2017高中化學(xué)人教版選修4課件第4章3節(jié)2課時

成才之路·

化學(xué)路漫漫其修遠(yuǎn)兮吾將上下而求索人教版·

選修4第四章電化學(xué)基礎(chǔ)第四章第三節(jié) 電解池第2課時電解原理的應(yīng)用第四章1

新情境?激趣入題新知識?導(dǎo)學(xué)探究23

新思維?名師講堂新考題?隨堂自測4新提升?達(dá)標(biāo)作業(yè)5新視點?專家博客6新情境?激趣入題日常生活中，人們經(jīng)常使用的螺絲刀、板手、水龍頭、以及自行車的車圈、金屬裝飾品等，表面有一層亮度高且耐磨，耐腐蝕的金屬，它們都是電鍍制品，你知道這層金屬是怎樣附著在鐵的表面上的嗎？新知識?導(dǎo)學(xué)探究●新知導(dǎo)學(xué)1．電解飽和食鹽水以制燒堿、氯氣和氫氣(1)在NaCl溶液中存在著Na＋、Cl－、H＋、OH－四種離子，且陰、陽離子的放電順序為：Cl－>OH－，H＋>Na＋。即陰、陽兩極的電極反應(yīng)分別為：反應(yīng)。。－

－2陽極：2Cl

－2e ===Cl

↑，發(fā)生了

氧化

陰極：

2H＋＋2e－===H

↑，發(fā)生了

還原

反應(yīng)。2(2)總反應(yīng)式：化學(xué)方程式：2NaCl＋電解2H2O=====2NaOH2

2＋H

↑＋Cl

↑。離子方程式：2Cl－＋電解2H2O=====Cl22↑＋H

↑＋2OH—2．電鍍定義：電鍍是應(yīng)用

電解

原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他

金屬

或

合金

的方法。電鍍池的構(gòu)成鍍層金屬待鍍的金屬制品含有鍍層金屬離子的溶液3．電解精煉銅純銅Cu2＋＋2e－===Cu粗銅Cu－2e－===Cu2＋CuSO4溶液4．電冶金(1)金屬冶煉的本質(zhì)：使礦石中的

金屬離子獲得電子，從它們的化合物中

還原出來。如Mn＋＋ne－===M。(2)電冶金：電解是最強(qiáng)有力的氧化還原手段，適用于一些活潑金屬單質(zhì)的制取，如冶煉Na、Ca、Mg、Al等活潑金屬。(3)電解熔融的氯化鈉陽極反應(yīng)：2Cl－－2e－===Cl2↑；陰極反應(yīng)：

2Na＋＋2e－===2Na

；電解總反應(yīng)：2NaCl(熔融)=====2Na2＋Cl

↑?！褡灾魈骄?．(1)電解池與原電池有何本質(zhì)區(qū)別？

(2)電解池和原電池的電極名稱是否相同？提示：(1)電解池將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，而原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。(2)電解池的兩個電極分別為陰極和陽極，原電池的兩個電極分別為正極和負(fù)極。2．電解精煉銅時，粗銅中的雜質(zhì)哪里去了？提示：精銅中比銅活潑的雜質(zhì)先失電子成陽離子進(jìn)入溶液，在精銅表面上這些離子得電子能力比Cu2＋弱，所以留在溶液中；比銅不活潑的金屬雜質(zhì)不失電子，隨著電解的進(jìn)行它們會沉積在陽極下，稱為“陽極泥”。新思維?名師講堂電解原理的應(yīng)用●教材點撥1．電解飽和食鹽水電解飽和食鹽水，就是由外接直流電源、兩個惰性電極(一般用石墨棒)，NaCl

飽和溶液作電解質(zhì)溶液，線路閉合后形成電解池，溶液中的

Cl－、OH－移向陽極，Cl－離子放電能力強(qiáng)，失去電子產(chǎn)生

Cl2，溶液中

H＋、Na＋移向陰極，H＋離子放電能＋2

2力強(qiáng)，得到電子產(chǎn)生

H

，由于

H

是

H

O

電離出來的，因而導(dǎo)致陰極附近OH－離子濃度增大，故電解飽和氯化鈉溶液，陰極產(chǎn)物是H2

和NaOH，陽極區(qū)產(chǎn)生的是Cl2，電解的總反應(yīng)方程電解2式為2NaCl＋2H2O=====Cl2↑＋H

↑＋2NaOH。2．電鍍電鍍是應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。陽極：鍍層金屬，電極本身反應(yīng)電鍍陰極：待鍍金屬制品電鍍液：含有鍍層金屬離子的溶液陽極：粗銅(3)銅的精煉陰極：純銅電解質(zhì)溶液：含有Cu2＋離子的溶液3．電冶金電冶金是冶煉金屬的一種重要方法，特別適用于冶煉活潑的金屬?！竦淅肝鋈鬤、Y都是惰性電極，a是飽和NaCl溶液，實驗開始時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則：①電解池中X極上的電極反應(yīng)式是

。②Y電極上的電極反應(yīng)式是

，檢驗該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是

。③該反應(yīng)的總反應(yīng)方程式是：

。如果用電解方法精煉粗銅，電解液a選用CuSO4溶液，則①X電極的材料是

，電極反應(yīng)式是

。②Y電極的材料是

，電極反應(yīng)式是

?！窘馕觥?/p>

(1)X為陰極：2H＋＋2e－===H2↑。Y為陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑，用濕潤的KI淀粉試紙可檢驗Cl2。(2)精煉銅時，粗銅接陽極。Y電極是粗銅，X電極是精銅?！敬鸢浮?/p>

(1)①2H＋＋2e－===H2↑②2Cl－－2e－===Cl2↑

把濕潤的KI淀粉試紙放在Y電極附近，試紙變藍(lán)色電解2

2③2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋H

↑＋Cl

↑(2)①精銅

Cu2＋＋2e－===Cu②粗銅

Cu－2e－===Cu2＋【點評】根據(jù)外接電源―→判斷陰極和陽極電極材料――→電解原理電極反應(yīng)式等●變式訓(xùn)練1．(2014·荷澤統(tǒng)考)金屬鎳有廣泛的用途，粗鎳中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等雜質(zhì)，可用電解法制備高純度的鎳(已知：氧化性Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)。下列敘述正確的是(

)陽極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式：Ni2＋＋2e－===Ni電解過程中，陽極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加相等

C．電解后，溶液中存在的金屬陽離子只有Fe2＋和Zn2＋D．電解后，電解槽底部的陽極泥中只有Cu和Pt解析：A項，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。C項，溶液中的陽離子主要為Ni2＋，根據(jù)金屬原子的還原性和金屬陽離子的氧化順

序，陽極反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋，F(xiàn)e－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，Cu、Pt在該條件下不失電子，陰極反應(yīng)為Ni2＋＋2e－===Ni，F(xiàn)e2＋、Zn2＋在該條件下不得電子。比較兩電極反應(yīng)，因Zn、Fe、Ni的相對原子質(zhì)量不等，當(dāng)兩極通過相同的電量時，陽極減少的質(zhì)量與陰極增加的質(zhì)量不等。答案：D原電池與電解池的比較●教材點撥1．原電池、電解池、電鍍池之間的關(guān)系類別性質(zhì)原電池電解池電鍍池定義將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置應(yīng)用電解原理，在某些金屬表面上鍍一薄層其他金屬或合金的裝置類別性質(zhì)原電池電解池電鍍池裝置舉例形成條件①活動性不同的兩電極(連接)②電解質(zhì)溶液(電極插入其中并與電極自發(fā)反應(yīng))③形成閉合回路①兩電極接直流電源②兩電極插入電解質(zhì)溶液③形成閉合回路①鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬接電源負(fù)極②電鍍液必須含有鍍層金屬的離子(電鍍過程濃度不變)類別性質(zhì)原電池電解池電鍍池電極名稱負(fù)極：較活潑金屬(電子流出的極)正極：較不活潑金屬(或能導(dǎo)電的非金屬)(電子流入的極)陽極：與電源正極相連的極陰極：與電源負(fù)極相連的極名稱同電解，但有限制條件陽極：必須是鍍層金屬陰極：待鍍金屬(鍍件)負(fù)極：氧化反應(yīng)，陽極：氧化反應(yīng)，溶液中的陰離子失電子，或電極金屬失電子陰極：還原反應(yīng)，溶液中的陽離子得電子陽極：金屬電極失電子電極反金屬失電子正極：還原反應(yīng)，(溶解)陰極：電鍍液中陽離子應(yīng)溶液中的陽離子得電子或者氧氣得電得電子(在電鍍控制的條件下，水電離產(chǎn)生的子H＋及OH－一般不放電)類別性質(zhì)原電池電解池電鍍池電子流向負(fù)極導(dǎo)線――→正極電源負(fù)極導(dǎo)線陰極――→電源正極導(dǎo)線陽極――→同電解池同一原電池的正、負(fù)極的電極反應(yīng)得、失電子數(shù)相等；同一電解池的陽極、陰極電極反應(yīng)中得、失電子數(shù)相等；

(3)串聯(lián)電路中的各個電極反應(yīng)得、失電子數(shù)相等，上述三種情況下，在寫電極反應(yīng)時得、失電子數(shù)要相等，在計算電解產(chǎn)物的量時，就按得、失電子數(shù)相等計算2.電化學(xué)計算的基本方法電解池的計算包括兩極產(chǎn)物的定量計算，溶液的pH的計算，相對原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)測定的計算，根據(jù)電量求產(chǎn)物的量與根據(jù)產(chǎn)物的量求電量等的計算，不論哪類計算，均可歸納為下列三種：(1)根據(jù)電子守恒法計算：用于串聯(lián)電路、陰陽兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算，其依據(jù)是電路上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。根據(jù)總反應(yīng)式中的計量關(guān)系進(jìn)行計算：先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式或直接運用總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計算。根據(jù)關(guān)系式計算：借得失電子守恒定律關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計算所需的關(guān)系式。當(dāng)多個電解池串聯(lián)時，通過各電極的電子等量，則各電極2

2122產(chǎn)物的對應(yīng)關(guān)系，H

～Cl

～

O

～Cu～2Ag～2H＋～2OH－，可快速求解。3．電解后溶液的pH的變化電解往往不只是在電極表面發(fā)生了一些變化，電解質(zhì)溶液也會發(fā)生相應(yīng)的變化，尤其是溶液的pH。(1)pH變化的原因電解時，由于陰、陽兩極參加反應(yīng)的OH－和H＋相對數(shù)目多少不同，或電解質(zhì)本身電解，造成電解質(zhì)溶液的OH－和H＋濃度發(fā)生了變化，從而引起溶液的pH改變。(2)電解與電解質(zhì)溶液pH變化的關(guān)系Ⅰ.使用惰性電極①一般規(guī)律a．電解水型電極反應(yīng)：陰極：2H＋＋2e－===H2↑陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑實例：H2SO4(aq)——pH變??；NaOH(aq)——pH變大；Na2SO4(aq)——pH不變。b．電解質(zhì)分解型電極反應(yīng)：陰極：電解質(zhì)本身電離出的陽離子放電；陽極：電解質(zhì)本身電離出的陰離子放電。實例1：HCl(aq)——pH變大。變化原因：HCl本身電離出的H＋放電，使溶液中H＋濃度變小。實例2：CuCl2(aq)——pH變化復(fù)雜。變化原因：若產(chǎn)生的Cl2溶于該溶液，則pH變小。若Cl2完全排出，則由于溶液中CuCl2濃度變小，使水解程度變強(qiáng)，但c(H＋)減小pH變大。c．放氫生堿型電極反應(yīng)：陰極：2H＋＋2e－===H2↑

陽極：電解質(zhì)本身電離出的陰離子放電實例：NaCl(aq)——pH變大；K2S(aq)——pH變大。變化原因：水電離出的H＋放電，破壞了水的電離平衡，使水電離產(chǎn)生的OH－濃度變大。d．放氧生酸型電極反應(yīng)：陰極：電解質(zhì)本身電離出的陽離子放電；陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。實例：CuSO4(aq)——pH變??；AgNO3(aq)——pH變小。變化原因：水電離出的OH－放電，破壞了水的電離平衡，使水電離產(chǎn)生的H＋濃度變大。②特殊情況例如，用惰性電極電解MgCl2溶液，陰極H＋放電，本該使溶液中OH－濃度變大，但OH－與Mg2＋結(jié)合生成沉淀，電解完全后變?yōu)榧兯?。?使用非惰性電極①電解精煉銅電解精練銅時，陽極的粗銅中含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等雜質(zhì)，除Cu放電進(jìn)入溶液外，還有Zn、Fe、Ni放電變?yōu)閆n2＋、Fe2＋、Ni2＋進(jìn)入溶液，但由于Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋比Cu2＋難以還原，留在溶液中，且Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋的水解程度比Cu2＋小，所以，電解質(zhì)溶液的pH變大。②電鍍?nèi)粲缅儗咏饘僮鲫枠O，從電鍍原理看，有多少陽極鍍層金屬放電變?yōu)橄鄳?yīng)離子進(jìn)入溶液，就有多少該離子從陰極鍍件上析出，故電解質(zhì)溶液的pH不變。③特殊情況例如，用鐵做陽極電解NaCl溶液，陽極鐵放電產(chǎn)生Fe2＋進(jìn)入溶液，陽極H＋放電，本該使溶液中OH－濃度變大，但OH－與Fe2＋結(jié)合生成沉淀，故該溶液電解后仍為NaCl溶液，

pH不變。綜上所述，判斷電解時溶液的pH變化既要考慮電極反應(yīng)(離子放電情況)又要考慮溶液中離子反應(yīng)情況，全面分析，方得真知。4．電解時離子的放電規(guī)律用惰性電極(C、Pt、Au等)電解(只需陽極是惰性材料)，電解質(zhì)溶液中的陰離子在陽極失去電子放電，溶液中的陽離子在陰極得到電子放電。用金屬作電極(除Pt、Au)電解陽極金屬單質(zhì)本身失去電子放電，電解質(zhì)溶液中的陽離子在陰極得到電子放電。陽離子在陰極上放電順序(根據(jù)金屬活動性順序記憶)Au3＋>Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋注意：①Fe3＋得電子能力比Cu2＋強(qiáng)。②Pb2＋、Sn2＋、Fe2＋、Zn2＋在強(qiáng)酸溶液中不放電(但是濃度大時，可先于水優(yōu)先放電)③Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋在水溶液中不放電，只有在熔化狀態(tài)下放電。(4)陰離子在陽極上放電順序①惰性電極(如鉑、石墨等)：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－；②非惰性電極(除鉑、金之外的金屬)：陽極金屬本身失去電子形成陽離子進(jìn)入溶液。●典例透析A．④②①③C．④③②①B．④③①②D．①③②④【解析】

若H＋放電，pH增大，若OH－放電，pH減

小。③中Zn電極參與反應(yīng)，電解質(zhì)溶液pH基本不變。④中陽極上H＋放電，溶液漸漸成堿性。②正極上H＋放電，導(dǎo)線上通過0.2

mol電子時，溶液中減少了H＋的物質(zhì)的量為0.2

mol，根據(jù)原溶液體積和濃度，H＋的物質(zhì)的量減少為0.04

mol，濃度變?yōu)?.2

mol/L。①中由于OH－放電，當(dāng)導(dǎo)線上通過0.2

mol電子時，溶液中OH－減少0.2

mol，即H＋物質(zhì)的量增加0.2

mol，溶液體積為0.2

L，濃度為1

mol/L。故pH大小順序符合C項?！敬鸢浮?/p>

C●變式訓(xùn)練2．(2014·西城區(qū)期末測試)關(guān)于下列四個裝置圖的說法，正確的是(

)①裝置中陰極處產(chǎn)生的氣體能夠使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍(lán)②裝置中待鍍鐵制品應(yīng)與電源正極相連③裝置中電子由b極流向a極

D．④裝置中的離子交換膜可以避免生成的Cl2與NaOH溶液反應(yīng)解析：A項，電極反應(yīng)式分別為陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極：Cu2＋＋2e－===Cu，陽極產(chǎn)生的Cl2能使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍(lán)；B項，電鍍裝置中待鍍鐵制品(鍍件)應(yīng)與電源負(fù)極相連接；C項，氫氧燃料電池工作時，負(fù)極上通入的

H2失電子，電子由a極流向b極；D項，氯堿工業(yè)中陽極產(chǎn)生

Cl2，陰極附近溶液中生成NaOH，為防止Cl2與NaOH發(fā)生反應(yīng)

Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，工業(yè)上常采用離子交換膜法電解裝置。答案：D新考題?隨堂自測1．(2014·經(jīng)典習(xí)題選萃)在化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化過程中，下列敘述正確的是(

)A．電解法精煉銅時，電解質(zhì)溶液中的銅離子濃度不變

B．用惰性材料作電極的電解池裝置中，陽離子在陽極放電，陰離子在陰極放電C．電鍍時，電鍍槽里的陽極材料發(fā)生氧化反應(yīng)

D．原電池的負(fù)極與電解池的陰極都發(fā)生氧化反應(yīng)解析：電解法精煉銅時，由于粗銅中含有比銅活潑的金屬，先放電形成離子進(jìn)入溶液，而電解質(zhì)溶液中的銅離子在陰極放電，導(dǎo)致電解質(zhì)溶液中的銅離子濃度減小，A錯誤；用惰性材料作電極的電解池裝置中，陽離子在陰極放電，陰離子在陽極放電，B錯誤；電鍍時，電鍍槽里的陽極材料直接放電，發(fā)生氧化反應(yīng)，C正確；原電池的負(fù)極與電解池的陽極都發(fā)生氧化反應(yīng)，D錯誤。答案：C2．(2014·經(jīng)典習(xí)題選萃)關(guān)于如圖所示各裝置的敘述中，正確的是(

)裝置①是原電池，總反應(yīng)是：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋裝置①中，鐵作負(fù)極，電極反應(yīng)式為：Fe3＋＋e－===Fe2＋C．裝置②通電一段時間后石墨Ⅱ電極附近溶液紅褐色加深D．若用裝置③精煉銅，則d極為粗銅，c極為純銅，電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液解析：裝置①中Fe比Cu活潑，F(xiàn)e為負(fù)極，電極方程式為：Fe－2e－===Fe2＋，總反應(yīng)為：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。裝置②為膠體的電泳實驗，F(xiàn)e(OH)3膠體粒子帶正電，在電場中向陰極移動，石墨Ⅱ是陰極，C項正確。裝置③由電流方向可知c為陽極、d為陰極，精煉銅時陽極為粗銅、陰極為純銅，電解液含Cu2＋，D項錯誤。答案：C3．(2014·唐山一模)鉛蓄電池是典型的可充電電池，電池總2反應(yīng)式為：Pb＋PbO

＋＋4H

＋2SO2—4放電充電42PbSO

＋22H

O。下列說法正確的是(

)2A．放電時，負(fù)極的電極反應(yīng)式是PbO

＋＋2—44H

＋SO

＋2e—===PbSO4＋2H2OB．充電時，蓄電池的正極和外接電源的正極相連C．放電時，PbO2

發(fā)生氧化反應(yīng)D．充電時，電解液中H2SO4

的濃度將變小解析：本題考查了電化學(xué)知識，意在考查考生對電解池和原電池工作原理的理解和應(yīng)用能力。放電時負(fù)極發(fā)生氧化反—2—4

4應(yīng)：Pb－2e

＋SO ===PbSO

，A

選項錯誤；充電時，蓄電池的正極和外接電源的正極相連，負(fù)極和外接電源的負(fù)極相連，B選項正確；放電時PbO2得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，C選項錯誤；充電時生成硫酸，所以電解液中硫酸的濃度將增大，D

選項錯誤。答案：B4．(2014·高考廣東卷)某同學(xué)組裝了如圖所示的電化學(xué)裝置，電極Ⅰ為Al，其他均為Cu，則(

)A．電流方向：電極Ⅳ→→電極ⅠB．電極Ⅰ發(fā)生還原反應(yīng)

C．電極Ⅱ逐漸溶解D．電極Ⅲ的電極反應(yīng)：Cu2＋＋2e－===Cu解析：本題綜合考查原電池與電解池知識，意在考查考生對電化學(xué)原理的掌握情況。首先應(yīng)根據(jù)圖示判斷左邊兩池通過鹽橋構(gòu)成原電池，產(chǎn)生電流對右邊硫酸銅溶液進(jìn)行電解(相當(dāng)于精煉銅)。電極Ⅰ為負(fù)極，電極Ⅱ為正極，所以電流方向：電極

Ⅳ→→電極Ⅰ(電流方向與電子流動方向相反)，A正確。電極Ⅰ上鋁失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，B錯。電極Ⅱ上有銅析出，C錯。電極

Ⅲ的電極反應(yīng)：Cu－2e－===Cu2＋，D錯。答案：A5．(2014·安慶檢測)某興趣小組的同學(xué)用下圖所示裝置研究有關(guān)電化學(xué)的問題。當(dāng)閉合裝置的電鍵時，觀察到電流表的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。請回答下列問題：(1)甲裝置的名稱是

；乙裝置的名稱是

；Zn為

極；Pt為

極。寫出電極反應(yīng)式：Cu極

；C極

。當(dāng)甲中產(chǎn)生0.1

mol氣體時，乙中析出銅的質(zhì)量應(yīng)為

；乙中產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積應(yīng)為

。若乙