第3課時電解池的工作原理及應用目標與素養(yǎng)：1.了解電解池的結(jié)構(gòu)，理解電解原理。能夠正確書寫電極反應式和總反應式。(宏觀辨識與微觀探析)2.了解電解熔融氯化鈉、電解飽和食鹽水、電鍍等電解原理的應用。(科學態(tài)度與社會責任)3.掌握電解原理的有關(guān)計算。(證據(jù)推理與模型認知)1熔融氯化鈉的電解(1)實驗現(xiàn)象：通電后，在陽極周圍有氣泡產(chǎn)生，在陰極上生成銀白色金屬。(2)實驗分析：熔融氯化鈉中存在的微粒Na、Cl。通電后離子的運動：陽離子Na(填離子符號)移向陰極；陰離子Cl(填離子符號)移向陽極。電極上發(fā)生的變化： 陰極：2Na2e=2Na，陽極：2Cl2e=Cl2。(3)實驗結(jié)論：熔融的氯化鈉在電流作用下發(fā)生了化學變化，分解生成了鈉和氯氣。微點撥：工業(yè)上活潑金屬的制備通常用電解法。如NaCl(熔融)Na，MgCl2(熔融)Mg，Al2O3(熔融)Al。2電解池的基本概念(1)電解在直流電的作用下，在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應和還原反應的過程。(2)電解池定義：將電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置。組成：直流電源，固體電極材料，電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)，構(gòu)成閉合回路。(3)電極及電極反應陽極：與電源正極相連的電極，發(fā)生氧化反應。陰極：與電源負極相連的電極，發(fā)生還原反應。3電解CuCl2溶液裝置現(xiàn)象反應陰極有紅色物質(zhì)析出Cu22e=Cu(還原反應)陽極有黃綠色氣體生成2Cl2e=Cl2(氧化反應)電池總反應CuCl2CuCl2微點撥：電解CuCl2溶液時，Cl、OH向陽極移動，還原性強的Cl優(yōu)先失去電子發(fā)生氧化反應；Cu2、H向陰極移動，氧化性強的Cu2優(yōu)先得到電子發(fā)生還原反應。4電解飽和食鹽水氯堿工業(yè)的基礎(chǔ)(1)裝置(2)現(xiàn)象陽極上有黃綠色氣體產(chǎn)生；陰極上有無色氣體產(chǎn)生，陰極附近溶液變紅色。(3)原理分析及電極反應電解時，Cl、OH移向陽極，H、Na移向陰極。陽極離子放電順序：Cl>OH，電極反應：2Cl2e=Cl2(氧化反應)陰極離子放電順序H>Na，電極反應：2H2e=H2(還原反應)。電池反應化學方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，離子方程式：2Cl2H2O2OHH2Cl2。微點撥：陽離子交換膜只允許陽離子通過，阻止陰離子和氣體通過。既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cl2混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH反應影響燒堿質(zhì)量。5電鍍(1)定義：應用電解原理在某些金屬或非金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。(2)目的：增強材料的抗腐蝕能力；美觀或增加表面硬度。(3)電鍍池構(gòu)成如：在餐具上鍍銀時，餐具作陰極，銀作陽極，含有銀離子的溶液作電解液。發(fā)生的反應如下：陰極：Age=Ag(還原反應)。陽極：Age=Ag(氧化反應)。微點撥：電鍍過程中電鍍液濃度基本不變。1判斷正誤(正確的打“”，錯誤的打“×”)。(1)電解池中與直流電源正極相連的電極是電解池的陽極。()(2)惰性電極電解飽和食鹽水時，能使酚酞溶液變紅的是陽極。()(3)在鍍件上電鍍銅時，可用銅作陽極，鍍件作陰極。()(4)工業(yè)上用電解熔融氯化鋁的方法制取金屬鋁。()答案：(1)(2)×(3)(4)×2用石墨電極電解CuCl2溶液(如圖)。下列分析正確的是()Aa端是直流電源的負極B通電使CuCl2發(fā)生電離C陰極上發(fā)生的反應：2Cl2e=Cl2D通電一段時間后，在陰極附近觀察到黃綠色氣體A電解過程中，陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動，陰極與直流電源的負極相連，陽極與直流電源的正極相連，A項正確；電解質(zhì)在溶液中的電離是水分子的作用，與是否通電無關(guān)，B項錯誤；電解過程中陽極上發(fā)生的反應為氧化反應，陽極反應為2Cl2e=Cl2，在陽極附近可觀察到黃綠色氣體，C、D項錯誤。3下列描述中，不符合實際生產(chǎn)的是()A電解飽和食鹽水制燒堿，用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極B電解法精煉粗銅，用純銅作陰極C電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵作陽極D在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽極C電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，陽極反應為6O212e=3O2，陰極反應：4Al312e=4Al，若用鐵作陽極，則陽極反應為Fe2e=Fe2，電解一段時間后，F(xiàn)e2在陰極上得電子被還原成Fe，而得不到Al。電解池中電極及電極產(chǎn)物的判斷1電解池的陰極、陽極的判斷方法2電解產(chǎn)物的判斷方法3電解池電極反應式、電池總反應式的書寫書寫步驟具體操作判斷兩極陽極：與電源正極相連陰極：與電源負極相連判斷反應微?；钚噪姌O：電極材料本身失電子溶液中的較易得電子的陽離子反應惰性電極：溶液中較易失去電子的陰離子反應書寫電極反應式活性電極：Mne=MnMnne=M惰性電極：mRnmne=Rm書寫電解總方程式根據(jù)得失電子數(shù)相等，將陰陽極電極反應式相加得電解總反應式，注意若是水電離的H或OH參與電極反應，寫總反應式時要寫成H2O(1)書寫電解池中電極反應式時，可以用實際放電的離子表示，但書寫總電解反應方程式時，弱電解質(zhì)要寫成化學式。(2)書寫兩極電極反應式時，要確保兩極得失電子數(shù)目相等。(3)鐵作陽極時，鐵失去電子生成Fe2而不是Fe3。(4)書寫電極反應式時，要判斷陽極溶解生成的陽離子是否和電解質(zhì)溶液中的陰離子發(fā)生反應?！纠?】如圖所示，甲是剛浸過NaCl溶液的石蕊試紙，A、B兩銅片通過導線連接電源兩極，在銅片間的濾紙上滴一滴KMnO4溶液，經(jīng)過一段時間后，發(fā)現(xiàn)A、B間的紫紅色圓點向A極移動了一段距離。(1)與A相連的是電源的_極。(2)B電極上的電極反應式為_，B電極附近有_色出現(xiàn)。解析：(1)當通電一段時間后，A、B間的紫紅色圓點向A極移動了，由于紫紅色是MnO的顏色，即MnO向A極移動，因陰離子向陽極移動，所以A為電解池的陽極(浸有NaCl溶液的石蕊試紙相當于電解池)，則與A相連的是電源的正極。(2)B為陰極，H放電，B電極附近OH增多，顯堿性，有藍色出現(xiàn)。答案：(1)正(2)2H2e=H2藍1如圖X是直流電源。Y槽中c、d為石墨棒，Z槽中e、f是質(zhì)量相同的銅棒。接通電路后，發(fā)現(xiàn)d附近顯紅色。(1)電源上b為_極(用“正”“負”“陰”或“陽”填空)。Z槽中e為_極(用“正”“負”“陰”或“陽”填空)。連接Y、Z槽線路中，電子流動的方向是d_e(用“”或“”填空)。(2)寫出c極上反應的電極反應式：_。寫出Y槽中總反應的化學方程式：_。寫出Z槽中e極上反應的電極反應式：_。解析：d極附近顯紅色，說明d為陰極，電極反應式為2H2e=H2，c為陽極，電極反應式為2Cl2e=Cl2，Y槽電解NaCl溶液的總反應方程式為2NaCl2H2O2NaOHCl2H2；直流電源中a為正極，b為負極，Z槽中f為陰極，e為陽極，電極反應式為Cu2e=Cu2，電子流動方向由ed。答案：(1)負陽(2)2Cl2e=Cl22NaCl2H2O2NaOHH2Cl2Cu2e=Cu2惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律類型電極反應特點實例電解對象電解質(zhì)溶液濃度pH電解質(zhì)溶液復原電解水型陰極：2H2e=H2(或2H2O2e=2OHH2)陽極：4OH4e=2H2OO2(或2H2O4e=4HO2)NaOH水增大增大加水H2SO4水增大減小加水Na2SO4水增大不變加水電解電解質(zhì)型電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電HCl電解質(zhì)減小增大通氯化氫CuCl2電解質(zhì)減小加氯化銅放H2生堿型陰極：H2O放H2生堿陽極：電解質(zhì)陰離子放電NaCl電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)增大通氯化氫放O2生酸型陰極：電解質(zhì)陽離子放電陽極：H2O放O2生酸CuSO4電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)減小加氧化銅或碳酸銅【例2】用惰性電極進行下列電解，有關(guān)說法正確的是()電解稀硫酸電解Cu(NO3)2溶液電解KOH溶液電解NaCl溶液A電解進行一段時間后四份溶液的pH均增大B反應中電解一段時間后，向溶液中加入適量的CuO固體可使溶液恢復到電解前的情況C反應中陽極消耗OH，故溶液濃度變小D反應中陰、陽兩極上產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為21BA項，電解后溶液酸性增強，pH減小；B項，反應為2Cu22H2O2CuO24H，故加入適量CuO固體可使溶液恢復到電解前的情況；C項，反應為2H2O2H2O2，故KOH濃度增大；D項，反應為2Cl2H2OH2Cl22OH，陰極產(chǎn)生H2，陽極產(chǎn)生Cl2，二者物質(zhì)的量之比為11。2用碳棒作電極，在Na、Cu2、Cl、SO等離子中選出適當離子組成電解質(zhì)，電解其溶液，寫出符合條件的一種電解質(zhì)的化學式：(1)當陰極放出H2，陽極放出O2時，電解質(zhì)是_。(2)當陰極析出金屬，陽極放出O2時，電解質(zhì)是_。(3)當陰極放出H2，陽極放出Cl2時，電解質(zhì)是_。(4)通過的電子的物質(zhì)的量與陰極析出的金屬的物質(zhì)的量、陽極放出的氣體的物質(zhì)的量之比為421時，電解質(zhì)的化學式是_。解析：(1)陰極放H2生成堿，陽極放O2生成酸，所以(1)實質(zhì)是電解水，故電解質(zhì)是活潑金屬的含氧酸鹽，即Na2SO4。(2)實質(zhì)是放氧生酸型，即電解質(zhì)是不活潑金屬的含氧酸鹽，即CuSO4。(3)實質(zhì)是放氫生堿型(或電解鹽酸，但鹽酸不符合題意)，即NaCl。(4)陽極放出的氣體是O2，生成1 mol O2轉(zhuǎn)移4 mol電子，故金屬是2價，即為銅，故電解質(zhì)是CuSO4。答案：(1)Na2SO4(2)CuSO4(3)NaCl(4)CuSO41能用電解原理說明的問題是()電解是把電能轉(zhuǎn)變成化學能電解是把化學能轉(zhuǎn)變成電能電解質(zhì)溶液導電是化學變化，金屬導電是物理變化不能自發(fā)進行的氧化還原反應，通過電解的原理可以實現(xiàn)任何溶液被電解時，必將導致氧化還原反應的發(fā)生ABCDD本題主要考查了電解原理。從能量轉(zhuǎn)化的角度看，電解是把電能轉(zhuǎn)變成化學能的過程，故對、錯；電解質(zhì)溶液的導電過程，必將伴隨著兩個電極上氧化還原反應的發(fā)生，同時生成新的物質(zhì)，故、對；某些不能自發(fā)進行的氧化還原反應，通過電解供給電能可以實現(xiàn)，故對。所以選項都符合題意。故正確答案為D。2關(guān)于電解NaCl水溶液，下列敘述正確的是()A電解時在陽極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉B若在陽極附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色C若在陰極附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈無色D電解一段時間后，將全部電解質(zhì)轉(zhuǎn)移到燒杯中充分攪拌后溶液呈中性B電解NaCl水溶液時，陽極反應為2Cl2e=Cl2，在陽極附近的溶液中滴入KI溶液，發(fā)生反應：Cl22KI=2KClI2，陽極附近的溶液呈棕色；陰極反應為2H2e=H2，由于該極H放電而促進了水的電離，使陰極附近的溶液中c(OH)增大，滴入酚酞溶液，陰極附近的溶液呈紅色；電解NaCl水溶液的總反應為2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，最后溶液呈堿性，故正確答案為B。3關(guān)于電鍍銅和電解精煉銅，下列說法中正確的是()A都用粗銅作陽極、純銅作陰極B電解液的成分都保持不變C陽極反應都只有Cu2e=Cu2D陰極反應都只有Cu22e=CuDA項電鍍時鍍件作陰極；B項電解精煉銅時電解液成分改變；C項電解精煉銅時，若有比銅活潑的金屬雜質(zhì)如鋅，則陽極還會發(fā)生Zn2e=Zn2的反應。4用石墨作電極電解CuCl2和KCl混合溶液，電解初期陰極和陽極分別析出的物質(zhì)是()AH2、Cl2BCu、Cl2CH2、O2DCu、O2B本題考查離子放電順序，溶液中的離子有：Cu2、K、H及Cl、OH五種離子，得電子能力：Cu2>H>K，失電子能力：Cl>OH，所以電解初期，陰極：Cu22e=Cu，陽極：2Cl2e=Cl2，故選B。5如圖所示，A、B、C三個裝置中的燒杯分別盛有足量的CuCl2溶液。(1)A、B、C三個裝置中屬于原電池的是_(填標號，下同)，屬于電解池的是_。(2)B池中C是_極，發(fā)生_反應，電極反應為_ _；Pt是_極，發(fā)生_反應，電極反應為_ _。B池中總反應的化學方程式為_。(3)C池中Zn是_極，發(fā)生_反應，電極反應為_ _；Cu是_極，發(fā)生_反應，電極反應為_。反應過程中溶液濃度_(填“變大”“變小”或“不變”)。解析：(1)判斷裝置是原電池還是電解池，關(guān)鍵是看它有沒有外接直流電源，有則為電解池，無則為原電池。由此可知A為原電池，B和C為電解池，且C較為特殊，實際為電鍍銅的裝置。(2)在外電場的作用下，溶液中的H和Cu2均移向陰極C棒，但因鹽溶液中陽離子得電子能力Cu2H，因而發(fā)生還原反應Cu22e=Cu。同時溶液中失電子能力較強的Cl在陽極Pt表面被氧化，電極反應為2Cl2e=Cl2?？偡磻匠淌綖镃uCl2CuCl2。(3)裝置C中陽極為活性電極Cu，當陽極不是惰性電極時，電極本身會被強迫失電子而發(fā)生氧化反應Cu2e=Cu2，生成離子進入溶液，此時溶液中陰離子不能失電子。而陰極上發(fā)生還原反應Cu22e=Cu，兩極反應速率相等，溶液中其他離子不發(fā)生反應，因而溶液濃度保持不變。答案：(1)ABC(2)陰還原Cu22e=Cu陽氧化2Cl2e=Cl2CuCl2CuCl2(3)陰還原Cu22e=Cu陽氧化Cu2e=Cu2不變