高中化學(xué) 第4章 第3節(jié) 第2課時(shí) 電解原理的應(yīng)用課件 新人教版選修4.ppt

成才之路 化學(xué) 路漫漫其修遠(yuǎn)兮吾將上下而求索 人教版 選修4 電化學(xué)基礎(chǔ) 第四章 第三節(jié)電解池 第四章 第2課時(shí)電解原理的應(yīng)用 第四章 日常生活中 人們經(jīng)常使用的螺絲刀 板手 水龍頭 以及自行車的車圈 金屬裝飾品等 表面有一層亮度高且耐磨 耐腐蝕的金屬 它們都是電鍍制品 你知道這層金屬是怎樣附著在鐵的表面上的嗎 新知導(dǎo)學(xué) 1 電解飽和食鹽水以制燒堿 氯氣和氫氣 1 在nacl溶液中存在著na cl h oh 四種離子 且陰 陽離子的放電順序?yàn)?cl oh h na 即陰 陽兩極的電極反應(yīng)分別為 陽極 發(fā)生了 反應(yīng) 陰極 發(fā)生了 反應(yīng) 2 總反應(yīng)式 化學(xué)方程式 離子方程式 氧化 還原 2 電鍍 1 定義 電鍍是應(yīng)用 原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他 或 的方法 2 電鍍池的構(gòu)成 電解 金屬 合金 鍍層金屬 待鍍的金屬制品 含有鍍層金屬離子的溶液 3 電解精煉銅 純銅 粗銅 cu2 2e cu cu 2e cu2 cuso4溶液 4 電冶金 1 金屬冶煉的本質(zhì) 使礦石中的 獲得電子 從它們的化合物中 出來 如mn ne m 2 電冶金 電解是最強(qiáng)有力的氧化還原手段 適用于一些 單質(zhì)的制取 如冶煉 等活潑金屬 3 電解熔融的氯化鈉陽極反應(yīng) 陰極反應(yīng) 總反應(yīng) 金屬離子 還原 活潑金屬 na ca mg al 2cl 2e cl2 2na 2e 2na 自主探究 1 1 電解池與原電池有何本質(zhì)區(qū)別 2 電解池和原電池的電極名稱是否相同 提示 1 電解池將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 而原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 2 電解池的兩個(gè)電極分別為陰極和陽極 原電池的兩個(gè)電極分別為正極和負(fù)極 2 電解精煉銅時(shí) 粗銅中的雜質(zhì)哪里去了 提示 精銅中比銅活潑的雜質(zhì)先失電子成陽離子進(jìn)入溶液 在精銅表面上這些離子得電子能力比cu2 弱 所以留在溶液中 比銅不活潑的金屬雜質(zhì)不失電子 隨著電解的進(jìn)行它們會(huì)沉積在陽極下 稱為 陽極泥 電解原理的應(yīng)用 教材點(diǎn)撥 典例透析 1 若x y都是惰性電極 a是飽和nacl溶液 實(shí)驗(yàn)開始時(shí) 同時(shí)在兩邊各滴入幾滴酚酞試液 則 電解池中x極上的電極反應(yīng)式是 y電極上的電極反應(yīng)式是 檢驗(yàn)該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是 該反應(yīng)的總反應(yīng)方程式是 2 如果用電解方法精煉粗銅 電解液a選用cuso4溶液 則 x電極的材料是 電極反應(yīng)式是 y電極的材料是 電極反應(yīng)式是 解析 1 x為陰極 2h 2e h2 y為陽極 2cl 2e cl2 用濕潤(rùn)的ki淀粉試紙可檢驗(yàn)cl2 2 精煉銅時(shí) 粗銅接陽極 y電極是粗銅 x電極是精銅 答案 1 2h 2e h2 2cl 2e cl2 把濕潤(rùn)的ki淀粉試紙放在y電極附近 試紙變藍(lán)色 1 2014 荷澤統(tǒng)考 金屬鎳有廣泛的用途 粗鎳中含有少量fe zn cu pt等雜質(zhì) 可用電解法制備高純度的鎳 已知 氧化性fe2 ni2 cu2 下列敘述正確的是 a 陽極發(fā)生還原反應(yīng) 其電極反應(yīng)式 ni2 2e nib 電解過程中 陽極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加相等c 電解后 溶液中存在的金屬陽離子只有fe2 和zn2 d 電解后 電解槽底部的陽極泥中只有cu和pt 變式訓(xùn)練 解析 a項(xiàng) 陽極發(fā)生氧化反應(yīng) c項(xiàng) 溶液中的陽離子主要為ni2 根據(jù)金屬原子的還原性和金屬陽離子的氧化順序 陽極反應(yīng)為zn 2e zn2 fe 2e fe2 ni 2e ni2 cu pt在該條件下不失電子 陰極反應(yīng)為ni2 2e ni fe2 zn2 在該條件下不得電子 比較兩電極反應(yīng) 因zn fe ni的相對(duì)原子質(zhì)量不等 當(dāng)兩極通過相同的電量時(shí) 陽極減少的質(zhì)量與陰極增加的質(zhì)量不等 答案 d 原電池與電解池的比較 教材點(diǎn)撥 2 電化學(xué)計(jì)算的基本方法電解池的計(jì)算包括兩極產(chǎn)物的定量計(jì)算 溶液的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)電量求產(chǎn)物的量與根據(jù)產(chǎn)物的量求電量等的計(jì)算 不論哪類計(jì)算 均可歸納為下列三種 1 根據(jù)電子守恒法計(jì)算 用于串聯(lián)電路 陰陽兩極產(chǎn)物 正負(fù)兩極產(chǎn)物 相同電量等類型的計(jì)算 其依據(jù)是電路上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等 2 根據(jù)總反應(yīng)式中的計(jì)量關(guān)系進(jìn)行計(jì)算 先寫出電極反應(yīng)式 再寫出總反應(yīng)式或直接運(yùn)用總反應(yīng)式 最后根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計(jì)算 3 根據(jù)關(guān)系式計(jì)算 借得失電子守恒定律關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁 建立計(jì)算所需的關(guān)系式 3 電解后溶液的ph的變化電解往往不只是在電極表面發(fā)生了一些變化 電解質(zhì)溶液也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化 尤其是溶液的ph 1 ph變化的原因電解時(shí) 由于陰 陽兩極參加反應(yīng)的oh 和h 相對(duì)數(shù)目多少不同 或電解質(zhì)本身電解 造成電解質(zhì)溶液的oh 和h 濃度發(fā)生了變化 從而引起溶液的ph改變 2 電解與電解質(zhì)溶液ph變化的關(guān)系 使用惰性電極 一般規(guī)律a 電解水型電極反應(yīng) 陰極 2h 2e h2 陽極 4oh 4e 2h2o o2 實(shí)例 h2so4 aq ph變小 naoh aq ph變大 na2so4 aq ph不變 b 電解質(zhì)分解型電極反應(yīng) 陰極 電解質(zhì)本身電離出的陽離子放電 陽極 電解質(zhì)本身電離出的陰離子放電 實(shí)例1 hcl aq ph變大 變化原因 hcl本身電離出的h 放電 使溶液中h 濃度變小 實(shí)例2 cucl2 aq ph變化復(fù)雜 變化原因 若產(chǎn)生的cl2溶于該溶液 則ph變小 若cl2完全排出 則由于溶液中cucl2濃度變小 使水解程度變強(qiáng) 但c h 減小ph變大 c 放氫生堿型電極反應(yīng) 陰極 2h 2e h2 陽極 電解質(zhì)本身電離出的陰離子放電實(shí)例 nacl aq ph變大 k2s aq ph變大 變化原因 水電離出的h 放電 破壞了水的電離平衡 使水電離產(chǎn)生的oh 濃度變大 d 放氧生酸型電極反應(yīng) 陰極 電解質(zhì)本身電離出的陽離子放電 陽極 4oh 4e 2h2o o2 實(shí)例 cuso4 aq ph變小 agno3 aq ph變小 變化原因 水電離出的oh 放電 破壞了水的電離平衡 使水電離產(chǎn)生的h 濃度變大 特殊情況例如 用惰性電極電解mgcl2溶液 陰極h 放電 本該使溶液中oh 濃度變大 但oh 與mg2 結(jié)合生成沉淀 電解完全后變?yōu)榧兯?使用非惰性電極 電解精煉銅電解精練銅時(shí) 陽極的粗銅中含有zn fe ni ag au等雜質(zhì) 除cu放電進(jìn)入溶液外 還有zn fe ni放電變?yōu)閦n2 fe2 ni2 進(jìn)入溶液 但由于zn2 fe2 ni2 比cu2 難以還原 留在溶液中 且zn2 fe2 ni2 的水解程度比cu2 小 所以 電解質(zhì)溶液的ph變大 電鍍?nèi)粲缅儗咏饘僮鲫枠O 從電鍍?cè)砜?有多少陽極鍍層金屬放電變?yōu)橄鄳?yīng)離子進(jìn)入溶液 就有多少該離子從陰極鍍件上析出 故電解質(zhì)溶液的ph不變 特殊情況例如 用鐵做陽極電解nacl溶液 陽極鐵放電產(chǎn)生fe2 進(jìn)入溶液 陽極h 放電 本該使溶液中oh 濃度變大 但oh 與fe2 結(jié)合生成沉淀 故該溶液電解后仍為nacl溶液 ph不變 綜上所述 判斷電解時(shí)溶液的ph變化既要考慮電極反應(yīng) 離子放電情況 又要考慮溶液中離子反應(yīng)情況 全面分析 方得真知 4 電解時(shí)離子的放電規(guī)律 1 用惰性電極 c pt au等 電解 只需陽極是惰性材料 電解質(zhì)溶液中的陰離子在陽極失去電子放電 溶液中的陽離子在陰極得到電子放電 2 用金屬作電極 除pt au 電解陽極金屬單質(zhì)本身失去電子放電 電解質(zhì)溶液中的陽離子在陰極得到電子放電 3 陽離子在陰極上放電順序 根據(jù)金屬活動(dòng)性順序記憶 au3 ag hg2 fe3 cu2 h 酸 pb2 sn2 fe2 zn2 h 水 al3 mg2 na ca2 k 注意 fe3 得電子能力比cu2 強(qiáng) pb2 sn2 fe2 zn2 在強(qiáng)酸溶液中不放電 但是濃度大時(shí) 可先于水優(yōu)先放電 al3 mg2 na ca2 k 在水溶液中不放電 只有在熔化狀態(tài)下放電 4 陰離子在陽極上放電順序 惰性電極 如鉑 石墨等 s2 i br cl oh 含氧酸根 f 非惰性電極 除鉑 金之外的金屬 陽極金屬本身失去電子形成陽離子進(jìn)入溶液 典例透析 a b c d 解析 若h 放電 ph增大 若oh 放電 ph減小 中zn電極參與反應(yīng) 電解質(zhì)溶液ph基本不變 中陽極上h 放電 溶液漸漸成堿性 正極上h 放電 導(dǎo)線上通過0 2mol電子時(shí) 溶液中減少了h 的物質(zhì)的量為0 2mol 根據(jù)原溶液體積和濃度 h 的物質(zhì)的量減少為0 04mol 濃度變?yōu)? 2mol l 中由于oh 放電 當(dāng)導(dǎo)線上通過0 2mol電子時(shí) 溶液中oh 減少0 2mol 即h 物質(zhì)的量增加0 2mol 溶液體積為0 2l 濃度為1mol l 故ph大小順序符合c項(xiàng) 答案 c 2 2014 西城區(qū)期末測(cè)試 關(guān)于下列四個(gè)裝置圖的說法 正確的是 變式訓(xùn)練 a 裝置中陰極處產(chǎn)生的氣體能夠使?jié)駶?rùn)的淀粉ki試紙變藍(lán)b 裝置中待鍍鐵制品應(yīng)與電源正極相連c 裝置中電子由b極流向a極d 裝置中的離子交換膜可以避免生成的cl2與naoh溶液反應(yīng) 解析 a項(xiàng) 電極反應(yīng)式分別為陽極 2cl 2e cl2 陰極 cu2 2e cu 陽極產(chǎn)生的cl2能使?jié)駶?rùn)的淀粉ki試紙變藍(lán) b項(xiàng) 電鍍裝置中待鍍鐵制品 鍍件 應(yīng)與電源負(fù)極相連接 c項(xiàng) 氫氧燃料電池工作時(shí) 負(fù)極上通入的h2失電子 電子由a極流向b極 d項(xiàng) 氯堿工業(yè)中陽極產(chǎn)生cl2 陰極附近溶液中生成naoh 為防止cl2與naoh發(fā)生反應(yīng)cl2 2naoh nacl naclo h2o 工業(yè)上常采用離子交換膜法電解裝置 答案 d 1 2014 經(jīng)典習(xí)題選萃 在化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化過程中 下列敘述正確的是 a 電解法精煉銅時(shí) 電解質(zhì)溶液中的銅離子濃度不變b 用惰性材料作電極的電解池裝置中 陽離子在陽極放電 陰離子在陰極放電c 電鍍時(shí) 電鍍槽里的陽極材料發(fā)生氧化反應(yīng)d 原電池的負(fù)極與電解池的陰極都發(fā)生氧化反應(yīng) 解析 電解法精煉銅時(shí) 由于粗銅中含有比銅活潑的金屬 先放電形成離子進(jìn)入溶液 而電解質(zhì)溶液中的銅離子在陰極放電 導(dǎo)致電解質(zhì)溶液中的銅離子濃度減小 a錯(cuò)誤 用惰性材料作電極的電解池裝置中 陽離子在陰極放電 陰離子在陽極放電 b錯(cuò)誤 電鍍時(shí) 電鍍槽里的陽極材料直接放電 發(fā)生氧化反應(yīng) c正確 原電池的負(fù)極與電解池的陽極都發(fā)生氧化反應(yīng) d錯(cuò)誤 答案 c 2 2014 經(jīng)典習(xí)題選萃 關(guān)于如圖所示各裝置的敘述中 正確的是 a 裝置 是原電池 總反應(yīng)是 cu 2fe3 cu2 2fe2 b 裝置 中 鐵作負(fù)極 電極反應(yīng)式為 fe3 e fe2 c 裝置 通電一段時(shí)間后石墨 電極附近溶液紅褐色加深d 若用裝置 精煉銅 則d極為粗銅 c極為純銅 電解質(zhì)溶液為cuso4溶液解析 裝置 中fe比cu活潑 fe為負(fù)極 電極方程式為 fe 2e fe2 總反應(yīng)為 2fe3 fe 3fe2 裝置 為膠體的電泳實(shí)驗(yàn) fe oh 3膠體粒子帶正電 在電場(chǎng)中向陰極移動(dòng) 石墨 是陰極 c項(xiàng)正確 裝置 由電流方向可知c為陽極 d為陰極 精煉銅時(shí)陽極為粗銅 陰極為純銅 電解液含cu2 d項(xiàng)錯(cuò)誤 答案 c 答案 b 4 2014 高考廣東卷 某同學(xué)組裝了如圖所示的電化學(xué)裝置 電極 為al 其他均為cu 則 a 電流方向 電極 電極 b 電極 發(fā)生還原反應(yīng)c 電極 逐漸溶解d 電極 的電極反應(yīng) cu2 2e cu 解析 本題綜合考查原電池與電解池知識(shí) 意在考查考生對(duì)電化學(xué)原理的掌握情況 首先應(yīng)根據(jù)圖示判斷左邊兩池通過鹽橋構(gòu)成原電池 產(chǎn)生電流對(duì)右邊硫酸銅溶液進(jìn)行電解 相當(dāng)于精煉銅 電極 為負(fù)極 電極 為正極 所以電流方向 電極 電極 電流方向與電子流動(dòng)方向相反 a正確 電極 上鋁失電子發(fā)生氧化反應(yīng) b錯(cuò) 電極 上有銅析出 c錯(cuò) 電極 的電極反應(yīng) cu 2e cu2 d錯(cuò) 答案 a 5 2014 安慶檢測(cè) 某興趣小組的同學(xué)用下圖所示裝置研究有關(guān)電化學(xué)的問題 當(dāng)閉合裝置的電鍵時(shí) 觀察到電流表的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn) 請(qǐng)回答下列問題 1 甲裝置的名稱是 乙裝置的名稱是 zn為 極 pt為 極 2 寫出電極反應(yīng)式 cu極 c極 3 當(dāng)甲中產(chǎn)生0 1mol氣體時(shí) 乙中析出銅的質(zhì)量應(yīng)為 乙中產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積應(yīng)為 4 若乙中溶液不變 將其電極都換成銅電極 電鍵閉合一段時(shí)間后 乙中溶液的顏色 填 變深 變淺 或 無變化 5 若乙中電極不變 將其溶液換成飽和nacl溶液 電鍵閉合一段時(shí)間后 甲中溶液的ph將 填 增大 減小 或 不變 下同 乙中溶液的ph將 解析 1 zn cu和稀硫酸可構(gòu)成原電池 其中zn是負(fù)極 cu是正極 乙裝置是電解池 c為陰極 pt為陽極 2 cu電極上發(fā)生還原反應(yīng) 2h 2e h2 c電極上也發(fā)生還原反應(yīng) cu2 2e cu 3 通過甲 乙裝置中電子的物質(zhì)的量相等 當(dāng)甲中產(chǎn)生0 1molh2時(shí) 電路中通過0 2mol電子 乙中析出0 1molcu和放出0 1molcl2 4 若將乙中兩個(gè)電極都換成銅 則乙裝置相當(dāng)于電解精煉銅的裝置 陽極溶解的銅和陰極析出的銅一樣多 溶液中cu2 的濃度基本不變 溶液的顏色基本不變 5 若將乙中溶液換成飽和nacl溶液 則乙裝置就是電解飽和食鹽水的裝置 因反應(yīng)生成了naoh 故電解后溶液的ph增大 反應(yīng)時(shí)甲溶液中消耗了h 溶液酸性減弱 ph也增大 答案 1 原電池電解池負(fù)陽 2 2h 2e