高三化学 06电解原理极其应用培优教案

1、电解原理极其应用(一) 网上课堂： 本讲主要内容 一、电解：1定义：使电流通过电解质而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。2电解池构成条件： 两个电极 直流电源 电解质溶液或熔融的电解质 构成回路3电解原理： 阳极：失电子，发生氧化反应 阴极：得电子，发生还原反应4离子放电顺序：阳离子在阴极上放电顺序：Au3+Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca+K+ Fe3+Cu2+ 控制一定条件也可在水中放电 熔融时放电 阴离子在阳极上放电顺序： A 隋性电极(Pt,石墨)：S2-I-Br-Cl-OH-,F- B 非隋性电极(除Pt,Au外的金属)：

2、阳极金属本身失去电子形成阳离子进入溶液。 二、电解原理的应用：1 电解精炼:粗金属作阳极；纯金属作阴极；含有该离子的水溶液作电解液；通以直流电。2 电流:所镀金属作阳极；镀件作阴极；含镀层离子的水溶液作电解液；通以直流电。电镀只是金属搬家，溶液的浓度和pH均不变。3 氯碱工业:电解饱和食盐水NaOH,Cl2,H2化工产品 电极反应：两极：Cl-2e-=Cl2(氧化反应)阴极：2H+2e-=H2(还原反应) 总 ：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2 现象： 电极上均有气体放出，阴极产生Cl2有刺激性气味，使润湿的KI-淀 粉试纸变蓝；阴极放出H2，向电解后的溶液中滴入酚酞试液，阴极附

3、近溶液颜色变红。 问题：产品为NaOH和Cl2，它们可反应生成NaClO,而H2和Cl2混合遇火爆炸，故应避免产物混合，需在特殊的电解槽(即离子交换膜电解槽)内进行。 学习指导 1.电解的几种类型：电解质种类被电解物质pH变化电解反应式含氧酸 H2SO4,HNO3电解水pH变小2H2O2H2+O2强碱NaOH,KOH电解水pH变大2H2O2H2+O2活泼金属的含氧酸盐 Na2CO3,NaH2PO4电解水饱和Na2CO3不变不饱和Na2CO3变大 NaH2PO4变小2H2O2H2+O2不活泼金属含氧酸盐 CuSO4,AgNO3水和电解质pH变小2Cu2+2H2O2Cu+O2+4H+活泼金属的无氧

4、酸盐 NaCl,KI水和电解质pH变大2Cl-+2H2OCl2+H2+2OH-不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2,CuBr2电解质本身CuCl2Cu+Cl2CuBr2Cu+Br2无氧酸HCl,HI电解质本身pH变大2H+2Cl-H2+Cl2熔融态物质 NaCl,NaOH,Al2O3电解质本身2NaCl(熔融) 2Na+Cl2 4NaOH(熔融) 4Na+O2+2H2O2Al2O3(熔融) 4Al+3O2 2.关于原电池与电解池： 要从基本概念与原理入手，务必弄清原电池与电解池的本质区别在于 能量转换形式，本质上的共性是均为氧化还原反应，在判断装置归属时，应先看有无外加电源。 在原电池中判定电极时

5、应以得失电子的变化为依 据：凡是发生失电子变化的电极(即发生氧化反应)为负极，发生得电子变化的一极(还原反应)为正极。书写电极反应式时，必须考虑介质环境，放电能力，如氢氧燃料电池(KOH溶液为介质)中： Pt-负极：H2-2e-+2OH-=2H2O(在碱性介质中不能生成H+) Pt-正极： O2+4e-+2H2O=4OH- 电池反应：2H2+O22H2O 电解产物的的分析中首先要注意阳极材料，再去考虑放电顺序。 电化学过程中溶液pH变化：当仅有H+放电2H+2e-=H2时，C(H+)减少，C(OH-)增大，pH增大；当仅有OH-放电40H-4e-=2H2O+O2时，C(OH-)减小，C(H+)

6、增大，pH减小。当H+和OH-分别同时在两极放电时，如原溶液为酸时，因H2O减少酸浓度增大使C(H+)增大，pH减小；如原溶液为碱时，因H2O减少碱浓度增大使C(OH-)增大，pH增大；如原溶液为中性盐溶液时，pH=7不变。 电化学过程中，闭合电路中各处电子流动、转移是守恒的，这是分析有关定量问题的基础，也是最简捷的途径。 例题精讲例1用石墨作电极电解下列溶液，阴阳两极均产生气体，其体积比为2:1且电解后溶液的pH值增大的是( )A KCl B NaOH C Na2SO4 D H2SO4 解题 B 分析及解 由题给条件可知A选项不符，因为产生气体的体积比为1:1，电解NaOH,Na2SO4,H

7、2SO4溶液时，实质都是电解水，放出气体体积比为2:1，NaOH溶液电解后pH增大，Na2SO4溶液电解后pH不变，H2SO4溶液电解后pH减小。 例2.用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液，电解一段时间后，再加入W，能使溶液恢复到电解前的状态，符合题意的组是( )组号XYZWACFeNaClH2OBPtCuCuSO4CuSO4溶液CCCH2SO4H2ODAgFeAgNO3AgNO3晶体 解题 C 分析及解 电解2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2显然加H2O不能恢复到电解前的状态，应通入适量HCl气体。电解CuSO4溶液时SO物质的量没变，加CuSO4溶液也不能复原。电解H2SO4实质是电

8、解水，再加适量水可以使H2SO4溶液复原。阳极Ag作电极，Fe作阴极，电解AgNO3溶液的实质是Fe镀银，AgNO3溶液浓度不变，不需加AgNO3晶体。 例3.用铂电极电解饱和Na2SO4溶液50.90g，阳极产生气体标况下为56.00ml，则由阴极产生的气体体积为 ，此时电解质溶液的浓度变化是 (增大，减小或不变)，若要恢复到电解前状态需加 g水。 解题 112ml；变大；0.09g分析及解 电解Na2SO4溶液实质是电解水，阳极产生的O2是阴极产生H2的，所以阴极产生的气体体积为：256ml=112ml,消耗H2O为：。（二）网上能力训练题： A基础性训练题： 1(90上海)电解CuCl2

9、和NaCl的混合溶液，阴极上和阳极上分别析出的物质是( )。 A.H2和Cl2 B.Cu和Cl2 C.H2和O2 D.Cu和O2 2. (90全国，29)将两个铂电极插入500mlCuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)。此时溶液中氢离子浓度约为：（ ）A. B. C. D. 3. (95全国，25)用两支惰性电极插入500mlAgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH值从6.0变为3.0时(设电解时阴核没有氢气析出，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.27mg B.54mg

10、C.108mg D.216mg 4. (93全国，12)右图中X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极极板质量增加，b极极板处有无色无臭气体放出，符合这一情况的是( ) a极板b极板X电极Z溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨负极CuCl2 5(94全国，22)银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是( ) A. Ag B. Zn(OH)2 C. Ag2O D. Zn 6. (95全国，17)将分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联

11、，再一定条件下通电一定时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为( ) A. 1:2:3 B. 3:2:1 C. 6:3:1 D. 6:3:2 7. (99全国，24)用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重a g时，在阳极上同时产生b L氧气(标准状况)，从而可知M的相对原子质量是( ) A. B. C. D. B提高性训练题： 1(92三南，17)A、B、C是三种金属，根据下列两个实验，确定它们的还原性强弱顺序：将A与B浸在稀硫酸中用导线相连，A上有气泡逸出，B逐渐溶解。电解物质的量浓度相同的A、C盐溶液时，阴极上先析出C(使用惰性电极)。( ) A.ABC B.BCA C.CAB

12、D.BAC 2. (94全国，16)X、Y、Z、M代表四种金属元素，金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气放出；若电解Y2+离子和Z2+离子共存的溶液时，Y先析出；又知M2+离子的氧化性强于Y2+离子。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为：( ) A.XZYM B.XYZM C.MZXY D.XZMY 3. (94上海，14)下列叙述正确的是 ( ) 锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率。 镀层破损后，白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易腐蚀。电镀时应把镀件置于电解槽的阴极。冶炼铝时，把氧化铝加入液态冰晶石中成为熔融体后电解。钢铁表面常易腐蚀生成。A.

13、 B. C. D. 4. (98上海，10)以下现象与电化腐蚀无关的是 ( )A. 黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈C.铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈D.银质奖牌久置后表面变暗 5(98全国，10)下列关于铜电极的叙述正确的是 ( )A. 铜锌原电池中铜铜是正极B. 用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极C. 在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极D. 电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极 6(98全国，22)将质量分数为0.052(5.2%)的NaOH溶液1L(密度为)用铂电极电解，当溶液中NaOH的质量分数改变了0.010(1.0%)时停止电解，则此时溶液中

14、应符合的关系是 ( )NaOH的质量分数阳极析出物的质量/g阴极析出物的质量/gA0.062(6.2%)19152B0.062(6.2%)15219C0.042(4.2%)1.29.4D0.042(4.2%)9.41.2 7. (99全国，14)氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是H2+Ni(OH) Ni(OH)2。根据此反应式判断，下列叙述中正确的是 ( )放电充电A. 电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大B. 电池放电时，镍元素被氧化C. 电池充电时，氢元素被还原D. 电池放电时，H2是负极 C研究性习题： (98上海，31)氯碱

15、厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下 依据上图，完成下列填空： （1）在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的化学方程式为 ，与电源负极相连的电极附近，溶液pH值 (选填：不变、升高或下降)。 （2）工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质。精制过程发生反应的离子方程式为 。 （3）如果粗盐中SO含量较高，必须添加钡试剂除去SO ，该钡试剂可以是 (选填a,b,c多选扣分)。a Ba(OH)2 b Ba(NO3)2 c BaCl2 （4）为有效除去Ca2+、Mg2+、SO，加入试剂的合理顺序为 (选填a,b,c多选扣分)。a 先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂b 先加Na

16、OH，后加钡试剂，再加Na2CO3c 先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3 （5）脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过 、冷却、 (填写操作名称)除去NaCl。（6）在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区防止Cl2与NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，相应的化学方程式为 。 能力训练题点拨与解答：基础性训练 1.B 2.A点拨阴极：Cu2+2e-=Cu，阳极：40H-4e-=2H2O+O2由电子守恒知电解时阴阳电极电子转移的数目相等，即析出铜的物质的量与溶液中H+的物质的量的关系为Cu2H+,所以。 3

17、.B 点拨电解时阴阳两极电子转移的数目相等，即析出的银与产物的H+物质的量相等 4.A 点拨由a极质量增加知溶液中阳离子在a极析出，则a为阴极，x为负极；因B中a极不析出金属，C中为正极可否定；又由b极有无色无臭气体放出否定D 5.D 点拨根据方程式，放电时反应为： +1 0 0 Ag2O+Zn+H2O2Ag+Zn(OH)2 原电池中失去电子的物质是负极，所以选D 6.D 点拨三个电解槽通过的电子数相等，没都通过6mol电子，则析出K,Mg,Al的物质的量分别为6mol,3mol,2mol，故比为6:3:2. 7.C 点拨阴阳两极转移电子的数目相同： +X M(NO3)x B.提高性训练题1.

18、D 点拨由知B作原电池负极，故还原性BA；由知C阳离子氧化性大于A的阳离子，故还原性AC，选D。 2.A 3.B 点拨错误。因白铁镀层破损后，锌作负极溶解，铁被保护；而马口铁镀层破损后，铁作负极溶解而锡被保护，所以当镀层破损后马口铁比白铁更易腐蚀。 4.D 5.A,C 点拨铜作阳极时发生Cu-2e-=Cu2+,故精炼铜时粗铜作阳极，电镀铜时铜作阳极可达到目的，而电解稀硫酸制H2,O2时用铜作阳极，铜电极本身被氧化而溶解，而不是OH-放电，就不能获得O2。 6.B 点拨电解NaOH溶液时电极反应为： 阳极：40H-4e-=2H2O+O2 阴极：4H+4e-=2H2电解水 由此可知电解后NaOH浓度增大，阳极产物(O2)质量大于阴极产物(H2)质量 7.C,D 点拨放电时，是原电池工作原理，H2作原电池负极被氧化为H+，其周围的pH值减