应用课
第四章 化学反应与电能
第7课时 有关电解计算
【学习目标】
认识电解相关计算类型，掌握有关电解计算的方法。
【学习活动】
学习任务
目标：认识电解相关计算类型，掌握有关电解计算的方法。 任务：（1）将两个分别装有Na2SO4、CuCl2溶液的电解池串联在一起，均用惰性电极进行电解，电解一段时间后，试分析电极产物H2、O2、Cl2、Cu之间物质的量的关系。 （2）已知一个电子的电量是1.602×10－19 C，用该电池电解饱和食盐水，当电路中通过1.929×105 C的电量时，生成NaOH的质量是多少？ 【方法导引】 有关电解的计算 1．计算的原则 (1)阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。 (2)串联电路中通过各电解池的电子总数相等。 (3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。 2．计算的方法 (1)根据守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。 (2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式计算。 (3)根据关系式计算：根据得失电子守恒关系，在已知量与未知量之间，建立计算所需的关系式。 (4)在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19 C来计算电路中通过的电量 3．计算的步骤 (1)正确书写电极反应式(要注意阳极材料)。 (2)当溶液中有多种离子共存时，要确定放电离子的先后顺序。 (3)最后根据得失电子守恒进行相关的计算。 【针对训练1】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的相对原子质量为( ) A． B． C． D． 【针对训练2】如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入0.05 mol·L－1的CuCl2溶液，B池中加入0.1 mol·L－1的AgNO3溶液，进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出的物质的物质的量之比是（ ） A．2∶2∶4∶1 B．1∶1∶2∶1 C．2∶1∶1∶1 D．2∶1∶2∶1 【针对训练3】500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.3 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到1.12 L气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是( ) A．原混合溶液中c(Na＋)＝0.2 mol·L－1 B．电解后溶液中c(H＋)＝0.2 mol·L－1 C．上述电解过程中共转移0.4 mol电子 D．电解后得到的Cu的物质的量为0.1 mol 【针对训练4】500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.3 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到1.12 L气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500 mL。 (1)电解后溶液中的溶质为 。 (2)若为上述过程提供电能的是氢氧燃料电池，则消耗标准状况下的氢气的体积为 。 【针对训练5】将两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解。 (1)当有1.0×10－3 mol的OH－放电时，溶液显浅蓝色，则在阴极上析出铜的质量是 。 (2)若溶液的体积为1 L，忽略溶液体积变化，在标准状况下放出5.6 mL O2时，溶液中c(H＋)是 。 【针对训练6】(双选)用惰性电极进行下列电解，有关说法正确的是( ) ①电解稀硫酸 ②电解Cu(NO3)2溶液 ③电解KOH溶液 ④电解NaCl溶液 A．通电进行一段时间后四份溶液的pH均增大 B．反应②中通电一段时间后，向溶液中加入适量的CuO固体可使溶液恢复到电解前的情况 C．反应③中阳极消耗OH－，故溶液浓度变小 D．反应④中阴、阳两极上气体产物的物质的量之比为1∶1 【追问】 (1)反应③④中需向溶液中加入什么物质可复原？ (2)反应②中如向溶液中加入Cu(OH)2可复原吗？ 【方法导引】 电解后溶液复原原状时遵循的原则 电解质溶液进行电解时，大致分三种情况，①电解质本身被电解，②溶剂水被电解，③电解质和水同时被电解。因此要使电解后的溶液恢复原状，必须根据电解的化学反应原理来确定。按“出去什么就加什么”的原则,即：少什么(元素的种类及原子个数比)加什么(按所少元素原子个数比组合成一种新物质加入)。
2应用课
第四章 化学反应与电能
第7课时 有关电解计算
【学习目标】
认识电解相关计算类型，掌握有关电解计算的方法。
【学习活动】
学习任务
目标：认识电解相关计算类型，掌握有关电解计算的方法。 任务：（1）将两个分别装有Na2SO4、CuCl2溶液的电解池串联在一起，均用惰性电极进行电解，电解一段时间后，试分析电极产物H2、O2、Cl2、Cu之间物质的量的关系。 参考答案：根据得失电子守恒及元素的化合价可得出，电极产物物质的量的关系式：2H2～O2～2Cl2～2Cu～4e－，即H2、O2、Cl2、Cu的物质的量之比为2∶1∶2∶2。 （2）已知一个电子的电量是1.602×10－19 C，用该电池电解饱和食盐水，当电路中通过1.929×105 C的电量时，生成NaOH的质量是多少？ 参考答案：一个电子的电量是1.602×10－19 C，当电路中通过1.929×105 C的电量时，电子的个数为＝1.204×1024，电子的物质的量为＝2 mol，根据转移电子和氢氧化钠的关系式2NaOH～2e－得，NaOH的质量为×2×40 g·mol－1＝80 g。 【方法导引】 有关电解的计算 1．计算的原则 (1)阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。 (2)串联电路中通过各电解池的电子总数相等。 (3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。 2．计算的方法 (1)根据守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。 (2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式计算。 (3)根据关系式计算：根据得失电子守恒关系，在已知量与未知量之间，建立计算所需的关系式。 (4)在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19 C来计算电路中通过的电量 3．计算的步骤 (1)正确书写电极反应式(要注意阳极材料)。 (2)当溶液中有多种离子共存时，要确定放电离子的先后顺序。 (3)最后根据得失电子守恒进行相关的计算。 【针对训练1】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的相对原子质量为( ) A． B． C． D． 答案：C 解析：根据得失电子守恒列出物质间的对应关系，设M的相对原子质量为Mr。 Mx＋ ～ xe－ ～ O2 Mr g 22.4× L a g b L 解得Mr＝＝。 【针对训练2】如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入0.05 mol·L－1的CuCl2溶液，B池中加入0.1 mol·L－1的AgNO3溶液，进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出的物质的物质的量之比是（ ） A．2∶2∶4∶1 B．1∶1∶2∶1 C．2∶1∶1∶1 D．2∶1∶2∶1 答案：A 解析：由电解规律可知：a、c为阴极，b、d为阳极。a极上析出Cu，b极上析出Cl2，c极上析出Ag，d极上析出O2。由电子守恒可得出：2e－～Cu～Cl2～2Ag～O2，所以a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比为1∶1∶2∶＝2∶2∶4∶1。 【针对训练3】500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.3 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到1.12 L气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是( ) A．原混合溶液中c(Na＋)＝0.2 mol·L－1 B．电解后溶液中c(H＋)＝0.2 mol·L－1 C．上述电解过程中共转移0.4 mol电子 D．电解后得到的Cu的物质的量为0.1 mol 答案：B 解析：阳极是阴离子放电(放电能力：OH－>NO)，根据题给信息，阳极一定是OH－放电，生成0.05 mol氧气，转移0.2 mol电子，C项错误；阴极离子放电能力：Cu2＋>H＋>Na＋，所以Cu2＋先放电，然后是H＋放电，阴极生成0.05 mol氢气时，转移0.1 mol电子，根据得失电子守恒知，Cu2＋转移0.1 mol电子，n(Cu2＋)＝0.05 mol。所以原溶液中n[Cu(NO3)2]＝0.05 mol，n(NO)＝0.3 mol·L－1× 0.5 L＝0.15 mol，n(NaNO3)＝0.05 mol。原混合溶液中c(Na＋)＝0.1 mol·L－1，A、D两项错误；由电解总方程式Cu2＋＋2H2OCu＋H2↑＋O2↑＋2H＋可知，生成0.05 mol Cu、0.05 mol O2、0.05 mol H2和0.1 mol H＋，电解后溶液中c(H＋)＝＝0.2 mol·L－1，B项正确。 【针对训练4】500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.3 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到1.12 L气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500 mL。 (1)电解后溶液中的溶质为 HNO3、NaNO3 。 (2)若为上述过程提供电能的是氢氧燃料电池，则消耗标准状况下的氢气的体积为 2.24 L 。 解析：（1）开始阶段电解Cu(NO3)2溶液，生成HNO3，后来电解水，溶质NaNO3不变。电解混合溶液时要注意电解的阶段性，电极反应式和总电池反应式，电解产物与转移电子数之间的关系式是电化学计算的主要依据。 （2）上述过程转移0.2 mol e－，在氢氧燃料电池中也转移0.2 mol e－，则消耗0.1 mol H2，标准状况下的体积为2.24 L。当电流通过一个或多个串联的电解池时，它们均处于同一闭合电路中，所以同一时间内通过的电子的物质的量相等。 【针对训练5】将两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解。 (1)当有1.0×10－3 mol的OH－放电时，溶液显浅蓝色，则在阴极上析出铜的质量是___0.032 g_____。 (2)若溶液的体积为1 L，忽略溶液体积变化，在标准状况下放出5.6 mL O2时，溶液中c(H＋)是______1×10－3 mol·L－1__。 解析：(1)用惰性电极电解CuSO4溶液时，阴极电极反应式为2Cu2＋＋4e－=2Cu，阳极电极反应式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O。当有1.0×10－3 mol的OH－放电时，此时转移电子为1.0×10－3 mol，则在阴极上析出Cu的质量为0.032 g。 (2)阳极： 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 4 mol 1 mol n n＝1.0×10－3 mol，即消耗1.0×10－3 mol OH－，生成 1．0×10－3 mol H＋， 则c(H＋)＝＝1.0×10－3 mol·L－1。 【针对训练6】(双选)用惰性电极进行下列电解，有关说法正确的是( ) ①电解稀硫酸 ②电解Cu(NO3)2溶液 ③电解KOH溶液 ④电解NaCl溶液 A．通电进行一段时间后四份溶液的pH均增大 B．反应②中通电一段时间后，向溶液中加入适量的CuO固体可使溶液恢复到电解前的情况 C．反应③中阳极消耗OH－，故溶液浓度变小 D．反应④中阴、阳两极上气体产物的物质的量之比为1∶1 答案：BD 解析：依据电解规律可知①为电解水型，②为放氧生酸型，③为电解水型，④为放氢生碱型，所以A、C错误；B项电解产物为Cu和O2，所以加氧化铜固体可恢复，正确；D项阳极产生Cl2，阴极产生H2，物质的量之比为1∶1，正确。 【追问】 (1)反应③④中需向溶液中加入什么物质可复原？ (2)反应②中如向溶液中加入Cu(OH)2可复原吗？ 参考答案： (1)③加H2O、④加HCl。 (2)不可，因为Cu(OH)2和CuO相比，多了H2O，不能恢复到原浓度。 【方法导引】 电解后溶液复原原状时遵循的原则 电解质溶液进行电解时，大致分三种情况，①电解质本身被电解，②溶剂水被电解，③电解质和水同时被电解。因此要使电解后的溶液恢复原状，必须根据电解的化学反应原理来确定。按“出去什么就加什么”的原则,即：少什么(元素的种类及原子个数比)加什么(按所少元素原子个数比组合成一种新物质加入)。
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