电解池的工作原理教案文档格式.docx
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二、知识讲解
考点1:
电解
1.概念
使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。
2.特点
(1)电解是最强有力的氧化还原手段,是不可逆的。
(2)电解质溶液的导电过程,就是电解质溶液的电解过程。
考点2:
电解池
(1)
1.定义
把电能转化成化学能的装置。
2.形成条件
(1)直流电源;
(2)两个电极:
与电源正极相连的一极是阳极;
与电源负极相连的一极是阴极;
(3)电解质溶液或熔融电解质;
(4)形成闭合回路。
考点3:
电解池
(2)
1.装置及电极反应
以电解CuCl2溶液为例
(1)装置
(2)电极反应
阴极
Cu2++2e-=Cu发生还原反应
阳极
2Cl--2e-=Cl2发生氧化反应
总反应
CuCl2
Cu+Cl2↑
2.电子流向和离子流向
(1)电子流向
电源负极→电解池阴极
电解池阳极→电源正极
(2)离子流向
阳离子→电解池阴极
阴离子→电解池阳极
3.电解熔融NaCl时的电极反应式为
阳极:
2Cl--2e-=Cl2↑(氧化反应);
阴极:
2Na++2e-=2Na(还原反应)。
三、例题精析
【例题1】1.下列有关电解池的说法正确的是( )
A.在电解池中与外接电源负极相连的电极是阳极
B.无论电解何种物质,阳极上失电子数都与阴极上得电子数相等
C.电解氯化铜溶液时,在阴极上有气体生成
D.电解NaCl、CuCl2两种溶液,参加反应的物质是相同的
【答案】B
【解析】与负极相连的是阴极。
电解氯化铜时,阳极上有氯气生成,阴极上有铜析出;
电解NaCl溶液时,水参加了反应,而电解CuCl2溶液时,水没有参加反应。
【例题2】
上图是电解CuCl2溶液的装置,两个电极是石墨电极,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,Cl-浓度不变D.电解过程中,d电极质量增加
【答案】D
【解析】电流的方向是从正极到负极,根据图中电流方向,可知a为电源的正极,b为电源的负极,所以A项错误;
在电解池中c、d才称为阳、阴极,所以B项错误;
在电解过程中,阳极:
2Cl--2e-=Cl2↑,阴极:
Cu2++2e-=Cu,所以溶液中的Cl-浓度减小,C项错误;
c与电源正极相接是阳极,d与电源的负极相接是阴极,所以c电极上析出氯气,d电极上析出金属铜,质量增加,所以D项正确。
四、课堂运用
【基础】
1、Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图所示,电解总反应为2Cu+H2O
Cu2O+H2↑。
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0.1mol电子转移时,有0.1molCu2O生成
2、如图为直流电源电解稀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电极附近呈红色
答案及解析:
1、A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+放电,电极反应为2H++2e-=H2↑,A选项正确;
阴极与电源的正极相连,C选项错误;
阳极反应为2Cu+2OH--2e-=Cu2O+H2O,当有0.1mol电子转移时,有0.05molCu2O生成,D选项错误。
2、D解析:
Na2SO4=2Na++SO
,H2OH++OH-,SO
和OH-移向b电极,Na+和H+移向a电极,在b电极上:
4OH--4e-=2H2O+O2↑,在a电极上:
2H++2e-=H2↑,所以产生的气体体积a电极的大于b电极的;
两种气体均为无色无味的气体;
由于a电极上H+放电,所以a电极附近的c(OH-)>
c(H+),滴加石蕊溶液,a电极附近呈蓝色,同理b电极附近呈红色。
【巩固】
1、用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物(方括号内的物质),能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是( )
A.AgNO3[AgNO3]B.NaOH[H2O]
C.KCl[KCl]D.CuSO4[Cu(OH)2]
2、用铂作电极电解某种溶液,通电一段时间后,溶液的pH变小,并且在阳极得到0.56L气体,阴极得到1.12L气体(两种气体均在相同条件下测定)。
由此可知溶液可能是( )
A.稀盐酸B.KNO3溶液C.CuSO4溶液D.稀硫酸
1、B
解析 A项:
4AgNO3+2H2O
4Ag+O2↑+4HNO3
脱离反应体系的物质是4Ag+O2,相当于2Ag2O,所以应当加入适量Ag2O才能复原。
(加入AgNO3,会使NO
的量增加);
B项:
2H2O
2H2↑+O2↑ 脱离反应体系的是2H2+O2,相当于2H2O,加入适量水可以复原。
C项:
2KCl+2H2O
2KOH+H2↑+Cl2↑ 脱离反应体系的是H2+Cl2,相当于2HCl,应通入适量HCl气体才能复原。
(加入盐酸时,同时也增加了水) D项:
2CuSO4+2H2O
2H2SO4+2Cu+O2↑ 脱离反应体系的是2Cu+O2,相当于2CuO,加入适量CuO可以复原。
2、D
解析 阳极与阴极产生的气体体积比为
=
,相当于电解水,pH变小说明电解了含氧酸。
【拔高】
1、在100mLH2SO4和CuSO4的混合液中,用石墨作电极电解,两极上均收集到2.24L气体(标准状况下),则原混合液中,Cu2+的物质的量浓度为( )
A.1mol·
L-1B.2mol·
L-1C.3mol·
L-1D.4mol·
L-1
2、在水中加等物质的量的Ag+、Pb2+、Na+、SO
、NO
、Cl-,该溶液放在用惰性电极作电极的电解槽中,通电片刻,则氧化产物与还原产物质量比为( )
A.35.5∶108B.16∶207C.8∶1D.108∶35.5
1、 A解析 两极均收集到气体时,阴极是Cu2+放电后,H+又放电生成氢气;
阳极是OH-放电生成氧气。
n(H2)=n(O2)=2.24L/22.4L·
mol-1=0.1mol,由电子守恒得n(Cu2+)×
2+n(H2)×
2=n(O2)×
4,即:
c(Cu2+)×
0.1L×
2+0.1mol×
2=0.1mol×
4,解得:
c(Cu2+)=1mol·
L-1,本题考查在阳离子阴极的放电顺序,Cu2+>
H+。
2、C
解析 溶液中的六种离子,有四种发生反应生成沉淀,Ag++Cl-=AgCl↓、Pb2++SO
=PbSO4↓,最后溶液就成了NaNO3溶液;
而电解NaNO3溶液,实质上就是电解水,电解方程式为2H2O
2H2↑+O2↑。
氧化产物和还原产物的质量之比为m(O2)∶m(H2)=(1mol×
32g·
mol-1)∶(2mol×
2g·
mol-1)=8∶1,即C项正确。
课程小结
1、本节内容从生活出发,培养学生学习兴趣,由简单到复杂建立学生的自信心和学习兴趣。
让学生爱学习,想学习。
2.通过练习,引导学生自己总结各概念应用时的注意事项。
3.本讲内容重在应用,多引导学生进行一定量的练习,以熟悉并掌握相关应用。
课后作业
1.用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液,通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1molCu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。
则电解过程中转移的电子的物质的量为( )
A.0.1molB.0.2molC.0.3molD.0.4mol
2.在25℃时,将铜电极插入一定量的饱和硫酸钠溶液中进行电解,通电一段时间后,阴极逸出amol气体,同时有bgNa2SO4·
10H2O晶体析出。
若温度不变,剩余溶液中溶质的质量分数是( )
A.
×
100%B.
100%
C.
100%D.
1.D解析:
由电解CuSO4溶液的反应的化学方程式2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4知,电解过程中只析出Cu和放出O2,故电解后加入CuO就可以复原。
但本题提示加入0.1molCu(OH)2可以复原,说明电解过程中不仅有CuSO4被电解,还有H2O被电解。
0.1molCu(OH)2相当于0.1molCuO和0.1molH2O,由电子守恒0.1molCuO~0.1molCu~0.2mole-,0.1molH2O~0.1molH2~0.2mole-,共计0.4mole-。
2.C解析:
用铜作电极时,阳极上铜失去电子被氧化,电极反应为Cu-2e-=Cu2+;
阴极上生成H2,电极反应为2H++2e-=H2↑,阴极区产生的OH-与阳极区产生的Cu2+结合生成Cu(OH)2沉淀。
总反应为Cu+2H2O
Cu(OH)2+H2↑,即阴极每生成amolH2,就有2amol水被电解,发生电解的水与析出的Na2SO4·
10H2O晶体可以组成该温度下的饱和溶液。
该饱和溶液的质量为bg+2amol×
18g·
mol-1=(b+36a)g,溶质的质量为
bg。
故w(Na2SO4)=
100%=
100%。
1.铅蓄电池的工作原理为Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。
研读下图,下列判断不正确的是( )
A.K闭合时,d电极反应式:
PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++SO
B.当电路中转移0.2mol电子时,Ⅰ中消耗的H2SO4为0.2mol
C.K闭合时,Ⅱ中SO
向c电极迁移
D.K闭合一段时间后,Ⅱ可单独作为原电池,d电极为正极
2.学生欲完成反应Cu+H2SO4=CuSO4+H2↑而设计了下列四个实验,你认为可行的是( )
1.C解析:
当K闭合时,装置Ⅰ中的电极为Pb和PbO2,应为原电池,b极(Pb)作负极,a极(PbO2)作正极;
Ⅱ中的电极均为PbSO4,应为电解池,c极为阴极,d极为阳极。
A项:
K闭合时,d极发生氧化反应:
PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO
,正确;
电路中转移0.2mol电子时,Ⅰ中消耗0.2molH2SO4和0.1molPb,正确;
Ⅱ中SO
向阳极(d极)迁移,错误;
D项:
K闭合一段时间后,c极表面生成Pb,d极表面生成PbO2,装置Ⅱ可单独作为原电池,d电极为正极,正确。
2.C解析:
完成Cu+H2SO4═CuSO4+H2↑反应,因Cu与稀硫酸常温下不反应,则应设计为电解池,排除BD,电解池中Cu为阳极,电解质为H2SO4,则C正确,A错误,
故选C。
1.在25℃时,用石墨电极电解2.0L0.5mol·
L-1CuSO4溶液。
5min后,在一个石墨电极上有6.4gCu生成。
试回答下列问题:
(1)发生氧化反应的是________极,电极反应式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)若电解后溶液的体积不变,则电解后溶液的pH为________。
(3)若将溶液恢复到与电解前一样,则需加入________mol的________。
(4)若用等质量的两块铜片代替石墨作电极,电解后两铜片的质量相差________g,电解液的pH________。
(填“变小”、“变大”或“不变”)
2.在50mL0.2mol·
L-1CuSO4溶液中插入两个电极,通电电解(不考虑水分蒸发)。
则:
(1)若两极均为铜片,试说明电解过程中CuSO4溶液的浓度________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)若阳极为纯锌,阴极为铜片,阳极反应式是
(3)若阳极为纯锌,阴极为铜片,如不考虑H+在阴极上放电,当电路中有0.04mole-通过时,阴极增重________g,阴极上的电极反应式是
1.
(1)阳 4OH--4e-=2H2O+O2↑
(2)1 (3)0.1 CuO (4)12.8 不变
解析:
(1)n(CuSO4)=2.0L×
0.5mol·
L-1=1.0mol,而在阴极析出的Cu为
=0.1mol,故CuSO4未完全电解,阳极发生氧化反应,电极反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑。
(2)总反应为
2CuSO4+2H2O
2Cu + O2↑ + 2H2SO4
2 2 2 1 2
0.1mol 0.1mol 0.1mol 0.05mol 0.1mol
所以电解后c(H+)=
=0.1mol·
L-1,
故pH=-lg0.1=1。
(3)电解后生成的0.1molCu和0.05molO2脱离该体系,即相当于0.1molCuO,因此若将溶液复原,则应加入0.1molCuO。
(4)此时成为电镀池,阳极:
Cu-2e-=Cu2+,阴极:
Cu2++2e-=Cu,因此若阴极上析出6.4g铜,则阳极溶解6.4g铜,电解后两铜片质量差为6.4g+6.4g=12.8g,而电解液的pH不变。
2.
(1)不变
(2)Zn-2e-=Zn2+
(3)1.28 Cu2++2e-=Cu
(1)两极均为铜片,电解液为CuSO4溶液,这是一个电镀装置,电解过程中电解质溶液的浓度不变。
(2)阳极为纯锌,为活泼金属,通电电解时,锌发生氧化反应:
Zn-2e-=Zn2+。
(3)若阳极为纯锌,阴极为铜片,不考虑H+在阴极上放电,则阴极反应为Cu2+得电子的还原反应:
Cu2++2e-=Cu。
当电路中有0.04mol电子通过时,有0.04mol/2×
64g·
mol-1=1.28g铜析出。
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