人教版选修4 第4章第3节 电解池 学案.doc

第3节 电解池三维目标1.电解池的原理，根据生活中常见电解、电镀材料，培养观察生活、探究生产原理的能力，培养对化学科学的热爱。2.了解溶液中离子的存在和放电规律，学会判断阴、阳离子的产物，根据物质的变化过程，分析不同形式的能量转化。3.了解电解在工业生产中的广泛应用，了解电解原理的应用价值，培养对科学研究的兴趣。学法指导采用对比方式，比较原电池和电解池的本质区别和内在联系。通过比较，分析和掌握原电池的正、负极和电解池的阴、阳极之间的区别和联系。并通过比较原电池和电解池的电极反应，得出电解池与原电池能量转化形式的本质区别。轻轻告诉你真实有时会不像是真的。莫泊桑充分利用化学实验进行问题探究。根据实验现象和溶液中离子的存在，分析产生该现象的原因，从而理解阴、阳离子的放电顺序，并利用该顺序学会判断如何预测某一电解反应的产物，并分析如何书写电极反应方程式和电解反应方程式。采用列表的形式，对比原电池和电解池在结构、原理、能量转化等方面的差别；比较不同电解条件下电极反应和电解方程式的差异。通过比较，加深对原电池原理和电解过程的认识和理解。自学导引一、电解原理1.电解cucl2溶液（1）通电前，cucl2溶液中存在的阳离子有_，阴离子有_，这些离子来自于_。（2）通电后，阳离子移向_，阴离子移向_。在阳极放电的离子是_，在阴极放电的离子是_，分别发生_反应和_反应，生成_。电极反应方程式为：阳极：_阴极：_电解cucl2溶液的总方程式为：_（3）电解cucl2溶液观察到的现象是：_。答案：（1）h+、u2+ cl-和oh- cucl2和h2o的电离（2）阴极 阳极 cl- cu2+ 氧化 还原 cl2和cu 2cl-2e-=cl2 cu2+2e-=cu cucl2cu+cl2(3)阴极石墨上逐渐覆盖了一层红色的铜，阳极石墨棒上有能使湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色的气体2.电解（1）电解：_叫做电解。电解池：_的装置，也就是_的装置叫做电解池或电解槽。（2）构成电解池的条件_；_；_。（3）电解池的两极阳极与_相连，在阳极上发生_反应。阴极与_相连，在阴极上发生_反应。（4）电解质溶液导电的实质电解质溶液导电的过程，就是_过程，就是在阴阳两极发生氧化还原反应的过程。（5）离子的放电阴阳离子在两极得失电子的过程称放电。多种阳离子或多种阴离子分别移向阴极、阳极时，优先放电的是_的离子。写出下列离子在阴、阳两极放电的电极方程式：ag+、fe3+、h+、zn2+、oh-、br-、s2-、_；_。答案：（1）使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程 借助于电流引起氧化还原反应 把电能转化为化学能（2）两个电极直流电源电解质溶液或熔融态电解质（3）电源正极 氧化 电源负极 还原（4）电解质溶液的电解（5）氧化性强的阳离子或还原性强的阴阳离子：ag+e-=ag fe3+e-=fe2+ 2h+2e-=h2 zn2+2e-=zn阴离子：4oh-4e-=2h2o+o2 2br-2e-=br2 s2-2e-=s +h2o-2e-=+2h+二、电解原理的应用1.电解饱和食盐水（1）理论分析通电前溶液中含有的离子：_。通电时_ 移向阴极，_放电；_ 移向阳极，_放电。因_放电，导致水的电离平衡h2oh+oh-向右移动，致使生成_。电解总方程式为_。（2）实验现象两极均产生气体。_溶液先变红，说明有_生成。_极产生的气体能使湿的ki淀粉试纸变蓝，说明有_生成。答案：（1）cl-、oh-、na+、h+ h+、na+ h+ cl-、oh- cl-2cl-2e-=cl2 2h+2e-=h2 h+ oh-2nacl+2h2o2naoh+cl2+h2 (2)阴极区 oh- (3)正 cl22.电镀（1）电镀的含义电镀是应用_在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。（2）电镀的目的电镀的目的主要是_。（3）电镀的原理阳极：_。阴极：_。电镀液：_。（4）铜的精炼装置要求阳极是_，阴极是_，电解质溶液是_。化学原理阳极反应：cu-2e-=cu2+ zn-2e-=zn2+阴极反应：_电解特点a.粗铜中的铜“迁移”到纯铜上；b.cuso4溶液的浓度_。答案：(1)电解原理（2）使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度（3）镀层金属 镀件 含有镀层金属的电解质溶液（4）粗铜 纯铜 cuso4溶液cu2+2e-=cu基本不变3.电冶金（1）金属冶炼的实质是_。（2）古代湿法炼铜的离子方程式为：_。（3）写出工业上冶炼下列三种金属的化学方程式：fe: _ag：_hg: _（4）电解法是冶炼na、mg、al唯一可行的工业方法，其原因是_。写出从熔融nacl中冶炼金属钠的电极反应式。阳极：_；阴极：_。答案：（1）金属阳离子得到电子生成金属单质（2）fe+cu2+=cu+fe2+(3)fe2o3+3co2fe+3co22ag2o4ag+o2 2hgo2hg+o2(4)na、mg、al容易失去电子变为金属阳离子2na+2e-=2na 2cl-2e-=cl24.阴阳离子的放电顺序（一般顺序）在电解质溶液中，阴、阳离子放电的先后顺序为：（1）阳离子：_(h+浓度较大时) _ _(h+浓度较小时)_ _。（2）阴离子_。答案：(1)ag+hg2+fe3+cu2+h+(h+浓度较大时）pb2+sn2+fe2+zn2+h+(h+浓度较小时）al3+mg2+na+ca2+k+(2)s2-i-br-cl-oh-含氧酸根离子f-疑难剖析一、了解电解池的工作原理，能判断电解池的阴阳两极 电解池电极的判断一般有两种方法。其一，据电源判断，与正极连接的为阳极，与负极连接的为阴极；其二，据实验现象判断，如电极质量增加的为阴极等。【例1】 （2003年上海）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，氯离子浓度不变解析：电流从电源的正极流出，故a为电源的正极，b为负极；与电源正极相连的c为阳极，与电源负极相连的d为阴极。 在电解过程中，因cu2+是阳离子，移向阴极d，在阴极放电析出cu，所以d电极质量增加；cl-是阴离子，移向阳极c，在阳极放电析出cl2，会导致溶液中氯离子浓度降低。答案：c友情提示:电化学装置主要包括原电池、电解池两种。习惯上，对原电池用正极和负极命名，对电解池用阴极和阳极命名。在原电池中，相对活泼的电极失去电子作负极；相对不活泼的电极上，某些离子得电子，该电极作正极。对于电解池，与电源正极相连的电极作阳极，发生氧化反应；与电源负极相连的电极作阴极，发生还原反应。这是电化学最基本、最核心的知识。二、分析电解问题的一般方法思路 首先要分析电极及电极材料，然后分析电解液中的离子，若金属作阳极时，则金属（电极）被氧化；若惰性材料作阳极，则考虑阴离子的放电顺序。阴极要分析阳离子的放电顺序。这样写出电极反应式、现象、产物等的判断则可迎刃而解。【例2】 （2004年理综全国卷二，27）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：（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）如要用电解方法精炼粗铜，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）解析：y极与直流电源的正极相连，y是电解池的阳极；x极与直流电源的负极相连，x是电解池的阴极，溶液中阳离子趋向阴极，在阴极放电，阴极的电极反应式：2h+2e-=h2，由于h+不断放电，c（h+）不断减小，打破了水的电离平衡，使水的电离平衡向电离的方向进行，使c（oh-）增大，故阴极附近放出气体，溶液使酚酞变红，cl-向阳极移动，在阳极放电，阳极的电极反应式为：2cl-2e-=cl2；精炼粗铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极。答案：（1）2h+2e-=h2 放出气体，溶液变红2cl-2e-=cl2 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在y电极附近，试纸变蓝色（2）纯铜 cu2+2e-=cu粗铜 cu-2e-=cu2+友情提示:以惰性电极电解电解质水溶液，分析电解反应的一般方法步骤为：（1）分析电解质水溶液的组成，找全离子并分为阴、阳两极；（2）分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出两极上的电极反应式；（3）合并两个电极反应式，得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。学会分析电解的过程及书写反应式是学好电化学的基石。三、掌握电解的一般规律，能正确判断电解后溶液ph变化【例3】 （2004年广东）ph=a的某电解质溶液中，插入两支惰性电极，通直流电一段时间后，溶液的pha，则该电解质可能是（ ）a.naoh b.h2so4 c.agno3 d.na2so4解析：依题意，要求在电解过程中溶液ph增大，电解naoh溶液、稀h2so4、na2so4溶液实质上是电解水，溶液的ph依次是：增大、减小、不变；电解agno3溶液有hno3生成，ph减小。反应方程式为：4agno3+2h2o 4ag+4hno3+o2，所以a选项正确。答案：a友情提示:根据原溶液的酸、碱性和电极产物即可对电解后溶液的ph的变化作出正确的判断，其方法如下：（1）若电极产物只有h2而无o2，则ph变大。（2）若电极产物只有o2而无h2，则ph变小。（3）若电极产物既有o2又有h2，原溶液呈酸性，则ph变小，原溶液呈碱性则ph变大，原溶液呈中性，则ph不变。四、掌握有关电解的简单计算【例4】 右图是可用于测量阿伏加德罗常数的装置示意图，其中a、b是两块纯铜片，插在cuso4稀溶液中，铜片与引出导线相连，引出端分别为x、y。（1）当以i=0.21 a的电流电解60 min后，测得铜片a的质量增加了0.25 g，则右图装置中的x端应与直流电的_极相连，它是电解池的_极。（2）电解后铜片b的质量_（填“增加”“减少”或“不变”）。（3）列式计算实验测得的阿伏加德罗常数na。（已知电子电荷量e=1.6010-19 c）解析：（1）由电镀铜的相关知识，可知铜片a的质量增加，说明a是阴极，与之相连的x端应与直流电的负极相连。（2）因b作阳极，阳极反应是cu-2e-=cu2+，故电解后铜片b的质量减少，减少的质量“跑”到a上。（3）每生成1 mol cu，需要转移2 mol e-，现生成0.25 g cu，需转移2=0.007 8 mol e-。 由物理学知识知，体系中通过的电子的物质的量为 n(e-)= =0.007 8 mol。na=0.21 a60=6.01023 mol-1答案：（1）负 阴 （2）减少（3）na=6.01023 mol-1友情提示:本题渗透物理、化学知识，主要考查学生运用公式q=it及