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1、第10講電解池的工作原理及應(yīng)用,基礎(chǔ)梳理,感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,1.電解原理 (1)電解: 在直流電的作用下,在兩電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過(guò)程叫做電解。電解可以使許多在通常條件下不能發(fā)生的反應(yīng)得以進(jìn)行,如電解氯化鈉溶液可得氫氣和氯氣。 (2)電解池: 將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置叫做電解池。電解池由直流電源、固體電極材料以及電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)組成。,基礎(chǔ)梳理,感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,(3)陰、陽(yáng)極的判斷:,基礎(chǔ)梳理,感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,(4)電解時(shí)電極產(chǎn)物的判斷: 陽(yáng)極產(chǎn)物的判斷: 首先看電極,如果是活性電極(在金屬活動(dòng)性順序中排在Ag以前的金屬作電極材料),則電極材料失電子,電極被溶解,

2、溶液中的陰離子不能失電子。如果是惰性電極(Pt、Au、石墨等),則要再看溶液中離子的失電子能力,此時(shí)根據(jù)陰離子放電順序加以判斷。 陰離子放電順序:S2-I-Br-Cl-OH-。 陰極產(chǎn)物的判斷: 直接根據(jù)陽(yáng)離子放電順序進(jìn)行判斷,陽(yáng)離子放電順序:Ag+Cu2+H+Fe2+Zn2+。 注意:電解裝置必須有外接直流電源。,基礎(chǔ)梳理,感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,(5)電解質(zhì)溶液電解規(guī)律(采用惰性電極): 用惰性電極(如石墨和Pt電極)電解酸、堿、鹽的水溶液時(shí),主要有三種電解形式:電解水、電解電解質(zhì)本身、電解電解質(zhì)和水。其規(guī)律如下: 電解強(qiáng)堿、含氧酸、活潑金屬的含氧酸鹽等水溶液,實(shí)際上為電解水。如電解NaOH溶

3、液、H2SO4溶液、Na2SO4溶液等。 電解無(wú)氧酸(除氫氟酸外)、不活潑金屬的無(wú)氧酸鹽等水溶液,實(shí)際上為電解溶質(zhì)本身。如電解鹽酸、CuCl2溶液等。 電解活潑金屬的無(wú)氧酸鹽、不活潑金屬的含氧酸鹽等水溶液,實(shí)際上為電解溶質(zhì)和水。如電解NaCl溶液、CuSO4溶液等。,基礎(chǔ)梳理,感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,(6)電解過(guò)程中電極附近溶液pH的變化: 電極區(qū)域: a.若陰極H+放電產(chǎn)生H2,陰極區(qū)域pH變大。 b.若陽(yáng)極OH-放電產(chǎn)生O2,陽(yáng)極區(qū)域pH變小。 電解質(zhì)溶液中: a.若電解過(guò)程中,既產(chǎn)生H2,又產(chǎn)生O2,則原溶液呈酸性的pH變小,原溶液呈堿性的pH變大,原溶液呈中性的pH不變(濃度變大)。 b.

4、若電解過(guò)程中,無(wú)H2和O2產(chǎn)生,pH幾乎不變。但有特殊情況,如電解CuCl2溶液,電解后,若不考慮Cl2的溶解,溶液的pH會(huì)變大(由于Cu2+水解)。 c.若電解過(guò)程中,只產(chǎn)生H2不產(chǎn)生O2,溶液pH變大。 d.若電解過(guò)程中,只產(chǎn)生O2不產(chǎn)生H2,溶液pH變小。,基礎(chǔ)梳理,感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,2.電解原理的應(yīng)用 (1)電解精煉銅: 粗銅作陽(yáng)極,精銅作陰極,CuSO4(其他合理答案:均可)溶液作電解質(zhì)溶液。電解時(shí),發(fā)生如下反應(yīng):陽(yáng)極主要反應(yīng)為Cu-2e- Cu2+,陰極反應(yīng)為Cu2+2e- Cu。陽(yáng)極泥中存在金、銀等不活潑的貴重金屬,陰極得到精銅。 (2)電鍍銅: 精銅作陽(yáng)極,需要鍍銅的金屬制品

5、作陰極,硫酸銅(或其他可溶性銅鹽)溶液作電解質(zhì)溶液,從理論上講電鍍時(shí)電解質(zhì)溶液的組成、濃度和質(zhì)量不發(fā)生變化。電極反應(yīng):陽(yáng)極為Cu-2e- Cu2+,陰極為Cu2+2e- Cu。,基礎(chǔ)梳理,感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,(3)氯堿工業(yè): .原料的應(yīng)用: 粗鹽的成分:粗鹽中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、 等雜質(zhì),不符合電解要求,因此粗鹽水必須經(jīng)過(guò)精制。 雜質(zhì)的危害:Ca2+、Mg2+等金屬離子在堿性環(huán)境中會(huì)生成沉淀,損壞離子交換膜;此外,雜質(zhì)的存在會(huì)使得到的產(chǎn)品不純。 除雜質(zhì)的過(guò)程:,基礎(chǔ)梳理,感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,a.除雜質(zhì)時(shí)所加試劑的順序要求是:Na2CO3必須在加BaCl2之后,在過(guò)濾之后加入

6、鹽酸。 b.試劑加入順序有多種選擇:,基礎(chǔ)梳理,感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,.反應(yīng)原理:,在上述反應(yīng)中,由于H+在陰極上得到電子而生成H2,破壞了附近的水的電離平衡,促進(jìn)了水繼續(xù)電離,結(jié)果陰極區(qū)溶液里OH-的濃度增大而呈堿性。 總反應(yīng):2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2+H2。 (4)電解冶煉: 電解熔融電解質(zhì)可獲得活潑金屬。如:K、Ca、Na、Mg、Al等金屬可通過(guò)電解其熔融的氯化物或氧化物制得。在電解池的陰極上活潑金屬的陽(yáng)離子得電子生成金屬單質(zhì)。,基礎(chǔ)梳理,感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,3.原電池與電解池的區(qū)別與聯(lián)系,基礎(chǔ)梳理,感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,基礎(chǔ)梳理,感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,難點(diǎn)釋疑 如何解決原電池

7、和電解池的計(jì)算問(wèn)題?,提示: 原電池和電解池的計(jì)算包括兩極產(chǎn)物的定量計(jì)算、溶液pH的計(jì)算、相對(duì)原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)測(cè)定的計(jì)算、根據(jù)電荷量求產(chǎn)物的量與根據(jù)產(chǎn)物的量求電荷量的計(jì)算等。不論哪類計(jì)算,均可概括為下列三種方法: (1)根據(jù)電子守恒法計(jì)算:用于串聯(lián)電路中陰陽(yáng)兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、有關(guān)電荷量的計(jì)算等,其依據(jù)是串聯(lián)電路中各電極上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。 (2)根據(jù)總反應(yīng)式計(jì)算:先寫出電極反應(yīng)式,再寫出總反應(yīng)式,最后根據(jù)總反應(yīng)式列比例式進(jìn)行計(jì)算。 (3)根據(jù)關(guān)系式計(jì)算:借得失電子守恒關(guān)系建立已知量物質(zhì)與未知量物質(zhì)之間的關(guān)系式。 如:2H2O22Cl22Cu4Ag4H+4OH-4e-。,基礎(chǔ)梳理,

8、感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,1.(201711浙江選考)科學(xué)家發(fā)現(xiàn),以H2O和N2為原料,熔融NaOH-KOH為電解質(zhì),納米Fe2O3作催化劑,在250 和常壓下可實(shí)現(xiàn)電化學(xué)合成氨。陰極區(qū)發(fā)生的變化可視為按兩步進(jìn)行,請(qǐng)補(bǔ)充完整。 電極反應(yīng)式:和2Fe+3H2O+N2 Fe2O3+2NH3。,答案,基礎(chǔ)梳理,感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,2.(201610浙江選考)電解NaClO3水溶液可制備NaClO4。在電解過(guò)程中由于陰極上吸附氫氣,會(huì)使電解電壓升高,電解效率下降。為抑制氫氣的產(chǎn)生,可選擇合適的物質(zhì)(不引入雜質(zhì)),寫出該電解過(guò)程的總化學(xué)方程式。,答案,基礎(chǔ)梳理,感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,3.(201510浙江選考)

9、單質(zhì)Mg可以通過(guò)電解熔融MgCl2得到。不能用電解MgCl2溶液的方法制備Mg的理由是。,答案,基礎(chǔ)梳理,感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,1.(2018東陽(yáng)中學(xué)月考)電解硫酸鈉溶液聯(lián)合生產(chǎn)硫酸和燒堿溶液的裝置如下圖所示,其中陰極和陽(yáng)極均為惰性電極。測(cè)得同溫同壓下,氣體甲與氣體乙的體積比約為12,以下說(shuō)法正確的是() A.a極與電源的負(fù)極相連 B.產(chǎn)物丁為硫酸 C.離子交換膜d為陰離子交換膜(允許陰離子通過(guò)),答案,基礎(chǔ)梳理,感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,2.寧波鎮(zhèn)海至駱駝的387路公交車上首次使用了油電混合動(dòng)力公交車。作為該車關(guān)鍵部件的鎳氫電池,具有比能量高、壽命長(zhǎng),可以進(jìn)行大電流充放電的特點(diǎn)。下圖是某油電混合動(dòng)力

10、汽車鎳氫電池的充放電原理示意圖,圖中M表示儲(chǔ)氫金屬,其總反應(yīng)式為NiOOH+MH Ni(OH)2+M。,基礎(chǔ)梳理,感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,根據(jù)上述信息回答下列問(wèn)題: (1)當(dāng)發(fā)電機(jī)工作時(shí),鎳氫電池中能轉(zhuǎn)化為能。 (2)圖中甲極是鎳氫電池的 (填“正”或“負(fù)”)極,該極充電時(shí)的電極反應(yīng)式為。 (3)用此鎳氫電池分別電解以下兩種溶液,假如電路中轉(zhuǎn)移了0.02 mol電子,且電解池的電極均為惰性電極。 電解M(NO3)x溶液時(shí)某一電極增加了a g M,則金屬M(fèi)的相對(duì)原子質(zhì)量為(用含a、x的表達(dá)式表示)。 電解含有0.01 mol CuSO4和0.01 mol NaCl的混合溶液100 mL,陽(yáng)極產(chǎn)生的氣

11、體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是;將電解后的溶液加水稀釋至1 L,此時(shí)溶液的pH=。,答案,解析,基礎(chǔ)梳理,感悟選考,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練,3. 研究證實(shí),CO2可在酸性水溶液中通過(guò)電解生成甲醇,則生成甲醇的反應(yīng)發(fā)生在極,該電極反應(yīng)式是。,答案,解析,一,二,一、忽視電解反應(yīng)的反常情況 【易錯(cuò)題1】 下列對(duì)電解實(shí)質(zhì)的分析正確的是() A.用惰性電極電解MgSO4溶液,MgSO4沒(méi)有參與反應(yīng) B.用Cu作電極電解飽和Na2SO4溶液,每放出1 mol氫氣,則電解1 mol H2O C.用惰性電極電解飽和Na2SO4溶液,每放出1 mol氫氣,則電解2 mol H2O D.用惰性電極電解NaCl溶液,在陰極區(qū)可獲得Na

12、OH溶液 錯(cuò)因剖析:本題極易忽視電池反應(yīng)的反常情況,認(rèn)為電極上電解質(zhì)電離出的離子未發(fā)生放電反應(yīng),電解質(zhì)就不發(fā)生反應(yīng),從而錯(cuò)選A。,一,二,正確解答電解MgSO4溶液,陰極水電離出的H+放電,使c(OH-)增大,與向陰極遷移的Mg2+發(fā)生反應(yīng)生成Mg(OH)2沉淀,A不正確;B項(xiàng)中電解反應(yīng)方程式為Cu+2H2O Cu(OH)2+H2,B錯(cuò)誤;D項(xiàng)中,陰極水電離出的H+放電,產(chǎn)生的OH-與陽(yáng)極遷移過(guò)來(lái)的Na+構(gòu)成NaOH。 答案D 糾錯(cuò)筆記電解質(zhì)不參加電極反應(yīng),是否就不參加電池反應(yīng)?如果電極反應(yīng)的產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液中發(fā)生遷移時(shí)能與電解質(zhì)溶液中的某離子發(fā)生反應(yīng),則電解質(zhì)也要參加電池反應(yīng)。,一,二,二、

13、忽視電解反應(yīng)中H2O參與反應(yīng)的情況 【易錯(cuò)題2】用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液,通電一段時(shí)間后,向所得溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后,恰好恢復(fù)電解前的濃度和pH,則電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為() A.0.1 molB.0.2 molC.0.3 molD.0.4 mol,錯(cuò)因剖析本題極易忽視溶液中的水參加反應(yīng),認(rèn)為加入0.1 mol Cu(OH)2,說(shuō)明電解過(guò)程中消耗了0.1 mol Cu2+,依據(jù)Cu2+2e- Cu判斷轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.2 mol,于是錯(cuò)選B。 正確解答這是一條不合常規(guī)思維的題目。加入Cu(OH)2,僅從H2SO4CuSO4角度看,水的生成會(huì)使CuS

14、O4濃度降低,但最終結(jié)果卻是濃度不變,說(shuō)明電解過(guò)程中,還會(huì)發(fā)生如下反應(yīng):2H2O 2H2+O2。,一,二,由題意知,轉(zhuǎn)移的電子應(yīng)包括電解0.1 mol Cu2+和第二階段電解0.1 mol H2O轉(zhuǎn)移的電子。,一,二,0.1 mol0.2 mol 所以轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.4 mol。 答案:D,一,二,糾錯(cuò)筆記電解后要恢復(fù)溶液原有電解質(zhì)的濃度和性質(zhì),常采用的方法是:讓陰、陽(yáng)極的產(chǎn)物發(fā)生化合反應(yīng),然后將反應(yīng)的產(chǎn)物加入電解后的電解質(zhì)溶液中,發(fā)生反應(yīng)后所得的溶液,便與原有電解質(zhì)溶液的濃度和性質(zhì)相同。如果我們由加入的物質(zhì)反推電解的實(shí)質(zhì),一般應(yīng)先將加入的物質(zhì)分解成單質(zhì);然后將單質(zhì)分放在陰極和陽(yáng)極上,

15、由此確定發(fā)生的電極反應(yīng);再根據(jù)電解質(zhì)的組成和守恒原理,確定電極產(chǎn)物的物質(zhì)的量關(guān)系;最后由各物質(zhì)的量的關(guān)系,確定電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目。也可采用假設(shè)法,如在本題中即假設(shè)陰極只有Cu2+得電子,則陰極得到O2,電解后只需加入CuO便可恢復(fù)電解質(zhì)溶液的原有性質(zhì)?，F(xiàn)在加入的是Cu(OH)2,相當(dāng)于加入CuO和H2O,說(shuō)明還發(fā)生了電解水的反應(yīng)?？砂聪旅娣椒焖儆?jì)算:,2,3,4,1,5,6,7,1.(2018縉云中學(xué)月考)一種新型太陽(yáng)能光電化學(xué)電池,貯能時(shí)電解質(zhì)溶液中的離子在兩極發(fā)生如下圖所示的轉(zhuǎn)化。 下列說(shuō)法正確的是() A.貯能時(shí),電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能和光能 B.貯能和放電時(shí),電子在導(dǎo)線中流向相同 C.貯能時(shí),

16、氫離子由a極區(qū)遷移至b極區(qū),答案,解析,2,3,4,1,5,6,7,2.(2018江山中學(xué)月考)一種Cu-Li可充電電池的工作原理如圖所示,其中非水系電解液和水系電解液被鋰離子固體電解質(zhì)陶瓷片(LISICON)隔開(kāi)。下列說(shuō)法正確的是 (),A.陶瓷片允許水分子通過(guò) B.電池放電時(shí),N極上發(fā)生氧化反應(yīng) C.電池充電時(shí),接線柱B應(yīng)與外接直流電源的負(fù)極相連 D.電池充電時(shí),陰極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i+e- Li,答案,解析,2,3,4,1,5,6,7,3.(2018北侖中學(xué)段考)下列有關(guān)化學(xué)概念或原理的論述中,正確的是() A.電解飽和食鹽水的過(guò)程中,水的電離平衡正向移動(dòng) B.鋼鐵在潮濕的空氣中比在干燥

17、的空氣中更容易生銹,能用平衡移動(dòng)原理解釋 C.任何一個(gè)氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)為電池并輸出電能 D.可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)越大,反應(yīng)速率、反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率就越大,答案,解析,2,3,4,1,5,6,7,4.(2018平湖中學(xué)月考)在一定條件下,用石墨電極電解0.5 molL-1 CuSO4溶液(含H2SO4),監(jiān)測(cè)到陽(yáng)極附近pH隨時(shí)間變化的關(guān)系如下圖所示。下列說(shuō)法不正確的是(),A.ab段,通電瞬間,陽(yáng)離子向陰極移動(dòng) B.電解過(guò)程中,陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)是2H2O-4e- O2+4H+,C.bc段,H+向陰極的移動(dòng)速率大于其在陽(yáng)極的生成速率 D.bc段,pH下降過(guò)程中,陰極發(fā)生的主要電極反應(yīng)是Cu2+2e- Cu,答案,解析,2,3,4,1,5,6,7,5.(2018紹興選考適應(yīng)性考試)工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的SO2廢氣可用如圖方法獲得H2SO4。寫出電解的陽(yáng)極反應(yīng)式:。,答案,2,3,4,1,5,6,7,6.(2018嘉興二模)工業(yè)上可以通過(guò)電解NO制備NH4NO3,原理如圖所示。寫出電解過(guò)程中陽(yáng)極的電極反應(yīng)式:。,答案,解析,2,3,4,1,5,6,7,7.(2018溫州選考二模)在催化劑作用下,以NaOH溶液為電解液,將甲烷氣體通入石墨復(fù)合電極,電解產(chǎn)生甲醇。寫出陽(yáng)極反應(yīng)的電極反應(yīng)式:。,答案,解析,