江西省乐安一中高三化学 06电解原理极其应用培优教案.doc

电解原理极其应用(一) 网上课堂： 本讲主要内容 一、电解：1定义：使电流通过电解质而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。2电解池构成条件： 两个电极 直流电源 电解质溶液或熔融的电解质 构成回路3电解原理： 阳极：失电子，发生氧化反应 阴极：得电子，发生还原反应4离子放电顺序：阳离子在阴极上放电顺序：au3+ag+hg2+fe3+cu2+h+pb2+sn2+fe2+zn2+al3+mg2+na+ca+k+ fe3+cu2+ 控制一定条件也可在水中放电 熔融时放电 阴离子在阳极上放电顺序： a 隋性电极(pt,石墨)：s2-i-br-cl-oh-,f- b 非隋性电极(除pt,au外的金属)： 阳极金属本身失去电子形成阳离子进入溶液。 二、电解原理的应用：1 电解精炼:粗金属作阳极；纯金属作阴极；含有该离子的水溶液作电解液；通以直流电。2 电流:所镀金属作阳极；镀件作阴极；含镀层离子的水溶液作电解液；通以直流电。电镀只是金属搬家，溶液的浓度和ph均不变。3 氯碱工业:电解饱和食盐水naoh,cl2,h2化工产品 电极反应：两极：cl-2e-=cl2(氧化反应)阴极：2h+2e-=h2(还原反应) 总 ：2nacl+2h2o2naoh+cl2+h2 现象： 电极上均有气体放出，阴极产生cl2有刺激性气味，使润湿的ki-淀 粉试纸变蓝；阴极放出h2，向电解后的溶液中滴入酚酞试液，阴极附 近溶液颜色变红。 问题：产品为naoh和cl2，它们可反应生成naclo,而h2和cl2混合遇火爆炸，故应避免产物混合，需在特殊的电解槽(即离子交换膜电解槽)内进行。 学习指导 1.电解的几种类型：电解质种类被电解物质ph变化电解反应式含氧酸 h2so4,hno3电解水ph变小2h2o2h2+o2强碱naoh,koh电解水ph变大2h2o2h2+o2活泼金属的含氧酸盐 na2co3,nah2po4电解水饱和na2co3不变不饱和na2co3变大 nah2po4变小2h2o2h2+o2不活泼金属含氧酸盐 cuso4,agno3水和电解质ph变小2cu2+2h2o2cu+o2+4h+活泼金属的无氧酸盐 nacl,ki水和电解质ph变大2cl-+2h2ocl2+h2+2oh-不活泼金属的无氧酸盐 cucl2,cubr2电解质本身cucl2cu+cl2cubr2cu+br2无氧酸hcl,hi电解质本身ph变大2h+2cl-h2+cl2熔融态物质 nacl,naoh,al2o3电解质本身2nacl(熔融) 2na+cl2 4naoh(熔融) 4na+o2+2h2o2al2o3(熔融) 4al+3o2 2.关于原电池与电解池： 要从基本概念与原理入手，务必弄清原电池与电解池的本质区别在于 能量转换形式，本质上的共性是均为氧化还原反应，在判断装置归属时，应先看有无外加电源。 在原电池中判定电极时应以得失电子的变化为依 据：凡是发生失电子变化的电极(即发生氧化反应)为负极，发生得电子变化的一极(还原反应)为正极。书写电极反应式时，必须考虑介质环境，放电能力，如氢氧燃料电池(koh溶液为介质)中： pt-负极：h2-2e-+2oh-=2h2o(在碱性介质中不能生成h+) pt-正极： o2+4e-+2h2o=4oh- 电池反应：2h2+o22h2o 电解产物的的分析中首先要注意阳极材料，再去考虑放电顺序。 电化学过程中溶液ph变化：当仅有h+放电2h+2e-=h2时，c(h+)减少，c(oh-)增大，ph增大；当仅有oh-放电40h-4e-=2h2o+o2时，c(oh-)减小，c(h+)增大，ph减小。当h+和oh-分别同时在两极放电时，如原溶液为酸时，因h2o减少酸浓度增大使c(h+)增大，ph减小；如原溶液为碱时，因h2o减少碱浓度增大使c(oh-)增大，ph增大；如原溶液为中性盐溶液时，ph=7不变。 电化学过程中，闭合电路中各处电子流动、转移是守恒的，这是分析有关定量问题的基础，也是最简捷的途径。 例题精讲例1用石墨作电极电解下列溶液，阴阳两极均产生气体，其体积比为2:1且电解后溶液的ph值增大的是( )a kcl b naoh c na2so4 d h2so4 解题 b 分析及解 由题给条件可知a选项不符，因为产生气体的体积比为1:1，电解naoh,na2so4,h2so4溶液时，实质都是电解水，放出气体体积比为2:1，naoh溶液电解后ph增大，na2so4溶液电解后ph不变，h2so4溶液电解后ph减小。 例2.用阳极x和阴极y电解z的水溶液，电解一段时间后，再加入w，能使溶液恢复到电解前的状态，符合题意的组是( )组号xyzwacfenaclh2obptcucuso4cuso4溶液ccch2so4h2odagfeagno3agno3晶体 解题 c 分析及解 电解2nacl+2h2o2naoh+cl2+h2显然加h2o不能恢复到电解前的状态，应通入适量hcl气体。电解cuso4溶液时so物质的量没变，加cuso4溶液也不能复原。电解h2so4实质是电解水，再加适量水可以使h2so4溶液复原。阳极ag作电极，fe作阴极，电解agno3溶液的实质是fe镀银，agno3溶液浓度不变，不需加agno3晶体。 例3.用铂电极电解饱和na2so4溶液50.90g，阳极产生气体标况下为56.00ml，则由阴极产生的气体体积为 ，此时电解质溶液的浓度变化是 (增大，减小或不变)，若要恢复到电解前状态需加 g水。 解题 112ml；变大；0.09g分析及解 电解na2so4溶液实质是电解水，阳极产生的o2是阴极产生h2的，所以阴极产生的气体体积为：256ml=112ml,消耗h2o为：。（二）网上能力训练题： a基础性训练题： 1(90上海)电解cucl2和nacl的混合溶液，阴极上和阳极上分别析出的物质是( )。 a.h2和cl2 b.cu和cl2 c.h2和o2 d.cu和o2 2. (90全国，29)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)。此时溶液中氢离子浓度约为：（ ）a. b. c. d. 3. (95全国，25)用两支惰性电极插入500mlagno3溶液中，通电电解。当电解液的ph值从6.0变为3.0时(设电解时阴核没有氢气析出，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.27mg b.54mg c.108mg d.216mg 4. (93全国，12)右图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极极板质量增加，b极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cuso4b石墨石墨负极naohc银铁正极agno3d铜石墨负极cucl2 5(94全国，22)银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为2ag+zn(oh)2ag2o+zn+h2o，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是( ) a. ag b. zn(oh)2 c. ag2o d. zn 6. (95全国，17)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，再一定条件下通电一定时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为( ) a. 1:2:3 b. 3:2:1 c. 6:3:1 d. 6:3:2 7. (99全国，24)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的相对原子质量是( ) a. b. c. d. b提高性训练题： 1(92三南，17)a、b、c是三种金属，根据下列两个实验，确定它们的还原性强弱顺序：将a与b浸在稀硫酸中用导线相连，a上有气泡逸出，b逐渐溶解。电解物质的量浓度相同的a、c盐溶液时，阴极上先析出c(使用惰性电极)。( ) a.abc b.bca c.cab d.bac 2. (94全国，16)x、y、z、m代表四种金属元素，金属x和z用导线连接放入稀硫酸中时，x溶解，z极上有氢气放出；若电解y2+离子和z2+离子共存的溶液时，y先析出；又知m2+离子的氧化性强于y2+离子。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为：( ) a.xzym b.xyzm c.mzxy d.xzmy 3. (94上海，14)下列叙述正确的是 ( ) 锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率。 镀层破损后，白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易腐蚀。电镀时应把镀件置于电解槽的阴极。冶炼铝时，把氧化铝加入液态冰晶石中成为熔融体后电解。钢铁表面常易腐蚀生成。a. b. c. d. 4. (98上海，10)以下现象与电化腐蚀无关的是 ( )a. 黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿b.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈c.铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈d.银质奖牌久置后表面变暗 5(98全国，10)下列关于铜电极的叙述正确的是 ( )a. 铜锌原电池中铜铜是正极b. 用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极c. 在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极d. 电解稀硫酸制h2、o2时铜作阳极 6(98全国，22)将质量分数为0.052(5.2%)的naoh溶液1l(密度为)用铂电极电解，当溶液中naoh的质量分数改变了0.010(1.0%)时停止电解，则此时溶液中应符合的关系是 ( )naoh的质量分数阳极析出物的质量/g阴极析出物的质量/ga0.062(6.2%)19152b0.062(6.2%)15219c0.042(4.2%)1.29.4d0.042(4.2%)9.41.2 7. (99全国，14)氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是h2+ni(oh) ni(oh)2。根据此反应式判断，下列叙述中正确的是 ( )放电充电a. 电池放电时，电池负极周围溶液的ph不断增大b. 电池放电时，镍元素被氧化c. 电池充电时，氢元素被还原d. 电池放电时，h2是负极 c研究性习题： (98上海，31)氯碱厂电解饱和食盐水制取naoh的工艺流程示意图如下 依据上图，完成下列填空： （1）在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的化学方程式为 ，与电源负极相连的电极附近，溶液ph值 (选填：不变、升高或下降)。 （2）工业食盐含ca2+、mg2+等杂质。精制过程发生反应的离子方程式为 。 （3）如果粗盐中so含量较高，必须添加钡试剂除去so ，该钡试剂可以是 (选填a,b,c多选扣分)。a ba(oh)2 b ba(no3)2 c bacl2 （4）为有效除去ca2+、mg2+、so，加入试剂的合理顺序为 (选填a,b,c多选扣分)。a 先加naoh，后加na2co3，再加钡试剂b 先加naoh，后加钡试剂，再加na2co3c 先加钡试剂，后加naoh，再加na2co3 （5）脱盐工序中利用naoh和nacl在溶解度上的差异，通过 、冷却、 (填写操作名称)除去nacl。（6）在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区防止cl2与naoh反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，cl2与naoh充分接触，产物仅是naclo和h2，相应的化学方程式为 。 能力训练题点拨与解答：基础性训练 1.b 2.a点拨阴极：cu2+2e-=cu，阳极：40h-4e-=2h2o+o2由电子守恒知电解时阴阳电极电子转移的数目相等，即析出铜的物质的量与溶液中h+的物质的量的关系为cu2h+,所以。 3.b 点拨电解时阴阳两极电子转移的数目相等，即析出的银与产物的h+物质的量相等 4.a 点拨由a极质量增加知溶液中阳离子在a极析出，则a为阴极，x为负极；因b中a极不析出金属，c中为正极可否定；又由b极有无色无臭气体放出否定d 5.d 点拨根据方程式，放电时反应为： +1 0 0 ag2o+zn+h2o2ag+zn(oh)2 原电池中失去电子的物质是负极，所以选d 6.d 点拨三个电解槽通过的电子数相等，没都通过6mol电子，则析出k,mg,al的物质的量分别为6mol,3mol,2mol，故比为6:3:2. 7.c 点拨阴阳两极转移电子的数目相同： +x m(no3)x b.提高性训练题1.d 点拨由知b作原电池负极，故还原性ba；由知c阳离子氧化性大于a的阳离子，故还原性ac，选d。 2.a 3.b 点拨错误。因白铁镀层破损后，锌作负极溶解，铁被保护；而马口铁镀层破损后，铁作负极溶解而锡被保护，所以当镀层破损后马口铁比白铁更易腐蚀。 4.d 5.a,c 点拨铜作阳极时发生cu-2e-=cu2+,故精炼铜时粗铜作阳极，电镀铜时铜作阳极可达到目的，而电解稀硫酸制h2,o2时用铜作阳极，铜电极本身被氧化而溶解，而不是oh-放电，就不能获得o2。 6.b 点拨电解naoh溶液时电极反应为： 阳极：40h-4e-=2h2o+o2 阴极：4h+4e-=2h2电解水 由此可知电解后naoh浓度增大，阳极产物(o2)质量大于阴极产物(h2)质量 7.c,d 点拨放电时，是原电池工作原理，h2作原电池负极被氧化为h+，其周围的ph值减小。充电