高中化学 第4章 第3节 第2课时 电解原理的应用课件 新人教版选修4.ppt

成才之路 化学 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修4 电化学基础 第四章 第三节电解池 第四章 第2课时电解原理的应用 第四章 日常生活中 人们经常使用的螺丝刀 板手 水龙头 以及自行车的车圈 金属装饰品等 表面有一层亮度高且耐磨 耐腐蚀的金属 它们都是电镀制品 你知道这层金属是怎样附着在铁的表面上的吗 新知导学 1 电解饱和食盐水以制烧碱 氯气和氢气 1 在nacl溶液中存在着na cl h oh 四种离子 且阴 阳离子的放电顺序为 cl oh h na 即阴 阳两极的电极反应分别为 阳极 发生了 反应 阴极 发生了 反应 2 总反应式 化学方程式 离子方程式 氧化 还原 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 镀层金属 待镀的金属制品 含有镀层金属离子的溶液 3 电解精炼铜 纯铜 粗铜 cu2 2e cu cu 2e cu2 cuso4溶液 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mn ne 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 3 电解熔融的氯化钠阳极反应 阴极反应 总反应 金属离子 还原 活泼金属 na ca mg al 2cl 2e cl2 2na 2e 2na 自主探究 1 1 电解池与原电池有何本质区别 2 电解池和原电池的电极名称是否相同 提示 1 电解池将电能转化为化学能 而原电池是将化学能转化为电能 2 电解池的两个电极分别为阴极和阳极 原电池的两个电极分别为正极和负极 2 电解精炼铜时 粗铜中的杂质哪里去了 提示 精铜中比铜活泼的杂质先失电子成阳离子进入溶液 在精铜表面上这些离子得电子能力比cu2 弱 所以留在溶液中 比铜不活泼的金属杂质不失电子 随着电解的进行它们会沉积在阳极下 称为 阳极泥 电解原理的应用 教材点拨 典例透析 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 y电极上的电极反应式是 检验该电极反应产物的方法是 该反应的总反应方程式是 2 如果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 解析 1 x为阴极 2h 2e h2 y为阳极 2cl 2e cl2 用湿润的ki淀粉试纸可检验cl2 2 精炼铜时 粗铜接阳极 y电极是粗铜 x电极是精铜 答案 1 2h 2e h2 2cl 2e cl2 把湿润的ki淀粉试纸放在y电极附近 试纸变蓝色 1 2014 荷泽统考 金属镍有广泛的用途 粗镍中含有少量fe zn cu pt等杂质 可用电解法制备高纯度的镍 已知 氧化性fe2 ni2 cu2 下列叙述正确的是 a 阳极发生还原反应 其电极反应式 ni2 2e nib 电解过程中 阳极质量的减少与阴极质量的增加相等c 电解后 溶液中存在的金属阳离子只有fe2 和zn2 d 电解后 电解槽底部的阳极泥中只有cu和pt 变式训练 解析 a项 阳极发生氧化反应 c项 溶液中的阳离子主要为ni2 根据金属原子的还原性和金属阳离子的氧化顺序 阳极反应为zn 2e zn2 fe 2e fe2 ni 2e ni2 cu pt在该条件下不失电子 阴极反应为ni2 2e ni fe2 zn2 在该条件下不得电子 比较两电极反应 因zn fe ni的相对原子质量不等 当两极通过相同的电量时 阳极减少的质量与阴极增加的质量不等 答案 d 原电池与电解池的比较 教材点拨 2 电化学计算的基本方法电解池的计算包括两极产物的定量计算 溶液的ph的计算 相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算 根据电量求产物的量与根据产物的量求电量等的计算 不论哪类计算 均可归纳为下列三种 1 根据电子守恒法计算 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 其依据是电路上转移的电子数相等 2 根据总反应式中的计量关系进行计算 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 借得失电子守恒定律关系建立已知量与未知量之间的桥梁 建立计算所需的关系式 3 电解后溶液的ph的变化电解往往不只是在电极表面发生了一些变化 电解质溶液也会发生相应的变化 尤其是溶液的ph 1 ph变化的原因电解时 由于阴 阳两极参加反应的oh 和h 相对数目多少不同 或电解质本身电解 造成电解质溶液的oh 和h 浓度发生了变化 从而引起溶液的ph改变 2 电解与电解质溶液ph变化的关系 使用惰性电极 一般规律a 电解水型电极反应 阴极 2h 2e h2 阳极 4oh 4e 2h2o o2 实例 h2so4 aq ph变小 naoh aq ph变大 na2so4 aq ph不变 b 电解质分解型电极反应 阴极 电解质本身电离出的阳离子放电 阳极 电解质本身电离出的阴离子放电 实例1 hcl aq ph变大 变化原因 hcl本身电离出的h 放电 使溶液中h 浓度变小 实例2 cucl2 aq ph变化复杂 变化原因 若产生的cl2溶于该溶液 则ph变小 若cl2完全排出 则由于溶液中cucl2浓度变小 使水解程度变强 但c h 减小ph变大 c 放氢生碱型电极反应 阴极 2h 2e h2 阳极 电解质本身电离出的阴离子放电实例 nacl aq ph变大 k2s aq ph变大 变化原因 水电离出的h 放电 破坏了水的电离平衡 使水电离产生的oh 浓度变大 d 放氧生酸型电极反应 阴极 电解质本身电离出的阳离子放电 阳极 4oh 4e 2h2o o2 实例 cuso4 aq ph变小 agno3 aq ph变小 变化原因 水电离出的oh 放电 破坏了水的电离平衡 使水电离产生的h 浓度变大 特殊情况例如 用惰性电极电解mgcl2溶液 阴极h 放电 本该使溶液中oh 浓度变大 但oh 与mg2 结合生成沉淀 电解完全后变为纯水 使用非惰性电极 电解精炼铜电解精练铜时 阳极的粗铜中含有zn fe ni ag au等杂质 除cu放电进入溶液外 还有zn fe ni放电变为zn2 fe2 ni2 进入溶液 但由于zn2 fe2 ni2 比cu2 难以还原 留在溶液中 且zn2 fe2 ni2 的水解程度比cu2 小 所以 电解质溶液的ph变大 电镀若用镀层金属做阳极 从电镀原理看 有多少阳极镀层金属放电变为相应离子进入溶液 就有多少该离子从阴极镀件上析出 故电解质溶液的ph不变 特殊情况例如 用铁做阳极电解nacl溶液 阳极铁放电产生fe2 进入溶液 阳极h 放电 本该使溶液中oh 浓度变大 但oh 与fe2 结合生成沉淀 故该溶液电解后仍为nacl溶液 ph不变 综上所述 判断电解时溶液的ph变化既要考虑电极反应 离子放电情况 又要考虑溶液中离子反应情况 全面分析 方得真知 4 电解时离子的放电规律 1 用惰性电极 c pt au等 电解 只需阳极是惰性材料 电解质溶液中的阴离子在阳极失去电子放电 溶液中的阳离子在阴极得到电子放电 2 用金属作电极 除pt au 电解阳极金属单质本身失去电子放电 电解质溶液中的阳离子在阴极得到电子放电 3 阳离子在阴极上放电顺序 根据金属活动性顺序记忆 au3 ag hg2 fe3 cu2 h 酸 pb2 sn2 fe2 zn2 h 水 al3 mg2 na ca2 k 注意 fe3 得电子能力比cu2 强 pb2 sn2 fe2 zn2 在强酸溶液中不放电 但是浓度大时 可先于水优先放电 al3 mg2 na ca2 k 在水溶液中不放电 只有在熔化状态下放电 4 阴离子在阳极上放电顺序 惰性电极 如铂 石墨等 s2 i br cl oh 含氧酸根 f 非惰性电极 除铂 金之外的金属 阳极金属本身失去电子形成阳离子进入溶液 典例透析 a b c d 解析 若h 放电 ph增大 若oh 放电 ph减小 中zn电极参与反应 电解质溶液ph基本不变 中阳极上h 放电 溶液渐渐成碱性 正极上h 放电 导线上通过0 2mol电子时 溶液中减少了h 的物质的量为0 2mol 根据原溶液体积和浓度 h 的物质的量减少为0 04mol 浓度变为0 2mol l 中由于oh 放电 当导线上通过0 2mol电子时 溶液中oh 减少0 2mol 即h 物质的量增加0 2mol 溶液体积为0 2l 浓度为1mol l 故ph大小顺序符合c项 答案 c 2 2014 西城区期末测试 关于下列四个装置图的说法 正确的是 变式训练 a 装置中阴极处产生的气体能够使湿润的淀粉ki试纸变蓝b 装置中待镀铁制品应与电源正极相连c 装置中电子由b极流向a极d 装置中的离子交换膜可以避免生成的cl2与naoh溶液反应 解析 a项 电极反应式分别为阳极 2cl 2e cl2 阴极 cu2 2e cu 阳极产生的cl2能使湿润的淀粉ki试纸变蓝 b项 电镀装置中待镀铁制品 镀件 应与电源负极相连接 c项 氢氧燃料电池工作时 负极上通入的h2失电子 电子由a极流向b极 d项 氯碱工业中阳极产生cl2 阴极附近溶液中生成naoh 为防止cl2与naoh发生反应cl2 2naoh nacl naclo h2o 工业上常采用离子交换膜法电解装置 答案 d 1 2014 经典习题选萃 在化学能与电能的转化过程中 下列叙述正确的是 a 电解法精炼铜时 电解质溶液中的铜离子浓度不变b 用惰性材料作电极的电解池装置中 阳离子在阳极放电 阴离子在阴极放电c 电镀时 电镀槽里的阳极材料发生氧化反应d 原电池的负极与电解池的阴极都发生氧化反应 解析 电解法精炼铜时 由于粗铜中含有比铜活泼的金属 先放电形成离子进入溶液 而电解质溶液中的铜离子在阴极放电 导致电解质溶液中的铜离子浓度减小 a错误 用惰性材料作电极的电解池装置中 阳离子在阴极放电 阴离子在阳极放电 b错误 电镀时 电镀槽里的阳极材料直接放电 发生氧化反应 c正确 原电池的负极与电解池的阳极都发生氧化反应 d错误 答案 c 2 2014 经典习题选萃 关于如图所示各装置的叙述中 正确的是 a 装置 是原电池 总反应是 cu 2fe3 cu2 2fe2 b 装置 中 铁作负极 电极反应式为 fe3 e fe2 c 装置 通电一段时间后石墨 电极附近溶液红褐色加深d 若用装置 精炼铜 则d极为粗铜 c极为纯铜 电解质溶液为cuso4溶液解析 装置 中fe比cu活泼 fe为负极 电极方程式为 fe 2e fe2 总反应为 2fe3 fe 3fe2 装置 为胶体的电泳实验 fe oh 3胶体粒子带正电 在电场中向阴极移动 石墨 是阴极 c项正确 装置 由电流方向可知c为阳极 d为阴极 精炼铜时阳极为粗铜 阴极为纯铜 电解液含cu2 d项错误 答案 c 答案 b 4 2014 高考广东卷 某同学组装了如图所示的电化学装置 电极 为al 其他均为cu 则 a 电流方向 电极 电极 b 电极 发生还原反应c 电极 逐渐溶解d 电极 的电极反应 cu2 2e cu 解析 本题综合考查原电池与电解池知识 意在考查考生对电化学原理的掌握情况 首先应根据图示判断左边两池通过盐桥构成原电池 产生电流对右边硫酸铜溶液进行电解 相当于精炼铜 电极 为负极 电极 为正极 所以电流方向 电极 电极 电流方向与电子流动方向相反 a正确 电极 上铝失电子发生氧化反应 b错 电极 上有铜析出 c错 电极 的电极反应 cu 2e cu2 d错 答案 a 5 2014 安庆检测 某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题 当闭合装置的电键时 观察到电流表的指针发生了偏转 请回答下列问题 1 甲装置的名称是 乙装置的名称是 zn为 极 pt为 极 2 写出电极反应式 cu极 c极 3 当甲中产生0 1mol气体时 乙中析出铜的质量应为 乙中产生的气体在标准状况下的体积应为 4 若乙中溶液不变 将其电极都换成铜电极 电键闭合一段时间后 乙中溶液的颜色 填 变深 变浅 或 无变化 5 若乙中电极不变 将其溶液换成饱和nacl溶液 电键闭合一段时间后 甲中溶液的ph将 填 增大 减小 或 不变 下同 乙中溶液的ph将 解析 1 zn cu和稀硫酸可构成原电池 其中zn是负极 cu是正极 乙装置是电解池 c为阴极 pt为阳极 2 cu电极上发生还原反应 2h 2e h2 c电极上也发生还原反应 cu2 2e cu 3 通过甲 乙装置中电子的物质的量相等 当甲中产生0 1molh2时 电路中通过0 2mol电子 乙中析出0 1molcu和放出0 1molcl2 4 若将乙中两个电极都换成铜 则乙装置相当于电解精炼铜的装置 阳极溶解的铜和阴极析出的铜一样多 溶液中cu2 的浓度基本不变 溶液的颜色基本不变 5 若将乙中溶液换成饱和nacl溶液 则乙装置就是电解饱和食盐水的装置 因反应生成了naoh 故电解后溶液的ph增大 反应时甲溶液中消耗了h 溶液酸性减弱 ph也增大 答案 1 原电池电解池负阳 2 2h 2e