电解池的工作原理及应用

第二课时电解池的工作原理及应用,一、电解原理1.电解在直流电的作用下,在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫电解。2.电解池的形成条件(1)与电源相连的两个相同或不同的电极。(2)电解质溶液或熔融的电解质。(3)形成闭合回路。3.电极名称阳极:和电源正极相连的电极,发生氧化反应。阴极:和电源负极相连的电极,发生还原反应。1.电解池的阴、阳极与两极材料的金属活动性有关吗?提示电解池的阴阳极取决于外接电源的正负极,与电极材料的金属活动性无关。,4.电子流向电源负极导线电解池阴极,电解池阳极导线电源正极。5.离子移动方向电解质溶液中阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。2.电解质溶液导电一定发生了化学变化,这种说法正确吗?提示电解质溶液的导电过程,就是该溶液的电解过程,一定发生化学变化。,二、电解原理的应用1.氯碱工业3.电解饱和食盐水时,离子交换膜在电解槽中的作用是什么?提示将阴极区、阳极区隔开,既防止氯气与阴极区的氢气混合爆炸,也防止氯气与阴极区的NaOH溶液反应,降低NaOH产品的纯度。,2.电镀(1)定义。电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。电镀的目的主要是使金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。(2)电镀原理。电镀时,用镀层金属作阳极、待镀金属(镀件)作阴极,用含镀层金属阳离子的可溶性盐溶液作电解质溶液。4.电镀过程中,电镀液离子浓度基本不变,这是为什么?提示电镀实际上相当于阳极上镀层金属在通电作用下,经过电镀液覆盖到镀件上,从整体来讲,溶液中各离子数目、浓度没有变化。,3.电解精炼铜(1)电解精炼的目的。粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质,通过电解精炼可以获得纯度达到99.95%99.98%的铜,这种铜称为电解铜,这种方法称为金属的电解精炼。电解精炼常用于有色金属的精炼,如粗铜、粗镍等的精炼。(2)电解精炼铜的原理。5.为什么电解槽里会有含金、银等杂质的“阳极泥”?提示位于金属活动性顺序表铜之后的金、银等杂质,因为失电子能力比铜弱,难以在阳极失去电子变成阳离子,当阳极上的铜失去电子变成离子溶解之后,它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部,形成阳极泥。阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料。,知识点1,知识点2,知识点3,知识点4,电解池阴阳极的判断【例题1】如图所示,甲是刚浸过NaCl溶液的石蕊试纸,A、B两铜片通过导线连接电源两极,在铜片间的滤纸上滴一滴KMnO4溶液,通电一段时间后,发现A、B间的紫红色圆点向A极移动了一段距离,则与A相连的是电源的极,可发现滤纸的B极边沿附近有色出现。,知识点1,知识点2,知识点3,知识点4,解析当通电一段时间后,A、B间的紫红色圆点向A极移动了,由于紫红色是的颜色,即向A极移动,因阴离子向阳极移动,所以A为电解池的阳极(浸有NaCl溶液的石蕊试纸相当于电解池),则与A相连的是电池的正极,B为阴极。电源的正负极和电解池的阴阳极也就能确定了,从而分析出本题的答案。答案正蓝,知识点1,知识点2,知识点3,知识点4,解决本题的关键是根据(紫红色)的移动方向判断出电解池的阴阳极,从而判断出电源的正负极。解决这一类电解含有有色离子的电解质溶液(特别是含的溶液)的问题时要牢记:在电解池中,发生氧化反应的为阳极,发生还原反应的为阴极。阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动。即:,知识点1,知识点2,知识点3,知识点4,【针对训练1-1】下列描述中,不符合生产实际的是()A.电解熔融的氧化铝制取金属铝,用铁作阳极B.电解法精炼粗铜,用纯铜作阴极C.电解饱和食盐水制烧碱,用涂镍碳钢网作阴极D.在镀件上电镀锌,用锌作阳极答案A,知识点1,知识点2,知识点3,知识点4,【针对训练1-2】下列关于铜电极的叙述正确的是()A.铜锌原电池中铜作负极B.在铁制品上电镀铜时,用铜作阴极C.电解饱和食盐水制烧碱时,用铜作阳极D.电解法精炼铜时,粗铜连接电源的正极解析铜锌原电池中,活动性强的金属锌作负极,A项不正确。电镀中镀层金属作阳极,B项不正确。若用活性电极铜作阳极,则铜先失电子,无法制烧碱,C项不正确。答案D,知识点1,知识点2,知识点3,知识点4,参加电解反应的物质的判断【例题2】用石墨作电极电解1molL-1CuSO4溶液,当c(Cu2+)为0.5molL-1时,停止电解,向剩余溶液中加入下列何种物质可使电解质溶液恢复至原来状态()A.CuSO4B.CuOC.Cu(OH)2D.CuSO45H2O答案B,知识点1,知识点2,知识点3,知识点4,(1)溶液中含氧酸根离子不放电,常指最高价(中心原子)含氧酸根不放电,但非最高价(中心原子)含氧酸的放电能力比OH-的强,如等。阳离子的放电顺序基本上符合金属活动性顺序表,一般将H+放在Cu2+后。但在电镀条件下,H+的位置放在Zn2+之后,即在水溶液中Zn2+的得电子能力比H+强,主要原因是水电离产生的c(H+)很小,离子的放电能力不仅与本身性质相关,还与离子浓度、pH等有关。(2)电解后要恢复原电解质溶液的浓度,须加适量的某物质,该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。如用惰性电极电解CuSO4溶液,要恢复原溶液浓度,可向电解后的溶液中加入CuO,也可以加入CuCO3,但不能加入Cu(OH)2,因为Cu(OH)2与H2SO4反应生成水,使水量增加。电解质溶液恢复的原则是“析出什么加什么”。,知识点1,知识点2,知识点3,知识点4,【针对训练2】用惰性电极实现电解,下列说法正确的是()A.电解氢氧化钠稀溶液,溶液浓度增大,pH变小B.电解氯化钠溶液,溶液浓度减小,pH不变C.电解硝酸银溶液,要消耗OH-,溶液pH变小D.电解稀硫酸,实质是电解水,溶液pH不变解析电解氢氧化钠相当于电解水,溶液浓度增大,pH变大;电解氯化钠生成氢氧化钠,pH变大;电解稀硫酸,相当于电解水,pH变小。答案C,知识点1,知识点2,知识点3,知识点4,电解原理的应用【例题3】某同学按下图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是()A.电解过程中,铜电极上有H2产生C.电解一定时间后,铜电极质量增加D.整个电解过程中,H+的浓度不断增大,知识点1,知识点2,知识点3,知识点4,答案B,知识点1,知识点2,知识点3,知识点4,【针对训练3】(2016年10月浙江选考,节选)电解NaClO3水溶液可制备NaClO4。在电解过程中由于阴极上吸附氢气,会使电解电压升高,电解效率下降。为抑制氢气的产生,可选择合适的物质(不引入杂质),写出该电解的总化学方程式。,知识点1,知识点2,知识点3,知识点4,电解的相关计算【例题4】电解100mLc(H+)=0.30molL-1的下列溶液,当电路中通过0.04mol电子时,理论上析出金属质量最大的是()A.0.10molL-1Ag+B.0.20molL-1Zn2+C.0.20molL-1Cu2+D.0.20molL-1Pb2+,知识点1,知识点2,知识点3,知识点4,答案C,知识点1,知识点2,知识点3,知识点4,有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、某气体的体积、某元素的化合价以及溶液的pH、物质的量浓度等。解答此类题的方法有两种:一是根据电解方程式或电极反应式列比例式求解;二是利用各电极、线路中转移的电子数目守恒列等式求解。电子守恒进行分析计算较为简便,