第1课时电解的原理

和尊贵,制造了一顶名贵的皇冠——铝皇冠。在举行盛大宴会时,只有他使用 一套铝餐具。
为什么铝制品在当时那么昂贵呢?但是今天铝制品却被广泛使用,这又是为什
么呢?因为当时铝的冶炼比较困难,但是今天我们找到了铝的冶炼方法——电 解法。我们这节课就来学习一下电解的原理。
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【学习目标】 1.理解电解的原理,掌握电解、电解池、电极反应的概念。
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第2节 电能转化为化学能——电解 第1课时 电解的原理
化学
【新课导入】 (教师用书备用)
在现代生活中,金属铝以及铝合金制品大量应用于我们的生活中,由于其优越 的抗腐蚀性能,在很多场合代替了钢铁。但是在100多年前,铝曾是一种稀有
的金属,被称为“银色的金子”。法国皇帝拿破仑三世为了显示自己的富有
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【疑难剖析】
1.阴阳离子放电顺序 (1)阴极 阳离子在阴极放电,其顺序为 Ag Hg 2 Fe3 Cu 2 H 酸 Fe 2 Zn 2 H H 2O
在水溶液中只考虑此部分
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解题导引:解答本题需抓住两个关键点:①在两极放电的离子,②利用电极 反应式或电解总方程式进行计算。
解析:根据两极均产生气体知,阴极电极反应有:Cu +2e H2↑,阳极电极反应有:2Cl--2e-
2+
-
Cu 和 2H +2e
+
-
Cl2↑和 4OH--4e-
O2↑+2H2O,设
x ,解得 2
阴极生成 x mol H2,结合 n(CuCl2)=0.1 mol 和电子守恒得:x=0.1+
B.b 电极上的电极反应为:4OH--4eC.通电一段时间后,溶液的 pH 减小 D.通电一段时间后,欲使电解液恢复到起始状态,应向溶液中加入适量的 CuSO4
)
2H2O+O2↑
A.a 是电解池的阴极、b 是电解池的阳极
解析:根据题中的电流方向,很容易知道 a 接电源负极是阴极,b 接电源正极是
SO 2 阳极,A 正确;溶液存在的阴离子有:OH-、 4 ,在电解过程中都向阳极 b 电极
(2)欲使电解后的溶液恢复原状,可遵循“出什么加什么”。如电解 NaCl 溶液时,发生反应为:2NaCl+2H2O 加入相当量的 HCl 即可。 2NaOH+H2↑+Cl2↑,出的是 “H2、 Cl2” ,
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3.电极反应式和总反应式的书写步骤 以石墨为电极电解 NaCl 溶液为例 第 1 步:判断电极材料(主要是阳极)是惰性电极还是活性电极。 第 2 步:分别写出两极上出现的离子。阴极:Na 、H ,阳极:Cl 、OH 。 第 3 步:根据放电顺序写出电极反应式。阴极:2H +2e 2Cl -2e
x=0.2。电路中共转移电子:(0.1×2+0.2×2)mol=0.6 mol,A 正确;阳极得到 气体中含 O2:
0.2 mol=0.1 mol,B 错误;阳极的质量不变,C 错误;电解后 2
H2SO4 的物质的量不变,但水减少,故溶液的体积减小,故 c(H2SO4)>1 mol/L, D 错误。
2.能正确判断阴极、阳极,根据阴、阳离子在电极上的放电顺序,能正确写 出电极反应式和电解总方程式。 3.初步掌握有关电解的简单计算。
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回顾知识衔接
1.电解质:在水溶液中或熔融状态下能够导电的化合物。 2.化学反应过程中的能量变化可看做“储存”在物质内部的能量(化学能)转
A13 Mg 2 Na Ca 2 K
只在熔融状态放电
(2)阳极 ①活性电极(除 Au、Pt 等以外的金属)时,电极自身放电:R-ne②惰性电极(Au、Pt、石墨等)时,阴离子在阳极放电,其顺序为:
2 S I Br C1 OH 含氧酸根 在水溶液中只考虑此部分
+ + + -
H2↑,阳极:
+ -
Cl2↑。
第 4 步:将两电极反应式相加,可得总的电解方程式。若 H 或 OH 来自水, 则在电解方程式中以水的形式出现。2H2O+2NaCl H2↑+Cl2↑+2NaOH。
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【例1】 化学兴趣小组的同学用如图实验装置电解硫酸铜溶液,a、b为惰性
电极。则下列说法错误的是(
移动,根据离子的放电顺序,只有 OH-可以放电:4OH--4e2+ + 2+ + +
2H2O+O2↑,B 正确;
此时在阴极上阳离子有:Cu 、H ,Cu 得到电子,H 留在溶液中,随电解的进行, 溶液中 H 浓度逐渐增大,pH 逐渐减小,C 正确;由于 a、b 电极上析出的分别是 Cu、O2,所以只有加入 CuO 才能使电解液恢复到起始状态,D 错误。
B.石墨电极为正极
C.Na+在铁电极上得到电子被还原为钠原子解规律及电极反应式的书写
问题导引
解疑难 提能力
1.阴极、阳极上离子的放电顺序是怎样的?
2.请写出以惰性电极材料为电极电解NaCl、H2SO4、CuCl2的溶液时的 电极反应式及总反应式。 3.用惰性电极电解NaCl、H2SO4、CuCl2等的溶液时,溶液的pH如何变化? 如何能将电解质溶液复原?
答案:A
化学 【跟踪训练2】 以惰性电极电解CuSO4溶液,一段时间后取出电极,加入 9.8 g Cu(OH)2后的溶液与电解前的溶液完全相同,则电解过程中阳极产 生的气体在标准状况下的体积为( C A.1.12 L B.1.68 L C.2.24 L ) D.3.36 L
以惰性电极进行电解时
【思考2】 电解质溶液完成导电过程时,一定发生化学反应吗? 答案:一定发生。电解质溶液的导电过程是通过溶液中的阴、阳离子分 别向阳、阴极定向移动并在电极上失、得电子而实现的。阴、阳离子在 两电极上失、得电子发生了氧化还原反应。
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自评预习效果
1.下列关于电解池的叙述中不正确的是( A.与电源正极相连的是电解池的阴极 B.电解质溶液中的阳离子移向阴极 A )
Rn+。
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【特别提示】 ①Fe 在阴极放电时,电极反应为:Fe +e Fe +3e Fe-3e3+ -
3+
3+
-
Fe ,而不是 Fe ,而不是
2+
2+
Fe。②阳极材料为 Fe 时,电极反应为:Fe-2e Fe3+。
化学 2.惰性电极电解规律
类型 电解 水型 电解 电解质型 放 H2 生碱型 放 O2 生酸型 电解质溶液 含氧酸、强碱、活泼 金属(K、Ca、Na、Mg、 Al)的含氧酸盐溶液 无氧酸(HF 除外)、不 活泼金属的无氧酸盐 (氟化物除外)溶液 活泼金属(K、Ca、Na、 Mg、Al)的无氧酸盐 (氟化物除外)溶液 不活泼金属的含氧酸 盐溶液 电极反应特点 阴极:4H++4e阳极:4OH -4e
化学 【跟踪训练1】 用惰性电极电解某溶液时,发现两极只有H2和O2生成,则电 解一段时间后,下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中正确的有( C ) ①该溶液的pH可能增大 ②该溶液的pH可能减小 ③该溶液的pH可能不变 ④该溶液的浓度可能增大 ⑤该溶液的浓度可能不变 ⑥该溶液的浓度可 能减小 A.仅①②③ B.仅①②③④
(2)通电后离子的运动方向 阳离子 Na+ (填离子符号)移向铁电极,阴离子 Cl- (填离子符号)移向石墨电极。
(3)电极上发生的变化 铁电极: 2Na 2e
2Na ,石墨电极: 2Cl 2e
Cl 2 。
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4.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了 Na 和 Cl2:
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
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2.以下关于电解的说法中正确的是(
①电解是把电能转变成化学能 ②电解是把化学能转变成电能
D )
③电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化
④某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现 ⑤任何溶液被电解时,必须导致氧化还原反应的发生 A.仅①②③④ B.仅②③⑤ C.仅③④ D.仅①③④⑤ 3.如图是电解熔融NaCl制备金属钠的装置示意图,下列有关判断正确的 是( C ) A.通过该装置可以将化学能转变为电能
C.仅①②③④⑤
D.全部
解析:用惰性电极电解时两极只得到H2和O2,则实质上电解的是水, 电解质不参与反应。该电解质溶液有3种可能的类型,如电解H2SO4 溶液时,水被电解,H2SO4浓度变大,pH减小;电解NaOH溶液时,水被电 解,NaOH浓度变大,pH增大;电解Na2SO4溶液时,水被电解,Na2SO4浓 度变大,pH不变;但如果电解的NaOH溶液、Na2SO4溶液是饱和溶液, 则电解后浓度不变,①、②、③、④、⑤都有可能,⑥不可能。
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探究2
有关电解的计算
问题导引
1.请讨论在实验室中以惰性电极电解500 mL 0.03 mol· L-1 NaCl溶液, 通电一段时间后溶液中的c(OH-) 变为0.01 mol· L-1 时(设电解过程中 溶液体积变化忽略不计),阴极产生气体的体积(标准状况)。 2.请你归纳电解计算时常用的方法有哪些。
(2)电解池
①定义:将 电能 转化为 化学能 的装置。 ②组成:直流电源、固体电极材料以及电解质溶液或 熔融电解质 。 (3)电极 阳极——发生 氧化 反应的电极(与电源正极相连) 阴极——发生 还原 反应的电极(与电源负极相连) (4)电极反应 在电极上进行的半反应,可以用电极反应式表示。
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2.工作原理
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