1、第2课时 电解原理的应用 课堂互动讲练 探究整合应用 知能优化训练 第2课时 电解原理的应用课前自主学案 课前自主学案 自主学习 电解原理的应用 1电解饱和食盐水(1)电极反应式 阳极：发生_反应，电极反应式为_。阴极：发生_反应，电极反应式为_。(2)总反应式 化学方程式：_。离子方程式：_。氧化2Cl2e=Cl2还原2H2e=H22NaCl2H2O=电解 2NaOHH2Cl22Cl2H2O=电解 Cl2H22OH思考感悟1(1)在用惰性电极电解饱和食盐水时，在两极附近分别加入酚酞试液后有什么现象发生？怎样检验两极的产物？(2)电解饱和食盐水，阴极区呈碱性的原因是什么？【提示】(1)阳极有刺
2、激性气味的气体产生，阴极变红色。用镊子夹一块湿润的碘化钾淀粉试纸，靠近阳极，一会儿，发现试纸变蓝，则说明放出的气体是Cl2。用一干燥的小试管在阴极收集产生的气体，待收集满后，用拇指堵住管口，移到酒精灯火焰旁，松开拇指，若听到“噗”的一声，则说明收集的气体是H2；在两极附近滴入少量的酚酞溶液，若溶液变红，证明有碱性物质生成。(2)阴极区的溶液呈碱性的原因是H2O电离出的H在阴极上得电子而生成H2，破坏了水的电离平衡，促进了水的继续电离，使OH浓度大于H浓度，故在阴极区溶液呈碱性。2电镀(1)定义：电镀是应用_原理在某些金属表面镀上一薄层其他_或_的方法。(2)电镀池的构成电解金属合金(3)电镀目
3、的：使金属增强_能力，增加美观和表面硬度。3电解精炼铜抗腐蚀思考感悟2(1)在某镀件上镀铜时，电镀液中CuSO4的浓度如何变化？电解精炼铜时，电解液中CuSO4的浓度如何变化？(2)电解精炼铜时，CuSO4溶液的浓度发生(1)中变化的原因是什么？【提示】(1)在镀件上镀铜时，阳极：Cu2e=Cu2，阴极：Cu22e=Cu，所以电镀液c(CuSO4)不变；而电解精炼铜时，阴极：Cu22e=Cu，阳极：Cu2e=Cu2(主要)，Zn2e=Zn2，Fe2e=Fe2(杂质失电子)。因此阳极溶解的铜比阴极析出的铜少，故c(CuSO4)减小。(2)由于阳极上溶解的金属为Fe、Zn、Ni、Cu等，而在阴极上
4、只有Cu析出，根据得失电子守恒，溶解的Cu的量小于析出的Cu的量，所以溶液中CuSO4的浓度逐渐减小。4电冶金(1)金属冶炼的本质：使矿石中的_获得电子，从它们的化合物中_出来。如Mnne=M。(2)电冶金：电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些_单质的制取，如冶炼_等活泼金属。金属离子还原活泼金属钠、钙、镁、铝(3)电解熔融的氯化钠阳极反应：_；阴极反应：_；总反应：_。2Cl2e=Cl22Na2e=2Na2NaCl(熔融)=电解 2NaCl2自主休验 1(2011年安徽淮北一中高二期末)我国第五套人民币中的一元硬币材料为钢芯镀镍，依据你所掌握的电镀原理，你认为硬币制作时，钢芯应该作()A
5、正极 B负极C阳极D阴极解析：选D。电镀池中待镀金属应作阴极。2下列叙述中错误的是()A电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应B原电池跟电解池连接后，电子从原电池负极流向电解池阳极C电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应D电解饱和食盐水时，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气解析：选B。电解池中阳极是阴离子或较活泼阳极金属放电失去电子，发生的是氧化反应，阴极是阳离子得到电子发生还原反应，A正确。原电池中电子由负极流出，与原电池负极相连的是电解池的阴极，B错。电镀时阳极为镀层金属，电镀过程中失去电子发生氧化反应，C正确。电解饱和食盐水时，阴极为H得电子产生氢气，同时余下的OH与Na形成氢氧化钠，D正确
6、。3用惰性电极电解 M(NO3)x 的水溶液，当阴极上增重 a g 时，在阳极上同时产生 b L氧气(标准状况)，从而可知 M 的原子量(相对原子质量)为()A.22.4axbB.11.2axbC.5.6axbD.2.5axb解析：选 C。在用惰性电极电解硝酸盐溶液时，两极发生的反应是：阳极 4OH4e=2H2OO2，阴极 Mxxe=M。已知阳极上有 b L 氧气(标准状况)生成，其物质的量为 b22.4 mol，阳极发生电子转移为 4b22.4mol，阴极上也应有相同数目的电子发生转移。则 axArM 4b22.4，解得 Ar(M)5.6axb。课堂互动讲练 原电池、电解池、电镀池三者比较
7、类别 性质 原电池 电解池 电镀池 定义(装置特点)将化学能转变成电能的装置 将电能转变成化学能的装置 应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属的装置 反应特征 自发反应 非自发反应 非自发反应 装置特征 无电源 有电源，两极材料可同可不同 有电源 类别 性质 原电池 电解池 电镀池 形成条件 活动性不同的两极(连接)电解质溶液 形成闭合回路 两电极连接直流电源两电极插入电解质溶液中 形成闭合回路 镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极电镀液必须含有镀层金属的离子 电极名 称(电极构成)负极：较活泼金属(电子流出的极)正极：较不活泼的金属(或能导电的非金属)(电子流入的极)阳极：与电源正极相
8、连的极 阴极：与电源负极相连的极 名称同电解池，但有限制条件 阳极：必须是镀层金属 阴极：镀件 类别 性质 原电池 电解池 电镀池 电极反应 负极：氧化反应，金属失电子 正极：还原反应，溶液中的阳离子得电子或者氧气得电子 阳极：氧化反应，溶液中的阴离子失电子或电极金属失电子 阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子 阳极：金属电极失电子 阴极：电镀液中阳离子得电子 类别 性质 原电池 电解池 电镀池 电子流向 负极正极 电源负极阴极 阳极电源正极(同电解池)溶液中带 电离子的 移动 阳离子向正极移动阴离子向负极移动 阳离子向阴极移动 阴离子向阳极移动(同电解池)特别提醒：无论是原电池还是电解池，无
9、论是一个“池”还是多个任意“池”串联，在电路和电极上单位时间内通过的电量相同。如图所示为相互串联的甲、乙两电解池。试回答：例1(1)若甲池利用电解原理在铁上镀银，则A是_、_(填电极材料和电极名称)，电极反应是_；B(要求同A)是_、_，电极反应式是_，应选用的电解质溶液是_。(2)乙池中若滴入少量酚酞试液，电解一段时间后，铁极附近呈_色，C极附近呈_色。(3)若甲槽阴极增重43.2 g，则乙槽中阳极上放出的气体在标准状况下的体积是_mL，若乙槽中剩余溶液仍为400 mL，则电解后所得NaOH溶液的物质的量浓度为_mol/L，pH等于_。【解析】(1)电解池中，与电源正极相连的是阳极，与电源负
10、极相连的是阴极，所以A是阴极，B是阳极。电解时，通常用待镀制品作阴极，用镀层金属作阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。因此A是铁，B是银，电极反应分别是Age=Ag，Age=Ag。电解质溶液为AgNO3溶液。(2)铁极附近 H放电，OH聚集，一定显碱性，遇酚酞呈红色，C 极附近 Cl放电，显中性，遇酚酞呈无色。(3)甲槽阴极析出银：n(Ag)43.2 g108 g/mol0.4 mol，乙槽中阳极上放出的气体是氯气：n(Cl2)0.2 mol，V(Cl2)0.2 mol22400 mL/mol4480 mL。由 2NaCl2H2O=电解 2NaOHH2Cl2，可知：n(NaOH)0.2 m
11、ol20.4 mol，c(NaOH)0.4 mol0.4 L 1 mol/L，pH14。【答案】(1)铁 阴极 Age=Ag 银 阳极Age=Ag AgNO3溶液(2)红 无(3)4480 1 14变式训练1 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：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_。解析：本题是一道通过电解饱和NaCl溶液实验来考查电极反应式
12、的书写问题。由题意或图形可知，此池为电解池，X极为阴极，Y极为阳极。由于电极为惰性电极，饱和NaCl溶液中存在Na、Cl、H、OH，由于在阴极上H放电能力强于Na，故阴极上发生的电极反应式为：2H2e=H2，因而导致X极附近有气体放出，溶液呈碱性，溶液颜色由无色变为红色；同理由于在阳极上Cl放电能力强于OH，故阳极上发生的电极反应式为：2Cl2e=Cl2。答案：2H2e=H2 放出气体，溶液变红2Cl2e=Cl2 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色电化学计算的基本方法 1根据电子守恒计算 用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相
13、等。2根据总反应式中的计量关系计算 先写出电极反应式，再写出总反应式或直接运用总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。3根据关系式计算利用得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立所需关系式。如4e4Ag2Cu2Cl22H2O24H4OH。特别提醒：(1)要注意电解的阶段性。如Cu2在阴极上被电解完后H又会放电等。(2)串联电解池中阴极、阳极交叉排列，相同时间内各电极转移电子数相等。(2011年北京东城区期末)按如图所示的装置进行电解实验：A极为铜锌合金，B为纯铜，电解质中含有足量的铜离子，通电一段时间后，若A极恰好全部溶解，此时B极质量增加7.68 g，溶液质量增加0.03 g，则A
14、极合金中Cu、Zn原子个数比为()A41 B31 C21D任意比 例2【解析】电解的第一阶段：阳极：Zn2e=Zn2 阴极：Cu22e=Cu 电极总反应式为：ZnCu2=Zn2Cu 1 mol Zn电解时生成1 mol Cu，溶液质量增加65 g64 g1 g。现溶液的质量增加0.03 g，故合金中Zn的物质的 量 为 0.03 mol，生 成 铜 的 质 量 为：0.03mol64 gmol11.92 g。第二阶段，实质上是电镀：因B极质量增加7.68 g，故A极上铜的质量为：768 g1.92 g5.76 g，n(Cu)5.76 g64 gmol10.09 mol，则 n(Cu)n(Zn)
15、0.09 mol0.03 mol31。【答案】B 变式训练2(2011年河北石家庄调研)蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置。有一种蓄电池在充电和放电时发生的反应是：NiO2Fe2H2OFe(OH)2Ni(OH)2。(1)若此蓄电池放电时，该电池某一电极发生还原反应的物质是_(填序号)。ANiO2BFe CFe(OH)2DNi(OH)2(2)假如用此蓄电池分别电解以下两种溶液，工作一段时间后都分别消耗0.36 g水，且电解池的电极均为惰性电极，试回答下列问题。电解M(NO3)x溶液时某一极增加了a g M，则 金 属 M 的 相 对 原 子 质 量 的 计 算 式 为_(用a、x表示)。电解含
16、有0.01 mol CuSO4和0.01 mol NaCl的混合溶液100 mL，阳极产生标准状况气体_L；将电解后溶液加水稀释至1 L，此时溶液的pH_。解析：本题主要考查原电池、电解池的基本原理及电解计算。由蓄电池反应式可以看出，电池消耗 2 mol H2O 时，反应中转移 2 mol 电子，则消耗 0.36 g水时，转移 0.02 mol 电子。Mxxe=M，金属M 的相对原子质量为 ax0.0250 ax。电解含有 0.01 mol CuSO4 和 0.01 mol NaCl 的混合溶液时，阳极先是 Cl放电：2Cl2e=Cl2，生成 0.005 mol Cl2，消耗 0.01 mol
17、 电子；然后是水电离产生的OH放电：4OH4e=2H2OO2，0.01 mol OH放电，消耗0.01 mol电子，生成0.0025 mol O2，所以阳极一共生成0.0075 mol气体，在标准状况下的体积为0.168 L。0.01 mol Cu2在阴极放电：Cu22e=Cu，正好消耗0.02 mol电子，溶液中0.01 mol OH放电后，留下0.01 mol H，c(H)0.01 molL1，pH2。答案：(1)A(2)50ax 0.168 2探究整合应用 电解原理的综合应用 当不同的电解池串联时，必须搞清电源的正、负极和电解池的阴、阳极，同时要分清惰性电极作阳极和活性电极作阳极时电极反
18、应的区别。如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯分别依次盛放了100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。(1)接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4浓度为10.47%，乙中c电极质量增加。据此回答问题：例电源的N端为_极。电极b上发生的电极反应为：_。列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积：_。电极c的质量变化是_g。电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因。甲溶液_。乙溶液_。丙溶液_。(2)如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？请简述其原因：_。【解析】(1)依题意可知，乙装置装有硫酸铜
19、溶液，其电极反应式为：阴极：2Cu24e=2Cu；阳极：4OH4e=2H2OO2。c电极质量增加，说明该电极上析出铜，为阴极，则d极为阳极，依次类推：e极为阴极，f极为阳极，N极为正极，M极为负极，a极为阴极，b极为阳极。甲装置中装有氢氧化钠溶液，在 b 极上 OH发生氧化反应：4OH4e=2H2OO2，电解反应式为：2H2O=电解 2H2O2。丙装置中装有K2SO4 溶液，电解前后溶质质量不变，实质是电解水，设电解水的质量为 x,100 g10.00%(100 gx)10.47%，x4.5 g。n(H2O)4.5 g18 gmol10.25 mol，n(O2)0.125 mol，V(O2)0
20、.125 mol22.4 L/mol2.8 L。电解 0.25 mol 水转移电子的物质的量为 0.5 mol，c极反应为：Cu22e=Cu，根据电子守恒知，析出金属质量为 m(Cu)0.25 mol64 g/mol16 g。甲、丙装置实质是电解水，乙装置电解反应式为：2CuSO42H2O=电解 2Cu2H2SO4O2，溶液酸性增强。(2)如果铜全部析出，甲装置装有氢氧化钠溶液，乙装置装有硫酸溶液，丙装置装有硫酸钾溶液，电解仍能继续进行，三个装置都相当于电解水。【答 案】(1)正 4OH 4e=2H2OO2 水减少的质量：100 g110.00%10.47%4.5 g，生成 O2 的体积为：4.5 g18 gmol11222.4 L/mol2.8 L 16碱性增强，因为电解后，水量减少，溶液中NaOH浓度增大酸性增强，因为在阳极上OH放电生成O2，溶液中H浓度增大 酸碱性大小没有变化，因为K2SO4是强酸强碱盐，电解其溶液即电离解水，浓度增加不影响溶液的酸碱性(2)能继续进行，因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应也就变为水的电解反应