高考化学一轮复习 第19讲 电解原理及应用课件.ppt

第19讲电解原理及应用 1 电解原理 1 相关概念使电流通过 电解质溶液 或熔融电解质 而在阴 阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解 将电能转化为 化学能的装置叫电解池 2 电解池的构成条件 直流电源 两个电极 电解质 熔融态或溶液 闭合回路 3 电解池的工作原理 以电解cucl2溶液为例 教材研读 名师点睛 1 电解质溶液导电时一定发生化学反应 因为电解质溶液导电的过程即电解的过程 电解池的两极分别发生氧化反应 还原反应 有新物质生成 金属导电是物理变化 2 原电池和电解池中 阴 阳离子一定在电解质 熔融态或溶液 中移动 电子一定在导线中移动 可简记为 离子不上岸 电子不下水 阳极 放电顺序 cl oh 2cl 2e cl2 氧化反应 阴极 放电顺序 h na 2h 2e h2 还原反应 总反应 2nacl 2h2o2naoh h2 cl2 2 电解原理的应用 1 氯碱工业 电解饱和食盐水 离子方程式 2cl 2h2o2oh h2 cl2 2 电镀和电解精炼铜 3 电冶金a 原理 利用电解原理使矿石中的金属离子获得电子 从它们的化合物中还原出来 b 适用范围 制取活泼金属单质 如电解nacl mgcl2 al2o3制取na mg al 化学方程式分别为 2nacl 熔融 2na cl2 mgcl2 熔融 mg cl2 2al2o3 熔融 4al 3o2 自测1判断正误 正确的划 错误的划 1 电解是将电能转化为化学能 2 电解质溶液导电是化学变化 金属导电是物理变化 3 电解池的阳极和原电池的正极都发生氧化反应 4 要使用惰性电极电解后的nacl溶液复原 可以滴加盐酸 5 要使用惰性电极电解后的cuso4溶液复原 可以加入cu oh 2固体 6 电解nacl溶液的阳极反应一定是2cl 2e cl2 自测2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 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 2 若用电解法精炼粗铜 电解液a选用cuso4溶液 则 x电极的材料是 电极反应式是 y电极的材料是 电极反应式是 说明 杂质发生的电极反应不必写出 当电路中有0 04mol电子通过时 阴极增重g 答案 1 2h 2e h2 有气泡产生 溶液变红 2cl 2e cl2 将湿润的淀粉 ki试纸置于c口处 试纸变蓝 2 纯铜cu2 2e cu 粗铜cu 2e cu2 1 28解析 1 电解池中x极是阴极 发生还原反应 电极反应式为2h 2e h2 可以看到电极上有气泡产生 且由于h 放电使x极附近溶液中oh 浓度增大 使酚酞溶液变红 y电极上cl 放电 电极反应式为2cl 2e cl2 2 电解精炼铜时 阳极用粗铜 阴极用纯铜 电路中通过2mol电子时 阴极析出1mol铜 故当电路中通过0 04mol电子时 析出0 02molcu 阴极增重1 28g 考点突破 考点一电解池阴 阳极的判断与电极反应式的书写 考点三原电池与电解池的组合装置 考点二电解规律及有关电化学的计算 1 阴 阳极的判断方法 1 根据电源的正负极 离子移动的方向 发生反应的类型判断 考点一电解池阴 阳极的判断与电极反应式的书写 2 依据电极质量变化判断一般 电极质量减轻的是阳极 电极质量增加的是阴极 3 依据电极产物判断产生cl2或o2的电极是阳极 产生h2的电极是阴极 4 依据溶液变化判断如果电解某中性溶液 如nacl na2so4 时某极附近溶液能使酚酞呈红色 则它是阴极 h 放电 oh 浓度增大 2 电解时电极产物的判断 3 电极反应式的书写 1 首先判断阴 阳极 分析电极材料 阳极为活性电极时 电极材料放电 2 再分析溶液中的离子种类 根据离子放电顺序 分析电极反应并判断电极产物 写出电极反应式 3 电解水溶液时 应注意放电顺序中h 水 oh 之后的离子一般不参与放电 4 电解总方程式的书写 1 必须在连接号上标明通电或电解 2 若只是电解质被电解 电解总方程式中只写电解质及电解产物 如电解cucl2溶液 cucl2cu cl2 3 若只有水被电解 只写水及电解产物即可 如电解稀硫酸 naoh溶液 na2so4溶液时 电解总方程式应写为2h2o2h2 o2 4 若电解质 水同时被电解 则都要写进电解总方程式 如电解饱和食盐水 2nacl 2h2oh2 cl2 2naoh 典例1用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密 耐腐蚀的氧化膜 电解质溶液一般为h2so4 h2c2o4混合溶液 下列叙述错误的是 a 待加工铝质工件为阳极b 可选用不锈钢网作为阴极c 阴极的电极反应式为 al3 3e ald 硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 c 答案c根据信息知al应作阳极 电极反应式为2al 6e 3h2oal2o3 6h 而阴极电极反应式为6h 6e 3h2 故c错 1 1电解尿素 co nh2 2 的碱性溶液制氢气的装置示意图如下 电解池中隔膜仅阻止气体通过 阴 阳两极均为惰性电极 1 a极为 电极反应式为 2 b极为 电极反应式为 答案 1 阳极co nh2 2 8oh 6e n2 c 6h2o 2 阴极6h2o 6e 3h2 6oh 或6h 6e 3h2 解析在该装置中h2o电离出的h 在阴极上得电子生成h2 所以b极为阴极 a极为阳极 阳极的电极反应式为co nh2 2 6e 8oh n2 c 6h2o 1 2用惰性电极电解nacl和cuso4的混合溶液 电解过程中两极均有两种单质产生 写出电极反应式 1 阳极电极反应 2 阴极电极反应 答案 1 2cl 2e cl2 4oh 4e 2h2o o2 2 cu2 2e cu 2h 2e h2 解析该混合溶液中的阴离子有cl s oh 放电顺序为cl oh s 阳离子有na cu2 h 放电顺序为cu2 h na 结合题中 两极均有两种单质产生 可知 cl oh cu2 h 均参与了放电 1 用惰性电极电解电解质溶液 考点二电解规律及有关电化学的计算 注意电解水型的电解质溶液为稀溶液时才符合上述规律 电路中通过的电量 电子总数 相等 通常存在下列物质的量关系 h2 cl2 o2 cu 2ag 2h 2oh 2e 2 有关电化学的计算原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算 溶液ph的计算 根据电荷量求产物的量或根据产物的量求电荷量等 常用的计算方法可概括为下列三种 根据得失电子守恒法计算 用于串联电路中阴 阳两极产物 正 负两极产物的定量计算 其依据是得失电子守恒 根据总反应计算 先写出电极反应式 再写出总反应式 最后列比例式计算 根据关系式计算 根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁 确定计算所需的关系式 串联电路中各电极得失电子数相等 即 典例2 2017北京西城期末 16 某同学使用石墨电极 在不同电压 x 下电解ph 1的fecl2溶液 实验记录如下 a b代表电压数值 下列说法中 不正确的是 a 中阳极附近的溶液可使ki淀粉试纸变蓝b 中出现黄色可能是因为fe2 有还原性 在阳极放电产生fe3 c 由 中阳极现象可知 该电压下cl 在阳极不放电d 根据表中电压与阳极现象及产物的对应 可以看出离子是否放电与电压有关 c 答案ca项 中阳极上有氯气生成 氯气能够氧化ki生成碘 从而使淀粉变蓝 b项 由 推测 fe3 产生的原因可能是fe2 在阳极放电 c项 中无cl2产生可能是cl 放电产生的cl2被fe2 还原重新生成了cl d项 由表中信息可以看出离子是否放电与电压有关 2 1500mlkno3和cu no3 2的混合溶液中c n 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 1b 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 05mold 电解后溶液中c h 为0 2mol l 1 a 答案a用石墨作电极电解kno3和cu no3 2的混合溶液 阳极反应式为4oh 4e 2h2o o2 阴极依次发生反应 cu2 2e cu和2h 2e h2 生成0 1molo2转移0 4mol电子 而生成0 1molh2转移0 2mol电子 所以cu2 共得到0 4mol 0 2mol 0 2mol电子 则电解前cu2 的物质的量和电解得到的cu的物质的量都为0 1mol 电解前 后分别有以下守恒关系 c k 2c cu2 c n c k c h c n 不难算出 电解前c k 0 2mol l 1 电解后c h 0 4mol l 1 2 2在如图所示的装置中 若通直流电5min时 铜电极质量增加2 16g 试回答下列问题 1 电源中x电极为直流电源的极 2 ph变化 a b c 填 增大 减小 或 不变 3 通电5min时 b中共收集224ml 标准状况下 气体 溶液体积为200ml 则通电前cuso4的物质的量浓度为 设电解前后溶液体积无变化 4 若a中kcl足量且溶液的体积也是200ml 电解后恢复至室温 溶液的ph为 设电解前后溶液体积无变化 答案 1 负 2 增大减小不变 3 0 025mol l 1 4 13解析 1 由铜电极质量增加可知其为阴极 则银电极为阳极 y为正极 x为负极 2 电解kcl溶液生成koh 溶液ph增大 电解cuso4和k2so4的混合溶液生成h2so4 溶液ph减小 c为电镀银的装置 电解质溶液浓度不变 ph不变 3 通电5min时 铜电极上析出0 02molag 则电路中通过0 02mol电子 b中阳极发生反应4oh 4e o2 2h2o 若转移0 02mol电子 则产生112mlo2 故b中还收集到112mlh2 由阴极反应cu2 2e cu 2h 2e h2 可知 n cu2 mol 0 005mol 则c cuso4 c cu2 0 025mol l 1 4 通电5min时 a中生成0 02molkoh c oh 0 02mol 0 2l 0 1mol l 1 ph 13 将原电池和电解池结合在一起 或几个电解池串联在一起 综合考查化学反应中的能量变化 氧化还原反应 化学实验和化学计算等知识 是高考试卷中电化学部分的重要题型 解答该类试题时原电池和电解池的判断是关键 各电极上转移的电子数相等是数据处理的法宝 1 多池串联装置中原电池和电解池的判断 1 直接判断如装置中存在燃料电池 铅蓄电池时 其他装置为电解池 如图 a为原电池 b为电解池 考点三原电池与电解池的组合装置 2 根据电极材料和电解质溶液判断一般 原电池的两个电极活泼性不同且至少有一极能和电解质溶液发生自发的氧化还原反应 如图 b为原电池 a为电解池 3 根据电极反应现象判断在某些装置中根据电极反应现象可判断电极 并由此确定电解池和原电池 如图 若c极溶解 d极上析出cu b极附近溶液变红 a极上放出黄绿色气体 则甲是电解池 乙是原电池 2 组合装置中的有关计算原电池和电解池组合装置的有关计算的根本依据是得失电子守恒 分析时要注意两点 串联电路中电流处处相等 并联电路中总电流等于各支路电流之和 如下图所示 装置甲是原电池 乙是电解池 若电路中有0 2mol电子转移 则zn极溶解6 5g cu极上析出h22 24l 标准状况 pt极上析出cl20 1mol c极上析出cu6 4g 甲池中h 被还原 溶液ph变大 乙池中是电解cucl2 由于cu2 浓度减小使溶液ph微弱增大 电解后再加入适量cucl2固体可使溶液复原 典例3以酸性氢氧燃料电池为电源进行电解的实验装置如图所示 下列说法正确的是 a 燃料电池工作时 正极反应为o2 2h2o 4e 4oh b a极是铁 b极是铜时 b极逐渐溶解 a极上有铜析出c a b两极若是石墨 在相同条件下a极产生的气体与电池中消耗的h2体积相等d a极是粗铜 b极是纯铜时 a极逐渐溶解 b极上有铜析出 d 答案da项 燃料电池中采用酸性电解质 无oh 生成 正极反应应为o2 4h 4e 2h2o b项 铁为活性电极 作阳极时其本身失电子而逐渐溶解 c项 a b两极若是石墨 a极上产生的o2与电池中消耗的o2体积相等 d项 粗铜为阳极 铜及比铜活泼的金属失电子形成离子进入溶液中 铜离子在b极上得电子析出铜 3 1新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料 两电极上分别通入ch4和o2 电解质溶液为koh溶液 某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源 进行饱和氯化钠溶液的电解实验 如图所示 回答下列问题 1 甲烷燃料电池正极 负极的电极反应式分别为 2 闭合开关k后 a b电极上均有气体产生 其中b电极上得到的是 电解氯化钠溶液的总反应方程式为 3 若每个电池中甲烷通入量均为1l 标准状况 且反应完全 则理论上通过电解池的电量为 法拉第常数f 9 65 104c mol 1 列式计算 最多能产生的氯气体积为l 标准状况 答案 1 2o2 4h2o 8e 8oh ch4 10oh 8e c 7h2o 2 h22nacl 2h2o2naoh h2 cl2 3 8 9 65 104c mol 1 3 45 104c4解析 1 碱性甲烷燃料电池的正极反应式为2o2 4h2o 8e 8oh 负极反应式为ch4 10oh 8e c 7h2o 2 甲烷燃料电池中通入ch4的一极为负极 则b电极为阴极 产生的气体为氢气 3 1mol甲烷被氧化失去电子8mol 电路中通过的电量为8 9 65 104c 所以1l甲烷完全反应 通