电解原理的应用 课件

例3 如图所示，若电解5min时，测得铜电极的质量增加 2.16g。试回答：
(1)电源中X极是________(填“正”或“负”)极。 (2)通电5min时，B中共收集到224mL(标准状况)气体，溶 液体积为200mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则 通电前c(CuSO4)＝________。 (3)若A中KCl溶液的体积也是200mL，则电解后溶液的pH ＝________。
每电解 2mol H2O 转移 4mol 电子，故整个装置发生电极反应转移 0.5mol 电子，产生 O2 的体积为 V＝n·Vm＝0.54mol×22.4 L·mol－1＝2.8L， ④c 极上析出铜的质量为0.52mol×64g·mol－1＝16g，⑤电解 NaOH 溶液 实质是电解水；c(OH－)增大，碱性增强；电解 CuSO4 溶液总反应式为
(1)接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4浓度为 10.47%，乙中c电极质量增加。据此回答问题： ①电源的N端为________极； ②电极b上发生的电极反应为________； ③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积： __________________； ④电极c的质量变化是________g；
电解以后溶液的浓度，生成气体的体积，电极质量变化 都与电子得失成正比关系，在计算时要把生成物的物质 的量与电子转移数成正比列出关系式进行计算。
易错点 对电极发生现象与电极反应关系不清致错
如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放 100g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g 10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。
以惰性电极电解电解质溶液，分析电解反应的一般方法 是： (1)分析电解质水溶液中可能存在的离子，然后分成阴、 阳两组离子。 (2)分别对阴、阳两组离子进行放电顺序排序，写出两极 反应式。 (3)合并两个电极反应式，得电解总反应式。
例2 金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量的Fe、Zn、 Cu、Ni等杂质，用电解法制备高纯度的镍，下列叙述中 正确的是( ) A．阳极发生还原反应，其电极反应式为：Ni2＋＋2e－
【解析】 本题是一道通过电解饱和NaCl溶液实验来考
查电极反应式的书写问题。由题意或图形可知，此池为 电解池，X极为阴极，Y极为阳极。由于电极为惰性电极， 饱和NaCl溶液中存在Na＋、Cl－、H＋、OH－，由于在阴极 上H＋放电能力强于Na＋，故阴极上发生的电极反应式为： 2H＋＋2e－===H2↑，因而导致X极附近有气体放出，溶液 呈碱性，溶液颜色由无色变为红色；同理由于在阳极上 Cl－放电能力强于OH－，故阳极上发生的电极反应式为： 2Cl－－2e－===Cl2↑。 【答案】 ①2H＋＋2e－===H2↑ 放出气体，溶液变红 ②2Cl－－2e－===Cl2↑ 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y 电极附近，试纸变蓝色
===Ni B．电解过程中，阳极质量减少与阴极质量的增加相等 C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋ D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt 【解析】 本题为课本中“电解精炼铜”的迁移应用，A项阳极
应发生氧化反应，C项溶液中的阳离子主要为Ni2＋，根据金属原子 的还原性和金属阳离子的氧化顺序，阳极反应为Zn－2e－===Zn2＋， Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，Cu、Pt在该条件下不失电子， 阴极反应为Ni2＋＋2e－===Ni，Fe2＋、Zn2＋在该条件下不得电子。 比较两电极反应，因Zn、Fe、Ni的相对原子质量不等，当两极通 过相同的电量时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不等。
电解 总反应：2Al2O3(熔融)=====4Al＋3O2↑。
问题探究：思考讨论电解以下几种溶液时，溶液pH发生
怎样变化？电解一段时间后，加入什么物质能使电解质 溶液复原？
(1)电解NaOH溶液 (2)电解NaCl溶液 (3)电解CuSO4溶液 (4)电解CuCl2溶液 (5)电解Na2SO4溶液 提示：(1)电解NaOH溶液，H＋和OH－在电极放电，生成 H2和O2电解水，NaOH浓度增大，pH增大，加水复原。 (2)电解NaCl溶液，H＋和Cl－在电极放电，生成H2和Cl2， 溶液OH－增大，pH增大，加HCl复原。
电解原理与原电池知识、物理电学知识、化学反应相联 系，是高考理综试题的结合点，涉及能量转化、环境保 护及电路计算等知识。
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液 pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、 根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量等的计 算。不论哪类计算，均可概括为下列三种方法： 1．根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、 正负两极产物、相同电荷量等类型的计算，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，最后根据总反应式列比例式计算。 3．根据关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与 未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。
通电 2CuSO4＋2H2O=====2Cu＋2H2SO4＋O2↑，生成 H2SO4，酸性增强； 丙中 K2SO4 为中性溶液，电解水后溶液仍呈中性，即溶液酸碱性无变化。
答案：(1)①正 ②4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ ③水减少的质量： 100g×(1－1100..0407% %)＝4.5g 生成 O2 体积：18g4·m.5gol－1×12×22.4L·mol－1＝ 2.8L ④16 ⑤碱性增大，因为电解后水量减少，溶液中 NaOH 浓度增 大 酸性增大，因为阳极上 OH－生成 O2，溶液中 H＋浓度增加 酸碱性 大小没有变化，因为 K2SO4 是强酸强碱盐，浓度增加不影响溶液的酸碱 性 (2)能继续进行，因为 CuSO4 溶液已转变为 H2SO4 溶液，反应也就 变为水的电解反应
要点一 电解原理的应用 1.电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气 (1)原理
阳极：(C)：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应) 阴极(Fe)：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
(2)现象：阴极：有无色气泡产生，电解前若向溶液中滴
入酚酞，阴极区溶液变红；阳极有黄绿色气体生成，该 气体可使湿润的淀粉KI试纸变蓝。 2．电镀 (1)原理：(以金属制品上镀银为例) 阴极：Ag＋＋e－===Ag 阳极：Ag－e－===Ag＋
【错因分析】 此类串联电解题往往出错，同学不能通 过某电极的现象找出该现象对应的电极反应，从电极反 应判断得失电子，从得失电子判断各池电极，再从各池 中发生的电极反应得出计算结果。对这一过程的分析， 环节上出现问题从而出现错误。 【正确解答】 由(1)中信息c电极质量增加知：c极上析 出铜，故c为阴极，d为阳极，e为阴极，f为阳极，①N为 正极，M为负极，a为阴极，b为阳极，②甲烧杯中b极上 发生的反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。③电解K2SO4 溶液实际上是电解水，设电解水的质量为m。则 100g×10.00%＝(100g－m)×10.47%，解得m＝4.5g，即 0.25mol H2O，
(3)电解CuSO4溶液，Cu2＋和OH－在电极放电，生成Cu和 O2，pH减小，加CuO复原。 (4)电解CuCl2溶液，Cu2＋和Cl－在电极放电，生成Cu和Cl2， pH变大，加CuCl2复原。 (5)电解Na2SO4溶液，H＋和OH－在电极放电，生成H2和O2， pH不变，加水复原。 总之，两电极产生什么，合在一起就是加什么复原。
在联合电解装置中，往往给定一极的现象，而通过现象 判断电极反应，以及电极得电子失电子，从而判断电源 的正负极，此类题一定要遵循这种做题程序。
而比铜活泼性弱的银、金等金属沉积在阳极下面，形成 阳极泥。电解液的浓度会逐渐减小。
例1 电解原理在化学工业中有广泛应用。右图表示一个 电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线 与直流电源相连。请回答以下问题：若X、Y都是惰性电 极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入 几滴酚酞试液，则①电解液中X极上的电极反应式是 ________________，在X极附近观察到的现象是 ________________。②Y电极上的电极反应式是 ________________，检验该电极反应产物的方法是 ________________。
(2)特点：一多、一少、一不变。一多指阴极上有镀层金
属沉积，一少指阳极上有镀层金属溶解；一不变指电镀 液浓度不变。
3．电解精炼 (1)原理：(以电解精炼铜为例) 阳极(粗铜)：Cu－2e－===Cu2＋(主要反应) 阴极(精铜)：Cu2＋＋2e－===Cu
(2)特点：阳极粗铜中的铜(以及比铜活泼的锌、铁、镍等) 被氧化，阴极Cu2＋被还原；其他Zn2＋、Fe2＋留在溶液中，
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【解析】 (1)铜板增重，说明银在铜极析出，则铜极为 阴极，X为负极。
(2)C中铜极增重2.16g，即析出0.02mol Ag，电路中通过 0.02mol电子。由4e－～O2，可知B中产生的O2只有 0.005mol，即112mL。但B中共收集到224mL气体，说明 还有112mL是H2，即Cu2＋全部在阴极放电后，H＋接着放 电产生了112mL H2，则通过0.01mol电子时，Cu2＋已被电 解完。由2e－～Cu，可知n(Cu2＋)＝0.005mol，则： c(CuSO4)＝0.005mol÷0.2L＝0.025mol·L－1。 (3)由4e－～4OH－知，A中生成0.02mol OH－，则：c(OH－) ＝0.1mol·L－1，pH＝13。 【答案】 (1)负 (2)0.025mol·L－1 (3)13
电解原理的应用
一、电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气 阴极：2H＋＋2e－＝H2↑。 阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑。
电解 总反应式：2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
二、电镀 1．定义：应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他 金属或合金。 2．构成条件：待镀制品作阴极，镀层金属作阳极，用含 有镀层金属离子的盐溶液作电镀液。 三、电解精炼铜 1．电解精炼装置：粗铜作阳极，纯铜作阴极，用CuSO4 溶液作电解液。 2．结果：阳极上粗铜逐渐溶解，阴极上纯铜逐渐析出。 四、电冶金
【答案】 D
电解原理的应用往往和氧化还原反应的知识联系起来综 合应用，因此，在解答时要将氧化还原中的“强者优先 理论”应用到题目中来，正确分析离子的放电顺序。一 般情况下，氧化性强的离子优先在阴极上放电生成金属 单质，还原性强的金属单质优先在阳极上放电生成金属 阳离子。
要点二 电化学计算的基本方法
电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些活泼金属 单质的制取，如冶炼Na、Ca、Mg、Al等活泼金属。
1．电解熔融的氯化钠 阳极反应：2Cl－－2e－＝Cl2↑； 阴极反应：2Na＋＋2e－＝2Na；
电解 总反应：2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑。 2．电解熔融的氧化铝冶炼金属铝 阴极反应：4Al3＋＋12e－＝4Al； 阳极反应：6O2－－12e－＝3O2↑；
⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述 其原因：
甲溶液_______________________； 乙溶液_______________________； 丙溶液_______________________； (2)如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行， 为什么？
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