高中化学电解池Word格式.doc

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　　③实验注意事项：

实验完毕后，把沾有浓NaOH溶液的棉花塞在U型管两端，吸收有害气体。

　　小结：

通过以上三个实验，得出结论：

CuCl2溶液通电时发生了化学变化，生成了Cu和Cl2，电流的作用是这种化学变化的直接原因和动力。

2、电解池：

　　①电解池的定义：

借助于电流在两极发生氧化还原反应的装置，叫电解池或电解槽。

电解池就是一种把电能转化为化学能的装置。

　　②电解池的电极名称：

电解池的两极由电极与电源正、负极的连接情况直接判断。

　　　阴极：

与电源的负极相连的电极；

吸引溶液中的阳离子、得电子、还原反应。

　阳极：

与电源的正极相连的电极，吸引溶液中的阴离子、失电子、氧化反应。

　　说明：

阳极有惰性电极和活性电极之分，隋性电极只导电，不参与氧化还原反应（C、Pt、Au）；

活性电极既导电又参与氧化还原反应（Cu、Ag等）。

　　③电解池的组成：

直流电源、电极、电解质溶液或熔融的电解质，用导线连接成闭合电路。

　　④电解池的工作原理：

　　在外加直流电源的作用下，使电解质溶液中的离子在阴阳两极引起氧化还原反应的过程，称为电解。

电解质导电的过程就是电解。

　　电子从电源的负极流向电解池的阴极，溶液中的离子分别向两极做定向移动，阴极吸引溶液中的阳离子Cu2+、H+，Cu2+在阴极上得电子还原为铜；

阳极吸引溶液中的阴离子Cl-、OH-，Cl-在阳极上失电子氧化为氯原子，氯原子结合成氯分子，失去的电子沿导线流回电源正极，从而构成闭合回路。

这就是电解原理。

　　通电时，阴离子移向阳极，在阳极上失去电子发生氧化反应。

阳离子移向阴极，在阴极得到电子发生还原反应。

　　通电前：

CuCl2==Cu2+＋2Cl-　　H2OH++OH-　（电离）　做无规则运动

　　通电后：

与电源负极相连的碳棒吸引溶液中的阳离子（Cu2+、H+）Cu2+＋2e-==Cu（发生还原反应）

　　与电源正极相连的碳棒吸引溶液中的阴离子（Cl-、OH-）2Cl--2e-==Cl2↑（发生氧化反应）

　　总反应式：

CuCl2Cu+Cl2↑

3、离子的放电顺序：

　　阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电

　　①电解通电时，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，在阴极区氧化性强的微粒先得电子，被还原。

同时，电子又从电解池的阳流出，沿导线流回电源的正极，即在阳极区还原性强的微粒（包括电极）先失电子被氧化。

　　②阴极：

阳离子在阴极上的放电顺序（得电子）大体可参照金属活动性顺序来推断。

位于金属活动性顺序表后面的金属，其对应的阳离子越易得到电子。

无论活性电极还是惰性电极都不参加反应，参加反应的是溶液中的阳离子。

　　Ag+>

Hg2+>

Fe3+>

Cu2+>

H+>

Pb2+>

Sn2+>

Fe2+>

Zn2+>

Al3+>

Mg2+>

Na+>

Ca2+>

K+

　　位于前边的氧化性强的微粒优先得到电子。

　　③阳极：

当电极材料（阳极）为Pt或C时，还原性非常弱，此条件不被氧化，称为惰性电极。

当电极材料（阳极）为Cu等金属（除了Pt和C），还原性强，易失电子,易被氧化，称为活性电极。

　　若阳极是活泼或较活泼金属时，一般是电极的金属失去电子，而不是电解液中阴离子放电。

　　若阳极是惰性电极时，阴离子在阳极上的放电顺序（失e-）

　　S2->

I->

Br->

Cl->

OH->

NO3->

SO42-（等含氧酸根离子）>

F-（SO32-/MnO4->

OH-）

　　位于前边的还原性强的微粒优先失去电子。

（1）活泼金属离子K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+在溶液中不会得到电子。

（2）F-、SO42-、CO32-、NO3-等在溶液中不会失去电子。

　　（3）当离子浓度相差较大时，放电顺序要发生改变，当[Zn2+]>

>

[H+]或[Fe2+]>

[H+]时，Zn2+、Fe2+先得电子而H+后得电子。

　　（4）石墨和金属铂是惰性电极，不会得失电子。

知识点二：

电解原理的应用

1、电解饱和食盐水：

　　用一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极，电解饱和食盐水。

溶液中存在的离子有Na+、Cl-、H+、OH-。

根据放电的先后顺序，H+﹥Na+、Cl-﹥OH-，阳极电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，阴极电极反应式为2H++2e-=H2↑。

总反应式为：

2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH。

其中H2、NaOH是阴极产物，Cl2是阳极产物。

如电解前向溶液中滴加酚酞，随着电解反应的进行，溶液颜色由无色变为红色，两极极板上都有气体产生。

2、铜的电解精炼：

　　应用电解原理，进行粗铜的提纯。

　　①粗铜作阳极，纯铜作阴极，用CuSO4溶液（含铜离子的电解质溶液）作电解液。

　　②电极反应：

阴极：

Cu2+＋2e-＝Cu　　阳极：

Cu－2e-＝Cu2+

　　③比铜活泼的金属杂质——以阳离子形式进入溶液中；

比铜不活泼的金属杂质（金银等贵重金属）——形成阳极泥，沉积在阳极底部。

电解精炼铜过程中CuSO4溶液的浓度基本不变

3、电镀铜：

　　若把阴极精铜棒换成铁棒，电解过程不变，但不是精炼铜了，而叫电镀铜。

　　①电镀：

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过程。

　　②电镀材料的选择：

阴极——镀件　阳极——镀层金属　电镀液——含有镀层金属离子的溶液

　　③电镀过程的特点：

牺牲阳极；

电镀液的浓度（严格说是镀层金属离子的浓度）保持不变；

在电镀的条件下，水电离产生的H+、OH-一般不放电。

　　④实例：

在铁制品上镀铜：

阳极——铜　阴极——铁制品　电镀液——CuSO4溶液

　　阴极：

Cu2++2e-＝Cu　　阳极：

Cu-2e-＝Cu2+

　　注意：

电镀的目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度，但如果镀层被破坏，会增加金属的腐蚀速率。

4、电冶金：

　　用来冶炼活泼的金属（适用范围：

活泼金属K~Al）

　　例：

电解熔融氯化钠：

2NaCl（熔融）2Na+Cl2↑

　　　　　　　　　阳极：

2Cl--2e-=Cl2↑　　　阴极：

2Na++2e-=2Na

　　　　冶炼铝（Al2O3）：

2Al2O34Al+3O2↑

　　　　　　　　阳极：

6O2--12e-=3O2↑　　阴极：

4Al3++12e-=4Al

工业上用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝但不能用AlCl3，原因就是AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电。

[规律方法指导]

一、电解与电离的区别：

电　离

电　解

条件

电解质溶于水或受热熔化状态

电解质电离后再通直流电

过程

电解质电离成为自由移动的离子

阴阳离子定向移动，在两极上失得电子成为原子或分子

特点

只产生自由移动的离子

发生氧化还原反应生成了新物质

联系

电解必须建立在电离的基础上

二、溶液导电与金属导电的区别：

　　从做定向移动的微粒和是否发生化学变化两个角度比较：

　　①金属导电是自由电子的定向移动，电解质溶液导电是阴、阳离子的定向移动；

　　②金属导电是物理变化，电解质溶液导电是非自发的化学变化；

　　③温度越高，金属导电性越弱、电解质溶液导电性越强；

　　④电解质溶液电解的过程就是电解质溶液导电的过程，电解质溶液导电的同时必定发生非自发的氧化还原反应。

三、原电池与电解池的比较及判断

原电池

能量转换

化学能转化为电能

电能转化为化学能

离子的迁移方向

阴离子向负极迁移

阳离子向正极迁移

阴离子向阳极迁移

阳离子向阴极迁移

发生氧化反应的电极

负极

阳极（连接电源正极）

发生还原反应的电极

正极

阴极（连接电源负极）

相同点（从原理分析）

都是氧化还原反应

　　池型的判断：

有外接电源是电解池，无外接电源是原电池；

多池组合时，一般含活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下的电解池。

　　电极的判断：

原电池看电极材料，电解池看电源的正负极连接顺序。

四、电解池电极反应规律（阳氧阴还）

　　①阴极：

得电子，还原反应。

电极本身不参加反应，一定是电解质溶液中阳离子“争”得电子

　　②阳极：

失电子，氧化反应。

若为金属（非惰性）电极，电极失电子；

若为惰性电极，电解质溶液中阴离子“争”失电子

五、电解规律：

　　根据离子的放电顺序，采用惰性电极电解酸碱盐的水溶液时的规律。

1、电解水型：

　　电解某些含氧酸、强碱及活泼金属的含氧酸盐的水溶液时，实质是电解水。

例：

H2SO4、HNO3、KOH、NaOH、Na2SO4、KNO3、Na2CO3等物质的水溶液。

电解完后加水可使溶液恢复原样。

　　2H2O2H2↑+O2↑

电解水时加硫酸或氢氧化钠增强导电性，不影响水的电解。

　　电解硫酸和氢氧化钠时因为氧气溶解度大于氢气，H2和O2之比大于2

2、电解溶质型：

　　电解不活泼金属无氧酸盐、无氧酸的水溶液时，实质是电解电解质本身。

电解完后加入溶质可使溶液恢复原样。

2HClH2↑+Cl2↑　　　　CuCl2Cu+Cl2↑

3、放氧生酸型：

　　电解不活泼金属的含氧酸盐的水溶液时，阳极产生氧气，同时生成H+，阴极析出不活泼金属，电解质和水都参加反应。

CuSO4、AgNO3、Cu（NO3）2等物质的水溶液。

　　2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4　电解完后加入CuO或CuCO3可使溶液恢复原样。

4、放氢生碱型：

　　电解活泼金属（K、Ca、Na）的无氧酸盐的水溶液时，阴极产生氢气，阳极析出非金属单质，电解质和水都参加反应。

NaCl、KBr、BaCl2等物质的水溶液。

　　2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH　电解完后加入HCl可使溶液恢复原样。

六、电极反应式的书写

　　①分析溶液中存在的所有离子（包括水的电离）、并分成阳离子组和阴离子组。

　　②根据放电规律，阳离子在阴极发生还原反应，而阴离子在阳极发生氧化反应，完成电极反应式。

（注意得失电子守恒）

　　③由阴阳两电极反应式，合并得总反应式。

若已知一个电极反应式，可用总式减去已知的电极反应式，得另一电极反应式。

弱电解质必须保持分子形式。

[经典例题透析]

类型一：

电解原理、电极的判断

　　题1、图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板有无色无臭气体放出，符合a极板b极板x电极z溶液的是（　　）

　　A、锌石墨负极CuSO4

　　B、石墨石墨负极NaOH

　　C、银铁正极AgNO3

　　D、铜石墨负极CuCl2

　　思路点拨:

考查电极的判断的知识，灵活运用题目所给信息。

　　解析：

根据两电极质量的变化可判断出阴阳极。

质量增加的一定是阴极。

a极质量增加，a为阴极，即x极为负极，且电解液需有不活泼金属的阳离子，所以只能从A、D中选。

在b极板上有无色无臭气体放出，D不符合（放出Cl2），所以只有A正确。

　　【答案】A

　　总结升华：

在电解池中，阴极：

得电子，发生还原反应，电极本身不参加反应，一定是电解质溶液中阳离子“争”得电子；

阳极：

失电子，氧化反应，若为金属（非惰性）电极，电极失电子，若为惰性电极，电解质溶液中阴离子“争”失电子。

　　举一反三：

　　【变式1】某电解池内盛有Cu（NO3）2溶液，插入两根电极，接通直流电源后，欲达到如下要求：

（1）阳极质量不变；

（2）阴极质量增加；

（3）电解液pH减小，则应选用的电极是（　）

　　A、阴极两极都用石墨　　　　　　　　　　　　　B、铜作阳极铁作阴极

　　C、铁作阳极铜作阴极　　　　　　　　　　　　　D、铂作阳极铜作阴极

根据题目要求：

阳极选择惰性电极、溶液中有不活泼金属的阳离子，电解实质是放氧生酸。

　　【答案】AD

　　【变式2】用石墨作电极，电解1mol/L下列物质的溶液，溶液的pH保持不变的是（　）

　　A、HCl　　　　B、NaOH　　　　C、Na2SO4　　　D、NaCl

　　【答案】C　考查电解的实质

类型二：

电解后溶液浓度的变化

　　题2、用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解液的pH下降的是（　）

　　A、CuCl2　　　　B、AgNO3　　　　C、BaCl2　　　D、H2SO4

考查电解的实质。

A项为电解溶质，B项为放氧生酸，C项为放氢生碱，D项为电解水。

　　【答案】B

做题的思路：

明确溶液中存在那些离子；

阴阳两极附近有那些离子；

根据阳极氧化、阴极还原分析得出产物。

根据原溶液的酸、碱性和电极产物可对电解后溶液的pH的变化作出正确的判断。

若电极产物只有H2而无O2，则pH变大；

若电极产物只有O2而无H2，则pH变小；

若电极产物既有O2又有H2，原溶液呈酸性，则pH变小，原溶液呈碱性则pH变大，原溶液呈中性，则pH不变。

　　【变式3】常温时，将500mLpH=5的CuSO4溶液用石墨电极电解一段时间，测得溶液的pH变为2，若使溶液的浓度、pH与电解前相同，可采用的方法（　）。

　　A、向溶液中加入0.245gCu（OH）2　　　　B、向溶液中加0.31gCuSO4

　　C、向溶液中加0.0025molH2SO4并加热　　D、向溶液中加0.2gCuO

　　【答案】D

类型三：

有关电解的计算

　　题3、在25℃时，将2个铜电极插入到一定的Na2SO4饱和溶液中，通直流电电解并不断搅拌，当阴极上收集到amol的气体的同时，溶液中析出了bmol的结晶水合物Na2SO4·

10H2O，若保持温度不变，则所剩溶液中溶质的质量分数是（　）

　　A、71b/18a　　　B、71b/36a　　C、71b/（161b+18a）　　D、71b/（161b+9a）

准确分析阴阳极分别发生的反应，注意阳极是活性电极。

电解发生的电极反应：

阳极为Cu-2e-＝Cu2+，阴极为2H++2e-＝H2↑，电解时总的化学反应方程式为：

Cu+2H2OCu（OH）2+H2↑，阴极逸出amolH2，水被电解了2amol，根据溶解度知识，求出答案。

　　【答案】C

做题的关键：

一定要分析清楚电极的材料、各电极的反应。

如果将题中的铜电极换作惰性电极，只改一个字，其电解的总方程式即为：

2H2O2H2↑+O2↑，阴极逸出amolH2，水被电解了amol，答案就成了D。

所以提高审题的准确性是很必要。

有关电解的计算：

通常是求电解后某产物的质量、物质的量、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。

运用电子守恒原理解答。

　　【变式4】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H+浓度约为（　）

　　A、4×

10-3mol/L　　B、2×

10-3mol/L　　C、1×

10-3mol/L　　D、1×

10-7mol/L

　　【答案】A　解析：

2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4根据方程式计算。

　　【变式5】当用两铂电极电解100g10％CuSO4溶液一段时间后，在阳极析出0.16g物质时，CuSO4溶液的质量分数为（　　）

　　A、8.41％　　　　B、8.36％　　　　C、8.73％　　　　D、9.62％