高二秋季同步课程第18课电解池2教案.docx

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高二秋季同步课程第18课电解池2教案

电解池2

适用学科

高中化学

适用年级

高中二年级

适用区域

全国（人教版）

课时时长（分钟）

120

知识点

1.了解氯碱工业，电镀，冶金的原理。

2.掌握电解原理及其应用。

3.了解金属发生腐蚀的原因及现代防护措施。

4.了解金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的区别与联系。

5.掌握金属发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电化学原理。

教学目标

知识与技能：

1．了解氯碱工业，电镀，冶金的原理。

2.掌握金属发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电化学原理。

过程与方法：

利用惰性电极电解氯化铜的实验，探究电解原理，了解电解的应用，特别是电解在电镀、电解精炼、电冶炼等方面的应用。

情感态度与价值观：

学会在思考分析过程中相互讨论，相互启发，体会到合作交流的重要性。

通过电解在生产、生活中的应用实例，感受化学学科的应用价值。

教学重点

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电解的一般规律。

.掌握金属发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电化学原理。

教学难点

理解电解原理，惰性电极作阳极对电解产物的判断。

掌握金属发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电化学原理。

教学过程

一、复习预习

电能转化为化学能的一中重要方法就是电解，下面我们就来学习电解。

首先我们来以电解饱和食盐水了解一下电解的原理及其应用。

二、知识讲解

考点1：

电解原理的应用

1．氯碱工业：

电解饱和食盐水，制取烧碱、氯气和氢气。

电极的反应式（并注明反应类型）

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑（氧化反应）

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑（还原反应）

总反应式：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋Cl2↑＋H2↑

其中阴极反应中的H＋是由水电离产生的。

2．电镀

（1）电镀是应用电解的原理在金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。

（2）电镀

在电镀过程中，电镀液的浓度不变。

3．电解精炼（如电解精炼铜，杂质为铁、锌、金、银）

（1）粗铜作阳极，电极反应Cu－2e－===Cu2＋；

精铜作阴极，电极反应Cu2＋＋2e－===Cu；

电解质溶液CuSO4溶液。

（2）活泼性较强的铁、锌以离子形式进入溶液，活泼性较差的金、银形成阳极泥。

4．电冶金制取金属

Na、Ca、Mg、Al等活泼金属，很难用还原剂从它们的化合物中还原得到单质，因此必须通过电解熔融的化合物的方法得到。

如电解熔融的氯化钠可以得到金属钠：

阴极：

2Na＋＋2e－===2Na，阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑，

总反应式：

2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑。

考点2：

　金属的电化学腐蚀与防护

一、金属的腐蚀

金属腐蚀是金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。

金属腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类。

1．化学腐蚀

金属跟接触到的干燥气体或非电解质液体（如石油）等直接发生化学反应而引起的腐蚀，这种腐蚀的速率随着温度的升高而加快。

2．电化学腐蚀

不纯的金属接触电解质溶液时，会发生原电池反应，较活泼的金属失去电子而被氧化所引起的腐蚀。

二、电化学腐蚀的分类

以铁的腐蚀为例

吸氧腐蚀

析氢腐蚀

条件

水膜呈弱酸性或中性

水膜呈较强酸性

正极反应式

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

2H＋＋2e－===H2↑

负极反应式

2Fe－4e－===2Fe2＋

Fe－2e－===Fe2＋

总反应式

2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2

Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

三、金属的防护

1．电化学保护法

（1）牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理

在被保护的钢铁设备上装上若干活泼金属如镁合金或锌块，作原电池的负极（阳极）；让被保护的金属作原电池的正极（阴极）。

（2）外加电流的阴极保护法

用被保护的金属作阴极，用惰性电极作阳极，外接直流电源。

2．其他方法

（1）改变金属内部结构，如制成防腐的合金；

（2）加涂保护层，如喷油漆、涂油脂。

三、例题精析

【例题1】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，设计了如图所示的装置，以下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NaClB．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl

C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaClD．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl

【答案】B

【解析】电解饱和食盐水的方程式为2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，NaOH在阴极区生成，Cl2在阳极区生成。

按照该学生制作的竖直的家用环保型消毒装置，若将阳极置于上方，则氯气一生成即逸出，不能完全与NaOH反应。

显然，应将阳极置于下方，阴极置于上方，下方阳极生成的氯气通过溶液时即可很好地被阴极生成的NaOH吸收。

反应为Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。

还应注意的是图中电极a、b是电源的电极而非电解池的电极。

与电解装置上方阴极相连的a为电源的负极，则b为正极。

【例题2】在铁制品上镀上一层锌层，以下电镀方案中合理的是（　　）

A．锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Fe2＋

B．锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Zn2＋

C．锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Fe3＋

D．锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Zn2＋

【答案】D

【解析】要在铁制品上镀锌，应该用锌作阳极，铁制品作阴极，含有Zn2＋的溶液作电镀液，所以D项正确。

【例题3】有三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一定时间，测得电极增重总和2.8g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为（　　）　　　　　　　　　　　　　　　　

A．4∶1B．1∶1C．4∶3D．3∶4

【答案】C

【解析】串联电路中，相同时间内各电极得或失的电子的物质的量相同，各电极上放出气体的物质的量之比为定值。

不必注意电极增重是多少，只要判断出生成何种气体及生成该气体一定物质的量所得失电子的物质的量，就可以通过得失电子守恒，判断气体体积之比，第一个烧杯中放出Cl2，第二个烧杯中放出Cl2和H2，第三个烧杯中放出O2。

在有1mol电子转移时，生成的气体的物质的量分别是0.5mol、0.5mol、0.5mol和0.25mol。

所以共放出有色气体（Cl2）0.5mol＋0.5mol＝1mol，无色气体（O2和H2）0.5mol＋0.25mol＝0.75mol。

四、课堂运用

【基础】

1.金属镍有广泛的用途。

粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（已知：

氧化性Fe2＋

A．阳极发生还原反应，其电极反应式：

Ni2＋＋2e－===Ni

B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等

C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋

D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt

【答案】D

【解析】此题考查的是电解的基本原理。

在电解池中，阳极失去电子，化合价升高，发生氧化反应，而阴极得到电子，化合价降低，发生还原反应。

题目中已经告诉氧化性：

Fe2＋

Zn>Fe>Ni>Cu>Pt（惰性金属不放电），阴极的放电顺序为：

Zn2＋

Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋（主要电极反应）。

B：

由于阳极中Cu和Pt沉于电解槽底部的阳极泥中，而Zn和Fe在阳极放电，在阴极不能放电，因此阳极质量的减少>阴极质量的增加。

C：

溶液中除了Fe2＋和Zn2＋还有Ni2＋、H＋等。

2．把两支惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解。

当电解液的pH从6.0变为3.0时（设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略），电极上应析出银的质量是（　　）

A．27mgB．54mgC．108mgD．216mg

【答案】B

【解析】由电子守恒知，e－～OH－～H＋～Ag，所以n（Ag）＝n（H＋）。

AgNO3溶液电解后产生酸，产生的H＋的物质的量可由pH差来计算：

pH从6.0变为3.0，即

c（H＋）＝10－3mol·L－1－10－6mol·L－1≈10－3mol·L－1。

所以n（Ag）＝n（H＋）＝10－3mol·L－1×0.5L＝5×10－4mol，

m（Ag）＝n（Ag）×M＝5×10－4mol×108g·mol－1＝0.054g，即54mg。

【巩固】

1．电解CuSO4溶液时，若要达到以下三点要求：

①阳极质量减少；②阴极质量增加；③电解液中c（Cu2＋）不变，则可选用的电极是（　　）

A．含Zn、Ag的铜合金作阳极，纯铜作阴极

B．纯铜作阳极，含Zn、Ag的铜合金作阴极

C．用纯铁作阳极，用纯铜作阴极

D．用石墨作阳极，用惰性电极（Pt）作阴极

【答案】B

【解析】根据①，须选择非惰性电极（除石墨、金、铂外的电极）作阳极；根据③，须选择纯铜为阳极，含有Cu2＋的盐溶液（如硫酸铜溶液）作电解液。

至于阴极材料则选择的余地较大，如B选项中用含Zn、Ag的铜合金作阴极，当然也可用纯铜、石墨、铂等作阴极。

2在A、B、C三个烧杯中分别盛有相同浓度的稀硫酸，如图所示：

（1）A中反应的离子方程式为________________________________________________。

（2）B中Sn极的电极反应式为______________________________________________，

Sn极附近溶液的pH________（填“增大”、“减小”或“不变”）。

（1）C中被腐蚀的金属是________，总反应的离子方程式为_______________________，

比较A、B、C中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序是________________。

【答案】

（1）Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

（2）2H＋＋2e－===H2↑　增大

（3）Zn　Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑　B＞A＞C

【解析】铁在不同的情况下被腐蚀的速率不同。

作原电池的负极时易被腐蚀，作原电池的正极时受到保护不被腐蚀。

【拔高】

1．关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是（　　）

A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠

B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色

C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色

D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性

【答案】B

【解析】电解食盐水时发生的反应：

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

总反应式：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

对照分析选项，A错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2，滴加KI溶液后发生反应：

Cl2＋2I－===I2＋2Cl－，溶液呈棕色，B正确；阴极附近产生大量的OH－，滴加酚酞后变红色，C错误；电解后生成NaOH，溶液呈碱性，D错误。

2．甲、乙两个容器中，分别加入0.1mol·L－1的NaCl溶液与0.1mol·L－1的AgNO3溶液后，以Pt为电极进行电解时，在A、B、C、D各电极上生成物的物质的量之比为（　　）

A．2∶2∶4∶1B．2∶3∶4∶1C．1∶4∶2∶2D．1∶1∶1∶1

【答案】　A

【解析】此装置相当于两个电解槽串联到一起，在整个电路中电子转移总数相等，首先判断各极的产物，即A极产物H2，B极产物Cl2，C极产物Ag，D极产物O2，若整个电路中有4mol电子转移，有2H2～2Cl2～4Ag～O2～4e－，则A、B、C、D各电极上生成物的物质的量之比为2∶2∶4∶1。

课程小结

1.了解氯碱工业，电镀，冶金的原理。

2.掌握电解原理及其应用。

3.了解金属发生腐蚀的原因及现代防护措施。

4.了解金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的区别与联系。

5.掌握金属发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电化学原理。

课后作业

【基础】

1．下列各种方法中，能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是（　　）

①金属表面涂抹油漆　②改变金属内部结构　③保持金属表面清洁干燥　④金属表面进行电镀　⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜

A．①②③④　　　　　　　B．①③④⑤　

C．①②④⑤D．全部

【答案】D

【解析】金属的腐蚀主要是电化学腐蚀，题目中①③④⑤中的方法都可以起到避免金属和电解质溶液接触形成原电池的目的；②中如在金属中加入某些其他元素改变金属内部结构也可以起到防腐蚀的效果。

2．500mLKNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中c（NO

）＝6.0mol·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22.4L气体（标准状况），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4mol·L－1

B．上述电解过程中共转移4mol电子

C．电解得到的Cu的物质的量为0.5mol

D．电解后溶液中c（H＋）为2mol·L－1

【答案】B

【解析】阴极上分段发生以下两个反应：

Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，当阳极产生22.4L氧气时，转移电子4mol，此时阴极上H＋放电2mol，还有2mol电子转移来自于Cu2＋放电，析出Cu1mol，溶液中c（K＋）＝c（NO

）－2c（Cu2＋）＝6.0mol·L－1－2×

＝2.0mol·L－1，故A、C项错，B项正确；根据电荷守恒，电解后溶液中c（H＋）＝2c（Cu2＋）＝4mol·L－1，D项错。

【巩固】

1．用惰性电极电解M（NO3）x的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生bL氧气（标准状况），从而可知M的相对原子质量为（　　）

A.

B.

C.

D.

【答案】　　C

【解析】根据得失电子守恒列出物质间的对应关系，设M的相对原子质量为Mr。

Mx＋　～xe－　～　

O2

Mrg　　　　　22.4·

L

ag　　　　　　bL

解得Mr＝

＝

。

2．下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是（　　）

A．纯银器的表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗

B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层不能对铁制品起保护作用

C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法

D．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀

【答案】　D

【解析】纯银器的表面在空气中易生成硫化物失去光泽；当镀锡铁制品镀层破损时，由于铁比锡活泼，形成原电池时，铁作原电池的负极，加快铁的腐蚀；锌比铁活泼，当在海轮外壳上连接锌块后，锌失电子而海轮外壳被保护；要采用电解原理保护金属，应将金属与电源的负极相连，即作电解池的阴极。

【拔高】

1．将浓度均为2mol/L的AgNO3和Cu（NO3）2溶液各0.5L混合，以铜为电极进行电解，一段时间后阴极上有1.6g铜析出。

试计算：

（1）这段时间内直流电源共输出多少摩尔电子？

（2）电解后铜离子的浓度为多少？

（忽略溶液体积的变化）。

【答案】　

（1）1.05mol　

（2）1.5mol/L

【解析】

（1）由题意可知：

n（AgNO3）＝1mol，n[Cu（NO3）2]＝1mol，析出铜的物质的量n（Cu）＝0.025mol。

只有Ag完全析出后，Cu才会析出。

由Ag＋＋e－===Ag知，析出Ag电源输出的电子的物质的量为1mol，再由Cu2＋＋2e－===Cu，知析出0.025molCu，电源输出的电子的物质的量为0.05mol，所以电源输出电子的物质的量总和为1mol＋0.05mol＝1.05mol。

（2）因为2Ag＋＋2e－===2Ag　Cu－2e－===Cu2＋，所以析出1molAg，铜电极就有

×1mol＝0.5mol转变为Cu2＋，用Cu电极电解Cu（NO3）2溶液，c（Cu2＋）不变，故c（Cu2＋）＝

＝1.5mol/L。

2.解原理在化学工业中有广泛应用。

如图表示一个电解池，装有不同的电解液；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。

图中B装置中盛有1L2mol·L－1Na2SO4溶液，A装置中盛有1L2mol/LAgNO3溶液。

通电一段时间后，Pt片上有气体生成。

试回答：

（1）电源上X极为________极。

（2）B池中阳极的电极反应式是________。

（3）标准状况时，如果在A中共收集到0.56L气体，则A池中的pH为________。

【答案】

（1）负　

（2）Cu－2e－===Cu2＋　（3）1

【解析】该题考查电解池的原理及有关电极反应的计算。

要求会判断装置的类型，确定阴极和阳极，并进行电极反应计算。

主要考查观察能力、逻辑思维能力等。

（1）解题的切入点是“通电一段时间后，Pt片上有气体生成”，显然是溶液中的氢氧根离子失电子放出的氧气，由此确定Pt片是阳极，依次类推，石墨是阴极，Cu是阳极，Fe是阴极。

所以X是负极，Y是正极。

（2）B池中阳极是Cu，其附近聚集有较多的OH－和SO

，但失电子能力：

Cu＞OH－＞SO

，所以有反应Cu－2e－===Cu2＋。

（3）Pt片上的电极反应式为2OH－－2e－===H2O＋1/2O2↑，可求得：

n（OH－）＝0.1mol，由水电离出的H＋和OH－相等，所以c（H＋）＝0.1mol/L，pH＝1。