(共37张PPT)
第2课时 电解原理的应用
知识铺垫
必备知识
正误判断
电解熔融氯化钠制得钠,电解饱和氯化钠溶液能否制得钠?
提示:否。由于饱和氯化钠溶液中含有Cl-、OH-、H+及Na+,且H+的放电能力比Na+强,则阴极H+放电生成H2,所以得不到金属钠。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气
(1)装置:
(2)现象:
①阳极:
。
②阴极:
,阴极附近溶液
。?
有刺激性气味的黄绿色气体产生
有无色无味的气体产生
变红
知识铺垫
必备知识
正误判断
(3)原理分析及电极反应:
电解时, 移向阳极, 移向阴极。?
①阳极电极反应: , 反应。?
②阴极电极反应: , 反应。?
(4)电解总反应: 。
离子方程式: 。?
OH-
、
Cl-
H+、Na+
氧化
还原
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.铜的电解精炼
(1)装置:
粗铜
精铜
(2)精炼铜时的电极反应:
阳极:
。
阴极: 。?
知识铺垫
必备知识
正误判断
3.电镀
(1)定义:应用 原理在金属表面镀上一薄层 或
的方法。?
(3)电镀的主要目的:提高金属的 能力、耐磨性能或改善金属制品外观。?
(2)电镀池的设计:一般都是用
____________________________作为电镀液;把 浸入电镀液中与直流电源的正极相连,作为阳极; 与直流电源的负极相连,作为阴极。如铁钉镀铜。
阳极: 。
阴极: 。?
电镀铜实验装置
电解
金属
合金
含有镀层金属离子的电解质溶液
镀层金属
镀件
抗腐蚀
知识铺垫
必备知识
正误判断
4.电冶金
(1)金属冶炼的本质:使矿石中的 获得电子,从它们的化合物中 出来。如Mn++ne-
===
M。?
(2)电解熔融的氯化镁可制取金属镁。
阳极反应: ;?
阴极反应: ;
总反应: 。?
【微思考】能否电解无水氯化铝制备金属铝?
?
金属离子
还原
提示:否。因为氯化铝是共价化合物,熔融时不导电,不能电离产生Al3+和Cl-。
知识铺垫
必备知识
正误判断
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)氯碱工业是非常重要的化工生产工业,在电解饱和食盐水时,在阴极上得到的产物为H2和NaOH。( )
(2)电解饱和食盐水制烧碱,用涂镍碳钢网作为阳极。( )
(3)电解法精炼粗铜,用纯铜作为阳极。( )
(4)在镀件上电镀锌,用锌作为阳极。( )
(5)电解法精炼粗铜时,电解质溶液中各离子浓度一定不变。
( )
(6)在镀件上电镀铜,电镀过程中阳极减少的质量等于阴极增加的质量。( )
(7)电解精炼时,阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。( )
√
×
×
√
×
√
√
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
电解原理的应用
问题探究
1.氯碱工业的原理是什么?
?
?
?
2.实际生产过程中为什么要用阳离子交换膜?
提示:2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑。
提示:常用阳离子交换膜将两溶液分开,使阳离子能透过阳离子交换膜,而阴离子不能通过,避免生成的氯气和氢氧化钠发生反应。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.电解饱和食盐水制取烧碱
(1)电极反应:
阳极:2Cl--2e-
===
Cl2↑(氧化反应),
阴极:2H++2e-
===
H2↑(还原反应)。
(2)电解总反应:
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
(3)氯碱工业制烧碱、氢气和氯气:
【微点拨1】工业上电解饱和食盐水制备烧碱时必须阻止OH-移向阳极,以使NaOH在阴极溶液中富集,常用阳离子交换膜将两溶液分开,使阳离子能透过阳离子交换膜,而阴离子不能通过。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
2.铜的电解精炼与电镀铜的对比
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
【微点拨2】①电解精炼铜时,阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等,电解质溶液的浓度减小;②粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等),在阳极难以失去电子,当阳极上的铜失去电子变成离子之后,这些不活泼的杂质以金属单质的形式沉积于电解槽的底部,成为阳极泥。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
3.电冶金
利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例1在突如其来的新冠肺炎疫情期间,84消毒液成了家庭消毒的必备物品。某同学想制作一种家用环保型消毒液发生器,用石墨作为电极电解饱和氯化钠溶液,通电时,为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液,设计了如图所示的装置(垂直使用)。以下对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是
( )
A.a为正极,b为负极;NaClO和NaCl
B.a为负极,b为正极;NaClO和NaCl
C.a为阳极,b为阴极;HClO和NaCl
D.a为阴极,b为阳极;HClO和NaCl
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
答案:B
解析:电解饱和食盐水的总反应为2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑,NaOH在阴极区生成,Cl2在阳极区生成。按照该同学制作的竖直的家用环保型消毒装置,若将阳极置于上方,则氯气一生成即逸出,不能完全与NaOH作用。因此,应将阳极置于下方,阴极置于上方,下方阳极生成的氯气通过溶液时即可充分地被阴极生成的NaOH吸收,吸收过程发生反应的化学方程式为Cl2+2NaOH
===
NaCl+NaClO+H2O。还应注意的是图中电极a、b是电源的电极而非电解池的电极。与电解装置上方阴极相连的a为电源的负极,则b为正极。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
规律方法
做到“三看”,正确书写电极反应
(1)一看电极材料,若是金属(Au、Pt等除外)作为阳极,则阳极金属失电子(注:Fe作为阳极时失电子生成Fe2+而不是生成Fe3+)。
(2)二看离子导体是否参与电极反应。
(3)三看离子导体状态,若是熔融状态,则为金属的电冶炼。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
变式训练1如图所示,某同学设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合溶液浸湿,然后平铺在一块铂片上,接通电源后,用铅笔在滤纸上写字,会出现红色字迹。据此,下列叙述正确的是( )
A.铅笔端作为阳极,发生还原反应
B.铂片端作为阴极,发生氧化反应
C.铅笔端有少量的氯气产生
D.a极是直流电源负极,b点是直流电源正极
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
答案:D
解析:本题是利用化学原理实现趣味化的实验,根据原理可知电极反应为:
若要能够出现“黑笔写红字”的现象,必须是铅笔作为阴极,这样铅笔附近产生的OH-会使酚酞溶液变红,因此与铅笔相连的a极是直流电源的负极。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
有关电解计算的三种常用方法
问题探究
在粗铜的精炼中,阴极和阳极通过的电子数相等吗?阴极和阳极两个电极上的质量变化一样吗?
提示:两个电极上通过的电子数一样;两个电极的质量变化不相等。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
深化拓展
有关电解计算的方法
(1)根据电子守恒法计算:用于串联电路中各电极产物的计算,其依据是电路上转移的电子数相等。
(2)根据电解总反应计算。先写电极反应,再写出电解总反应,最后根据电解总反应计算。
(3)根据关系式计算。根据电子得失相等找到已知量与未知量之间的关系,从而推出计算所需的关系式。
【微点拨】(1)电解过程中产生的H+或OH-,其物质的量等于转移电子的物质的量。
(2)进行电解计算时,要注意电极上离子的放电顺序,从而确定不同阶段的电极反应。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例2以石墨电极电解200
mL
CuSO4溶液,电解过程中转移电子的物质的量[n(e-)]与产生气体总体积[V(标准状况下)]的关系如图所示。下列说法中正确的是( )
A.电解前CuSO4溶液的物质的量浓度为2
mol·L-1
B.忽略溶液体积变化,Cu2+恰好完全放电时所得溶液中c(H+)=2
mol·L-1
C.当n(e-)=0.6
mol时,V(H2)∶V(O2)=3∶2
D.当n(e-)=0.8
mol时,向电解后的溶液中加入16
g
CuO,则溶液可恢复到电解前的浓度
答案:B
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
规律方法
电解过程中的一般计算方法
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
如以通过4
mol
e-为桥梁可构建如下关系式:
(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
变式训练2-1将两个铂电极插入500
mL
CuSO4溶液中进行电解,通电一段时间后,某一电极增重0.064
g(设电解时该电极无氢气析出,且不考虑溶液体积的变化),此时溶液中氢离子的浓度约为( )
A.4×10-3
mol·L-1
B.2×10-3
mol·L-1
C.1×10-3
mol·L-1
D.1×10-7
mol·L-1
答案:A
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
解析:阴极反应为Cu2++2e-
===
Cu,增重0.064
g应是生成Cu的质量,设生成H+的物质的量为x,根据总反应离子方程式:
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
变式训练2-2如图所示,图乙是图甲的电解池进行电解时某个量(纵坐标y)随时间变化的函数图像(各电解池都用石墨作为电极,不考虑电解过程中溶液浓度变化对电极反应的影响),这个量y表示的是( )
A.各电解池析出气体的体积
B.各电解池阳极质量的增加量
C.各电解池阴极质量的增加量
D.各电极上放电的离子总数
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
答案:C
解析:电解氯化钠溶液时,阴、阳极都产生气体物质;电解硝酸银溶液时,阴极上产生单质银;电解硫酸铜溶液时阴极上产生单质铜。所以随着电解的进行阴极质量的增加量有如图乙所示的变化。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
1.关于电解氯化钠水溶液(铁作为阴极、石墨作为阳极),下列叙述正确的是( )
A.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液,溶液呈无色
B.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液,溶液呈棕黄色
C.电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠
D.电解一段时间后,将全部电解液转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性
答案:B
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
2.某溶液中只含有两种溶质NaCl与H2SO4,它们物质的量之比为3∶1。用石墨作为电极电解该混合溶液时,根据电极产物,电解过程可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是( )
A.阴极自始至终只析出H2
B.阳极先生成Cl2,后生成O2
C.电解最后阶段为电解水
D.溶液始终为酸性
答案:D
解析:电解质溶液中,n(Na+)∶n(Cl-)∶n(H+)∶n(
)=3∶3∶2∶1,三个阶段分别相当于电解HCl→NaCl→H2O。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
3.用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液,通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1
mol
Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的状态(不考虑二氧化碳的溶解),则电解过程中共转移电子的物质的量为( )
A.0.4
mol
B.0.5
mol
C.0.6
mol
D.0.8
mol
答案:C
的电解反应,只需要加入CuO或CuCO3就可以使溶液恢复到电解前的状态,但是现在加入的是Cu2(OH)2CO3,相当于多加了0.1
mol
H2O,0.1
mol的水应该是第二阶段的反应消耗的,该阶段转移了0.2
mol电子,第一阶段转移了0.4
mol电子,所以总共转移0.6
mol电子。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
4.用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( )
A.待加工铝质工件为阳极
B.可选用不锈钢网作为阴极
C.阴极的电极反应为Al3++3e-
===
Al
D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
答案:C
解析:利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al2O3薄膜,即待加工铝质工件作为阳极,A项正确;阴极与电源负极相连,对阴极电极材料没有特殊要求,可选用不锈钢网等,B项正确;电解质溶液呈酸性,阴极上应是H+放电,C项错误;在电解过程中,电解池中的阴离子向阳极移动,D项正确。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
5.将两个惰性电极插入CuSO4溶液中,通电进行电解。
(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,溶液的c(H+)为 。?
答案:(1)0.032
g (2)1×10-3
mol·L-1
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
解析:(1)用惰性电极电解CuSO4溶液时,阴极电极反应为:2Cu2++4e-
===
2Cu,阳极电极反应为:4OH--4e-
===
O2↑+2H2O。当有1.0×10-3
mol的OH-放电时,生成标准状况下的O2为5.6
mL,此时转移电子为1.0×10-3
mol,则在阴极上析出Cu为0.032
g。
(2)阳极:第3节 电能转化为化学能——电解
第1课时 电解的原理
夯实基础轻松达标
1.用铂电极(惰性电极)电解下列溶液时,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是( )
A.稀NaOH溶液
B.HCl溶液
C.酸性NaCl溶液
D.酸性AgNO3溶液
2.把等物质的量的Na2SO4、NaCl、AgNO3的混合物放入足量水中,经充分搅拌后,将所得溶液用石墨作为电极进行电解,阳极生成的物质是( )
A.H2
B.Ag
C.Cl2 D.O2
3.某校化学兴趣小组的同学在一次活动中做了一个“彩虹”实验。其装置如右图所示,在一U形管中装入含有紫色石蕊溶液的Na2SO4溶液,通直流电,一段时间后U形管内会形成一个倒立的三色“彩虹”,从左到右颜色的次序是( )
A.蓝、紫、红
B.红、蓝、紫
C.红、紫、蓝
D.紫、红、蓝
4.用惰性电极电解下列各组中的三种电解质的溶液,在电解的过程中,溶液pH的变化依次为升高、不变、降低的是( )
A.AgNO3 CuCl2 Cu(NO3)2
B.KCl Na2SO4 CuSO4
C.CaCl2 KOH NaNO3
D.HCl HNO3 K2SO4
5.如图所示,a、b、c、d均为石墨电极,通电进行电解,下列说法正确的是
( )
A.电路中电子流向:负极→d→c→b→a→正极
B.a、c两极产生气体的物质的量相等
C.S向b电极移动,Cl-向c电极移动
D.通电后向乙烧杯滴入酚酞溶液d极附近会变红
6.以石墨为电极电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是( )
A.阴极附近溶液呈红色
B.阴极逸出气体
C.阳极附近溶液呈蓝色
D.溶液的pH变小
7.早在1807年化学家戴维用电解熔融氢氧化钠的方法制得钠:4NaOH(熔融)4Na+O2↑+2H2O;后来盖·吕萨克用铁与熔融氢氧化钠在通电条件下也制得钠,反应原理为3Fe+4NaOHFe3O4+2H2↑+4Na↑。下列有关说法正确的是( )
A.戴维电解熔融氢氧化钠制钠,阳极发生电极反应为2OH--2e-H2↑+O2↑
B.戴维用电解熔融氢氧化钠法制钠(如上图),电解槽中可以用石墨为阳极,铁为阴极
C.盖·吕萨克法制钠的原理是利用铁的还原性比钠强
D.若戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠,则两反应中转移的电子总数也相同
8.将下图所示实验装置的开关K闭合,下列判断正确的是( )
A.Cu电极上发生还原反应
B.电子沿Zn→a→b→Cu路径流动
C.片刻后甲池中c(S)增大
D.片刻后可观察到滤纸b点变红色
9.如图为电解CaCl2溶液的实验装置,以铂为电极。电解一段时间后,将CO2持续通入该溶液中。
请回答下列问题:
(1)电解时,F极发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应为 ;E极发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应为 ;电解总反应为 。?
(2)电解池中产生的现象:
① ;② ;③ 。?
(3)持续通入CO2发生反应的化学方程式为
。?
提升能力跨越等级
1.用电解法制取KIO3的方法是以石墨和铁为电极电解KI溶液,电解总反应为KI+3H2OKIO3+3H2↑。下列说法中正确的是( )
A.电解时石墨是阴极
B.电解时阳极上产生H2
C.电解过程中阴极溶液的pH升高
D.阴极电极反应:I--6e-+3H2OI+6H+
2.某同学将电解池工作时电子、离子移动方向及电极种类等信息表示在下图中,下列有关分析完全正确的是
( )
选项
A
B
C
D
a电极
阳极
阴极
阳极
阴极
d电极
正极
正极
负极
负极
Q离子
阳离子
阳离子
阴离子
阴离子
3.现用Pt电极电解1
L浓度均为0.1
mol·L-1的HCl、CuSO4的混合溶液,装置如图,下列说法正确的是
( )
A.电解开始时阴极有H2放出
B.电解开始时阳极反应:Cu2++2e-Cu
C.当电路中通过电子的量超过0.1
mol时,此时阴极放电的离子发生了变化
D.整个电解过程中,S不参与电极反应
4.取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸,两根铅笔芯作为电极,接通直流电源,一段时间后,发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圆为白色,外圆呈浅红色。下列说法错误的是( )
A.b电极是阴极
B.a电极与电源的正极相连接
C.电解过程中,水是氧化剂
D.b电极附近溶液的pH变小
5.(2020山东枣庄八中高二月考)(双选)如图所示,下列叙述不正确的是( )
A.X为阳极,发生氧化反应
B.电子沿Zn→Y→X→Cu路径流动
C.Na+移向Y,X与滤纸接触处有氧气生成
D.Y与滤纸接触处变红
6.(双选)500
mL
KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中N的浓度为0.6
mol·L-1,用石墨作为电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到2.24
L气体(标准状况下),假定电解后溶液的体积仍为500
mL,下列说法正确的是( )
A.原混合溶液中K+的浓度为0.2
mol·L-1
B.上述电解过程中共转移0.2
mol电子
C.电解得到Cu的物质的量为0.05
mol
D.电解后溶液中H+的浓度为0.4
mol·L-1
7.整合有效信息书写电极反应。
(1)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。将用烧碱溶液吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应:S2--2e-S、(n-1)S+S2-。
①写出电解时阴极的电极反应: 。?
②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,该反应的离子方程式为 。?
(2)电解NO制备NH4NO3,其工作原理如图所示,为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,A是 ,说明理由: 。?
贴近生活拓展创新
如图所示,A为电源,B为浸透饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸,滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液,C、D为电解槽,其电极材料及电解质溶液如图所示。
(1)关闭K1,打开K2,通电后,B的KMnO4紫红色液滴向c端移动,则电源b端为 极,通电一段时间后,滤纸d端的电极反应为 。?
(2)已知C装置中溶液的溶质为Cu(NO3)2和X(NO3)3,且均为0.1
mol,打开K1,关闭K2,通电一段时间后,阴极析出固体的质量m(g)与通过电子的物质的量n(mol)的关系如图所示。则Cu2+、X3+、H+氧化性由强到弱的顺序是 。?
(3)D装置中溶液是稀硫酸,则石墨电极端从开始至一段时间后的实验现象是 。?
参考答案
第3节 电能转化为化学能——电解
第1课时 电解的原理
夯实基础·轻松达标
1.A 电解稀NaOH溶液时,阳极:4OH--4e-O2↑+2H2O,阴极:2H2O+2e-H2↑+2OH-,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2,故A正确;电解HCl溶液、NaCl溶液时,阳极:2Cl--2e-Cl2↑,阴极:2H++2e-H2↑、2H2O+2e-H2↑+2OH-,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和Cl2,故B、C错误;电解AgNO3溶液时,阳极:2H2O-4e-O2↑+4H+,阴极:Ag++e-Ag,阴极和阳极上的主要产物分别是Ag和O2,故D错误。
2.D 等物质的量的Na2SO4、NaCl、AgNO3三种物质混合放入水中,经搅拌后,生成AgCl沉淀,溶液中的离子是Na+、S、N,通电时阳极是水电离产生的OH-放电,则阳极生成的物质是氧气。
3.C 阳极电极反应为4OH--4e-2H2O+O2↑,阳极区溶液呈酸性,溶液呈红色;阴极电极反应为4H++4e-2H2↑,阴极区溶液呈碱性,溶液呈蓝色;中间仍为紫色石蕊溶液。
4.B 电解电解质溶液的类型:
类型
电解质
溶液pH的变化
放O2生酸型
CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2
降低
放H2生碱型
KCl、CaCl2
升高
电解
电解质型
CuCl2
HCl
升高
电解H2O型
NaNO3、Na2SO4、K2SO4
不变
KOH
升高
HNO3
降低
由上述分析可知,B项符合题意。
5.D 电子不能通过电解质溶液,故A错误;a电极产生O2,c极产生Cl2,根据电子守恒O2~2Cl2~4e-,O2和Cl2的物质的量之比为1∶2,故B错误;阴离子向阳极移动,a电极和c电极是阳极,所以S向a电极移动,Cl-向c电极移动,故C错误;d电极是阴极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,所以滴入酚酞溶液d电极附近会变红,故D正确。
6.D 以石墨为电极电解KI溶液,发生的总反应为2KI+2H2O2KOH+H2↑+I2(类似于电解饱和食盐水),阴极产物是H2和KOH,阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉,所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝),阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性),A、B、C正确;由于电解产物有KOH生成,溶液的碱性增强,所以溶液的pH增大,D错误。
7.B 戴维电解熔融氢氧化钠制钠,阳极发生电极反应为4OH--4e-
O2↑+2H2O;盖·吕萨克法制钠原理不是利用铁的还原性比钠强,实际上铁的还原性比钠弱,反应之所以能发生实质上是利用了钠的沸点较低。由题中所给电解总反应可知,利用戴维法和盖·吕萨克法制得等量的钠,转移的电子总数不相同。
8.A 将装置中K闭合,该装置构成原电池,其中Zn电极上发生氧化反应,Cu电极上发生还原反应,故A正确;电子沿导线由Zn→a,在a上溶液中的H+得到电子,在b上溶液中的OH-失去电子,电子不能直接由a→b,故B错误;该装置工作过程中,甲、乙两烧杯中的S的浓度都不改变,只是盐桥中的Cl-和K+分别向甲、乙两烧杯中移动,故C错误;在b处溶液中的OH-失去电子,溶液呈酸性,b处滤纸不可能变红色,故D错误。
9.答案
(1)氧化 2Cl--2e-Cl2↑ 还原 2H2O+2e-H2↑+2OH- CaCl2+2H2OCa(OH)2+H2↑+Cl2↑
(2)①E极附近溶液呈红色
②E极有无色气体生成,F极有黄绿色气体生成
③通入少量CO2时,溶液中出现白色沉淀,继续通入CO2,白色沉淀逐渐消失
(3)CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O,CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2
解析
在E极上发生反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-;在F极上发生反应:2Cl--2e-Cl2↑。电解一段时间后,通入CO2会有CaCO3沉淀生成,继续通入CO2,CaCO3沉淀溶解。
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1.C 电解时,铁作为阴极,石墨作为阳极,若铁作为阳极,则铁会失电子而放电,A错误;阳极发生氧化反应,I-失电子被氧化,电极反应为I--6e-+3H2OI+6H+,B、D两项错误;阴极水放电,2H2O+2e-H2↑+2OH-,溶液的pH升高,C项正确。
2.B 电子从电源的负极流出,故a电极是阴极,d是电源正极,溶液中阳离子(Q离子)移向阴极(a电极)。
3.D 依据离子放电顺序可知阴极先放电的是Cu2+,故阴极开始析出的是Cu,阳极先放电的是Cl-,故阳极开始产生的是Cl2,故A、B错误;由阴极电极反应Cu2++2e-Cu,n(Cu2+)=0.1
mol,当电路中通过电子的量达到0.2
mol时,此时Cu2+消耗完毕,之后阴极放电离子变为H+,故C错误;阳极先是Cl-放电,当Cl-消耗完毕,此时H2O电离产生的OH-开始在阳极放电,S不参与电极反应,故D正确。
4.D a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圆为白色,外圆呈浅红色,说明a极附近产生了Cl2,所以a极与电源的正极相连,即a极为阳极,电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,b极为阴极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,所以水是氧化剂,b极附近溶液的pH增大。
5.BC 该装置中,左边装置是原电池,Zn易失电子作为负极、Cu作为正极,右边装置是电解池,X为阳极、Y为阴极,阳极上电极反应为Cu-2e-Cu2+,阴极反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑。X与原电池的正极相连为阳极,阳极失电子发生氧化反应,故A正确;电子从原电池负极锌流出经导线流向阴极Y,电子又从阳极X流出经导线流向正极铜,电子不能通过X与Y之间的电解质溶液,故B错误;通过以上分析知,Y是阴极,阳离子钠离子与氢离子都向阴极移动,X电极是Cu,Cu失电子生成Cu2+,故C错误;Y为阴极,电极反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑,生成了碱,所以Y与滤纸接触处变红,故D正确。
6.AD 用石墨作为电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,阳极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,阴极先后发生两个反应:Cu2++2e-Cu,2H++2e-H2↑。从收集到O2为2.24
L可推知上述电解过程中共转移0.4
mol电子,而在生成2.24
L
H2的过程中转移0.2
mol电子,所以Cu2+共得到0.4
mol-0.2
mol=0.2
mol电子,电解前Cu2+的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1
mol。电解前后分别有以下守恒关系:c(K+)+2c(Cu2+)=c(N),c(K+)+c(H+)=c(N),不难算出电解前c(K+)=0.2
mol·L-1,电解后溶液中c(H+)=0.4
mol·L-1。
7.答案
(1)①2H2O+2e-H2↑+2OH-
②+2H+(n-1)S↓+H2S↑
(2)NH3 根据电解总反应:8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,电解产生的HNO3多,应补充NH3
解析
(1)①电解时,阴极区溶液中的阳离子放电,即水溶液中的H+放电生成H2。②由题给反应可知,阳极区生成了可以理解为(n-1)S+S2-,加入稀硫酸可生成S单质和H2S气体。
(2)根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图知,阴极反应为3NO+15e-+18H+3N+3H2O,阳极反应为5NO-15e-+10H2O5N+20H+,电解总反应为8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3,应补充NH3。
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答案
(1)负 2H++2e-H2↑
(2)Cu2+>H+>X3+
(3)在石墨电极一端开始时有无色无味气体产生;一段时间后有红色物质析出
解析
(1)当打开K2、关闭K1时,A、B形成了一个电解池,由于紫红色的Mn向c端移动,从而可以确定c为电解池的阳极,a为电源的正极,则b为电源的负极。因此电解池中H+和K+向阴极d移动,由于H+放电能力强,故d端的电极反应为2H++2e-H2↑。
(2)由通过电子的物质的量与阴极析出固体质量的关系图示可以看出,当通过超过0.2
mol电子时,阴极析出固体质量不再发生变化,说明此过程中放电的为H+,而通过0.2
mol电子时,溶液中某金属阳离子完全放电。再结合Cu2+和X3+的电荷数,可以确定通过0.2
mol电子时,放电的为Cu2+,故Cu2+、H+、X3+的氧化性顺序为Cu2+>H+>X3+。第2课时 电解原理的应用
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1.用石墨作为电极电解CuCl2和KCl的混合溶液,电解初期阴极和阳极析出的物质分别是( )
A.H2、Cl2
B.Cu、Cl2
C.H2、O2
D.Cu、O2
2.(2020山东泰安高二期末)图甲为锌铜原电池装置,图乙为电解熔融氯化钠制备金属钠的装置。下列说法正确的是( )
A.甲装置中锌为负极,发生还原反应;铜为正极,发生氧化反应
B.甲装置中盐桥可以使反应过程中溶液保持电中性
C.乙装置中铁极的电极反应为:2Na-2e-2Na+
D.乙装置中B是氯气出口,A是钠出口
3.在下列装置中,MSO4和NSO4是两种常见金属的易溶盐。当K闭合时,S从右到左通过交换膜移向M极,下列分析正确的是( )
A.溶液中c(M2+)减小
B.N的电极反应为:N-2e-N2+
C.X电极上有H2产生,发生还原反应
D.反应过程中Y电极周围生成白色胶状沉淀
4.欲在金属表面镀银,应把金属镀件作为电镀池的阴极。下列各组中,选用的阳极金属和电镀液均正确的是( )
A.Ag和AgCl溶液
B.Ag和AgNO3溶液
C.Pt和Ag2CO3溶液
D.Pt和Ag2SO4溶液
5.在冶金工业中,常用电解法得到钠、镁、铝等金属,其原因是( )
A.都是轻金属
B.都是活泼金属
C.成本低廉
D.化合物熔点较低
6.用下图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是
( )
A.用石墨作为阳极,铁作为阴极
B.阳极的电极反应为:Cl-+2OH--2e-ClO-+H2O
C.阴极的电极反应为:2H2O+2e-H2↑+2OH-
D.除去CN-的反应为:2CN-+5ClO-+2H+N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
7.用铂作为电极电解某种溶液,通电一段时间,溶液的酸性增强,并且在阳极得到0.56
L气体,阴极得到1.12
L气体(两种气体均在相同条件下测定)。由此可知溶液可能是( )
A.稀盐酸
B.KNO3溶液
C.CuSO4溶液
D.稀硫酸
8.如图是电解饱和氯化钠溶液(含酚酞)的装置。
收集有毒气体的装置省略没有画出,两电极均是惰性电极。
(1)a电极的名称是 。?
(2)电解过程中观察到的现象是 。?
(3)鉴定N出口的气体最简单的方法是 。?
(4)电解总反应的离子方程式为 。?
(5)若将b电极换成铁电极,写出在电解过程中U形管底部出现的现象: 。?
提升能力跨越等级
1.电解饱和食盐水(a为饱和食盐水),若生成4
mol的NaOH,下列说法正确的是
( )
A.在X电极生成2
mol
Cl2
B.在X电极生成2
mol
H2
C.在Y电极生成4
mol
Cl2
D.NaOH在Y电极生成
2.电解降解法可用于治理水体硝酸盐污染,将N降解成N2的电解装置如下图所示。下列说法正确的是( )
A.电源的正极为b极
B.电解时H+从膜右侧迁移到膜左侧
C.Ag-Pt电极反应为2H2O-4e-4H++O2↑
D.若转移的电子数为1.204×1024,生成N25.6
g
3.电解100
mL含c(H+)=0.30
mol·L-1的下列溶液,当电路中通过0.04
mol电子时,理论上析出金属质量最大的是( )
A.0.10
mol·L-1Ag+
B.0.20
mol·L-1Zn2+
C.0.20
mol·L-1Cu2+
D.0.20
mol·L-1Pb2+
4.将1
L含0.4
mol
CuSO4和0.4
mol
NaCl的水溶液用惰性电极电解一段时间后,在一个电极上得到0.3
mol铜,则在另一个电极上析出的气体在标准状况下的体积是( )
A.5.6
L B.6.72
L
C.13.44
L D.11.2
L
5.甲、乙两个电解池均以Pt为电极且互相串联。甲池盛有AgNO3溶液,乙池盛有一定量的某盐溶液,通电一段时间后,测得甲池阴极质量增加2.16
g,乙池电极析出0.24
g金属,则乙池中溶质可能是( )
A.CuSO4
B.MgSO4
C.Al(NO3)3
D.Na2SO4
6.(双选)用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是
( )
A.阴极与阳极产生的气体体积比为1∶2
B.b极的电极反应为2H2O-2e-O2↑+4H+
C.产品室中发生的反应是H++B(OHB(OH)3+H2O
D.每增加1
mol
H3BO3产品,NaOH溶液增重22
g
7.(双选)如图所示,其中甲池的总反应为2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O。下列说法正确的是( )
A.甲池是电能转化为化学能的装置,乙、丙池是化学能转化为电能的装置
B.甲池通入CH3OH的电极反应为CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O
C.反应一段时间后,向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度
D.甲池中消耗280
mL(标准状况下)O2,此时丙池中理论上最多产生1.45
g固体
8.下图装置中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极,电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后,在c、d两电极上共收集到336
mL(标准状态)气体。请回答下列问题。
(1)直流电源中,M为 极。?
(2)Pt电极上生成的物质是 ,其质量为 g。?
(3)电源输出电子的物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为2∶ ∶ ∶ 。?
(4)AgNO3溶液的浓度 (填“增大”“减小”或“不变”,下同),硫酸的浓度 。?
(5)若硫酸的质量分数由5.00%变为5.02%,则原有5.00%的硫酸 g。?
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1.钴酸锂等正极材料的发现助推了锂离子电池商业化的进程,对电池的性能起着决定性的作用。钴酸锂电池是目前用量最大的锂离子电池,用它作电源按如图装置进行电解。通电后,a电极上一直有气泡产生;d电极附近先出现白色沉淀(CuCl),后白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH)。下列有关叙述正确的是
( )
A.已知钴酸锂电池放电时总反应为LCoO2+LixC6LiCoO2+6C,则LCoO2在负极反应,失电子
B.当外电路中转移0.2
mol电子时,电极b处有2.24
L
Cl2生成
C.电极d为阴极,电解开始时的电极反应为Cu+Cl--e-CuCl
D.随着电解的进行,U形管Ⅱ中发生了如下转化CuCl+OH-CuOH+Cl-
2.某学习小组将“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理,根据图示回答下列问题(图示中的电极均为石墨)。
(1)图1中,电解一段时间后,气球b中的气体是 (填化学式),U形管 (填“左”或“右”)边的溶液变红。?
(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器,电解可制备84消毒液的有效成分,则c为电源的 极;该发生器中反应的离子方程式为 。?
(3)二氧化氯(ClO2)是一种黄绿色气体,是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。下图是目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺。
①阳极产生ClO2的电极反应为: 。?
②当阴极产生标准状况下112
mL气体时,通过阳离子交换膜的离子的物质的量为 。?
参考答案
第2课时 电解原理的应用
夯实基础·轻松达标
1.B 溶液中的离子有Cu2+、K+、H+、Cl-及OH-五种离子,得电子能力:Cu2+>H+>K+,失电子能力:Cl->OH-,所以电解初期,阴极反应为:Cu2++2e-Cu,阳极反应为:2Cl--2e-Cl2↑,故选B。
2.B 在原电池中活泼金属作为负极,发生氧化反应,A错误;盐桥的作用是调节电荷,使溶液中电荷守恒,B项正确;乙装置中铁作为阴极,电极反应为:2Na++2e-2Na,C错误;根据图示可知A是氯气出口,B是钠出口,D错误。
3.C 根据装置图判断可知,左边是原电池,右边是电解池。当K闭合时,根据S的移向可判断M极为负极,N极为正极,Y为阳极,X为阴极,电极反应分别为负极:M-2e-M2+,正极:N2++2e-N,阳极:2Cl--2e-Cl2↑;阴极:2H++2e-H2↑,在X极(阴极)附近Al3++3OH-Al(OH)3↓,只有C项正确。
4.B 电镀槽中,要求镀件作为阴极,可用镀层金属作为阳极,电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液,由于A、C、D项中AgCl、Ag2CO3和Ag2SO4均为沉淀,只有B项符合要求。
5.B 金属冶炼方法选取的主要依据是金属的活泼性强弱,不活泼的金属可以用热分解法制备,如加热氧化汞可得到金属汞;比较活泼的金属用热还原法制备,如用焦炭炼铁;活泼的金属离子很难被其他还原剂还原,可用电解方法制备。由于钠、镁、铝是活泼金属,所以通常用电解法冶炼。
6.D 若铁作为阳极,则铁失电子生成Fe2+,则无法除去CN-,故铁只能作为阴极,A项正确;Cl-要生成ClO-,Cl元素的化合价升高,故Cl-在阳极发生氧化反应,又已知该溶液为碱性条件,故B项正确;阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应,碱性条件下,H2O提供阳离子H+,故C项正确;由于溶液是碱性条件,故除去CN-发生的反应为2CN-+5ClO-+H2ON2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-,D项错误。
7.D 阳极与阴极产生的气体体积比为,相当于电解水,溶液酸性增强,D项符合题意。
8.答案
(1)阴极 (2)两极均有气泡产生;a极区溶液变成红色;b极液面上气体为黄绿色;b极区溶液变为浅黄绿色
(3)用湿润的淀粉KI试纸靠近N出口,试纸变蓝则说明是Cl2
(4)2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-
(5)底部有白色沉淀产生,迅速变为灰绿色,最终变为红褐色
解析
根据电子的流向可知,a电极连接的是直流电源电子流出的一极,因此a电极是电解池的阴极,b电极为电解池的阳极,b电极产物为Cl2,检验Cl2的方法是用湿润的淀粉KI试纸靠近N出口,试纸变蓝即说明是Cl2。当将b极改为铁电极时,铁失去电子变成阳离子进入溶液,与阴极放出H2后剩余的OH-结合生成Fe(OH)2沉淀,Fe(OH)2不稳定,迅速变为灰绿色,最终转化为红褐色的Fe(OH)3沉淀。
提升能力·跨越等级
1.B 由装置图可知Y为电解池的阳极,电极反应为:2Cl--2e-Cl2↑,X为电解池的阴极,电极反应为:2H++2e-H2↑。X电极为阴极,生成的是氢气,A项错误;由电解总反应2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH可知,在X电极生成4
mol
NaOH的同时还生成2
mol
H2,B项正确;Y电极为电解池的阳极,由电解总反应2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH可知,生成4
mol的NaOH,同时生成2
mol氯气,C项错误;阴极附近氢离子放电,溶液中氢氧根离子浓度增大,NaOH在X电极生成,D项错误。
2.D 根据题意分析可知,Ag-Pt电极作为阴极,b极为电源负极,A项错误;阴极得电子,C项错误;阳离子向阴极移动,故质子应是由左侧向右侧迁移,B项错误;根据N原子守恒可知2N~N2~10e-,若转移电子数为1.204×1024,即转移2
mol电子生成0.2
mol
N2,N2的质量为5.6
g,D项正确。
3.C Cu2+、Ag+分别与H+共存时,首先放电的是Cu2+和Ag+;Zn2+、Pb2+分别与H+共存时,首先放电的是H+。所以分别电解含有Zn2+和H+、Pb2+和H+的溶液时,H+先得电子生成H2,n(e-)=n(H+)=0.30
mol·L-1×0.1
L=0.03
mol,故Zn2+、Pb2+得到的电子为0.04
mol-0.03
mol=0.01
mol,生成的金属Zn、Pb的物质的量均为0.005
mol,其质量分别为0.325
g、1.035
g;电解含有Ag+和H+的溶液,可得Ag的质量为0.1
mol·L-1×0.1
L×108
g·mol-1=1.08
g;电解含有Cu2+和H+的溶液,可得铜的质量为0.2
mol·L-1×0.1
L×64
g·mol-1=1.28
g,C项符合题意。
4.A 根据题意可知,阴极上0.3
mol
Cu2+得到0.6
mol电子,则阳极失去电子的物质的量也应为0.6
mol,根据阳极的电极反应:
2Cl- - 2e- Cl2↑
0.4
mol
0.4
mol
0.2
mol
4OH--4e-2H2O+O2↑
0.2
mol
0.05
mol
则得到Cl2和O2共0.25
mol,在标准状况下的体积为5.6
L。
5.A Pt为惰性电极,电解各种盐溶液时,阳离子在阴极放电,阳离子的放电顺序为Cu2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+,若乙池中的溶质为MgSO4、Al(NO3)3或Na2SO4,电解过程中阴极不会析出金属,故乙池中的溶质只能为CuSO4。甲、乙两个电解池串联,通过各个电极的电子数相等。甲、乙两池的阴极发生的反应分别为2Ag++2e-2Ag、Cu2++2e-Cu,则存在关系式:2Ag~2e-~Cu,n(Cu)=n(Ag)==0.01
mol,故乙池中析出金属Cu的质量为m(Cu)=0.01
mol×64
g·mol-1=0.64
g,但实际上仅析出0.24
g
Cu,这说明CuSO4的量不足,还发生反应:2H++2e-H2↑。
6.CD 由图可知,b电极为阳极,电解时阳极上水发生反应生成O2和H+,a电极为阴极,电解时阴极上水发生反应生成H2和OH-,原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室,溶液中c(NaOH)增大,原料室中B(OH通过阴膜进入产品室,b极室中氢离子通过阳膜进入产品室,B(OH与H+发生反应生成H3BO3:H++B(OHB(OH)3+H2O,C正确;a、b电极反应式分别为2H2O+2e-H2↑+2OH-、2H2O-4e-O2↑+4H+,A、B错误;理论上每生成1
mol产品,b极生成1
mol
H+、a极生成0.5
mol
H2,移动1
mol
Na+,NaOH溶液增重23
g-1
g=22
g,D正确。
7.BD 甲池是燃料电池,是化学能转化为电能的装置,乙池、丙池是电解池,是将电能转化为化学能的装置,A项错误;在燃料电池中,在负极甲醇发生失电子的氧化反应,在碱性条件下的电极反应为CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O,B项正确;电解池乙池中,电解后生成H2SO4、Cu和O2,要使溶液复原应加入CuO,C项错误;甲池中根据电极反应:O2+2H2O+4e-4OH-,消耗280
mL
O2(标准状况下),则转移电子0.05
mol,丙装置中,电池总反应为MgCl2+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑,理论上最多产生Mg(OH)2的质量为0.025
mol×58
g·mol-1=1.45
g,D项正确。
8.答案
(1)正 (2)Ag 2.16 (3)2 1 (4)不变 增大 (5)45.18
解析
(1)电解5.00%的稀硫酸,实际上是电解其中的水。因此在该电解池中发生反应:2H2O2H2↑+O2↑,V(H2)∶V(O2)=2∶1。由图可知d极与c极产生的气体体积之比约为2∶1,据此可确定d极为阴极,则电源的N极为负极,M极为正极。
(2)在336
mL气体中,V(H2)=×336
mL=224
mL,则n(H2)=0.01
mol;V(O2)=×336
mL=112
mL,则n(O2)=0.005
mol。说明电路中转移了0.02
mol电子,因此在b极产生Ag的质量为0.02
mol×108
g·mol-1=2.16
g。
(3)根据前面的分析可知n(e-)∶n(Ag)∶n(O2)∶n(H2)=0.02∶0.02∶0.005∶0.01=2∶2∶∶1。
(4)由Ag(阳)电极、Pt(阴)电极和AgNO3溶液组成的电镀池,在通电一定时间后,在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag+的物质的量等于Ag电极失电子给溶液补充的Ag+的物质的量,因此AgNO3溶液的浓度不变。电解5.00%的硫酸溶液,由于其中的水发生电解,水的量减少,因此硫酸浓度增大。
(5)设原5.00%的硫酸的质量为x,电解时消耗水的质量为0.01
mol×18
g·mol-1=0.18
g,则:5.00%x=5.02%(x-0.18
g),解得x=45.18
g。
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1.D LixC6中C元素为负价,根据电池总反应可知,LixC6作为负极,则LCoO2在正极反应,得电子,故A错误;没有说明是否为标准状况,因此无法直接计算生成氯气的体积,故B错误;d电极发生的变化Cu→CuCl是氧化反应,故d极为阳极,d极反应为Cu+Cl--e-CuCl,故C错误;d电极先产生白色沉淀(CuCl),白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH),发生的反应为CuCl+OH-CuOH+Cl-,故D正确。
2.答案
(1)H2 右 (2)负 Cl-+H2OClO-+H2↑
(3)①Cl--5e-+2H2OClO2↑+4H+
②0.01
mol
解析
(1)图1中,根据电子流向可知,左边电极是电解池阳极,右边电极是电解池阴极,阳极上氯离子放电生成氯气,阴极上氢离子放电生成氢气,同时阴极附近产生NaOH。
(2)要制取84消毒液,应创造氯气和氢氧化钠反应生成NaClO的环境,为了使反应更充分,则下面电极生成氯气,上面电极附近有NaOH生成,则上面电极为阴极,c为电源负极,d为电源正极。
(3)①依据题干信息,阳极上Cl-被氧化为ClO2,根据电子守恒和电荷守恒可写出电极反应。②电极上得到或失去一个电子,电解质溶液中必然有一个阳离子通过阳离子交换膜,因此当阴极产生标准状况下112
mL气体时,通过阳离子交换膜的离子的物质的量为0.01
mol。(共38张PPT)
第1课时 电解的原理
知识铺垫
必备知识
正误判断
电池能把化学能转化为电能,电能能否转化为化学能?
?
?
?
提示:能。电能与化学能之间的相互转化具有重要的实际应用。通过将电能转化为化学能,可以使许多在通常条件下不能发生的反应得以进行,电解是将电能转化为化学能的一种重要方法。
知识铺垫
必备知识
正误判断
一、电解熔融氯化钠
1.实验现象
通电后,石墨电极周围有 ,铁片上生成 。?
黄绿色气体产生
银白色固体
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必备知识
正误判断
2.实验分析
(1)熔融的氯化钠中存在的微粒有 、 。?
(2)通电后离子移动的方向: 向石墨电极移动, 向铁电极移动。?
(3)电极上的电极反应:
铁电极: ;
石墨电极: 。?
3.实验结论
熔融的氯化钠在电流作用下发生化学变化,分解生成 。从氧化还原的角度分析:铁电极上发生______ 反应,石墨电极上发生 反应。?
Cl-
Na+
Cl-
Na+
Na和Cl2
还原
氧化
知识铺垫
必备知识
正误判断
【微思考】电解质的导电与金属导电有什么不同?
?
?
?
?
提示:电解质的导电过程是被电解的过程,属于化学变化;金属导电过程是电子的定向移动,属于物理变化。
知识铺垫
必备知识
正误判断
二、电解原理
1.电解
将 通过熔融电解质或电解质溶液,在两个电极上分别发生 反应和 反应的过程叫作电解。?
直流电
氧化
还原
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必备知识
正误判断
2.电解池
(1)定义:将 能转化为 能的装置。?
(2)组成条件:与 相连的 、
和 、形成 。?
还原
氧化
阳
阴
电
化学
直流电源
电极材料
离子导体
电子导体
闭合回路
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必备知识
正误判断
(3)电极名称与电极反应:
阳极:与电源 相连,溶液中 移向阳极,_______ 电子,发生 反应。?
阴极:与电源 相连,溶液中 移向阴极,_______ 电子,发生 反应。?
(4)电子流向:
电源 极→导线→电解池的 极;电解池的 极→导线→电源的 极。?
(5)电解熔融NaCl的方程式:
。?
正极
阴离子
失去
氧化
负极
阳离子
得到
还原
负
阴
阳
正
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必备知识
正误判断
3.电解池与原电池的区别
自发
化学
电
有
电
化学
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必备知识
正误判断
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)与电源正极相连的是电解池的阴极。( )
(2)用惰性电极电解NaCl溶液时可以得到Na和Cl2。( )
(3)电解池工作时,阳极发生还原反应,失去电子。( )
(4)电解池工作时,阳极上的电子通过电解质溶液移向阴极。
( )
(5)电解AgNO3溶液时,Ag+移向阳极,
移向阴极。( )
×
×
×
×
×
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
电解时两电极产物的判断与电极反应的书写
问题探究
1807年,戴维将表面湿润的氢氧化钾放在铂制器皿里,并用导线将铂制器皿以及插在氢氧化钾里的电极相连,整套装置都暴露在空气中。通电以后,氢氧化钾开始熔化。戴维发现在阴极附近有带金属光泽的酷似水银的颗粒生成,并生成紫色火焰,这是钾元素的发现过程。这其中的奥秘是什么呢?电解时,物质的变化是如何发生的?
提示:在通电条件下,氢氧化钾发生了电解,分别在两个电极上生成了不同的物质。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.电解池的工作原理
(1)以惰性电极电解CuCl2溶液为例。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
(2)电子和离子的移动方向(惰性电极)。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
【微点拨】①金属活动性顺序中银以前的金属(含银)作为电极时,金属本身可以参与阳极反应,如Zn、Fe、Cu、Ag等,这样的电极也叫活性电极;金属活动性顺序中银以后的金属或能导电的非金属作为电极时,电极本身不参与阳极反应,称为惰性电极,主要有铂(Pt)、石墨等。
②电解时,在外电路中有电子通过,而在溶液中是靠离子移动导电,即电子不会通过电解质溶液。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
2.电解时电极产物的判断
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
3.电极反应及电解总反应的书写
(1)电极反应的书写。
①确定电极:与电源正极相连的为阳极,与电源负极相连的为阴极。
②确定电极反应:阳极发生氧化反应,若是活性电极,电极材料本身放电;若是惰性电极,溶液中的阴离子放电。阴极发生还原反应,是溶液中阳离子放电。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
③写电极反应。
电极反应的书写可概括为:
a.列物质、标得失;
b.选离子、配电荷;
c.配个数、巧用水。
(2)电解总反应的书写。
①在确保两极电子转移数目相同的条件下,将两电极反应合并即得电解总反应。
②总反应要注明条件:通电。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例1如图是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极,则下列有关判断正确的是( )
A.a为负极,b为正极
B.a为阳极,b为阴极
C.电解过程中,d电极质量增加
D.电解过程中,氯离子浓度不变
答案:C
解析:电流从电源的正极流出,故a为正极,b为负极,c为阳极,d为阴极。电解时,因Cu2+移向阴极,在阴极放电析出Cu,故阴极(d电极)质量增加;Cl-移向阳极,在阳极(c电极)放电逸出Cl2,导致溶液中Cl-浓度降低。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
变式训练1如图所示,X、Y分别是直流电源的两极,通电后,a极板质量增加,b极板处有无色无味气体放出。符合这一情况的是( )
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
答案:A
解析:a极板质量增加,必定有金属在a极析出。a极一定是阴极,则X电极一定为电源的负极,所以C选项电源电极名称错。B选项Z溶液为NaOH溶液,电解时无金属析出,被排除。又因为b极有无色无味气体放出,而D选项电解CuCl2溶液时,阳极产生的气体是黄绿色的有刺激性气味的Cl2,D选项被排除。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
利用惰性电极电解电解质溶液的规律
问题探究
1.电解H2SO4溶液与电解盐酸(惰性电极)的产物相同吗?溶液pH有何变化?
?
?
?
2.若以惰性电极电解CuSO4溶液,试分析电极产物并写出电极反应及总反应。
?
?
提示:阴极产物相同(都是H2),阳极产物不同(H2SO4→O2,HCl→Cl2),电解H2SO4溶液后溶液的pH减小,电解盐酸后溶液的pH增大。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
深化拓展
用惰性电极电解的一般规律
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
【微点拨】利用惰性电极电解电解质溶液后要恢复原电解质溶液的浓度,需要加适量的某物质时,遵循“少什么加什么,少多少加多少”的原则,所加物质可以是阴极与阳极产物的化合物。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例2如图是利用直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是( )
A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的
B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体
C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色
D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色
答案:D
解析:电解Na2SO4溶液时,a电极为阴极:4H++4e-
===
2H2↑,b电极为阳极:4OH--4e-
===
O2↑+2H2O;a电极周围由于H+放电溶液呈碱性,石蕊遇碱显蓝色,b电极周围由于OH-放电溶液呈酸性,石蕊遇酸显红色。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
规律方法
判断电解后溶液中生成酸或碱的方法
(1)若电解产物只有H2而无O2,则阴极周围生成碱。
(2)若电解产物只有O2而无H2,则阳极周围生成酸。
(3)若电解产物既有O2又有H2,且二者物质的量之比为1∶2,则实质是电解水,电解过程中阳极生成酸,阴极生成碱,最终溶液中还是原溶质。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
变式训练2-1下图所示装置中,a、b都是惰性电极,通电一段时间后,b电极附近溶液呈红色。下列说法正确的是( )
A.X是负极,Y是正极
B.Pt是阴极,Cu是阳极
C.CuSO4溶液的pH逐渐减小
D.CuSO4溶液的pH不变
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
答案:C
解析:b电极附近溶液呈现红色,说明b电极处生成了氢氧根离子。电解食盐水阳极发生氧化反应产生氯气,阴极发生还原反应产生氢气同时生成氢氧化钠,因此b电极是阴极,与电源的负极相连,则Y为负极,X为正极;铂电极与电源的正极相连作为阳极,铜电极作为阴极;电解硫酸铜溶液时,阳极发生氧化反应,水电离出的氢氧根离子放电,阴极发生还原反应,铜离子放电,这样溶液中不断产生H+,溶液的酸性增强,pH变小。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
变式训练2-2用石墨电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物(方括号内物质),能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是( )
A.AgNO3[AgNO3]
B.NaOH[H2O]
C.KCl[KCl]
D.CuSO4[Cu(NO3)2]
答案:B
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
1.下列关于电解池的叙述不正确的是( )
A.阳离子移向与电源正极相连的电极
B.与电源负极相连的是电解池的阴极
C.在电解池的阳极发生氧化反应
D.电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极
答案:A
解析:在电解池中,与电源正极相连的电极为阳极,电解质溶液中的阴离子移向阳极。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
2.用惰性电极分别电解下列各物质的水溶液,一段时间后,向剩余电解质溶液中加入适量相应的溶质能使溶液恢复到电解前浓度的是( )
A.AgNO3
B.Na2SO4
C.CuCl2
D.KCl
答案:C
解析:直接加入适量溶质就能使溶液恢复到电解前的浓度应属于电解电解质型,C项符合题意;电解AgNO3溶液发生的电解反应是:4AgNO3+2H2O
4Ag+O2↑+4HNO3,可加Ag2O;电解Na2SO4的水溶液实际电解的是水;电解KCl水溶液实际电解的是溶质和溶剂,通HCl气体能恢复到电解前的浓度。
探究一
探究二
素养脉络
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3.用惰性电极进行电解,下列说法正确的是( )
A.电解稀硫酸,实质上是电解水,故溶液的pH不变
B.电解稀氢氧化钠溶液,要消耗OH-,故溶液的pH降低
C.电解硫酸钠溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D.电解氯化铜溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
答案:D
解析:A项,电解稀硫酸实质是电解H2O,由于H2O的量减小,故H2SO4的浓度增大,溶液的酸性增强,溶液的pH降低;B项,电解NaOH溶液实质是电解H2O,由于H2O的量减少,故NaOH的浓度增大,溶液的碱性增强,溶液的pH升高;C项,电解Na2SO4溶液实质是电解H2O,阳极产生O2,阴极产生H2,n(H2)∶n(O2)=2∶1;D项,电解CuCl2溶液时,总反应为CuCl2
Cu+Cl2↑,阴极析出Cu,阳极产生Cl2,n(Cu)∶n(Cl2)=1∶1。
探究一
探究二
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4.按图甲装置进行实验,若图乙中横坐标x表示通过电极的电子的物质的量。下列叙述正确的是( )
A.F表示反应生成Cu的物质的量
B.E表示反应实际消耗H2O的物质的量
C.E表示反应生成O2的物质的量
D.F表示反应生成H2SO4的物质的量
答案:B
解析:由题意可知电解总反应为2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑,根据反应中各物质与转移电子的关系:2Cu~2H2O~2H2SO4~O2~4e-可知,E表示反应消耗H2O的物质的量或反应生成Cu、H2SO4的物质的量,F表示反应生成O2的物质的量。
探究一
探究二
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5.从
、
、H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、Cl-等离子中选出适当的离子组成电解质,采用惰性电极对其溶液进行电解。
(1)两极分别放出H2和O2时,电解质的化学式可能是 (至少答一种,下同);?
(2)若阴极析出金属、阳极放出O2时,电解质的化学式可能是 ;?
(3)两极分别放出气体,且体积比为1∶1,电解质的化学式可能是 。?
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探究二
素养脉络
随堂检测
答案:(1)H2SO4、HNO3、Ba(NO3)2
(2)Cu(NO3)2、CuSO4、AgNO3
(3)HCl、BaCl2
(3)根据题意,阴极放出的是H2,阳极是Cl-放电生成Cl2,则HCl、BaCl2符合题意。
