2017-2018人教版高中化学选修四课件第四章第三节第1课时电解原理

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解析: 首先明确,上述离子可组成的电解质有:CuSO4、CuCl2、 HCl、H2SO4 四种。其次,在熟练掌握离子放电顺序的基础上要明确 电解的类型:如 CuCl2、HCl 是分解电解质型,电解方程式:CuCl2 Cu+Cl2↑、2HCl H2↑+Cl2↑;H2SO4 是电解水型,电解方程式:2H2O
知识精要 1.电解池的阴、阳极的判断方法 直流电源连接…(+)——阳极,(-)——阴极 电子流动方向…电子流入→阴极,电子流出←阳极 离子移动方向…阳离子→阴极,阴离子→阳极 电极反应现象…还原反应析出金属或电极增重或放出 H2—阴 极,氧化反应析出非金属或电极溶解减轻或放出 O2、Cl2—阳极
2.电解时电极产物的判断
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(
迁移应用 1.用石墨电极电解 CuCl2 溶液(见右图)。下列分析正确的是 )
A.a 端是直流电源的负极 B.通电使 CuCl2 发生电离 C.阳极上发生的反应:Cu2++2eCu D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体
解析: 由电解装置图可知,Cu2+向阴极移动,可知 a 为电源负极,A 项正确;CuCl2 电解质在水中就能电离成自由移动的 Cu2+和 Cl-,B 项 错误;在阳极上发生氧化反应,其电极反应为 2Cl--2eCl2↑,C 项错 误;通电一段时间后,应在阳极附近观察到黄绿色的气体 Cl2,D 项错 误。 答案: A
2H2↑+O2↑;CuSO4 是放 O2 生酸型,电解方程式:2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑,其阳极电极反应式为 4OH--4eO2↑+2H2O。
答案: (1)CuCl2、HCl (2)CuSO4 4OH--4e2H2O+O2↑ 2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑ (3)H2SO4 (4)HCl 2H++2eH2↑
(7)电解氯化铜溶液时阴极上有气体生成。 ( ) (8)用惰性电极电解 NaCl 和 CuCl2 两种溶液参加反应的物质是 相同的。 ( ) (9)电解时,两个电极材料不参加化学反应。 ( )
答案: (1)√ (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)√ (7)× (8)× (9)×
一、
阴阳极与电极反应产物的判断
解析: 发生的电解反应为 2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4, 电解过程中 CuSO4 溶液每损失 2 个 Cu 原子,就损失 2 个 O 原子,相 当于损失一个 CuO,为了使 CuSO4 溶液恢复原浓度,应加入 CuO。 当 然也可以加入 CuCO3,但绝不能加入 Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3,因为 CuCO3+H2SO4 CuSO4+CO2↑+H2O,相当于加 CuO,而 Cu(OH)2+H2SO4 CuSO4+2H2O、Cu2(OH)2CO3+2H2SO4 2CuSO4+CO2↑+3H2O,除增加溶质外还增加了水,故不选。 答案: B
第三节
第 1 课时 目标导航
电解池
电解原理
1.了解电解、电解池的概念。 2.理解电解的工作原理。 3.能够正确书写电解的电极反应。 1.理解电解池的工作原理。 2.学会比较离子的放电顺序,并正确书写电极反应。
激趣诱思
自从伏打发明电池后,“电”的应用就风起云涌,席卷全球。1800 年科学家采用伏打电池电解水获得成功后,戴维进行了思考,电既然 能分解水,那么电对于盐溶液,固体化合物产生什么作用呢?开始他 将苛性钾制成饱和水溶液进行电解,结果在电池两极分别得到的是 氧气和氢气,加大电流强度仍然没有其他收获。 随后他改用熔融的苛 性钾,在电流作用下,熔融的苛性钾发生明显变化,在阴极附近产生了 一种白色的小球状物质,随即形成紫色火焰,这个小球状物质是什 么? 提示: 这个小球状物质是钾。
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解析: 依据放电顺序阴极先放电的是 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,A、B 两项错误;由 阴极反应 Cu2++2eCu,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,阴极放电离子变为 H+,所以 C 项 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,SO4 不参与电极反应。 答案: D
答案: 惰性电极电解硝酸银溶液的反应是 4AgNO3+2H2O 4Ag+O2↑+4HNO3,因此要恢复原溶液的状态,可加入氧化银或碳酸 银。
典题例解 【例 2】 从 SO4 、Cl-、H+、Cu2+中选出合适的离子组成电解 质,采用碳棒作电极对其水溶液进行电解。 (1)若使电解质含量减少但水量不变,可采用的电解质是 (写化学式或反应式,下同)。 (2)若使电解质和水量都减少,可采用的电解质是 ,其阳 极的电极反应为 ,其总反应方 程式为 。 (3)若两极分别放出 H2 和 O2,可采用的电解质是 。 (4)若使两极分别放出气体,且体积比为 1∶1,可采用的电解质 是 ,其阴极电极反应为 。
电解质 和水
生成新 减小 加氧化铜 电解质
思考探究 (1)用惰性电极电解氢氧化钾溶液时,氢氧化钾的物质的量如何 变化?溶液的 pH 如何变化?
答案: 用惰电极电解氢氧化钾溶液时,实质是电解水,氢氧化钾 的物质的量不变,但溶剂水的量减小,其物质的量浓度增大,故溶液的 pH 增大。
(2)用惰性电极电解硝酸银溶液一段时间,若恢复原溶液的状态, 应加入何种物质?
迁移应用 1.四个电解装置都以 Pt 作电极,它们分别装着如下电解质溶液 进行电解,电解一段时间后,测定其 pH 变化,所记录的结果正确的是 ( ) A 电解质溶液 pH 变化 HCl 减小 B AgNO3 增大 C BaCl2 不变 D KOH 增大
解析: 以 Pt 为电极,电极不参与电解,A 中电解的是 HCl,c(H+)减 小,pH 增大;B 中电解的是 H2O 和 AgNO3,电解生成 HNO3,pH 减小;C 中电解的是 H2O 和 BaCl2,生成 Ba(OH)2,pH 增大;D 中电解的是 水,c(OH-)增大,pH 增大。
误区警示 电解后要恢复原电解质溶液的浓度,须加适量的某物质,该物质 可以是阴极与阳极产物的化合物。如用惰性电极电解 CuSO4 溶液, 要恢复原溶液的浓度,可向电解后的溶液中加入 CuO,也可以加入 CuCO3,但不能加入 Cu(OH)2,因为 Cu(OH)2 与 H2SO4 反应生成水,使 水量增加。 思悟升华 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。同学们可记为:“出 去什么就加什么。” (1)电解质本身被电解,如电解盐酸:2HCl H2↑+Cl2↑,应向原 溶液中通 HCl 气体,类似的情况还有电解 HBr、CuCl2 等溶液。
不变 加水 增大 通氯化氢 — 加氯化铜
类型 放 H2 生碱 型 放 O2 生酸 型
电极反应特点
实例
电解质 pH 电解对象 浓度 电解质 和水
电解质溶 液复原
阴极:H2O 放 H2 生碱 NaCl 阳极:电解质阴 离子放电 阴极:电解质阳 离子放电 CuSO4 阳极:H2O 放 O2 生酸
生成新 增大 通氯化氢 电解质
答案: D
2.用铂电极电解 CuCl2 与 CuSO4 的混合溶液(浓度均为 2 mol· L-1)50 mL,当阴极析出 9.6 g 固体时,标准状况下阳极得到的气体 是( ) A.33.6 L B.2.8 L C.6.72 L D.4.48 L
解析: 阴极:Cu2+ ~ Cu ~ 2e64 g 2 mol 9.6 g 0.3 mol 阳极首先是 Cl-失电子,但 Cl-失电子数最多为 2 mol· L-1× 0.05 L× 2× |0-(-1)|=0.2 mol,产生 0.1 mol Cl2,按得失电子数相等,显然还有 (0.3-0.2) mol 电子是水电离的 OH-失去的,由 4OH-~O2~4e(0.3-0.2)mol 知,n(O2)= =0.025 4
以惰性电极电解电解质溶液的规律
知识精要 电解质 pH 实例 电解对象 浓度 NaOH 水 增大 增大 H2SO4 水 增大 减小 增大 减小 减小 电解质溶 液复原 加水 加水
电极反应特点
阴:4H++4e2H2↑ 阳:4OH--4e2H2O+O2↑ Na2SO4 水 电解质电离出 HCl 电解质 的阴、阳离子 分别在两极放 CuCl2 电解质 电
预习导引
1.电解 CuCl2 溶液 (1)通电前,CuCl2 溶液中存在的离子是 CuCl2 电离产生的 Cu2+ 和 Cl-,以及水电离产生的 H+、OH-。 (2)工作原理:
总反应:Cu2++2ClCu+Cl2↑。 (3)CuCl2 溶液导电的过程,就是 CuCl2 电解的过程,就是在阴阳 两极发生氧化还原反应的过程。
答案: 阳极生成 Cl2,阴极析出 Cu。
Hale Waihona Puke 典题例解 【例 1】 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.电解开始时阳极上发生:Cu2++2eCu 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,SO4 不参与电极反应
深度思考 判断下列描述的正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。 (1)在电解池中,与外接电源正极相连的电极是阳极。 ( ) (2)电解质溶液导电仅仅是离子的定向移动 ,没有发生化学反应。 ( ) (3)原电池中阳离子向正极移动,电解池中阳离子向阴极移动。 ( ) (4)电解时,阳极失电子数与阴极得电子数相等。 ( ) (5)用惰性电极电解稀硫酸,实质上是电解水,故溶液 pH 不变。 ( ) (6)电解任何物质阳极上失电子数与阴极上得电子数相等。 ( )