高三总复习 化学课件：第36课时电解原理及其应用

1、第 课时 第第 十十 章章 电离平衡电离平衡 溶液溶液 胶体胶体 某同学按右图所示的装置进行电解实验。下列 说法正确的是( ) BC A.电解过程中，铜电极上有H2产生 B.电解初期，主反应方程式为: Cu+H2SO4CuSO4+H2 C.电解一定时间后，石墨电极上有铜析出 D.整个电解过程中，H+的浓度不断增大 电解电解 课堂练习1 右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电 后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊试液，下 列实验现象中正确的是( ) A.逸出气体的体积a电极的 小于b电极的 B.一电极逸出无味气体， 另一电极逸出刺激性气味气体 C.a电极附近呈红色，b电极附近出现蓝

2、色 D.a电极附近呈蓝色，b电极附近出现红色 D 课堂练习2 电解稀Na2SO4水溶液，其本质是电解水。 b极为阳极：4OH-4e-2H2O+O2， a极为阴极：4H+4e-2H2。 a极逸出气体为氢气，b极逸出气体为氧气，二 者都是无色无味的气体，且a极氢气的体积是b极氧 气的体积的2倍，则A、B均错误；a极氢离子得电 子，所以a极附近氢氧根离子浓度增大，遇石蕊试 液变蓝；b极氢氧根离子放电，致使b极附近氢离子 浓度增大，遇石蕊试液变红色，则C错，D正确。 氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池 相组合的新工艺可以节(电)能30以上。在这种工 艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所

3、示， 其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子 通过。 课堂练习3 (1)图中X、Y分别是、(填化学式)，分 析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小 。 (2)分别写出燃料电池B中正极、负极上发生的电 极反应 正极：; 负极：。 Cl2H2 a%小于小于b% H2+2OH-2e- 2H2O O2+H2O+2e- 2OH- 1 2 (3)这样设计的主要节(电)能之处在于(写出2处) 、 。 燃料电池可以补充电解池消耗燃料电池可以补充电解池消耗 提高产出碱液的浓度，降低能耗提高产出碱液的浓度，降低能耗 的电能的电能 (其他合理答案也可其他合理答案也可) 课堂练习3 由电解池A可知，X为C

4、l2，Y为H2，并将H2通 入B中作为原电池的负极材料。B中的燃料电 池处于碱性条件下，故正、负极电极反应式 分别为 O2+H2O+2e-2OH-(通入空气一极)、 H2+2OH-2e-2H2O。 由于离子交换膜只允许阳离子通过，通过空 气的一极即正极产生了大量的OH-，因此有 a%b%。 1 2 镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。 已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、 放电按下式进行: Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2 有关该电池的说法正确的是( ) A 放电放电 充电充电 A.充电时阳极反应： Ni(OH)2-e-+OH- NiOO

5、H+H2O B.充电过程是化学能转化为电能的过程 C.放电时负极附近溶液的碱性不变 D.放电时电解质溶液中的OH-向正极移动 注意充、放电的方向及元素化合价的升降。 课堂练习4 电解原理电解原理 1.原电池与电解池的比较原电池与电解池的比较 原电池电解池 (1)定义 化学能转变成电能化学能转变成电能 的装置的装置 电能转变成电能转变成 化学能的装置化学能的装置 (2)形成 条件合适的电极、 合适的电解质溶液、 形成回路 电极、电解质溶液(或 熔融的电解质)、外接 电源、形成回路 原电池电解池 (3)电极名称负极负极正极正极阳极阳极阴极阴极 (4)反应类型氧化氧化还原还原氧化氧化还原还原 (5)

6、外电路电 子流向 负负极流出出、正正极流 入入 阳阳极流出出、阴阴极 流入入 电解原理 1.原电池与电解池的比较 2.用惰性电极电解电解质溶液的基本类型 类 型 电极反 应特点 电解质 组成特 点 实例 电解 对象 电解 质浓 度 pH 电解质溶 液复原需 加入物质 电 解 水 型 阴极： 4H+4e- 2H2阳 极： 4OH- 4e- 2H2O+ O2 可溶性 强碱 NaOH水水增大 增 大 水 含氧酸H2SO4水水增大 减 小 水 活泼金 属含氧 酸盐 Na2SO4水水增大 不 变 水 类 型 电极反 应特点 电解质 组成特 点 实例 电解 对象 电解 质浓 度 pH 电解质溶 液复原需

7、加入物质 分 解 电 解 质 型 电解质电解质 电离出电离出 的阴阳的阴阳 离子分离子分 别在两别在两 极放电极放电 无氧酸HCl 电解 质 减小减小 增增 大大 氯化氢 不活泼 金属无 氧酸盐 CuCl2 电解 质 减小减小氯化铜 2.用惰性电极电解电解质溶液的基本类型 类 型 电极反 应特点 电解质 组成特 点 实例 电解 对象 电解 质浓 度 pH 电解质溶 液复原需 加入物质 放 H2 生 碱 型 阴极： 2H+2e- H2 阳极： 电解质电解质 阴离子阴离子 放电放电 活泼金 属无氧 酸盐 NaCl 电解 质和 水 生成 新电 解质 碱碱 增增 大大 氯化氢 2.用惰性电极电解电解质

8、溶液的基本类型 类 型 电极反应特 点 电解 质组 成特 点 实例 电 解 对 象 电解 质浓 度 pH 电解质 溶液复 原需加 入物质 放 O2 生 酸 型 阴极：电解电解 质阳离子放质阳离子放 电电 阳极：4OH- -4e- O2+2H2O 不活 泼金 属含 氧酸 盐 CuSO4 电 解 质 和 水 生成 新电 解质 酸酸 减减 小小 氧化铜 注意：用惰性电极电解时，若使电解后的溶液恢复注意：用惰性电极电解时，若使电解后的溶液恢复 原状态，一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。原状态，一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。 2.用惰性电极电解电解质溶液的基本类型 3.新型可充电电池电极反应书写

9、方法新型可充电电池电极反应书写方法 首先写出电池的总反应方程式，如能写成离子方首先写出电池的总反应方程式，如能写成离子方 程式的写成离子方程式，然后配平方程式，标出程式的写成离子方程式，然后配平方程式，标出 电子转移。电子转移。 根据失电子的是负极，得电子的正极，写出一个电 极的反应式，然后用总的方程式去减电极反应式， 得另一个电极反应式。 如果充电时，原电池的负极和电源的负极相连，此 时这个极叫阴极，原电池的正极和电源的正极相接， 此时这个极叫做阳极。电极反应是原电池电极反应 式的逆反应。 【例1】天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基 地 ， 锂 离 子 电 池 正 极 材 料 是 含 锂

10、 的 二 氧 化 钴 (LiCoO2)，充电时LiCoO2中Li被氧化，Li+迁移并以 原子形式嵌入电池负极材料碳(C6)中，以LiC6表示， 电池反应为 LiCoO2+C6CoO2+LiC6,下列说法正确的是() 放电放电 充电充电 A.充电时，电池的负极反应LiC6-e-Li+C6 B.放电时，电池的正极反应CoO2+Li+e-LiCoO2 C.羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池 的电解质 D.锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低 课堂练习5 本题综合考查电解原理和原电池原理的应用。电池 充电时发生电解反应，接电池正极的为阳极发生氧 化反应：LiCoO2-e- Li+CoO2

11、， A项不正确；放电时，正极发生还原反应： CoO2+Li+e-LiCoO2，B项正确；由于Li为较活泼 的金属，可与羧酸、H2O及醇中的活泼氢反应，故它 们不能作电池的电解质，C项不正确；由于锂的相对 分子质量小，故等质量的物质含Li的物质的量多，故 比能量高，D项不正确。 【答案】B 【变式演练1】钒(V)及其化合物广泛应用于工 业催化、新材料和新能源等领域。 (1)V2O5是接触法制硫酸的催化剂。 一定条件下，SO2与空气反应t min后，SO2和 SO3物质的量浓度分别为a mol/L和b mol/L，则 SO2起始物质的量浓度为a+bmol/L； 生成SO3的化学反应速率为b/tmo

12、l/(Lmin)。 工业制硫酸，尾气SO2用氨水氨水吸收。 课堂练习6 (2)全钒液流储能电池是利用不同价态离子对 的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转 化的装置，其原理如图所示。 课堂练习6 当左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式 为VO+2H+e-=VO2+H2O。 充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由绿 色变为紫色。 放电过程中氢离子的作用是参与正极反 应和通过交换膜定向移动使电流通过溶 液；充电时若转移的电子数为3.011023 个，左槽溶液中n(H+)的变化量为0.5 mol。 课堂练习6 本题考查以钒为材料的化学原理题，涉及化 学反应速率和电化学知识。 ( 1 ) 由 S 守 恒 可 得

13、 ， S O 2 的 起 始 浓 度 为 (a+b)mol/L。SO3的速率为单位时间内SO3浓 度的变化，即b/t mol/(Lmin)。SO2可以用碱 性的氨水吸收。 (2)左槽中，黄变蓝即为VO生成VO2+，V的化合价 从+5降低为+4，得一个电子，氧原子减少，从图中 知，其中H+发生了移动，参与反应，由此写出电极 反应式。作为原电池，左槽得电子，而右槽失电 子。充电作为电解池处理，右槽中则为得电子，对 应化合价降低，即为V3+生成V2+，颜色由绿变成紫。 由电极反应式知，H+参与了反应。溶液中离子的 定向移动可形成电流。 n=N/NA=3.011023/6.021023=0.5 mol

14、。 与电解有关的计算与电解有关的计算 1.简单装置中各电极产物间的计算简单装置中各电极产物间的计算 在一个装置中进行电解时，各电极产物不同， 但阴阳极得失电子数相等。阴阳极得失电子数相等。根据此标准可对各电极 产物、溶液中的产物，以及反应消耗的物质进行计 算。 2.复杂装置中复杂装置中(指多个装置串联连接指多个装置串联连接)各电极产物的判各电极产物的判 断断 在串联电解装置中，各电极电子转移数相等。各电极电子转移数相等。 据此，可计算各电极产物，溶液中的c(H+)、c(OH-) 的变化。 3.电解的计算特点电解的计算特点 有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体 的体积、某元素的化合价以

15、及溶液的pH、物质的量浓 度等。 解答此类题的方法有两种：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，应用阴、阳两极一是根据电解方程式或电极反应式，应用阴、阳两极 得失电子守恒进行有关计算。得失电子守恒进行有关计算。 二是用惰性电极进行电解的过程，若电解质的阴、阳 离子不同时在两极上放电，则阳离子放电的同时必有 H+生成，n(H+)=n(阳离子阳离子)电荷数。电荷数。 与电解有关的计算与电解有关的计算 也可利用物质的量关系也可利用物质的量关系(由电子得失守恒得) 进行计算进行计算，如， H2Cl21/2O2Cu2Ag2H+2OH-。 应用原电池、电解池进行有关化学计算， 也常见于

16、高考题中，抓住两电极上通过的电两电极上通过的电 子数目相等子数目相等，是解答这类题的关键。解答这类题的关键。 与电解有关的计算与电解有关的计算 【例2】将两支惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解，当电解液的pH 由6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢析出， 且电解液在电解前后体积变化可以忽略)， 电极上应析出银的质量是() A.27 mgB.108 mg C.54 mgD.216 mg 课堂练习7 由题意可知阳极4OH-4e-2H2O+O2， OH-来自水的电离，OH-浓度减小，水的电离 平衡右移，溶液酸性增强，设阴极上析出银 的质量为x，依据电解规律，列出物质间对应 关系式

17、为： 4AgO24e-4H+ 4108103 mg 4 mol x0.5L10-3molL-1-0.5L10-6molL-1 电解前后溶液中H+的物质的量变化超出100 倍，可以忽略电解前溶液中H+的物质的量， 所以： x= =54 mg 【答案】C 4108103 mg0.5 L10-3 molL-1 4 mol 【变8式2】电解100mL含c(H+)=0.30 molL-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-1 Ag+ B.0.20molL-1 Zn2+ C.0.20molL-1 Cu2+ D.0.20molL-1 Pb

18、2+ C 课堂练习8 当电解时，其放电的先后顺序是：Ag+、Cu2+、 H+、Pb2+、Zn2+,当电路中通过0.04 mol电子时， 理论上析出金属依次是： Ag:0.10.1108=1.08 g Cu:0.20.164=1.28 g Pb:(0.04-0.03)2207=1.035 g Zn:(0.04-0.03)265=0.325 g 【变式3】右图是由莫菲滴管改装成的微型电 解装置。 (1)若用该装置来电解含3 mol NaCl和1 mol H2SO4的 混合溶液，已知a、b两极均 为石墨。当从导管口收集到 448 L(标准状况下)氢气时， 阳极生成的气体及对应的物 质的量为 。 1.5 mol Cl2、0.25 mol O2 课堂练习9 (2)若b极是铜锌合金，a极是纯铜，电解质 溶液中含有足量的Cu2+，通电一段时间后， 若b极恰好全部溶解，此时，a极质量增加