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1、-化学人教版选修4学案：知识导学 第四章第三节电解池 Word版含解析-第 8 页第三节 电解池案例探究 我们知道铁是不溶于水的，但如果我们把铁块与电池的正极相连，电池的负极与一铜片或碳棒相连（如下图）。 则铁块会不断减少，“溶”于水中了，并伴有白色沉淀生成。原来，在直流电源作用下，单质铁变成了二价铁离子，铁块发生了如下化学反应：Fe-2e-=Fe2+2H2O+2e-=H2+2OH-Fe2+2OH-=Fe(OH)2这一过程，就是以铁作阳极电解水的过程。问题与讨论： 1.为什么在直流电的作用下，铁单质易于放电变成离子，而在通常状况下则不能？ 2.如果把碳换成单质铜或者银，还能发生上述变化吗？如果
2、有，溶解的金属是什么？如果把电池两极反接，铁还溶解吗？自学导引一、电解原理1.电解CuCl2溶液（1）通电前，CuCl2溶液中存在的阳离子有_，阴离子有_，这些离子来自于_。（2）通电后，阳离子移向_，阴离子移向_。在阳极放电的离子是_，在阴极放电的离子是_，分别发生_反应和_反应，生成_。电极反应方程式为：阳极：_阴极：_电解CuCl2溶液的总方程式为：_（3）电解CuCl2溶液观察到的现象是：_。答案：（1）H+、u2+ Cl-和OH- CuCl2和H2O的电离（2）阴极 阳极 Cl- Cu2+ 氧化 还原 Cl2和Cu 2Cl-2e-=Cl2 Cu2+2e-=Cu CuCl2Cu+Cl2
3、(3)阴极石墨上逐渐覆盖了一层红色的铜，阳极石墨棒上有能使湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色的气体2.电解（1）电解：_叫做电解。电解池：_的装置，也就是_的装置叫做电解池或电解槽。（2）构成电解池的条件_；_；_。（3）电解池的两极阳极与_相连，在阳极上发生_反应。阴极与_相连，在阴极上发生_反应。（4）电解质溶液导电的实质电解质溶液导电的过程，就是_过程，就是在阴阳两极发生氧化还原反应的过程。（5）离子的放电阴阳离子在两极得失电子的过程称放电。多种阳离子或多种阴离子分别移向阴极、阳极时，优先放电的是_的离子。写出下列离子在阴、阳两极放电的电极方程式：Ag+、Fe3+、H+、Zn2+、OH-、Br
4、-、S2-、_；_。答案：（1）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 借助于电流引起氧化还原反应 把电能转化为化学能（2）两个电极直流电源电解质溶液或熔融态电解质（3）电源正极 氧化 电源负极 还原（4）电解质溶液的电解（5）氧化性强的阳离子或还原性强的阴阳离子：Ag+e-=Ag Fe3+e-=Fe2+ 2H+2e-=H2 Zn2+2e-=Zn阴离子：4OH-4e-=2H2O+O2 2Br-2e-=Br2 S2-2e-=S +H2O-2e-=+2H+二、电解原理的应用1.电解饱和食盐水（1）理论分析通电前溶液中含有的离子：_。通电时_ 移向阴极，_放电；_ 移向阳极，_放
5、电。因_放电，导致水的电离平衡H2OH+OH-向右移动，致使生成_。电解总方程式为_。（2）实验现象两极均产生气体。_溶液先变红，说明有_生成。_极产生的气体能使湿的KI淀粉试纸变蓝，说明有_生成。答案：（1）Cl-、OH-、Na+、H+ H+、Na+ H+ Cl-、OH- Cl-2Cl-2e-=Cl2 2H+2e-=H2 H+ OH-2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2 (2)阴极区 OH- (3)正 Cl22.电镀（1）电镀的含义电镀是应用_在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。（2）电镀的目的电镀的目的主要是_。（3）电镀的原理阳极：_。阴极：_。电镀液：_。（4）铜的精
6、炼装置要求阳极是_，阴极是_，电解质溶液是_。化学原理阳极反应：Cu-2e-=Cu2+ Zn-2e-=Zn2+阴极反应：_电解特点a.粗铜中的铜“迁移”到纯铜上；b.CuSO4溶液的浓度_。答案：(1)电解原理（2）使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度（3）镀层金属 镀件 含有镀层金属的电解质溶液（4）粗铜 纯铜 CuSO4溶液Cu2+2e-=Cu基本不变3.电冶金（1）金属冶炼的实质是_。（2）古代湿法炼铜的离子方程式为：_。（3）写出工业上冶炼下列三种金属的化学方程式：Fe: _Ag：_Hg: _（4）电解法是冶炼Na、Mg、Al唯一可行的工业方法，其原因是_。写出从熔融NaCl中冶炼
7、金属钠的电极反应式。阳极：_；阴极：_。答案：（1）金属阳离子得到电子生成金属单质（2）Fe+Cu2+=Cu+Fe2+(3)Fe2O3+3CO2Fe+3CO22Ag2O4Ag+O2 2HgO2Hg+O2(4)Na、Mg、Al容易失去电子变为金属阳离子2Na+2e-=2Na 2Cl-2e-=Cl24.阴阳离子的放电顺序（一般顺序）在电解质溶液中，阴、阳离子放电的先后顺序为：（1）阳离子：_(H+浓度较大时) _ _(H+浓度较小时)_ _。（2）阴离子_。答案：(1)Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+(H+浓度较大时）Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+(H+浓度较小时）Al3+Mg2+Na+C
8、a2+K+(2)S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子F-疑难剖析一、了解电解池的工作原理，能判断电解池的阴阳两极 电解池电极的判断一般有两种方法。其一，据电源判断，与正极连接的为阳极，与负极连接的为阴极；其二，据实验现象判断，如电极质量增加的为阴极等。【例1】 （2003年上海）右图是电解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，氯离子浓度不变解析：电流从电源的正极流出，故a为电源的正极，b为负极；与电源正极相连的c为阳极，与电源负极相连的d为阴极。 在电解过程中，因
9、Cu2+是阳离子，移向阴极d，在阴极放电析出Cu，所以d电极质量增加；Cl-是阴离子，移向阳极c，在阳极放电析出Cl2，会导致溶液中氯离子浓度降低。答案：C友情提示:电化学装置主要包括原电池、电解池两种。习惯上，对原电池用正极和负极命名，对电解池用阴极和阳极命名。在原电池中，相对活泼的电极失去电子作负极；相对不活泼的电极上，某些离子得电子，该电极作正极。对于电解池，与电源正极相连的电极作阳极，发生氧化反应；与电源负极相连的电极作阴极，发生还原反应。这是电化学最基本、最核心的知识。二、分析电解问题的一般方法思路 首先要分析电极及电极材料，然后分析电解液中的离子，若金属作阳极时，则金属（电极）被氧
10、化；若惰性材料作阳极，则考虑阴离子的放电顺序。阴极要分析阳离子的放电顺序。这样写出电极反应式、现象、产物等的判断则可迎刃而解。【例2】 （2004年理综全国卷二，27）电解原理在化学工业中有广泛应用。右图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则电解池中X极上的电极反应式是_。在X极附近观察到的现象是_。Y电极上的电极反应式是_，检验该电极反应产物的方法是_。（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则X电极的材料是_，电极反应式是_。Y
11、电极的材料是_，电极反应式是_。（说明：杂质发生的电极反应不必写出）解析：Y极与直流电源的正极相连，Y是电解池的阳极；X极与直流电源的负极相连，X是电解池的阴极，溶液中阳离子趋向阴极，在阴极放电，阴极的电极反应式：2H+2e-=H2，由于H+不断放电，c（H+）不断减小，打破了水的电离平衡，使水的电离平衡向电离的方向进行，使c（OH-）增大，故阴极附近放出气体，溶液使酚酞变红，Cl-向阳极移动，在阳极放电，阳极的电极反应式为：2Cl-2e-=Cl2；精炼粗铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极。答案：（1）2H+2e-=H2 放出气体，溶液变红2Cl-2e-=Cl2 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近
12、，试纸变蓝色（2）纯铜 Cu2+2e-=Cu粗铜 Cu-2e-=Cu2+友情提示:以惰性电极电解电解质水溶液，分析电解反应的一般方法步骤为：（1）分析电解质水溶液的组成，找全离子并分为阴、阳两极；（2）分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出两极上的电极反应式；（3）合并两个电极反应式，得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。学会分析电解的过程及书写反应式是学好电化学的基石。三、掌握电解的一般规律，能正确判断电解后溶液pH变化【例3】 （2004年广东）pH=a的某电解质溶液中，插入两支惰性电极，通直流电一段时间后，溶液的pHa，则该电解质可能是（ ）A.NaOH B.H2SO4 C.AgNO3 D
13、.Na2SO4解析：依题意，要求在电解过程中溶液pH增大，电解NaOH溶液、稀H2SO4、Na2SO4溶液实质上是电解水，溶液的pH依次是：增大、减小、不变；电解AgNO3溶液有HNO3生成，pH减小。反应方程式为：4AgNO3+2H2O 4Ag+4HNO3+O2，所以A选项正确。答案：A友情提示:根据原溶液的酸、碱性和电极产物即可对电解后溶液的pH的变化作出正确的判断，其方法如下：（1）若电极产物只有H2而无O2，则pH变大。（2）若电极产物只有O2而无H2，则pH变小。（3）若电极产物既有O2又有H2，原溶液呈酸性，则pH变小，原溶液呈碱性则pH变大，原溶液呈中性，则pH不变。四、掌握有关
14、电解的简单计算【例4】 右图是可用于测量阿伏加德罗常数的装置示意图，其中A、B是两块纯铜片，插在CuSO4稀溶液中，铜片与引出导线相连，引出端分别为x、y。（1）当以I=0.21 A的电流电解60 min后，测得铜片A的质量增加了0.25 g，则右图装置中的x端应与直流电的_极相连，它是电解池的_极。（2）电解后铜片B的质量_（填“增加”“减少”或“不变”）。（3）列式计算实验测得的阿伏加德罗常数NA。（已知电子电荷量e=1.6010-19 C）解析：（1）由电镀铜的相关知识，可知铜片A的质量增加，说明A是阴极，与之相连的x端应与直流电的负极相连。（2）因B作阳极，阳极反应是Cu-2e-=Cu
15、2+，故电解后铜片B的质量减少，减少的质量“跑”到A上。（3）每生成1 mol Cu，需要转移2 mol e-，现生成0.25 g Cu，需转移2=0.007 8 mol e-。 由物理学知识知，体系中通过的电子的物质的量为 n(e-)= =0.007 8 mol。NA=0.21 A60=6.01023 mol-1答案：（1）负 阴 （2）减少（3）NA=6.01023 mol-1友情提示:本题渗透物理、化学知识，主要考查学生运用公式Q=It及电解原理、物质的量、摩尔质量、阿伏加德罗常数等知识的能力。 阿伏加德罗常数是物理学和化学上的基本常数之一，要明确1 mol e-的电荷量为1 mol6.
16、021023 mol-11.6010-19 C=9.632104 C。 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，列比例式求解；二是利用各电极、线路中转移的电子数目守恒，列等式求解。以电子守恒较为简便，应注意运用。拓展迁移拓展点一：电解池中电极的选择与改变 1.若只电解溶液而不改变电极时，应选择惰性电极作阳极；如电解NaCl制烧碱，阳极用石墨，阴极用铁棒。 2.若阳极选择活泼金属，则阳极上放电的一定是金属电极，溶液不发生变化。拓展点二：电解饱和食盐水制烧碱的注意点 1.电解饱和Na
17、Cl溶液时，阴极产物是H2和NaOH。 2.电解饱和NaCl溶液的离子方程式为：2Cl-+2H2OH2+Cl2+2OH-。 3.如何检验有NaOH和Cl2生成？在阴极附近滴几滴酚酞试液，通直流电时，发现阴极附近溶液变红，证明有碱生成；用湿润的KI淀粉试纸放在阳极附近，若试纸变蓝，则证明有Cl2生成。4.粗盐中有Ca2+、Mg2+、等杂质，除去杂质的试剂是什么？加入试剂的顺序是什么？试剂加入顺序有多种选择，如：BaCl2、NaOH、Na2CO3、过滤、盐酸；BaCl2、Na2CO3、NaOH、过滤、HCl；NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、盐酸。拓展点三：什么是“放电”？ 阳离子得到电子
18、或阴离子失去电子而使离子所带电荷数目降低的过程叫做放电。 用石墨、金、铂等制作的电极叫做惰性电极，理由是它们在一般的通电条件下不发生化学反应。用Fe、Zn、Cu、Ag等还原性较强的材料制作的电极叫做活性电极，它们作电解池的阳极时，先于其他物质发生氧化反应。拓展点四：以惰性电极电解水溶液，分析电解反应的一般方法步骤1.（1）分析电解质水溶液的组成，找全离子并分为阴、阳两组；（2）分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出两极上的电极反应式；（3）合并两个电极反应式得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。2.学习电解原理、建议记住以下口诀：分电极（与电源正极相连的为阳极，与负极相连为阴极）析溶液（分析电解质溶液中所含离子有哪些）判流向（判断电子流动方向，离子移动方向）断粒子（确定在两极上反应的各是什么粒子）书极式（书写电极反应式，注意使得失电子守恒）写方程（书写电解质电解的化学方程式或离子方程式）