高中化学电解池.docx
- 文档编号:23394750
- 上传时间:2023-05-16
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:41.69KB
高中化学电解池.docx
《高中化学电解池.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中化学电解池.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高中化学电解池
电解池
编稿:
乔 震 审稿:
祝 鑫 责编:
宋 杰
【本节学习目标】
1、知道电解池的形成条件,正确叙述电解原理;
2、能正确判断电解池的阴、阳极;
3、能正确书写电极反应式和电解反应方程式;
4、了解氯碱工业、电镀工业、电冶金工业的化学原理。
学习重点:
理解电解原理和以电解CuCl2溶液为例得出惰性电极作阳极时的电解的一般规律
学习难点:
理解电解原理(本质)
【知识要点梳理】
知识点一:
电解原理:
(通过外接电源将电能转变成化学能)
1、实验探究:
实验一 实验二 实验三
①实验一:
将两根碳棒分别插进装有CuCl2溶液的U型管两端,浸入1分钟后,观察现象。
实验二:
用导线连接两根碳棒后,并接上电流计,再分别插进装有CuCl2溶液的U型管的两端,观察电流计指针是否偏转和两极的变化。
实验三:
在装有CuCl2溶液的U型管两端,插入两根碳棒作电极,并接上电流计,接通12V的直流电源,把湿润淀粉碘化钾试纸放在与直流电源正极相连的电极附近后,观察U型管内两极、溶液颜色、试纸颜色的变化和电流计指针是否偏转。
②实验现象及分析:
实验一、二都无现象,实验三中与电源的负极相连的碳棒上有一层红色的固体析出,说明有铜生成;与电源的正极相连的碳棒上有气泡产生,并有刺激性气味,使湿润的淀粉碘化钾试纸变成了蓝色,说明有氯气生成;电流计指针发生偏转,说明电解质溶液导电;溶液的颜色逐渐变浅,说明Cu2+的浓度逐渐减小。
③实验注意事项:
实验完毕后,把沾有浓NaOH溶液的棉花塞在U型管两端,吸收有害气体。
小结:
通过以上三个实验,得出结论:
CuCl2溶液通电时发生了化学变化,生成了Cu和Cl2,电流的作用是这种化学变化的直接原因和动力。
2、电解池:
①电解池的定义:
借助于电流在两极发生氧化还原反应的装置,叫电解池或电解槽。
电解池就是一种把电能转化为化学能的装置。
②电解池的电极名称:
电解池的两极由电极与电源正、负极的连接情况直接判断。
阴极:
与电源的负极相连的电极;吸引溶液中的阳离子、得电子、还原反应。
阳极:
与电源的正极相连的电极,吸引溶液中的阴离子、失电子、氧化反应。
说明:
阳极有惰性电极和活性电极之分,隋性电极只导电,不参与氧化还原反应(C、Pt、Au);活性电极既导电又参与氧化还原反应(Cu、Ag等)。
③电解池的组成:
直流电源、电极、电解质溶液或熔融的电解质,用导线连接成闭合电路。
④电解池的工作原理:
在外加直流电源的作用下,使电解质溶液中的离子在阴阳两极引起氧化还原反应的过程,称为电解。
电解质导电的过程就是电解。
电子从电源的负极流向电解池的阴极,溶液中的离子分别向两极做定向移动,阴极吸引溶液中的阳离子Cu2+、H+,Cu2+在阴极上得电子还原为铜;阳极吸引溶液中的阴离子Cl-、OH-,Cl-在阳极上失电子氧化为氯原子,氯原子结合成氯分子,失去的电子沿导线流回电源正极,从而构成闭合回路。
这就是电解原理。
通电时,阴离子移向阳极,在阳极上失去电子发生氧化反应。
阳离子移向阴极,在阴极得到电子发生还原反应。
通电前:
CuCl2==Cu2++2Cl- H2O
H++OH- (电离) 做无规则运动
通电后:
与电源负极相连的碳棒吸引溶液中的阳离子(Cu2+、H+)Cu2++2e-==Cu(发生还原反应)
与电源正极相连的碳棒吸引溶液中的阴离子(Cl-、OH-)2Cl--2e-==Cl2↑(发生氧化反应)
总反应式:
CuCl2
Cu+Cl2↑
3、离子的放电顺序:
阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电
①电解通电时,电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极,在阴极区氧化性强的微粒先得电子,被还原。
同时,电子又从电解池的阳流出,沿导线流回电源的正极,即在阳极区还原性强的微粒(包括电极)先失电子被氧化。
②阴极:
阳离子在阴极上的放电顺序(得电子)大体可参照金属活动性顺序来推断。
位于金属活动性顺序表后面的金属,其对应的阳离子越易得到电子。
无论活性电极还是惰性电极都不参加反应,参加反应的是溶液中的阳离子。
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
位于前边的氧化性强的微粒优先得到电子。
③阳极:
当电极材料(阳极)为Pt或C时,还原性非常弱,此条件不被氧化,称为惰性电极。
当电极材料(阳极)为Cu等金属(除了Pt和C),还原性强,易失电子,易被氧化,称为活性电极。
若阳极是活泼或较活泼金属时,一般是电极的金属失去电子,而不是电解液中阴离子放电。
若阳极是惰性电极时,阴离子在阳极上的放电顺序(失e-)
S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-(等含氧酸根离子)>F-(SO32-/MnO4->OH-)
位于前边的还原性强的微粒优先失去电子。
说明:
(1)活泼金属离子K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+在溶液中不会得到电子。
(2)F-、SO42-、CO32-、NO3-等在溶液中不会失去电子。
(3)当离子浓度相差较大时,放电顺序要发生改变,当[Zn2+]>>[H+]或[Fe2+]>>[H+]时,Zn2+、Fe2+先得电子而H+后得电子。
(4)石墨和金属铂是惰性电极,不会得失电子。
知识点二:
电解原理的应用
1、电解饱和食盐水:
用一根碳棒作阳极,一根铁棒作阴极,电解饱和食盐水。
溶液中存在的离子有Na+、Cl-、H+、OH-。
根据放电的先后顺序,H+﹥Na+、Cl-﹥OH-,阳极电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑,阴极电极反应式为2H++2e-=H2↑。
总反应式为:
2NaCl+2H2O
H2↑+Cl2↑+2NaOH。
其中H2、NaOH是阴极产物,Cl2是阳极产物。
如电解前向溶液中滴加酚酞,随着电解反应的进行,溶液颜色由无色变为红色,两极极板上都有气体产生。
2、铜的电解精炼:
应用电解原理,进行粗铜的提纯。
①粗铜作阳极,纯铜作阴极,用CuSO4溶液(含铜离子的电解质溶液)作电解液。
②电极反应:
阴极:
Cu2++2e-=Cu 阳极:
Cu-2e-=Cu2+
③比铜活泼的金属杂质——以阳离子形式进入溶液中;比铜不活泼的金属杂质(金银等贵重金属)——形成阳极泥,沉积在阳极底部。
说明:
电解精炼铜过程中CuSO4溶液的浓度基本不变
3、电镀铜:
若把阴极精铜棒换成铁棒,电解过程不变,但不是精炼铜了,而叫电镀铜。
①电镀:
应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。
②电镀材料的选择:
阴极——镀件 阳极——镀层金属 电镀液——含有镀层金属离子的溶液
③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。
④实例:
在铁制品上镀铜:
阳极——铜 阴极——铁制品 电镀液——CuSO4溶液
阴极:
Cu2++2e-=Cu 阳极:
Cu-2e-=Cu2+
注意:
电镀的目的是使金属增强抗腐蚀能力,增加美观和表面硬度,但如果镀层被破坏,会增加金属的腐蚀速率。
4、电冶金:
用来冶炼活泼的金属(适用范围:
活泼金属K~Al)
例:
电解熔融氯化钠:
2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑
阳极:
2Cl--2e-=Cl2↑ 阴极:
2Na++2e-=2Na
冶炼铝(Al2O3):
2Al2O3
4Al+3O2↑
阳极:
6O2--12e-=3O2↑ 阴极:
4Al3++12e-=4Al
注意:
工业上用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝但不能用AlCl3,原因就是AlCl3是共价化合物,熔融状态下不导电。
[规律方法指导]
一、电解与电离的区别:
电 离
电 解
条件
电解质溶于水或受热熔化状态
电解质电离后再通直流电
过程
电解质电离成为自由移动的离子
阴阳离子定向移动,在两极上失得电子成为原子或分子
特点
只产生自由移动的离子
发生氧化还原反应生成了新物质
联系
电解必须建立在电离的基础上
二、溶液导电与金属导电的区别:
从做定向移动的微粒和是否发生化学变化两个角度比较:
①金属导电是自由电子的定向移动,电解质溶液导电是阴、阳离子的定向移动;
②金属导电是物理变化,电解质溶液导电是非自发的化学变化;
③温度越高,金属导电性越弱、电解质溶液导电性越强;
④电解质溶液电解的过程就是电解质溶液导电的过程,电解质溶液导电的同时必定发生非自发的氧化还原反应。
三、原电池与电解池的比较及判断
原电池
电解池
能量转换
化学能转化为电能
电能转化为化学能
离子的迁移方向
阴离子向负极迁移
阳离子向正极迁移
阴离子向阳极迁移
阳离子向阴极迁移
发生氧化反应的电极
负极
阳极(连接电源正极)
发生还原反应的电极
正极
阴极(连接电源负极)
相同点(从原理分析)
都是氧化还原反应
池型的判断:
有外接电源是电解池,无外接电源是原电池;多池组合时,一般含活泼金属的池为原电池,其余都是在原电池带动下的电解池。
电极的判断:
原电池看电极材料,电解池看电源的正负极连接顺序。
四、电解池电极反应规律(阳氧阴还)
①阴极:
得电子,还原反应。
电极本身不参加反应,一定是电解质溶液中阳离子“争”得电子
②阳极:
失电子,氧化反应。
若为金属(非惰性)电极,电极失电子;若为惰性电极,电解质溶液中阴离子“争”失电子
五、电解规律:
根据离子的放电顺序,采用惰性电极电解酸碱盐的水溶液时的规律。
1、电解水型:
电解某些含氧酸、强碱及活泼金属的含氧酸盐的水溶液时,实质是电解水。
例:
H2SO4、HNO3、KOH、NaOH、Na2SO4、KNO3、Na2CO3等物质的水溶液。
电解完后加水可使溶液恢复原样。
2H2O
2H2↑+O2↑
说明:
电解水时加硫酸或氢氧化钠增强导电性,不影响水的电解。
电解硫酸和氢氧化钠时因为氧气溶解度大于氢气,H2和O2之比大于2
2、电解溶质型:
电解不活泼金属无氧酸盐、无氧酸的水溶液时,实质是电解电解质本身。
电解完后加入溶质可使溶液恢复原样。
例:
2HCl
H2↑+Cl2↑ CuCl2
Cu+Cl2↑
3、放氧生酸型:
电解不活泼金属的含氧酸盐的水溶液时,阳极产生氧气,同时生成H+,阴极析出不活泼金属,电解质和水都参加反应。
例:
CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2等物质的水溶液。
2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4 电解完后加入CuO或CuCO3可使溶液恢复原样。
4、放氢生碱型:
电解活泼金属(K、Ca、Na)的无氧酸盐的水溶液时,阴极产生氢气,阳极析出非金属单质,电解质和水都参加反应。
例:
NaCl、KBr、BaCl2等物质的水溶液。
2NaCl+2H2O
H2↑+Cl2↑+2NaOH 电解完后加入HCl可使溶液恢复原样。
六、电极反应式的书写
①分析溶液中存在的所有离子(包括水的电离)、并分成阳离子组和阴离子组。
②根据放电规律,阳离子在阴极发生还原反应,而阴离子在阳极发生氧化反应,完成电极反应式。
(注意得失电子守恒)
③由阴阳两电极反应式,合并得总反应式。
若已知一个电极反应式,可用总式减去已知的电极反应式,得另一电极反应式。
注意:
弱电解质必须保持分子形式。
[经典例题透析]
类型一:
电解原理、电极的判断
题1、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极板有无色无臭气体放出,符合a极板b极板x电极z溶液的是( )
A、锌石墨负极CuSO4
B、石墨石墨负极NaOH
C、银铁正极AgNO3
D、铜石墨负极CuCl2
思路点拨:
考查电极的判断的知识,灵活运用题目所给信息。
解析:
根据两电极质量的变化可判断出阴阳极。
质量增加的一定是阴极。
a极质量增加,a为阴极,即x极为负极,且电解液需有不活泼金属的阳离子,所以只能从A、D中选。
在b极板上有无色无臭气体放出,D不符合(放出Cl2),所以只有A正确。
【答案】A
总结升华:
在电解池中,阴极:
得电子,发生还原反应,电极本身不参加反应,一定是电解质溶液中阳离子“争”得电子;阳极:
失电子,氧化反应,若为金属(非惰性)电极,电极失电子,若为惰性电极,电解质溶液中阴离子“争”失电子。
举一反三:
【变式1】某电解池内盛有Cu(NO3)2溶液,插入两根电极,接通直流电源后,欲达到如下要求:
(1)阳极质量不变;
(2)阴极质量增加;(3)电解液pH减小,则应选用的电极是( )
A、阴极两极都用石墨 B、铜作阳极铁作阴极
C、铁作阳极铜作阴极 D、铂作阳极铜作阴极
解析:
根据题目要求:
阳极选择惰性电极、溶液中有不活泼金属的阳离子,电解实质是放氧生酸。
【答案】AD
【变式2】用石墨作电极,电解1mol/L下列物质的溶液,溶液的pH保持不变的是( )
A、HCl B、NaOH C、Na2SO4 D、NaCl
【答案】C 考查电解的实质
类型二:
电解后溶液浓度的变化
题2、用惰性电极电解下列溶液,电解一段时间后,阴极质量增加,电解液的pH下降的是( )
A、CuCl2 B、AgNO3 C、BaCl2 D、H2SO4
思路点拨:
考查电解的实质。
解析:
A项为电解溶质,B项为放氧生酸,C项为放氢生碱,D项为电解水。
【答案】B
总结升华:
做题的思路:
明确溶液中存在那些离子;阴阳两极附近有那些离子;根据阳极氧化、阴极还原分析得出产物。
根据原溶液的酸、碱性和电极产物可对电解后溶液的pH的变化作出正确的判断。
若电极产物只有H2而无O2,则pH变大;若电极产物只有O2而无H2,则pH变小;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。
举一反三:
【变式3】常温时,将500mLpH=5的CuSO4溶液用石墨电极电解一段时间,测得溶液的pH变为2,若使溶液的浓度、pH与电解前相同,可采用的方法( )。
A、向溶液中加入0.245gCu(OH)2 B、向溶液中加0.31gCuSO4
C、向溶液中加0.0025molH2SO4并加热 D、向溶液中加0.2gCuO
【答案】D
类型三:
有关电解的计算
题3、在25℃时,将2个铜电极插入到一定的Na2SO4饱和溶液中,通直流电电解并不断搅拌,当阴极上收集到amol的气体的同时,溶液中析出了bmol的结晶水合物Na2SO4·10H2O,若保持温度不变,则所剩溶液中溶质的质量分数是( )
A、71b/18a B、71b/36a C、71b/(161b+18a) D、71b/(161b+9a)
思路点拨:
准确分析阴阳极分别发生的反应,注意阳极是活性电极。
解析:
电解发生的电极反应:
阳极为Cu-2e-=Cu2+,阴极为2H++2e-=H2↑,电解时总的化学反应方程式为:
Cu+2H2O
Cu(OH)2+H2↑,阴极逸出amolH2,水被电解了2amol,根据溶解度知识,求出答案。
【答案】C
总结升华:
做题的关键:
一定要分析清楚电极的材料、各电极的反应。
如果将题中的铜电极换作惰性电极,只改一个字,其电解的总方程式即为:
2H2O
2H2↑+O2↑,阴极逸出amolH2,水被电解了amol,答案就成了D。
所以提高审题的准确性是很必要。
有关电解的计算:
通常是求电解后某产物的质量、物质的量、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。
运用电子守恒原理解答。
举一反三:
【变式4】将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解,通电一定时间后,某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出,且不考虑水解和溶液体积变化)。
此时,溶液中H+浓度约为( )
A、4×10-3mol/L B、2×10-3mol/L C、1×10-3mol/L D、1×10-7mol/L
【答案】A 解析:
2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4根据方程式计算。
【变式5】当用两铂电极电解100g10%CuSO4溶液一段时间后,在阳极析出0.16g物质时,CuSO4溶液的质量分数为( )
A、8.41% B、8.36% C、8.73% D、9.62%
【答案】A
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高中化学 电解池