶液得到Cl2、H2、NaOH 是比较熟悉的,解题关键是从实物简图中获取信息,为了制较强杀菌能力的消毒剂,又不使Cl2逸散污染环境。因此Cl2应由下端电极上产生,在上逸过程中,被NaOH 较充分吸收,才能得到有较强杀菌能力的NaClO,所以 b应是直流
17、电源正极,B 选项符合题要求。例 5、通以相等的电量,分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞(亚汞的化合价为+1 价)溶液,若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n(硝酸银) n(硝酸亚汞) =21,则下列表述正确的是()A、在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n(Ag) n(Hg)=21 B、在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等C、硝酸亚汞的分子式为HgNO3D、硝酸亚汞的分子式为Hg2(NO3)2分析: 通以相等的电量即是通过相同的电子数,银和亚汞都是+1 价,因此,得到的单质银和汞的物质的量也应相等;又因电解的n(硝酸银) n(硝酸亚汞) =21,硝酸银的精选学习资料 - - - - -
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