高中化学 4.3 电解池（第1课时） 新人教版选修4

1、第三节电解池,第1课时电解原理,目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,1.电解CuCl2溶液 (1)通电前,CuCl2溶液中存在的离子是CuCl2电离产生的Cu2+和Cl-,以及水电离产生的H+、OH-。 (2)工作原理,总反应:Cu2+2Cl- Cu+Cl2。 (3)CuCl2溶液导电的过程,就是CuCl2电解的过程,就是在阴阳两极发生氧化还原反应的过程,目标导航,预习导引,2.电解和电解池 (1)电解:使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。 (2)电解池:在外加电源的作用下,将电能转变成化学能的装置。 (3)电解池的两极:阳极与电源正极相连,发生氧化反应。 阴极与电源

2、负极相连,发生还原反应。 (4)电解池的构成条件: 外加直流电源。 两个固体电极。 两极插入电解质溶液或熔融电解质中,形成闭合回路。 (5)离子的定向移动:阴离子移向阳极;阳离子移向阴极。 (6)电子的流向,目标导航,预习导引,深度思考 判断下列描述的正误(正确的画“”,错误的画“”)。 (1)在电解池中,与外接电源正极相连的电极是阳极。 () (2)电解质溶液导电仅仅是离子的定向移动,没有发生化学反应。 () (3)原电池中阳离子向正极移动,电解池中阳离子向阴极移动。() (4)电解时,阳极失电子数与阴极得电子数相等。 () (5)用惰性电极电解稀硫酸,实质上是电解水,故溶液pH不变。()

3、(6)电解任何物质阳极上失电子数与阴极上得电子数相等。 () (7)电解氯化铜溶液时阴极上有气体生成。 () (8)用惰性电极电解NaCl和CuCl2两种溶液参加反应的物质是相同的。 () (9)电解时,两个电极材料不参加化学反应。 (,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,一、阴阳极与电极反应产物的判断 1.电解池的阴、阳极的判断方法,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,2.电解时电极产物的判断,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,1)若将Fe、Cu用导线分别与电源的正、负极相连,然后插入CuCl2溶液中,如何判断电极?电极反应式怎样书写? 答案:Fe为阳极

4、,电极反应式为Fe-2e-=Fe2+;Cu为阴极,溶液中Cu2+的放电能力大于H+,故电极反应式为Cu2+2e-=Cu。 (2)若电解CuSO4和NaCl的混合溶液(用惰性电极),电解开始时两极生成的产物分别是什么? 答案:阳极生成Cl2,阴极析出Cu,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,例1】 现用Pt电极电解1 L浓度均为0.1 molL-1的HCl、CuSO4的混合溶液,装置如图,下列说法正确的是() A.电解开始时阴极有H2放出 B.电解开始时阳极上发生:Cu2+2e-=Cu C.当电路中通过电子的量超过0.1 mol时,此时阴极放电的离子发生了变化 D.整个电解过程中,

5、不参与电极反应,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,解析:依据放电顺序阴极先放电的是Cu2+,故阴极开始析出的是Cu,阳极先放电的是Cl-,故阳极开始产生的是Cl2,A、B两项错误;由阴极反应Cu2+2e-=Cu,n(Cu2+)=0.1 mol,当电路中通过电子的量达到0.2 mol时,此时Cu2+消耗完毕,阴极放电离子变为H+,所以C项错误;阳极先是Cl-放电,当Cl-消耗完毕,此时H2O电离产生的OH-开始在阳极放电, 不参与电极反应。 答案:D,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,1.用石墨电极电解CuCl2溶液(见

6、下图)。下列分析正确的是() A.a端是直流电源的负极 B.通电使CuCl2发生电离 C.阳极上发生的反应:Cu2+2e-=Cu D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体 解析:由电解装置图可知,Cu2+向阴极移动,可知a为电源负极,A项正确;CuCl2电解质在水中就能电离成自由移动的Cu2+和Cl-,B项错误;在阳极上发生氧化反应,其电极反应为2Cl-2e-=Cl2,C项错误;通电一段时间后,应在阳极附近观察到黄绿色的气体Cl2,D项错误。 答案:A,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,2.如图中两烧杯盛有相同电解质溶液,X、Y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加

7、,b极板处有无色无味气体放出,符合这一情况的是(,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,解析:由通电后a、b两极的现象知,X为负极,Y为正极,故B、D两项错误;b为阳极,A项中的电极反应为4OH-4e-=O2+2H2O,C项中的电极反应为Fe-2e-=Fe2+,结合b极处有无色无味气体放出,则A项正确,C项错误。 答案:A,迁移应用,典题例解,思考探究,一,二,知识精要,二、以惰性电极电解电解质溶液的规律,迁移应用,典题例解,思考探究,一,二,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,1)用惰性电极电解氢氧化钾溶液时,氢氧化钾的物质的量如何变化?溶液的pH如何变化?

8、答案:用惰电极电解氢氧化钾溶液时,实质是电解水,氢氧化钾的物质的量不变,但溶剂水的量减小,其物质的量浓度增大,故溶液的pH增大。 (2)用惰性电极电解硝酸银溶液一段时间,若恢复原溶液的状态,应加入何种物质? 答案:惰性电极电解硝酸银溶液的反应是4AgNO3+2H2O 4Ag+O2+4HNO3,因此要恢复原溶液的状态,可加入氧化银或碳酸银,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,例2】 从 中选出合适的离子组成电解质,采用碳棒作电极对其水溶液进行电解。 (1)若使电解质含量减少但水量不变,可采用的电解质是(写化学式或反应式,下同)。 (2)若使电解质和水量都减少,可采用的电解质是,其阳极

9、的电极反应为,其总反应方程式为。 (3)若两极分别放出H2和O2,可采用的电解质是。 (4)若使两极分别放出气体,且体积比为11,可采用的电解质是,其阴极电极反应为,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,4)电解质、水同时被电解,则都要写入方程式,凡是水电离的H+或OH-放电时,水必须写分子式。如电解饱和食盐水: 2Cl-+2H2O 2OH-+Cl2+H2,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,5)书写步骤,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,1.四个电解装置都以Pt

10、作电极,它们分别装着如下电解质溶液进行电解,电解一段时间后,测定其pH变化,所记录的结果正确的是(,解析:以Pt为电极,电极不参与电解,A中电解的是HCl,c(H+)减小,pH增大;B中电解的是H2O和AgNO3,电解生成HNO3,pH减小;C中电解的是H2O和BaCl2,生成Ba(OH)2,pH增大;D中电解的是水,c(OH-)增大,pH增大。 答案:D,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,2.用铂电极电解CuCl2与CuSO4的混合溶液(浓度均为2 molL-1)50 mL,当阴极析出9.6 g固体时,标准状况下阳极得到的气体是() A.33.6 LB.2.8 LC.6.72

11、LD.4.48 L 解析:阴极:Cu2+Cu2e- 64 g2 mol 9.6 g0.3 mol 阳极首先是Cl-失电子,但Cl-失电子数最多为2 molL-10.05 L2|0-(-1)|=0.2 mol,产生0.1 mol Cl2,按得失电子数相等,显然还有(0.3-0.2) mol电子是水电离的OH-失去的,由4OH-O24e-知,n(O2)= =0.025 mol,故阳极得到的气体为(0.1+0.025) mol22.4 Lmol-1=2.8 L。 答案:B,思悟升华,误区警示,案例探究,电解后电解质溶液的复原方法 用惰性电极电解CuSO4溶液,当Cu2+浓度下降至一半时停止通电,要想

12、使CuSO4溶液恢复原浓度,应加入的物质是() A.CuSO4B.CuO C.Cu(OH)2D.CuSO45H2O 解析:发生的电解反应为2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO4,电解过程中CuSO4溶液每损失2个Cu原子,就损失2个O原子,相当于损失一个CuO,为了使CuSO4溶液恢复原浓度,应加入CuO。当然也可以加入CuCO3,但绝不能加入Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3,因为CuCO3+H2SO4=CuSO4+CO2+H2O,相当于加CuO,而Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O、Cu2(OH)2CO3+2H2SO4=2CuSO4+CO2+3H2O,除增加溶

13、质外还增加了水,故不选。 答案:B,思悟升华,误区警示,案例探究,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,要恢复原溶液的浓度,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,思悟升华,误区警示,案例探究,电解质溶液进行电解时,大致分三种情况:电解质本身被电解;溶剂水被电解;电解质和水同时被电解。因此要使电解后的溶液恢复原状,必须根据电解的化学反应原理来确定。同学们可记为“出去什么就加什么”。 (1)电解质本身被电解,如电解盐酸:2HCl H2+Cl2,应向原溶液中通HCl气体。类似的情况还有电解HBr、CuCl2等溶液。 (2)溶剂水被电解,如电解NaOH溶液:2H2O 2H2+O2,应向原溶液中加H2O。类似的情况还有电解H2SO4、Na2SO4、KNO3等溶液,思悟升华,误区警示,案例探究,3)电解质和水同时被电解,如电解NaCl溶液:2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl