第四章第三节电解池学案.docx

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第四章第三节电解池学案

选修四第四章第3节电解池

第一课时电解原理

课前预习学案

一、预习目标

预习实验“电解池原理”，初步把握实验原理、目的要求、材料用具和方法步骤。

二、预习内容

“电解池原理”实验

1．实验原理：

2．材料用具

实验仪器：

小烧杯、玻璃棒、碳棒、导线、电流表、电源、改进的塑料制电解槽；

实验药品：

CuCl2溶液、淀粉碘化钾试纸、NaOH溶液、CuSO4溶液、片、片。

3．实验步骤：

⑴；

⑵；

⑶

4．观察和记录：

三、提出疑惑

同学们，通过你的自主学习，你还有哪些疑惑，请把它填在下面的表格中

疑惑点

疑惑内容

课内探究学案

一、学习目标

1．知道电解的基本原理，会判断一般电解反应产物；

2．能说出电解、电解池及形成条件；

3．正确使用实验器材，完成“电解池原理”实验操作。

学习重难点：

知道电解的基本原理，会判断一般电解反应产物。

二、学习过程

（一）电解原理

1、试验探究

如图所示：

与电源正极相连的电极叫极，

与电源负极相连的电极叫极。

若烧杯中的液体为CuCl2溶液，合上电源开关，

能否看到小灯泡发光？

。

给CuCl2溶液通电时现象：

阴极上，

经检验该物质是。

阳极上：

，

经检验该物质是。

两支电极上发生的反应为：

阳极：

。

反应类型：

反应。

阴极：

。

反应类型：

反应。

总反应式：

。

过程分析：

CuCl2溶液能导电是因为存在，通电后这些自由移动的离子，在电场作用下作移动，根据相互吸引的原理，带负电的氯离子向极移动，在阳极，氯离子失去电子被为氯原子，并两两结合成氯分子，从阳极放出，带正电的铜离子向极移动，在阴极铜离子获得电子被成铜原子，覆盖在阴极上。

2、电解：

使电流通过溶液而在阴、阳两极引起的过程。

所用电流一般为直流电还是交流电较好？

！

该过程中能转化为能！

这是一个物理过程还是一个化学过程？

过程！

显然：

电解质溶液的导电过程就是的过程。

3、电解池：

将能转化为能的装置。

构成电解池的条件：

①②

③④

判断下列装置是否属于电解池：

4、原电池与电解池的比较

装置类别

原电池

电解池

举例（图）

电极名称

反应类型

能量转变

反应是否自发进行

在CuCl2的电解池装置中，电子流动方向从电源的极沿着导线到达极，从极沿着导线回到电源的极。

在溶液中电子有没有从阴极直接到达阳极呢？

。

溶液中的在电场作用下到达阴极，得到从电源负极流出的电子；溶液中的在电场作用下到达阳极，失去了电子流向电源的正极。

就是说：

在电解质溶液中依靠的定向移动而形成闭合回路的。

对CuCl2溶液而言，溶液中是否只有Cu2+和Cl－两种离子呢？

。

水电离出少量的H＋和OH－－在电场作用下是否也要做定向移动呢？

。

通电时，溶液中的

两种离子都要向阴极移动，都要向阳极移动。

5、放电顺序

阴极上：

由于阴极上要电子，不管阴极材料是金属还是石墨，此时都不能得电子，因此只能是溶液中的得电子。

阳离子氧化性越强就越得电子。

因此阴极上氧化性强的离子得电子。

金属越不活泼，对应阳离子氧化性越，越得电子。

由此根据金属活动顺序表，分析下列离子得电子能力的强弱：

金属活动顺序表

Ag+Cu2+H+（酸）Pb2+Fe2+Zn2+H+（水）Al3＋…

严格讲：

离子的放电能力与其浓度也有一定的关系，如酸溶液中：

c[H+（酸）]>c[H+（水）]，因而放电能力>。

但在中学范围内一般不考虑上述金属离子浓度对其放电能力的影响。

、、、、、等活泼金属阳离子在水溶液中电解时不得电子。

小结：

质量增加，或有氢气产生的电极一定是极。

阳极上：

电解池中阳极上要电子，而与溶液中的都可失电子，因此阳极上的电极反应与有关。

由于一般的比阴离子更容易失去电子，因此如果用一般的金属材料做阳极，电解时阳极上是失去电子。

而阳极如果用石墨或金属铂（Pt）等难失电子的物质做惰性电极时，则是溶液中失去电子。

阴离子还原性越强就越失去电子。

根据非金属性的强弱，分析下列离子失电子能力的强弱：

S2－I－Br－Cl－OH－（水或碱）最高价含氧酸根离子F－。

从CuCl2溶液的电解产物可知：

的失电子能力比强。

而氟原子的得电子能力很，因而F－失电子能力最。

研究表明：

OH－的失电子能力比最高价含氧酸根离子强：

4OH－－4e－＝O2↑＋2H2O

、等阴离子在水溶液中电解时不失电子。

注意：

放电顺序这个考点不难，但要细心，极易出错。

要能根据放电顺序判断阴、阳极产物，如果是惰性电极则直接考虑溶液中离子的放电顺序。

如果阳极是较活泼金属，那一定要能想起：

一般的比阴离子更容易失去电子，因此如果用一般的金属材料做阳极，电解时阳极上是失去电子。

（二）电极方程式的书写

①标出电极名称—阴极或阳极

②写出电极方程式：

阳极：

；反应类型：

反应。

阴极：

；反应类型：

反应。

阴、阳两极中得、失电子的总数要，每一极上都要满足和守恒，总方程式可根据阴、阳两极的物质变化写出。

（三）当堂练习：

用惰性电极电解下列电解质溶液，请你分析下列问题（注意得失电子的顺序）

1、CuCl2阴极：

阳极

总方程式：

电解质浓度，pH

电解对象：

，要把电解质溶液复原，加。

2、NaCl阴极：

阳极

总方程式：

电解质浓度，pH

电解对象：

，要把电解质溶液复原，加。

3、CuSO4阴极：

阳极

总方程式：

电解质浓度，pH

电解对象：

，要把电解质溶液复原，加。

4、NaOH:

阴极：

阳极

总方程式：

电解质浓度，pH

5、H2SO4:

阴极：

阳极

总方程式：

电解质浓度，pH

课后练习与提高

1.用惰性电极实现电解，下列说法正确的是

A．电解氢氧化钠稀溶液，溶液浓度增大pH变小

B．电解氯化钠溶液，溶液浓度减小pH不变

C．电解硝酸银溶液，要消耗OH－-溶液pH变小

D．电解稀硫酸，实质是电解水，溶液pH不变

2.右图中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

Z溶液

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

3.在一盛有饱和Na2CO3溶液的烧杯中插入惰性电极，保持温度不变，通电一段时间后：

A.溶液的PH值增大；B.Na+和CO32-的浓度减小；

C.溶液的浓度增大；D.溶液的浓度不变，有晶体析出；

4.用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一种物质（括号内），溶液能与原来溶液完全一样的是：

A.CuCl2（CuO）；B.NaOH（NaOH）；

C.NaCl（HCl）；D.CuSO4[Cu（OH）2]

5.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.CuSO4；B.AgNO3；C.BaCl2；D.H2SO4；

6.在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是：

A.原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应；

B.原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应；

C.原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应；

D.原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应；

7.用惰性电极实现电解，下列说法正确的是

A．电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变

B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH-，故溶液pH减小

C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2

D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1

8.用惰性电极电解一定量的CuSO4稀溶液，下列说法中正确的是

A．阳极发生的电极反应为：

Cu2++2e－=Cu

B．阴极发生的电极反应为；4OH－=2H2O+O2↑+4e―

C．若有6.4g金属Cu析出，放出的O2一定为0.05mol

D．电解完成后，加入一定量的Cu（OH）2，溶液可能恢复到原来的浓度

9.将分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比是

A．1∶2∶3B.3∶2∶1C.6∶3∶1D.6∶3∶2

第二课时电解的应用

课前预习学案

一、预习目标

预习铜的电解精炼和电镀铜的原理以及氯碱工业反应原理

二、预习内容

1、氯碱工业：

电解制、和。

电极反应方程式：

阳极：

阴极：

总方程式

该电解池中阳极用电极（金属、惰性）

2、电镀：

电镀时，通常把作阴极，把作阳极，

用含有作电镀液。

3、铜的精炼

电解时，通常把作阴极，把作阳极，

用含有作电镀液。

粗铜中的多数杂质沉积在电解槽底部，形成

4、电冶金

对于、、、这样活泼的金属，工业上用电解法冶炼。

工业上用电解的方法制取金属钠，方程式

工业上用电解的方法制取金属镁，方程式

工业上用电解的方法制取金属铝，方程式

三、提出疑惑

同学们，通过你的自主学习，你还有哪些疑惑，请把它填在下面的表格中

疑惑点

疑惑内容

课内探究学案

一、学习目标

1．知道铜的电解精炼和电镀铜的原理，

2．知道氯碱工业反应原理；

3．能正确书写电极反应式和电解的总化学方程式。

学习重难点：

知道氯碱工业反应原理。

二、学习过程

1.电解食盐水

【思考】

（1）通电前，饱和食盐水中存在哪些离子?

这些离子的运动情况怎样？

（2）在电解装置中可否选用铜作阴、阳极的电极材料，为什么？

（3）通电后，溶液中的离子运动发生了什么变化？

（4）通电后，溶液中的在阴、阳放电的是什么离子？

（5）电解后，在阴极区和阳极区分别得到的产物是什么？

怎样初步检验两极产物的生成?

【知识总结】电解食盐水

阳极：

阴极：

总式：

电解饱和食盐水可以制造。

阅读教材，回答离子交换膜法制烧碱的有关知识

【小结】氯碱工业:

离子交换膜法制烧碱

2.铜的电解精炼

一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、金等），这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线，就会大大降低电线的导电能力。

因此必须利用电解的方法精炼粗铜。

粗铜含杂质（等）

极

极

阳极：

Zn

Fe

Ni

Cu

Ag

Au

阴极:

思考：

电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？

3.电镀

原理：

电镀是利用原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程，它是电解原理的又一重要应用。

电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力。

例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。

防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、铜、铬、镍等。

①电极：

阳极——金属或惰性电极

阴极——金属制品

②电镀液：

含有金属离子的电解质溶液。

溶液中CuSO4的浓度保持或

4、电冶金

制取金属钠←电解熔融状态的氯化钠。

阳极：

阴极：

总反应：

冶炼铝

原理:

阳极：

阴极：

总式：

助熔剂：

冰晶石（Na3AlF6六氟合铝酸钠）需要定期补充

【思考】工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3?

【思考与交流】试比较电解饱和食盐水与电解熔融氯化钠的异同

（提示:

比较电解质、电解装置、电极反应、电解产物）

电解饱和食盐水

电解熔融氯化钠

电解质

电解装置

电极反应

电解产物

【小结】

1.电源、电极、电极反应关系

课后练习与提高

1、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、CuSO4；B、AgNO3；C、BaCl2；D、H2SO4；

2、两串联电解池，左边放硫酸铜，右边放一定量的某硝酸盐溶液，电解时当左池有1.6gCu析出时，右池析出0.45g固体，则右池溶质为：

A、AgNO3；B、NaNO3；C、Mg（NO3）2；D、Al（NO3）3；

3、用惰性电极实现电解，下列说法正确的是：

A、电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变；

B、电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小；

C、电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:

2；

D、电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:

1；

4、右图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。

则下列有关的判断正确的是

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；

5、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，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

6、从H+、Na+、Cu2+、Ba2+、Cl-、SO42-离子中，选出恰当的离子组成一种电解质，将电解质溶液按下列要求进行电解（均是惰性电极）：

（1）电解时电解质含量减小，水量不变，则所采用的电解质是；

（2）电解时电解质的质量保持不变，水量减小，则所采用的电解质是；

（3）电解时电解质和水的质量都发生变化，则所采用的电解质是；

7、工业上处理含Cr2O72－的酸性工业废水用以下方法：

①往工业废水中加入适量的NaCl，搅拌均匀；②用Fe为电极进行电解，经过一段时间有Cr（OH）3和Fe（OH）3沉淀产生；③过滤回收沉淀，废水达到排放标准。

试回答：

（1）电解时的电极反应：

阳极：

阴极：

（2）写出Cr2O72－转变成Cr3+的离子反应方程式：

；

（3）电解过程中Cr（OH）3、Fe（OH）3沉淀是怎样产生的？

；

；

参考答案：

1、AB；2、A；3、D；4、C；5.B

6、

（1）HCl，CuCl2；

（2）H2SO4，Na2SO4；（3）NaCl，BaCl2；

课时达标（二十）　电解池

一、选择题

1．（2016·山东六市）分别放置在以下装置（都盛有0.1mol/LH2SO4）中的四个相同的纯锌片，腐蚀最快的是（　　）

2．（2015·福建卷）某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料（C3H8O）。

下列说法正确的是（　　）

A．该装置将化学能转化为光能和电能

B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移

C．每生成1molO2，有44gCO2被还原

D．a电极的反应为：

3CO2＋16H＋－18e－===C3H8O＋4H2O

3．（2013·北京卷）用石墨电极电解CuCl2溶液（见右图）。

下列分析正确的是（　　）

A．a端是直流电源的负极

B．通电使CuCl2发生电离

C．阳极上发生的反应：

Cu2＋＋2e－===Cu

D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体

4．（2016·河南八市）如图是利用一种微生物将废水中的有机物（假设是淀粉）的化学能直接转化为电能，并利用此电能在铁上镀铜，下列说法中正确的是（　　）

A．质子透过离子交换膜由右向左移动

B．铜电极应与X相连接

C．M电极反应式：

（C6H10O5）n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋

D．当N电极消耗0.25mol气体时，则铁电极增重16g

5.（2014·上海卷）如右图所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U型管中。

下列分析正确的是（　　）

A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋＋2e－→H2↑

B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高

C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法

D．K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001mol气体

6．（2015·黄冈调考）下列叙述不正确的是（　　）

A．用惰性电极电解硫酸铜溶液一段时间后（阴极无气体放出）。

可加入CuO使溶液复原

B．如图：

若X为铜棒，开关K置于A或B处均可加快铁的腐蚀

C．在总反应为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2的原电池中，正极材料为石墨，稀硝酸或稀盐酸均可以用作电解质溶液

D．将反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O设计成原电池，则正极电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O

7．（2015·武汉新起点）双隔膜电解池的结构示意简图如右图所示，利用该装置电解硫酸钠溶液可以制取硫酸和氢氧化钠，并得到氢气和氧气。

对该装置及其原理判断正确的是（　　）

A．a气体为氢气，b气体为氧气

B．A溶液为氢氧化钠，B溶液为硫酸

C．c隔膜为阳离子交换膜、d隔膜为阴离子交换膜，通过阳离子交换膜的离子总数和通过阴离子交换膜的离子总数相等

D．电解反应总方程式为：

2Na2SO4＋6H2O

2H2SO4＋4NaOH＋O2↑＋2H2↑

8．（2015·湖北八校）高铁酸盐在能源、环境保护等有着广泛的用途，可以用电解法制高铁酸盐（已知高铁酸盐在酸性条件下不稳定），总反应式为：

Fe＋2H2O＋2OH－

3H2↑＋FeO

。

下列说法正确的是（　　）

A．铁为阳极，H2SO4为电解液

B．阴极发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

C．阳极附近溶液pH变大

D．铁失去3mol电子可以在阴极得到33.6L氢气

9．某兴趣小组设计如下微型实验装置。

实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表指针偏转，下列有关描述正确的是（　　）

A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：

2H＋＋2Cl－

Cl2↑＋H2↑

B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红

C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应为：

Cl2＋2e－===2Cl－

D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极

10．（2016·江西红色七校）500mLKNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中c（NO

）＝0.6mol·L－1，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2.24L气体（标准状况下），假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是（　　）

A．原混合溶液中c（K＋）为0.2mol·L－1

B．上述电解过程中共转移0.2mol电子

C．电解得到的Cu的物质的量为0.05mol

D．电解后溶液中c（H＋）为0.2mol·L－1

二、非选择题

11．

（1）（2015·山东卷）利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。

LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。

利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。

B极区电解液为________溶液（填化学式），阳极电极反应式为________________，电解过程中Li＋向________电极迁移（填“A”或“B”）。

（2）（2015·广东卷）电解制备Al（OH）3时，电极分别为Al片和石墨，电解总反应方程。

（3）用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示（电极材料为石墨）。

图中a极要连接电源的（填“正”或“负”）________极，C口流出的物质是__________。

SO

放电的电极反应式为_________________________________________________________________________________________________________________________________________。

12．（2016·鄂东南联盟）电解原理在化学工业中有广泛应用．如图表示一个电解池，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

①电解池中阴极上的电极反应式为：

________________，在X极附近观察到的现象是溶液呈________。

②阳极上的电极反应式为____________，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

①X电极的材料是纯铜，电极反应是____________。

②Y电极的材料是粗铜，电极反应式是________。

（说明：

杂质发生的电极反应不必写出）　

（3）如果要在铁上银镀，则Y极物质为________。

13．

（1）（2014·四川卷）MnO2可作超级电容器材料。

用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2，其阳极的电极反应式是______________________________________________。

（2）（2013·山东卷）下图为电解精炼银的示意图，______（填a或b）极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为________________。

（3）氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点，其中电解法是一种重要方法，其原理是电解尿素[CO（NH2）2]的碱性溶液，制氢的装置示意图如下（电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）。

电解时，阳极的电极反应式为。

14．（2016·东北三校）某小组同学设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾。

（1）X极与电源的________（填“正”或“负”）极相连，氢气从________（填“A”、“B”、“C”或“D”）口导出。

（2）离子交换膜只允许一类离子通过，则M为________（填“阴离子”或“阳离子”，下同）交换膜，N为________交换膜。

（3）若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池（石墨为电极），则电池负极的反应式为。

（4）若在标准状况下，制得11.2L氢气，则生成硫酸的质量是________，转移的电子数为____________。

1．解析：

A项中Zn为化学腐蚀；B项中Mg比Zn活泼，Mg作负极腐蚀，保护了Zn；C项中Zn比Sn活泼，Zn作负极腐蚀；D项中Zn作阴极被保护。

所以，C装置中Zn腐蚀最快。

答案：

C

2．解析：