苏教版选修4 专题1第二单元 化学能与电能的转化——电解池的工作原理及应用 课件（120张）.ppt

电解池的工作原理及应用 一 电解原理1 熔融氯化钠的电解实验 1 实验现象 通电后 阳极附近有 产生 在阴极上生成 黄绿色气体 银白色金属 2 实验分析 2na 2e 2na na 2cl 2e cl2 cl na cl 2nacl2na cl2 2 电解池 1 电解 在 的作用下 在两电极上分别发生 和 的过程 2 电解池 将 转化为 的装置 直流电 氧化反应 还原反应 电能 化学能 3 四个构成条件 两个电极 或熔融电解质 构成 电解质溶液 直流电源 闭合回路 4 电极反应 阳极 与电源 相连的电极 发生 反应 阴极 与电源 相连的电极 发生 反应 正极 氧化 负极 还原 微点拨 电解池和原电池在外观上的区别是前者有外加电源 后者无外加电源 3 电解池的工作原理 4 电解氯化铜溶液 有红色的物质析出 有黄绿色气体生成 还原反应 氧化反应 cu2 2e cu 2cl 2e cl2 cucl2cu cl2 二 电解原理的应用1 制取活泼金属 如电解熔融al2o3制取铝 2al2o34al 3o2 2cl 2h2oh2 cl2 2oh 2 电解饱和食盐水制取烧碱和氯气 1 电极反应 阳极 阴极 2 电解反应 化学方程式 离子方程式 2cl 2e cl2 2h 2e h2 2nacl 2h2oh2 cl2 2naoh 3 铜的电解精炼 1 阳极材料 反应 2 阴极材料 反应 粗铜 cu 2e cu2 精铜 cu2 2e cu 4 电镀 1 定义 应用电解原理在金属或非金属材料表面镀上一薄层其他金属或合金的过程 2 目的 增强材料的抗腐蚀能力 为了美观或增加表面硬度 3 电镀池的构成 镀层金属 待镀的金属制品 含有镀层金 属离子的溶液 自我小测 1 思考辨析 1 电解质溶液通电后 发生了电离 阴 阳离子分别向两极移动 分析 电解质受热或受水分子的作用就发生电离 无须通电 2 电解质溶液的导电过程 就是电解质溶液的电解过程 分析 电解质溶液的导电就是阴 阳离子的定向移动 3 原电池的负极和电解池的阳极都发生氧化反应 分析 原电池的负极和电解池的阳极都失去电子 发生的是氧化反应 4 粗铜精炼时 与电源正极相连的是纯铜 分析 粗铜精炼时 粗铜作阳极 纯铜作阴极 则与电源正极相连的是粗铜 2 用石墨电极电解cucl2溶液 如图 下列分析正确的是 a 通电使cucl2发生电离b a端是直流电源的负极c 阴极上发生的反应 2cl 2e cl2 d 通电一段时间后 在阴极附近观察到黄绿色气体 解析 选b 电离过程是电解质在水分子作用下发生的解离过程 不是在通电条件下 通电使电解质发生氧化还原反应 故a错误 依据图中离子移动方向分析 电解过程中阳离子移向阴极 阴离子移向阳极 分析确定电极名称 氯离子移向阳极 则b为电源正极 a为电源负极 故b正确 依据离子移动方向可知 阳极是氯离子失电子 发生氧化反应 电极反应为2cl 2e cl2 故c错误 氯离子在阳极失电子生成氯气 通电一段时间后 在阳极附近观察到黄绿色气体 故d错误 3 欲在金属表面镀银 应把镀件挂在电镀池的阴极 下列各组中 选用的阳极金属和电镀液均正确的是 a fe和agno3溶液b ag和agno3溶液c pt和agno3溶液d cu和agno3溶液 解析 选b 电镀时 镀件作阴极 镀层金属作阳极 含镀层金属阳离子的溶液作电解质溶液 所以阳极金属为ag 电镀液为agno3溶液 一 电解原理及电解产物的判断 核心突破 1 电解池原理 1 电极反应 阳极 失电子 发生氧化反应 阴极 得电子 发生还原反应 2 电子流向 原电池负极 电解池阴极 电解池阳极 原电池正极 3 电解质溶液中离子流向 阳离子移向阴极 阴离子移向阳极 4 电解时阳 阴极的判断 2 电解时电极产物的判断 1 基本思路 2 离子放电顺序 阴离子放电顺序 阳离子放电顺序 警示 混合溶液电解时电极产物判断的注意问题 1 按照离子放电顺序 先判断出放电离子 再判断产物 2 电解一段时间时 要注意离子的浓度 根据电解产生的气体 固体或转移的电子数等 判断一段时间后第一种放电离子是否还存在 若不存在 按离子放电顺序判断第二种放电离子的产物 3 多种溶液混合时 要注意几种溶液间是否发生化学反应 若发生化学反应 则依据反应后溶液中存在的离子判断电极产物 典题通关 典例 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 解析 选c 题目用电解氧化法在铝制品表面形成致密 耐腐蚀的氧化膜 即al的化合价要升高 失电子 发生氧化反应 因此铝为阳极 故a项正确 阴极材料的选择不会对电解有影响 因此可以选择不锈钢网 且不锈钢网的接触面积大 能提高电解效率 故b项正确 阴极应为溶液中h 得电子生成氢气 电极反应式为2h 2e h2 故c项错误 电解时 阴离子在电解池中移向阳极 故d项正确 延伸探究 电解时阳极电极反应式为 提示 2al 6e 3h2o al2o3 6h 该反应是以h2so4 h2c2o4混合溶液为电解液由铝制取氧化铝 所以是al失电子生成al2o3 因在酸性条件下 电极反应式为2al 6e 3h2o al2o3 6h 过关训练 1 2017 海南高考 一种电化学制备nh3的装置如图所示 图中陶瓷在高温时可以传输h 下列叙述错误的是 a pb电极b为阴极b 阴极的反应式为n2 6h 6e 2nh3c h 由阳极向阴极迁移d 陶瓷可以隔离n2和h2 解析 选a n2和h2为原料制备nh3的反应为n2 3h2 2nh3 在该反应中h2发生氧化反应 即h2在电解池的阳极上 pb电极b 反应 电极反应式为h2 2e 2h a选项错误 n2发生还原反应 即n2在电解池的阴极上 pb电极a 反应 电极反应式为n2 6h 6e 2nh3 b选项正确 在电解池中阳离子向阴极移动 c选项正确 由图可知 n2通入被质子传输陶瓷隔开的石英电解池的内池 而h2则通入外池 而质子传输陶瓷是用于传输h 的 所以陶瓷可以隔离n2和h2 d选项正确 2 2017 宁波高二检测 工业上 常用ncl3制备水的消毒剂clo2 利用如图装置电解氯化铵和盐酸的混合溶液制得ncl3 已知ncl3的水溶液具有漂白性 下列推断正确的是 a 石墨极为正极b 铁极附近电解质溶液的ph减小c 每生成1molncl3时必转移3mol电子d 电解反应为nh4cl 2hclncl3 3h2 解析 选d 石墨极为阳极 a错误 铁为阴极 电极反应式为2h 2e h2 溶液的酸性逐渐减弱 ph增大 b错误 每生成1molncl3 必转移6mol电子 c错误 电解反应为nh4cl 2hclncl3 3h2 d正确 补偿训练 图1为光伏并网发电装置 图2为电解尿素 co nh2 2 的碱性溶液制氢的装置示意图 电解池中隔膜仅阻止气体通过 阴 阳极均为惰性电极 下列叙述中正确的是 a 图1中n型半导体为正极 p型半导体为负极b 图2溶液中电子流向 从b极流向a极c x2为氧气d 工作时 a极的电极反应式为co nh2 2 8oh 6e n2 6h2o 解析 选d 该电池反应中 氮元素化合价由 3价变为0价 氢元素化合价由 1价变为0价 则氮元素被氧化 氢元素被还原 所以生成氮气的电极a是阳极 生成氢气的电极b是阴极 则图1中n型半导体为负极 p型半导体为正极 a错误 电解时 电子的流向为阳极 电源 电源 阴极 b错误 阴极b与外接电源负极 相连 电极反应式为2h2o 2e h2 2oh c错误 a极为阳极 电极反应式为co nh2 2 8oh 6e n2 6h2o 故d正确 二 以惰性电极电解溶液的有关规律 核心突破 1 电解酸溶液 2 电解碱溶液 1 代表物 naoh koh 2 电解的物质 h2o 3 电极反应 阴极 2h 2e h2 阳极 4oh 4e o2 2h2o 4 溶液ph 增大 3 电解盐溶液 点拨 电解水型电解池两极附近溶液酸碱性的判断对于电解水型的电解池 阳极oh 放电 剩余h 故阳极附近溶液中c h 大于c oh 溶液显酸性 阴极h 放电 剩余oh 故阴极附近溶液中c oh 大于c h 溶液显碱性 因此 一般阳极oh 放电产生o2时 阳极附近溶液显酸性 阴极h 放电产生h2时 阴极附近溶液显碱性 拓展深化 电解方程式的书写1 必须在连接号上标明通电或电解 2 只是电解质被电解 电解方程式中只写电解质及电解产物 如电解cucl2溶液 cucl2cu cl2 3 只有水被电解 只写水及电解产物即可 如电解稀硫酸 电解naoh溶液 电解na2so4溶液时 化学方程式应写为2h2o2h2 o2 4 电解质 水同时被电解 则都要写进化学方程式 如电解饱和食盐水 2nacl 2h2oh2 cl2 2naoh 典题通关 典例 2016 全国卷 三室式电渗析法处理含na2so4废水的原理如图所示 采用惰性电极 ab cd均为离子交换膜 在直流电场的作用下 两膜中间的na 和可通过离子交换膜 而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室 下列叙述正确的是 a 通电后中间隔室的离子向正极迁移 正极区溶液ph增大b 该法在处理含na2so4废水时可以得到naoh和h2so4产品c 负极反应为2h2o 4e o2 4h 负极区溶液ph降低d 当电路中通过1mol电子的电量时 会有0 5mol的o2生成 解题指南 解答本题时应注意以下两点 1 阴阳两极的电极反应 2 溶液中离子的移动方向 解析 选b 电解池中阴离子向阳极移动 所以通电后中间隔室的向正极区迁移 阳极上氢氧根离子放电产生氧气 溶液中氢离子浓度增大 ph减小 a项错误 电解时在负极区生成naoh 在正极区生成h2so4 b项正确 阴极反应是氢离子得到电子生成氢气 溶液中氢氧根离子浓度增大 ph升高 c项错误 当电路中通过1mol电子的电量时 会有0 25mol的o2生成 d项错误 延伸探究 1 ab和cd分别为阳离子交换膜还是阴离子交换膜 提示 因为在直流电场的作用下 两膜中间的na 和可通过离子交换膜 na 向阴极 即负极区 移动 所以ab为阳离子交换膜 向阳极 即正极区 移动 所以cd为阴离子交换膜 2 反应后 向正极区加入石蕊试液 有何现象 提示 正极区溶液中水电离出的oh 放电 剩余h 溶液显酸性 加入石蕊试液 溶液变红 过关训练 1 2017 湖州高二检测 以石墨为电极 电解ki溶液 含有少量的酚酞和淀粉 下列说法错误的是 a 阴极附近溶液呈红色b 阴极逸出气体c 阳极附近溶液呈蓝色d 溶液呈酸性 解析 选d 电解反应为2ki 2h2o2koh h2 i2 类似于电解饱和食盐水 阴极产物是h2和koh 阳极产物是i2 由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉 所以阳极附近的溶液会变蓝 淀粉遇碘变蓝 阴极附近的溶液会变红 溶液呈碱性 a b c正确 由于电解产物有koh生成 溶液呈碱性 d错误 2 2017 衢州高二检测 在微电子工业中 nf3常用作氮化硅的蚀刻剂 工业上通过电解含nh4f等的无水熔融物生产nf3 其电解原理如图 下列说法不正确的是 a a电极为电解池的阳极b 阳极的电极反应式 3f 6e nf3 4h c h 由b极移向a极 并参与电极反应d 电解过程中可能还会生成少量氧化性极强的气体单质 该气体的分子式是f2 解析 选c 由图示可知 h 在阴极 b 得到电子生成h2 则a电极是电解池的阳极 a正确 阳极是失去电子生成nf3和h b正确 阳离子 h 由阳极 a 流向阴极 b 并参与电极反应 c错误 电解过程中 f 可能在阳极失去电子生成氧化性极强的f2 d正确 补偿训练 对下列各溶液进行电解 通电一段时间后 溶液颜色不会发生显著改变的是 a 以铜为电极 电解1mol l 1h2so4溶液b 以石墨为电极 电解1mol l 1kbr溶液c 以石墨为电极 电解含酚酞的饱和食盐水d 以铜为电极 电解cuso4溶液 解析 选d 以铜为电极电解稀硫酸的最初反应为cu 2h cu2 h2 溶液中cu2 浓度增大 溶液变蓝 后来cu2 浓度不变 故比电解前有明显的颜色变化 a错误 以石墨为电极电解kbr溶液 因生成br2而使溶液由无色变为橙色 b错误 电解含酚酞的饱和食盐水 因生成naoh而使溶液变红 c错误 以铜为电极电解cuso4溶液 溶液中cu2 浓度不变 故溶液颜色无变化 d正确 三 电解池的有关计算及多池串联 核心突破 1 电解池的有关计算 1 解题依据 得失电子守恒 2 解题方法 根据守恒法计算 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 其依据是电路中转移的电子数相等 根据总反应式计算 先写出电极反应式 再写出总反应式 最后根据总反应式计算 根据关系式计算 根据得失电子守恒关系 在已知量与未知量之间 建立计算所需的关系式 2 多池串联 1 电极判断 没有外接电源时 多池串联中必有一原电池 一般是最活泼电极所在装置 其他装置为电解池 此时 最活泼电极为负极 与之相连的电极为阴极 当有外接电源时 几个装置都是电解池 与电源负极相连的是阴极 与电源正极相连的是阳极 所有电解池 同侧电极的极性相同 外接电源电极不明时 要结合各个装置中的现象进行判断 如电极质量变化 电极附近溶液颜色变化等 2 计算 计算的依据是整个电路中转移电子总数相同 一般先计算出某一装置中转移的电子总数 其他装置依据转移的电子数和电极反应式进行计算 点拨 电化学定量计算的方法 1 根据电子守恒 用于串联电路中电解池阴阳两极产物 原电池正负两极产物 通过的相同电量等类型计算 依据是电路中转移的电子数相等 2 根据总反应式 先写出电极反应式 再写出总反应式 最后根据总反应式列出比例式计算 3 根据关系式 根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁 构建计算所需的关系式 例如 式中m为金属 n为其离子的化合价数值 在电化学计算中 还常利用q i t和q n e na 1 60 10 19c来计算电路中通过的电量 典题通关 典例 在如图a池用石墨电极电解ph 13的naoh溶液100ml b池为模拟电解精炼铜的装置 其中c电极为纯铜 d电极为粗铜 含有杂质fe ag 溶液是足量cuso4溶液 通电一段时间后停止电解 a池a极上产生的气体在标准状况下为2 24l 下列说法正确的是 a d电极质量一定减少6 4gb c电极质量一定增加6 4gc a池ph不变d a池溶液质量减少3 6g 解析 选b 电解精炼铜时粗铜作阳极 精铜作阴极 即d为阳极 c为阴极 则a b分别为阴极和阳极 a极产生0 1molh2 则流经各电极的电子均为0 2mol d极粗铜含有杂质fe ag 质量减少不等于6 4g a错误 而阴极只有cu2 得电子 质量增加一定为6 4g b正确 a池实质上是电解水 naoh浓度变大 ph变大 溶液质量减少1 8g c d错误 延伸探究 1 若b池中的c d均为质量相等的铜电极 当电路中有2mol电子转移时 b池中两个电极的质量差为 g 提示 128 b池中的c d均为质量相等的铜电极 电路中有2mol电子转移时 根据电极反应阴极 cu2 2e cu 阳极 cu 2e cu2 阳极溶解64g 阴极析出64g 两个电极的质量差为128g 2 若b池中的c d均为石墨电极 当铜全部析出 此时电解能否继续进行 为什么 提示 铜全部析出 可以继续电解h2so4 有电解液即可电解 过关训练 1 2017 杭州高二检测 如图所示 通电一段时间后 cu电极增重2 16g 同时在a池中收集到标准状况下的气体224ml 设a池中原混合溶液的体积为100ml 则通电前a池原混合溶液中cu2 的浓度为 a 0 05mol l 1b 0 035mol l 1c 0 025mol l 1d 0 020mol l 1 解析 选a 铜电极质量增加 ag e ag n ag 0 02mol 得到转移电子0 02mol 由4e o2知a池阳极产生o2为0 02mol 22 4l mol 1 0 112l 112ml 故阴极还产生112ml氢气 2h 2e h2 此过程中转移电子为0 01mol 则铜离子放电转移电子0 01mol cu2 2e cu 可知n cu2 0 005mol 则a池原混合溶液中cu2 的浓度为0 05mol l 1 a正确 2 2017 衢州高二检测 厨余垃圾经发酵后 通过电渗析法处理可富集乳酸 分子式为c3h6o3 有关原理如图所示 图中ha表示乳酸分子 a 表示乳酸根离子 1 写出阳极的电极反应式 2 简述浓缩室中得到乳酸的原理 3 电解过程中 采取一定的措施可控制阳极室的ph约为6 8 此时进入浓缩室的oh 可忽略不计 500ml10g l 1乳酸溶液通电一段时间后 浓度上升为145g l 1 忽略溶液体积变化 阴极上产生的h2的体积约为 l 标准状况 解析 1 阳极上是oh 发生失电子的氧化反应 电极反应式为4oh 4e 2h2o o2 2 在电解池的阳极上是oh 放电 所以c h 增大 并且h 从阳极通过阳离子交换膜进入浓缩室 根据电解原理 电解池中的阴离子移向阳极 即a 通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室 h a ha 乳酸浓度增大 3 在阳极上发生电极反应 4oh 4e 2h2o o2 阴极上发生电极反应 2h 2e h2 该过程相当于电解水 根据差值法 乳酸的浓度变化量是 1 5mol l 1 则生成ha的物质的量是n ha 1 5mol l 1 0 5l 0 75mol 根据电极反应方程式和电荷守恒有 2ha 2h 2e h2 所以 产生氢气的物质的量是n h2 n ha 0 75mol 0 375mol 其在标准状况下的体积为v h2 0 375mol 22 4l mol 1 8 4l 答案 1 4oh 4e 2h2o o2 2 阳极oh 放电 c h 增大 h 从阳极通过阳离子交换膜进入浓缩室 a 通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室 h a ha 乳酸浓度增大 3 8 4 补偿训练 1 在外界提供相同电量的条件下 cu2 或ag 分别按cu2 2e cu或ag e ag在电极上放电 若析出铜的质量为1 92g 则析出银的质量为 a 1 62gb 3 24gc 6 48gd 12 96g 解题指南 解答本题需注意以下两点 1 电解过程中 电极上析出金属的质量与电子转移数量成正比 2 根据转移的电子数相等 建立银和铜的计算关系式 解析 选c 析出1mol铜需转移2mol电子 析出1mol银需转移1mol电子 外界提供电量相同时 存在如下关系式 cu 2ag 2e 因为n cu 0 03mol 所以n ag 2n cu 0 06mol m ag 0 06mol 108g mol 1 6 48g 2 2017 台州高二检测 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 在一定条件下通电一段时间后 析出钾 镁 铝的物质的量之比为 a 1 2 3b 3 2 1c 6 3 1d 6 3 2 解析 选d 三个电解槽串联 则转移的电子数相等 设均转移6e 由k e k mg2 2e mg al3 3e al 则6e 6k 3mg 2al 所以析出钾 镁 铝的物质的量之比为6 3 2 3 用铂电极电解盐r no3 n溶液 在阴极上析出mgr 在阳极上放出560ml气体 标准状况 则r的相对原子质量是 a b c 20mnd 10mn 解析 选d n o2 0 025mol n r mol 由电极反应 4oh 4e 2h2o o2 rn ne r 再根据电子守恒可得如下关系式 4r no2 4ne 所以n r n o2 4 n mol 0 025mol 解得m 10mn 4 电解硫酸溶液时 放出25ml 标准状况 o2 若以等量的电量在同样条件下电解盐酸 所放出的气体的体积最接近下列数据中的 a 45mlb 50mlc 75mld 100ml 解析 选d 电解硫酸时 阳极电极反应式为4oh 4e o2 2h2o 故每生成1molo2 转移电子4mol 电解盐酸时 阳极电极反应式为2cl 2e cl2 阴极电极反应式为2h 2e h2 故每转移2mol电子 生成2mol气体 当两者所耗电量相同即转移电子总数相同时 电解盐酸生成的气体是电解硫酸生成气体的4倍 故生成气体的体积应为100ml 原电池和电解池复杂电路图分析核心素养 知道可以通过分析等方法认识研究对象的本质特征 构成要素及其相互关系 并能多角度 动态地分析化学反应 运用化学反应原理解决实际问题 1 有外接电源的全部都是电解池 2 无外接电源的一般只有1个是原电池 其余全是电解池 1 有盐桥的是原电池 其余的为电解池 2 有燃料电池的是原电池 其余的为电解池 3 有铅蓄电池的是原电池 其余的为电解池 4 能发生自发氧化还原反应的装置为原电池 5 多个自发 两电极金属性相差最大的为原电池 3 电极的连接顺序 负 阴 阳 阴 阳 正 即时演练 1 在a b c三只烧杯中各盛放稀硫酸 氯化钠溶液和硝酸银溶液各1000ml 根据下图判断下列说法中正确的是 假设溶液的体积变化忽略不计 两极产物不发生反应 a a池为电解池装置b c池为原电池装置c a池铜