《電解原理》目標(biāo)素養(yǎng)1.了解電解池的構(gòu)造和工作原理。2.會(huì)寫電解池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式。3.認(rèn)識(shí)電解在實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存能量中的具體應(yīng)用。4.能夠運(yùn)用電子守恒的觀點(diǎn)進(jìn)行電化學(xué)計(jì)算。5.能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的電解池。知識(shí)概覽自主預(yù)習(xí)一、電解CuCl2溶液1.通電前,CuCl2溶液中存在的離子有

Cu2+、Cl-、H+、OH-

。

2.工作原理:3.總反應(yīng):CuCl2Cu+Cl2↑。微思考電解質(zhì)溶液導(dǎo)電與金屬導(dǎo)電有什么不同?提示:電解質(zhì)溶液導(dǎo)電實(shí)際上是電解過程,發(fā)生氧化還原反應(yīng),是化學(xué)變化。金屬導(dǎo)電是因?yàn)樵谕饧与妶?chǎng)作用下,自由電子發(fā)生定向移動(dòng),是物理變化。二、電解和電解池1.電解的定義:使

電流

通過電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))而在陽(yáng)極、陰極引起

氧化還原反應(yīng)

的過程。

2.電解裝置——電解池。(1)定義:將

電

能轉(zhuǎn)化為

化學(xué)

能的裝置,也稱電解槽。(2)構(gòu)成條件。①兩個(gè)電極:陽(yáng)極——與電源

正

極連接;

陰極——與電源

負(fù)

極連接。

②電解質(zhì)溶液或

熔融電解質(zhì)

。

③直流電源。④用導(dǎo)線連接形成

閉合回路

。

(3)裝置中電子和離子的移動(dòng)方向。①電子:從電源

負(fù)

極流出后,流向電解池

陰

極;從電解池的

陽(yáng)

極流出后流向電源的

正

極。

②離子:陽(yáng)離子移向電解池的

陰

極,陰離子移向電解池的

陽(yáng)

極。

預(yù)習(xí)檢測(cè)1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯(cuò)誤的畫“×”。(1)電解與電離均需要通電才可發(fā)生。(

)(2)電解CuCl2溶液,Cu2+放電發(fā)生氧化反應(yīng)。(

)(3)電解池的陽(yáng)極與原電池的負(fù)極電極反應(yīng)類型相同。(

)(4)電解過程中電子流向?yàn)樨?fù)極→陰極→陽(yáng)極→正極。(

)(5)電解池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。(

)(6)電解池兩個(gè)電極材料可以相同。(

)××√××√2.下列關(guān)于如圖所示①②兩個(gè)裝置的敘述,正確的是(

)。A.裝置名稱:①是原電池,②是電解池B.c(H2SO4)變化:①增大,②減小C.電極反應(yīng)式:①中陽(yáng)極反應(yīng)為4OH--4e-══2H2O+O2↑,②中正極反應(yīng)為Zn-2e-══Zn2+D.離子移動(dòng)方向:①中的H+向陰極方向移動(dòng),②中的H+向負(fù)極方向移動(dòng)答案:B解析:①中有外加電源,為電解池,②為原電池,A項(xiàng)錯(cuò)誤;①中電解水,c(H2SO4)增大,②中正極消耗H+,生成H2,c(H2SO4)減小,B項(xiàng)正確;②中正極反應(yīng)為2H++2e-══H2↑,C項(xiàng)錯(cuò)誤;②中H+向正極移動(dòng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.用石墨電極電解CuCl2溶液(見右圖)。下列分析正確的是(

)。A.a端是直流電源的負(fù)極B.通電使CuCl2發(fā)生電離C.陽(yáng)極上發(fā)生的反應(yīng):Cu2++2e-══CuD.通電一段時(shí)間后,在陰極附近觀察到黃綠色氣體答案:A解析:根據(jù)溶液中陽(yáng)離子Cu2+移向,左邊電極為陰極,則a端是直流電源的負(fù)極,A項(xiàng)正確;CuCl2發(fā)生電離不需要通電,B項(xiàng)錯(cuò)誤;Cu2+在陰極上反應(yīng),C項(xiàng)錯(cuò)誤;通電一段時(shí)間后,Cl-在陽(yáng)極附近放電生成氯氣,D項(xiàng)錯(cuò)誤。一

電解原理重難歸納1.電解原理示意圖。2.電解池的陰極、陽(yáng)極的判斷方法。

3.原電池與電解池的比較。

電解過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與原電池中的化學(xué)反應(yīng)有什么區(qū)別?提示:電解過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是在“被迫狀態(tài)下”發(fā)生的,因此非自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)可通過電解來實(shí)現(xiàn)。如Cu與H+不反應(yīng),但在電解條件下可實(shí)現(xiàn)反應(yīng):Cu+2H+Cu2++H2↑。原電池中的化學(xué)反應(yīng)均可自發(fā)進(jìn)行。典例剖析如圖所示是電解CuCl2溶液的裝置,其中c、d為石墨電極。則下列有關(guān)判斷正確的是(

)。A.a為負(fù)極、b為正極B.a為陽(yáng)極、b為陰極C.電解過程中,d電極質(zhì)量增大D.電解過程中,氯離子濃度不變答案:C解析:電流從電源的正極流出,因此a為正極,b為負(fù)極,則c為陽(yáng)極,d為陰極。電解CuCl2溶液電極反應(yīng)為陽(yáng)極(c電極):2Cl--2e-══Cl2↑,陰極(d電極):Cu2++2e-══Cu,C項(xiàng)正確?！就卣寡由臁?/p>

在氯化銅溶液中除了Cu2+和Cl-之外還有H+和OH-,這兩種離子為什么沒有得到或失去電子?答案:電解過程實(shí)質(zhì)上發(fā)生了氧化還原反應(yīng),一般來說氧化性強(qiáng)的陽(yáng)離子先得電子被還原,還原性強(qiáng)的陰離子先失電子被氧化。Cu2+比H+更容易得電子,而Cl-比OH-更容易失電子。學(xué)以致用1.如下圖所示裝置中,屬于電解池的是(

)。答案:C解析:根據(jù)電解池的構(gòu)成條件進(jìn)行判斷。裝置A、B、D中無直流電源,且裝置D中不能形成閉合回路,A、B、D不屬于電解池。2.如圖所示,X、Y分別是直流電源的兩極,通電后發(fā)現(xiàn)a極板質(zhì)量增大,b極板處有無色、無臭氣體放出。符合這一情況的是下表中的(

)。選項(xiàng)a極板b極板X電極Z溶液A鋅石墨負(fù)極CuSO4B石墨石墨負(fù)極NaOHC銀鐵正極AgNO3D銅石墨負(fù)極CuCl2答案:A解析:由題意知,通電后a極板質(zhì)量增大,說明有金屬析出,由此可知,a極為電解池的陰極,則X為電源負(fù)極,B、C兩項(xiàng)均不符合題意;又因?yàn)閎極放出的是無色、無臭的氣體,D項(xiàng)不符合題意。二

電解規(guī)律重難歸納1.電解池中電解產(chǎn)物的判斷。電解池中的電解產(chǎn)物,與溶液中的離子的放電順序有關(guān),陽(yáng)極產(chǎn)物還與電極材料有關(guān)。(1)陽(yáng)極產(chǎn)物。①若陽(yáng)極為活性金屬電極,則金屬失電子溶解,一般生成相應(yīng)金屬陽(yáng)離子(Fe生成Fe2+而不是生成Fe3+),此時(shí)溶液中的離子不放電。②若陽(yáng)極為惰性電極(Pt、C等),則溶液中的離子放電,放電的一般順序是S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根離子>F-,即在水溶液中含氧酸根離子和F-不放電,陽(yáng)極產(chǎn)物一般為對(duì)應(yīng)非金屬單質(zhì)。(2)陰極產(chǎn)物。陰極產(chǎn)物與電極材料無關(guān),直接根據(jù)陽(yáng)離子放電順序進(jìn)行判斷。一般放電順序是Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。陽(yáng)離子放電后的產(chǎn)物一般是相應(yīng)單質(zhì),但是在水溶液中Fe3+放電后的產(chǎn)物一般是Fe2+。離子的放電順序也不是絕對(duì)的,放電情況與離子性質(zhì)、溶液濃度、電流和電極材料等有關(guān)。①K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+在水溶液中不放電,要使這些離子放電,需電解熔融電解質(zhì),如熔融NaCl、熔融MgCl2、熔融Al2O3等。②在水溶液中,當(dāng)H+濃度較小時(shí),放電能力Zn2+>H+;當(dāng)H+濃度較大時(shí),放電能力H+>Zn2+。2.酸、堿、鹽溶液的電解規(guī)律(惰性電極)。用惰性電極電解下列酸、堿、鹽溶液。(1)電解水型。電解質(zhì)特點(diǎn)含氧酸可溶性強(qiáng)堿活潑金屬含氧酸鹽舉例H2SO4NaOHNa2SO4陽(yáng)極反應(yīng)式4OH--4e-══O2↑+2H2O陰極反應(yīng)式4H++4e-══2H2↑pH變化減小增大不變電解質(zhì)溶液復(fù)原的方法加入H2O(2)電解電解質(zhì)型。

(3)電解質(zhì)和水都發(fā)生電解型。

將物質(zhì)的量濃度相同、體積之比為1∶3的CuSO4溶液和NaCl溶液混合,用惰性電極進(jìn)行電解,可能發(fā)生的反應(yīng)有哪些?典例剖析用惰性電極電解下列溶液,一段時(shí)間后,再加入一定質(zhì)量的另一種物質(zhì)(括號(hào)內(nèi)),溶液能與電解前原來溶液完全一樣的是(

)。A.NaCl溶液(鹽酸)B.NaOH溶液(H2O)C.CuCl2溶液(HCl)D.CuSO4溶液[Cu(OH)2]答案:B解析:電解NaCl溶液時(shí),陽(yáng)極氯離子放電生成氯氣,陰極氫離子得到電子生成氫氣,所以應(yīng)加HCl讓電解質(zhì)溶液復(fù)原,A項(xiàng)錯(cuò)誤;電解NaOH溶液時(shí),陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣,陰極產(chǎn)生氫氣,所以應(yīng)加水讓電解質(zhì)溶液復(fù)原,B項(xiàng)正確;電解CuCl2溶液時(shí),陽(yáng)極氯離子放電生成氯氣,陰極析出銅,所以應(yīng)加氯化銅讓電解質(zhì)溶液復(fù)原,C項(xiàng)錯(cuò)誤;電解硫酸銅溶液時(shí),陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣,陰極產(chǎn)生金屬銅,所以應(yīng)加CuO讓電解質(zhì)溶液復(fù)原,加入氫氧化銅相當(dāng)于多加入了水,D項(xiàng)錯(cuò)誤。方法歸納電解注意事項(xiàng)。(1)電解池的陰極不管是惰性電極(Pt、石墨)還是活性電極,都是電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))中的陽(yáng)離子放電,電極本身不可能溶解。(2)若陰極為H+放電,則陰極區(qū)c(OH-)增大;若陽(yáng)極為OH-放電,則陽(yáng)極區(qū)c(H+)增大;若陰極為H+放電,同時(shí)陽(yáng)極為OH-放電,相當(dāng)于電解水,電解質(zhì)溶液濃度增大(飽和溶液例外)。(3)電解質(zhì)溶液恢復(fù)原狀的方法:少什么加什么,少多少加多少。學(xué)以致用1.如圖為用直流電源電解稀Na2SO4溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中正確的是(

)。A.逸出氣體的體積,a電極的小于b電極的B.一電極逸出無臭氣體,另一電極逸出有刺激性氣味的氣體C.a電極附近呈紅色,b電極附近呈藍(lán)色D.a電極附近呈藍(lán)色,b電極附近呈紅色答案:D解析:電解Na2SO4溶液時(shí),a為陰極:4H++4e-══2H2↑,b為陽(yáng)極:4OH--4e-══O2↑+2H2O;a極周圍由于H+放電溶液呈堿性,石蕊溶液顯藍(lán)色,b極周圍由于OH-放電溶液呈酸性,石蕊溶液顯紅色。2.用惰性電極電解下列各組物質(zhì)的水溶液時(shí),發(fā)生的電極反應(yīng)完全相同的是(

)。A.NaOH、H2SO4