电解原理及其应用经点答疑(一).doc

学科：化学教学内容：电解原理及其应用经点答疑（一）【学法旨要】1“电解原理及应用”的学法旨要是什么？（1）注意与前后知识的联系学生在高二时曾学过原电池，他们对于化学能与电能的相互转化关系可以说只学了一半“电解原理及应用”一单元在此基础上，结合新学的化学反应及能量变化等知识，进一步介绍了电能转变为化学能，使学生对电化学的知识认识得比较全面而且，教材在内容的引入及对化学原理进行分析时，都十分注意充分运用学生已有的知识基础（2）教材内容比较广泛，但教学层次相对较低“电解原理及应用”涉及电解原理及三种工业生产知识，如电解精炼铜，电镀铜，氯碱工业等，内容比较丰富，但对教学内容的要求，却不是很高教材以电解原理为一条线，把这三种工业生产串在一起教学中对这三种工业生产的要求也不相同，电解精炼铜和电镀铜，只是重在反应原理；对氯碱工业则要求了解生产原理和主要设备，而对于以氯碱工业为基础的化工生产只是做了常识性介绍（3）在学习生产时，只注重化学反应原理，不要求生产细节“电解原理及其应用”教材涉及三种化工生产，在介绍这些知识时，重点介绍反应原理，只简介典型设备，而不讲生产的细节例如，介绍离子膜电解槽时，只简单介绍关键部件，而不详细介绍电解槽内部结构；介绍食盐水精制时，只介绍化学反应原理和进一步精制的原理，而没有介绍反应设备和离子交换塔等（4）注意化工生产与环境保护的关系当前环境问题日益引起人们的关注，化工生产过程中产生的“废气、废渣、废水”等都会污染环境因此，教材在介绍电镀和氯碱工业时，都十分强调减少污染，保护环境2学习“电解原理及其应用”一章的学习目标是什么？（1）电解原理：能区别电解质溶液导电与金属导电的异同，能分析电极上发生的反应，理解电解和电解槽的概念（2）电解原理的一些重要的应用：铜的电解精炼与电镀铜的异同（3）电解饱和食盐水实验：电解实验装置；通电前溶液中存在的离子；通电后离子如何运动；电极上发生了什么反应（4）电解法制碱的初步知识：电解槽的电解原理；原料（食盐水）的精制；离子膜法电解制碱的主要生产流程等注意，学习时以化学反应原理为主，对生产设备及生产细节不做过多要求（5）以氯碱工业为基础的化工生产：对氯碱工业有个初步认识；写出其中部分化学反应方程式，借以复习相关知识，并理解应用化学知识的重要性【经点答疑】1什么是电解及电解池？（1）电解：融熔状态的电解质或电解质溶液，在直流电作用下，在两个电极上发生氧化还原反应的过程叫电解（2）电解池：将电能转化为化学能的装置，即发生电解反应的装置形成电解池的三个条件：直流电源；电极、电解质溶液（或融熔状态的电解质）；闭合回路两极及其反应：与外接电源正极相连的是阳极，与电源负极相连的是阴极；阳极附近离子（包括活泼的阳极金属）将失电子，称为“阳极氧化”；阴极附近的离子将发生失电子的反应，称作“阴极还原”；阳极产物是氧化剂，阴极产物是还原剂（3）下图是用Pt电极电解溶液的示意图像Pt、石墨这样的电极的化学性质比较稳定，在作阳极时不会失去电子而变为离子进入溶液中，被称为“惰性电极”；而其他活泼金属作成的电极作为阳极时，失电子首先并不是溶液中的阴离子，而是金属电极本身例1用两支惰性电极插入500mL的溶液中，通电电解当电解质溶液的pH由6.0变为3.0时（设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略），则电极上析出银的质量是（）A27mgB54mgC108mg D216mg思路启迪根据离子放电顺序，先写出两极的电极反应式：阳极：阴极：为了求整个电解反应方程式，须将阳极反应进行一下处理，因为是电解水溶液，尽管实际参与反应的是离子，但体系中主要是水，用水直接表示反应会更确切：得总的电解反应式：不难推导出：用惰性电极电解溶液时，发生的反应为：因为有生成，所以pH要变小生成的物质的量为，所以析出银的质量为规范解法B点评必须能正确书写电解池的电极反应式和总的反应式已知两个电极反应式，写总反应式并不难，只要使两个电极反应得失电子数相等后，将两式相加，消去相同的化学式即可例2从有关资料上查得含有（重铬酸根）的酸性工业废水，可采用如下的处理方法，向工业废水中加入适量的食盐，以铁为电极通直流电进行电解，经过一段时间后，废水的pH上升，从可溶性的转变为难溶的而被除去，同时还有沉淀生成，该工业废水可达排放标准，简要回答下列各问：（1）写出阳极和阴极的电极反应式（2）简要说明电解除铬的化学原理，并写出相应反应的离子方程式及加入NaCl的目的（3）能否用石墨电极代替铁电极达到除铬的目的?简述其原因思路启迪本题给出了工业上处理含有酸性废水的方法，要求同学接受题目中给出的新信息，结合电解质溶液的有关理论，回答试题提出的新问题分析题目给出的信息，可以知道电解法除铬（）的关键，在于要把可溶性的离子通过氧化还原反应，转变成为可溶性的，还要再通过复分解反应，把可溶性的转变为难溶的，以达到除去工业废水中可溶性铬的目的，要实现这一系列变化，就要解决两个问题：一个是要有一个适当的还原剂，以便在酸性条件下把还原为；另一个是把变为的过程中，要使溶液的pH不断升高，使工业废水由酸性变为碱性题目给出的以Fe作电极和沉淀的出现，提示给我们是使变为过程中的还原剂，所以，以Fe为电极，电解含NaCl的工业废水，则是产生还原剂和提高溶液pH这两个问题的正确解决途径由此看出，整个电解除铬的过程，从阳极Fe的溶解产生，到与间的氧化还原反应；从阴极的放电，到离子浓度的上升，到与，与间的离子反应几乎涉及到电解质溶液理论的方方面面，没有对电解质溶液理论的深刻理解，没有灵活运用理论解决实际问题的能力，就无法找到本题的正确解题思路规范解法（1）阳极：阴极：（2）在存在下，把氧化为，其自身被还原为，在这一反应过程中消耗了大量：在阴极氢离子不断放电，当废水由酸性变为碱性时，、与结合为难溶的、沉淀，加适量的NaCl是为了增大电导率，缩短电解除铬的时间（3）不能用石墨电极代替铁电极，这样，阳极将没有生成，无法还原，更无法变为难溶的，电解除铬将不可能实现点评本题易犯的错误是：阴极反应不写得电子变为，而令直接得电子变为，与事实，与结果不符2电解与电离有什么区别？电离电解条件电解质溶于水或熔化电解质电离后，通入直流电过程离解为自由移动的离子：且包括物理过程及化学过程的复杂过程，但以物理过程为主，因为其中并没有生成新物质阴阳离子定向移动，在两极上得失电子主要过程为化学过程特点只产生自由移动的阴阳离子发生氧化还原反应，生产新物质联系电解必须建立在电离的基础上3判断电解过程中的电极产物的依据是什么？判断电解过程中电极产物的依据是：电极材料和离子放电顺序阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电放电顺序取决于离子本身性质，也与离子浓度及电极材料有关电解时所使用的电极分为两类：一类为惰性电极，只起导体的作用（如铂、石墨等），并不参与反应另一类为活性电极（除铂、金以及在电解时很易钝化的铅、铬以外的金属），活性电极若作阴极，只起导体的作用；若为阳极，发生氧化反应的往往是电极本身1在电极的阴极上，阳离子的放电顺序为：注：此顺序与金属活动顺序推导出的金属阳离子的氧化能力顺序基本一致在水溶液中，由于水可以电离出来，其放电优先于、等活泼金属阳离子，导致这些离子没有放电的机会，对于这部分金属的冶炼，往往是电解熔融的盐，如电解熔融的制镁，电解熔融的制Al（冰晶石为助熔剂，起到促使熔化作用）在水中电解比较困难，因而其放电比更难（参考本章“知识链接”）2在惰性电极的阳极上，阴离子放电的顺序为：注：若非惰性电极作阳极，失电子的是电极本身如：用Fe作阳极，则电极反应为：阳极：例1用石墨电极电解溶液时，下图所示的电解质溶液的各种属性随时间变化曲线中合理的是（）思路启迪阳极放电顺序：；阴极放电顺序：因此电解溶液的实质是电解溶质和溶液，电解的方程式为：阳极：阴极：在溶液中的后续反应：（是因为溶液中的减少而产生的）总方程式：电解前，由于水解，溶液呈酸性，pH7；随着电解的进行，减小，故减小，pH升高，但生成的是难溶性的物质，故溶液pH不可能大于7故应选A电解过程中，沉淀质量逐渐增加，完全电解后，沉淀的质量保持不变故应选D点评对于复杂的电解反应，一般均应从离子的放电顺序着手分析，先写出电极反应式，进而导出总的反应式，最后根据总的反应式作出判断或进行有关计算例2在25时，将两个铜电极插入一定质量的硫酸钠饱和溶液中进行电解通电一段时间后，阴极上逸出a mol气体，同时有W克晶体析出若温度不变，则剩余溶液中溶质的质量分数为（）ABCD思路启迪电解发生的电极反应：阳极：阴极：电解的总化学方程式：阴极逸出a mol，水被电解了2a mol相当于2a mol的水中可以溶解W g 晶体，由溶解度知识可求，剩余溶液溶质的质量分数为（即C）点评本题若改为用铂做电极电解硫酸钠饱和溶液，则电解的总方程式为：，阴极逸出a mol，水被电解了a mol，其答案为D因此处理此类问题时一定注意看清差异4如何书写电解反应的电极方程式？（1）分析溶液中有哪些阴、阳离子（包括水电离出的及）（2）写出阴阳离子在电解池两极的聚集方向：（一般阳离子向阴极处集中，而阴离子向阳极处集中（3）按照放电顺序写出阴阳两极放电的方程式，注意活性电极做阳极时的电极本身失电子被氧化的反应（4）将分立的电极反应式，经过适当处理求和即可得到总的电解方程式例1铅蓄电池（原电池）工作时，总反应为由此可判断：（1）原电池的电极材料：正极为_负极为_（2）电解时，两极的电极反应式：阴极为_阳极为_（3）原电池工作后，蓄电池里电解质溶液的pH_（填“变大”“变小”或“不变”）其理由是_（4）电解池工作后，蓄电池里电解质溶液的pH_（填“变大”“变小”或“不变”）理由是_思路启迪因为蓄电池是即可做为原电池（放电），又可做为电解池（充电），将上述所说的方程式完善为两部分：（原电池）（电解池）先写原电池的正负极反应式：1负极电极反应式的书写步骤：（1）列物质，标得失：根据总的反应式，列出总式两边化合价升高的有关物质，并标出失去电子的数目（2）选离子，配电荷：根据电解质溶液的酸碱性，用或或其他离子配平，使反应两边电荷及物质守恒2正阳电极反应式的书写步骤：（1）列物质，标得失：（2）选离子，配电荷：同理：电解池阴阳极反应式也遵循如此的步骤1阳极电极反应式的书写：（1）列物质，标得失：（2）选离子，配电荷：2阴极反应式的书写：（1）列物质，标得失：（2）选离子，配电荷：规范解法（1）负极：正极：（2）阳极：阴极：（3）变大；从总方程可以看出，蓄电池工作时，消耗（4）变小；从总方程可以看出，蓄电池充电时，产生点评写电极反应时，一般要求的是离子方程式，不要将能电离的物质写成化学式，造成离子方程式与化学方程式不清的结果如：原电池负极：电解池阴极：都是不确切的写法蓄电池的放电的正极反应与充电时的阴极反应；放电的负极反应与充电时的阳极反应相对应，只不过是反应物与产物倒了过来该规律既可用于帮我们书写相应的电极反应式，也可以帮我们验证所书写的方程式是否正确原电池的两极为正负极，而原电池的两极用阴阳极，应加以注意，而不应混淆电极反应表达时，应用“”号连接，而不是用“”来连接反应物与生成物如果有气体，沉淀的生成，在电极反应式中应以“”与“”等表示例2请画出用隋性电极（Pt电极）电解水溶液的装置；写出电极反应式及总方程式；说明两极附近及整个电解质溶液中的pH变化；电解后溶液中应补加何种物质才能使溶液恢复为电解前的状况规范解法（1）（2）总反应式：（3）在负极附近，观察负极的电极反应，由于没有及直接参与反应pH变化不大（由于的减小，会因为的水解而使pH略有变化，不是严格要求时，可以忽略不计）在正极附近，观察正极的电极反应，消耗了，结果使正极附近pH升高整个电解质溶液的pH变化：观察总反应方程式，生成了，则溶液pH降低（4）补加物质使溶液恢复电解前的状况，只须考察溶液中出来了什么物质，然后补加相应的物质即可本题目中离开电解质溶液的有Ag、，加入的物即为点评若使溶液恢复至电解前的状况，包括物质的量，溶液的体积等各方面的一样，只能保证其中一种或两种物质的浓度恢复，并不算真正的恢复至原状如在本题目中加入Ag单质，也能生成，但物质的量不足（由4mol变为1mol）；的物质的量不足（由4mol变为2mol）5请总结出电解质溶液电解的几条规律（用惰性电极）第一：电解质电解：当电解质电离出的阳离子比活泼性强（含），阴离子比活泼性强时，电解质溶液的电解实质是电解质本身的电解例如：溶液的电解，其电离方程式为：电极反应式是：阳极：阴极：电解总方程式是：第二：水的电解：当电解质电离出的阳离子没有的活泼性强，阴离子没有的活泼性强时，电解质溶液电解的实质是水的电解例如：电解水溶液的电离方程式是：电极反应式是：阳极：阴极：电解总方程式是：其中电解质起导电的作用第三：混合电解：当电解质电离出来的阴阳离子的活泼性，一种位于（或）之前，另一种位于（或）之后时，电解质溶液的电解是电解质和水产生的离子混合放电例如，电解饱和NaCl溶液的电离方程式是：电极反应式是：阳极：阴极：电解总方程式是：例1从、五种离子中恰当地组成电解质，按下列要求进行电解：（1）以碳棒为电极，使电解质的质量减少，而水的质量不变，进行电解，则可用的电解质是_（2）以碳棒为电极，使电解质质量不变，水质量减少，进行电解，则可用的电解是_（3）以碳棒为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水的质量都减少，进行电解，则电解质是_思路启迪（1）此问属上述第一种情况，只要找到电解活泼性不低于的阳离子与；电解活性不低于的阴离子即可找出相应的电解质（2）相当于电解水，即第二种情况，只需找到电解活性不高于的阳离子以及电解活性高于的阴离子，此问便得以解决（3）以铁棒做为阴极与碳棒做为阴极的效果是等同的，属于第三种情况电解活性低于的阳离子；而电解活性高于的阴离子即可电解活性高于的阳离子；电解活性低于的阴离子亦可规范解法（1）或HCl（2）或（3）NaCl或点评用惰性电极进行