2024-2025學(xué)年高二化學(xué)選擇性必修1（配蘇教版）教學(xué)課件 專題1 第2單元 第3課時 電解池的工作原理及應(yīng)用

專題1第二單元第3課時電解池的工作原理及應(yīng)用基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

素養(yǎng)目標(biāo)1.從宏觀和微觀的角度理解電解池中電子的移動、陰陽離子的移動、陰陽兩極上的反應(yīng)及其變化等。2.通過對氯堿工業(yè)、電鍍、電解精煉銅、電冶金等原理的分析,認識電解池中物質(zhì)及能量的變化過程,并運用電解池原理解決實際問題。3.建立對電解過程的系統(tǒng)分析的思維模型,理解電解的規(guī)律,會判斷電解的產(chǎn)物,會書寫電解的電極反應(yīng)式;建立電解應(yīng)用問題的分析思維模型和電解相關(guān)計算的思維模型,加深對電解原理的理解和應(yīng)用。基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)一、電解池的工作原理1.電解熔融氯化鈉如圖為工業(yè)上電解熔融氯化鈉生產(chǎn)金屬鈉的裝置示意圖。容器中盛有熔融的氯化鈉,兩側(cè)分別插入石墨片和鐵片作為電極材料,兩個電極分別與電源的正極和負極相連。(1)通電前,熔融NaCl中存在的微粒有

(填寫離子符號),這些微粒的運動狀態(tài)是

。

Na+、Cl-

自由移動

(2)通電后離子運動方向:陽離子

(填離子符號)移向

電極,發(fā)生

反應(yīng);陰離子

(填離子符號)移向

電極,發(fā)生

反應(yīng)。電極上發(fā)生的反應(yīng)是①鐵電極:

。②石墨電極:

。

(3)由以上分析可知:熔融的NaCl在

作用下發(fā)生了

,分解生成了

。

Na+鐵

還原

Cl-

石墨

氧化

2Na++2e-══2Na

2Cl--2e-══Cl2↑直流電源

氧化還原反應(yīng)

Na和Cl22.電解CuCl2溶液(1)裝置:(2)電極反應(yīng):陰極Cu2++2e-══Cu發(fā)生

反應(yīng)

陽極2Cl--2e-══Cl2↑發(fā)生

反應(yīng)

總反應(yīng)CuCl2Cu+Cl2↑還原

氧化

3.電解和電解池(1)電解是在直流電的作用下,在兩電極上分別發(fā)生

反應(yīng)和

反應(yīng)的過程。

(2)電解池是將

轉(zhuǎn)化為

的裝置。

(3)電極名稱:陰極:與電源

相連的電極,發(fā)生

反應(yīng);

陽極:與電源

相連的電極,發(fā)生

反應(yīng)。

(4)電解池的構(gòu)成條件:具有與

相連接的兩個電極(陰極、陽極),插入

溶液或熔融

中,形成

。

(5)電子流向和離子流向:電子流向:電源

極→電解池

極、電解池

極→電源

極

離子流向:陽離子→電解池

極、陰離子→電解池

極

氧化

還原

電能化學(xué)能負極還原正極氧化直流電源電解質(zhì)電解質(zhì)閉合回路負陰陽正陰陽易錯辨析判一判(1)在電解池中與外接電源負極相連的電極是陽極。(

)(2)在電解池的陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)。(

)(3)電子從電解池的陰極通過電解質(zhì)溶液流入電解池的陽極。(

)×提示

與外接電源負極相連的電極是陰極。

√×提示

電子不能在電解質(zhì)溶液中移動。

二、酸、堿、鹽溶液的電解規(guī)律1.電極反應(yīng)規(guī)律(1)陰極:無論是惰性電極還是活潑電極都不參與電極反應(yīng),發(fā)生反應(yīng)的是溶液中的陽離子。陽離子放電順序:Ag+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>……(2)陽極:溶液中還原性強的陰離子失去電子被氧化,或者電極材料本身失去電子被氧化而溶入溶液中。其放電順序:活潑金屬陽極>S2->I->Cl->OH->含氧酸根。2.酸、堿、鹽溶液的電解規(guī)律(惰性電極)用惰性電極電解下列酸、堿、鹽溶液,請?zhí)顚懴卤?(1)電解水(或相當(dāng)于電解水)型電解質(zhì)溶液硫酸Na2SO4溶液NaOH溶液陽極反應(yīng)式2H2O-4e-══O2↑+4H+4OH--4e-══O2↑+2H2O陰極反應(yīng)式4H++4e-══2H2↑2H2O+2e-

══H2↑+2OH-pH變化

復(fù)原加入物質(zhì)加入

減小不變增大H2O(2)電解電解質(zhì)型。

電解質(zhì)溶液鹽酸CuCl2溶液陽極反應(yīng)式2Cl--2e-══Cl2↑陰極反應(yīng)式2H++2e-══H2↑Cu2++2e-══CupH變化

—復(fù)原加入物質(zhì)加入

加入

增大

HClCuCl2(3)電解質(zhì)和水都發(fā)生電解型。

電解質(zhì)溶液NaCl溶液CuSO4溶液陽極反應(yīng)式2Cl--2e-══Cl2↑2H2O-4e-══O2↑+4H+陰極反應(yīng)式2H2O+2e-══H2↑+2OH-2Cu2++4e-══2CupH變化

復(fù)原加入物質(zhì)加入

加入

增大

減小

HClCuO或CuCO3教材閱讀想一想閱讀教材“電解池的工作原理及應(yīng)用”中的“觀察思考”思考:在氯化銅溶液中存在哪些離子?在直流電作用下,這些離子如何移動?哪些離子優(yōu)先在電極上發(fā)生反應(yīng)?提示

氯化銅溶液中存在的離子有Cu2+、Cl-、H+、OH-。在直流電作用下,溶液中的離子發(fā)生定向移動,Cl-、OH-向陽極移動,因失電子能力:Cl->OH-,故Cl-先失電子生成Cl2;Cu2+、H+向陰極移動,因得電子能力:Cu2+>H+,故Cu2+先得電子生成Cu。易錯辨析判一判(1)用石墨為電極電解熔融氯化鈉的陰極反應(yīng)式為Na++e-══Na。(

)(2)用石墨為陰極、銅為陽極電解硫酸銅溶液的陽極反應(yīng)式為4OH--4e-══O2↑+2H2O。(

)(3)用石墨為電極電解硝酸銀溶液的離子方程式為4Ag++2H2O4Ag+4H++O2↑。(

)(4)銅為陽極電解鹽酸的化學(xué)方程式為Cu+2HClCuCl2+H2↑。(

)√×提示

銅為陽極時,陽極反應(yīng)式為Cu-2e-══Cu2+。

√√三、電解原理的應(yīng)用1.電解飽和食鹽水(1)通電前,氯化鈉溶液中含有的離子:

。通電時

移向陰極,

優(yōu)先放電,

移向陽極,

優(yōu)先放電。

陽極電極反應(yīng)式為:

(

反應(yīng));

陰極電極反應(yīng)式為:

(

反應(yīng));

因

放電,溶液中還生成

。

Na+、Cl-、H+、OH-Na+、H+H+Cl-、OH-Cl-2Cl--2e-══Cl2↑

氧化

2H++2e-══H2↑還原H+NaOH(2)電解的總反應(yīng)式化學(xué)方程式:

;

離子方程式:

;

工業(yè)上習(xí)慣把電解飽和食鹽水叫做

。

2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-氯堿工業(yè)

2.電鍍(1)電鍍是應(yīng)用

的原理在某些金屬或其他材料制品表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。電鍍除了提升美觀和增加表面硬度之外,更主要的目的是增強材料的抗

能力,防止金屬

等,所以電鍍所用的鍍層金屬通常是一些在空氣中或溶液里不易被腐蝕的金屬或合金,如鉻、鎳、銀、銅等。

電解腐蝕氧化(2)根據(jù)下圖,回答下列問題:①電極反應(yīng)式陽極:

;

陰極:

。

②可觀察到的現(xiàn)象是鐵件表面鍍

,銅片

。

③硫酸銅溶液濃度的變化是

。

(3)電鍍是應(yīng)用

原理在某些金屬或其他材料制品表面鍍上一薄層其他

或

的方法。

Cu-2e-══Cu2+Cu2++2e-══Cu一層紅色的銅

不斷溶解

不變

電解

金屬

合金

(4)電鍍池的構(gòu)成:一般都是用

為電鍍液;把

浸入電鍍液中與直流電源的正極相連,作為陽極;

與直流電源的負極相連,作為陰極。

含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液鍍層金屬待鍍金屬制品3.電解精煉銅

電解精煉后溶液中c()不變,c(Cu2+)濃度減小,c(Fe2+)、c(Zn2+)增大(1)粗銅中往往含有鐵、鋅、銀、金等多種雜質(zhì),常用電解的方法進行精煉。其電解池的構(gòu)成是用

作為陽極,用

作為陰極,用

作為電解質(zhì)溶液。

(2)電極反應(yīng)式:陽極為

、

、

等,陰極為

。

(3)電解精煉銅的原理是

失去電子,產(chǎn)生的陽離子殘留在溶液中,

以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽的底部,形成陽極泥,溶液中的銅離子獲得電子成為金屬銅在純銅上析出。

粗銅純銅CuSO4溶液

Cu-2e-══Cu2+Zn-2e-══Zn2+

Fe-2e-══Fe2+

Cu2++2e-══Cu粗銅中比銅活潑的金屬Zn、Fe等

比銅不活潑的金屬Ag、Au等

易錯辨析判一判(1)氯堿工業(yè)是非常重要的化工生產(chǎn),在電解飽和食鹽水時,在陰極上得到的產(chǎn)物為H2和NaOH。(

)(2)電解飽和食鹽水制燒堿,用涂鎳碳鋼網(wǎng)作為陽極。(

)(3)電解法精煉粗銅,用純銅作為陽極。(

)(4)在鍍件上電鍍鋅,用鋅作為陽極。(

)(5)在鍍件上電鍍銅,電鍍過程中陽極減少的質(zhì)量等于陰極增加的質(zhì)量。(

)√×提示

涂鎳碳鋼網(wǎng)作為陰極。

×提示

粗銅作為陽極。

√√重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一電解池的工作原理情境探究將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究中具有重要意義。例如,電解水生產(chǎn)氫氣,電解飽和食鹽水生產(chǎn)燒堿、氯氣、氫氣,電解熔融氯化鈉制取金屬鈉,電解熔融氯化鎂制取金屬鎂等。你知道它們的工作原理嗎?(1)通過教材電解氯化銅溶液的實驗,探究電解池的工作原理。按圖1-21所示裝置進行實驗,將濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在陽極附近。簡述實驗現(xiàn)象及結(jié)論。提示

陰極逐漸覆蓋一層紅色物質(zhì),結(jié)論:有銅生成。陽極有黃綠色、刺激性氣味的氣體產(chǎn)生,濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍,結(jié)論:有氯氣生成。(2)電解時電子通過電解質(zhì)溶液嗎?(3)如何判斷一套裝置是原電池還是電解池?提示

電解質(zhì)溶液通電電解時,在外電路中有電子通過,而溶液中是依靠離子定向移動形成電流。

提示

一看有無外接電源;二看電極材料,電解池中陽極一般為活潑性較差的導(dǎo)電材料且兩電極可以使用相同材料。方法突破1.電解池的工作原理

(1)電解時必須使用直流電源,不能使用交流電源。(2)電解質(zhì)的水溶液或熔融電解質(zhì)均可被電解,因為它們均可電離出自由移動的陰、陽離子。(3)電解過程中,電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲存在電解產(chǎn)物中,轉(zhuǎn)化過程中遵循能量守恒定律。(4)電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))的導(dǎo)電過程,就是電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))的電解過程,是化學(xué)變化,而金屬的導(dǎo)電不發(fā)生化學(xué)變化。(5)電解法是一種強氧化還原手段,可以完成非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。2.原電池和電解池的原理比較

裝置類別原電池電解池原理使氧化還原反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移做定向移動,從而形成電流使電流通過電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程裝置特點將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能實例

裝置類別原電池電解池電極名稱負極正極陰極陽極反應(yīng)類型氧化反應(yīng)還原反應(yīng)還原反應(yīng)氧化反應(yīng)反應(yīng)特征自發(fā)的氧化還原反應(yīng)(主動)借助電流(被動)電極判斷由電極本身決定正極:流入電子負極:流出電子由外電源決定陽極:連電源正極陰極:連電源負極電子流向負極→外電路→正極電解池陽極→電源正極,電源負極→電解池陰極離子移動陽離子向正極移動陰離子向負極移動陽離子向陰極移動陰離子向陽極移動3.電解池中電極名稱判斷的幾種方法(1)根據(jù)外接電源的正、負極判斷:與電源正極連接的是陽極,與電源負極連接的是陰極。(2)根據(jù)電極質(zhì)量變化判斷:如果電極質(zhì)量減輕,該電極一定是陽極;如果質(zhì)量增加,該電極一定是陰極。(3)根據(jù)電極產(chǎn)物判斷:如果電極上產(chǎn)生Cl2或O2,該電極一定是陽極;如果電極上產(chǎn)生H2,該電極一定是陰極。(4)根據(jù)溶液顏色變化判斷:如果電解某中性溶液(如NaCl溶液、Na2SO4溶液)時,某電極附近溶液能使酚酞變紅色,則該電極為陰極(H+放電,OH-的濃度變大)。(5)根據(jù)電解質(zhì)溶液中離子的移動方向判斷:陽離子向陰極移動,陰離子向陽極移動。(6)根據(jù)電極反應(yīng)式判斷:發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是陽極,發(fā)生還原反應(yīng)的電極是陰極。應(yīng)用體驗視角1電解池的原理1.用如圖a所示裝置電解CuCl2溶液(電極為石墨)。下列說法正確的是(

)A.該裝置可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B.圖b可正確表示通電時溶液中溶質(zhì)離子的遷移情況C.陰極發(fā)生的反應(yīng)為Cu-2e-

══Cu2+D.用該裝置電解CuSO4與NaCl的混合液,開始時與電解CuCl2溶液的原理相同D解析

該裝置為電解池,可將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,A錯誤;電解池中陽離子向陰極移動,陰離子向陽極移動,故Cu2+向陰極移動,Cl-向陽極移動,B錯誤;陰極上Cu2+發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為Cu2++2e-══Cu,C錯誤;電解CuSO4與NaCl的混合液,氧化性:Cu2+>H+>Na+,還原性:Cl->OH->,開始放電時,Cu2+和Cl-在兩極放電,相當(dāng)于電解CuCl2溶液,D正確。歸納總結(jié)

電解池的陰極、陽極的判斷方法

2.某小組為研究電化學(xué)原理,設(shè)計如圖所示裝置。下列敘述正確的是(

)A.若a和b為石墨,通電后a極上發(fā)生的電極反應(yīng)為2Cl--2e-══Cl2↑B.若a和b為石墨,通電后b極上發(fā)生氧化反應(yīng)C.若a為銅,b為鐵,通電后a極質(zhì)量增加D.若a為鐵,b為銅,通電后Cu2+向鐵電極移動A解析

石墨是惰性電極,a極與電源的正極相連,作電解池的陽極,通電后a極上發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為2Cl--2e-══Cl2↑,A正確;b極與電源的負極相連,作電解池的陰極,通電后發(fā)生還原反應(yīng),B錯誤;Cu是活性電極,若a為銅,通電后a極的電極反應(yīng)式為Cu-2e-══Cu2+,則a極質(zhì)量減小,C錯誤;電解池的電解質(zhì)溶液中,陽離子向陰極移動,若a為鐵,b為銅,則通電后Cu2+向Cu電極移動,D錯誤。視角2電解池的有關(guān)判斷3.某同學(xué)將電解池工作時電子、離子移動方向等信息表示在下圖中,下列有關(guān)分析完全正確的是(

)選項ABCDa電極陽極陰極陽極陰極d電極正極正極負極負極Q離子陽離子陽離子陰離子陰離子B解析

電子由電源的負極流出,故a是陰極,d是正極,電解池的溶液中陽離子移向陰極,Q離子為陽離子,故選B。4.將如圖所示實驗裝置的K閉合(已知:鹽橋中裝有瓊脂凝膠,內(nèi)含KCl),下列判斷正確的是(

)A.片刻后甲池中c()增大B.電子沿Zn→a→b→Cu路徑移動C.Cu電極上發(fā)生還原反應(yīng)D.片刻后可觀察到濾紙b處變紅色C解析

原電池中陰離子向負極移動,即鹽橋中的Cl-移向甲燒杯,所以片刻后甲池中c(Cl-)增大,c()不變,A項錯誤;電子沿Zn→a、b→Cu路徑流動,電子不進入電解質(zhì)溶液,B項錯誤;該原電池中Zn作為負極,Cu作為正極,正極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng),C項正確;濾紙b處是電解池的陽極,溶液中OH-放電,使得b處c(H+)增大,故濾紙b處不會變色,而a處是電解池的陰極,溶液中H+放電,使得a處c(OH-)增大,故變紅的是濾紙a處,D項錯誤。探究二惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律情境探究英國化學(xué)家戴維堅持不懈地從事利用電池分解各種物質(zhì)的實驗研究。他先用苛性鉀的飽和溶液進行實驗,所得的結(jié)果卻和電解水一樣,只得到氫氣和氧氣。后來他改變實驗方法,電解熔融的苛性鉀,在陰極上出現(xiàn)了具有金屬光澤的、類似水銀的小珠。就這樣,戴維在1807年10月6日發(fā)現(xiàn)了金屬鉀,幾天之后,他又從電解苛性鈉中獲得了金屬鈉。(1)電解苛性鉀的飽和溶液的原理是什么?提示

電解KOH溶液時,陽極為OH-放電,陰極是H+放電,電解產(chǎn)物為O2和H2。(2)電解過程中放H2生堿型和放O2生酸型的實質(zhì)是什么?在放H2生堿型的電解池中,若滴入酚酞溶液,哪一極附近溶液變紅?提示

放H2生堿型實質(zhì)是水電離出的H+在陰極上放電,使溶液中的OH-濃度增大,若滴入酚酞溶液,陰極附近溶液變紅;放O2生酸型的實質(zhì)是水電離出的OH-在陽極上放電,溶液中的H+濃度增大。方法突破1.陽極產(chǎn)物的判斷(1)活性金屬電極(金屬活動性順序中Ag及其前面的金屬),金屬電極失電子,生成對應(yīng)的金屬陽離子,陰離子不放電。(2)惰性電極(Au、Pt、石墨),溶液中的陰離子失電子,生成對應(yīng)的非金屬單質(zhì)或高價化合物。陰離子放電順序:S2->I->Br->Cl->OH->高價態(tài)含氧酸根>F-。2.陰極產(chǎn)物的判斷(1)與電極材料無關(guān),直接根據(jù)陽離子放電順序進行判斷,溶液中的陽離子得電子生成對應(yīng)的單質(zhì)或低價化合物。(2)陽離子的放電順序:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>較活潑金屬陽離子(注意Fe3+的順序)。3.分析電解問題的基本方法思路(1)首先判斷陰、陽極,分析陽極材料是惰性電極還是活潑電極。(2)再分析通電前溶液中含有哪些陰、陽離子(包括水電離出的H+和OH-)。(3)然后根據(jù)通電后,陰離子移向陽極,陽離子移向陰極,結(jié)合放電順序分析誰先在電極放電。(4)判斷電極產(chǎn)物,正確書寫電極反應(yīng)式要注意遵循原子守恒和電荷守恒。(5)結(jié)合題目要求分析電解時的各種變化情況,如兩極現(xiàn)象、離子濃度的變化、pH變化等。4.書寫電解池電極反應(yīng)式需注意的問題(1)陽極材料不同,電極反應(yīng)式可能不同。用惰性電極電解飽和食鹽水2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-用銅作為電極電解飽和食鹽水Cu+2H2OH2↑+Cu(OH)2↓(2)要注意電解質(zhì)溶液中未參與放電的離子是否可與放電后生成的離子發(fā)生反應(yīng)。用惰性電極電解飽和食鹽水2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-用惰性電極電解MgCl2溶液Mg2++2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+Mg(OH)2↓用惰性電極電解AlCl3溶液2Al3++6Cl-+6H2O3Cl2↑+3H2↑+2Al(OH)3↓應(yīng)用體驗視角1電解產(chǎn)物的判斷1.(2024黑龍江黑河五校聯(lián)考)用惰性電極電解等物質(zhì)的量Na2SO4、AgNO3、KCl混合之后的溶液,最先從陰極和陽極上析出的物質(zhì)分別是(

)A.H2和Cl2 B.Ag和Cl2 C.H2和O2 D.Ag和O2C解析

用惰性電極電解,不考慮電極的影響。等物質(zhì)的量的Na2SO4、AgNO3、KCl在溶液中首先生成AgCl沉淀,實際相當(dāng)于電解Na2SO4和KNO3的混合溶液,相當(dāng)于電解水,兩極分別生成H2和O2。2.某溶液中含有兩種溶質(zhì)NaCl和H2SO4,它們的物質(zhì)的量之比為3∶1,用石墨作為電極電解該混合溶液時,下列敘述不正確的是(

)A.陰極自始至終只析出H2B.陽極先析出Cl2,后析出O2C.電解最后階段為電解水D.溶液酸性減弱,最后呈中性D解析

根據(jù)放電順序,陽極為Cl->OH-,陰極只有H+放電,所以陰極自始至終只析出H2,故A項正確;根據(jù)放電順序陽極為Cl->OH-,先是Cl-放電生成氯氣,后面OH-放電生成氧氣,故B項正確;電解到最后,陽極OH-放電、陰極H+放電,所以實際是電解水,故C項正確;設(shè)n(NaCl)=3

mol,n(H2SO4)=1

mol,且2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,則反應(yīng)后溶液中溶質(zhì)為NaOH和Na2SO4,所以溶液呈堿性,且由于最后階段電解水,則溶液堿性增強,故D項錯誤。視角2惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律3.用石墨作電極,電解下列物質(zhì)的溶液,其實質(zhì)不是電解水的是(

)A.NaNO3 B.NaOHC.Na2SO4 D.BaCl2D解析

電解過程中,陽極上OH-放電,陰極上H+放電,其實質(zhì)是電解水。電解BaCl2溶液時,陽極上氯離子放電,陰極上氫離子放電,其實質(zhì)不是電解水。4.如圖為直流電源電解稀Na2SO4溶液的裝置,通電后在石墨電極a和b附近分別滴加幾滴石蕊溶液。下列實驗現(xiàn)象正確的是(

)A.逸出氣體的體積,a電極的小于b電極的B.一電極逸出無味氣體,另一電極逸出刺激性氣味氣體C.a電極附近溶液呈紅色,b電極附近溶液呈藍色D.a電極附近溶液呈藍色,b電極附近溶液呈紅色D解析

電解稀Na2SO4溶液,實質(zhì)是電解水,b電極為陽極,電極反應(yīng)式為2H2O-4e-══4H++O2↑,a電極為陰極,電極反應(yīng)式為4H2O+4e-

══2H2↑+4OH-。a電極逸出氫氣,b電極逸出氧氣,氫氣和氧氣都是無色無味的氣體,且a電極產(chǎn)生氫氣的體積是b電極產(chǎn)生氧氣體積的2倍,A、B均錯誤;a電極附近溶液中c(OH-)增大,石蕊溶液變藍色,b電極附近溶液中c(H+)增大,石蕊溶液變紅色,C項錯誤,D項正確。探究三電解原理的應(yīng)用情境探究電解原理在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛,如工業(yè)上用電解飽和氯化鈉溶液的方法來制取氫氧化鈉(NaOH)、氯氣(Cl2)和氫氣(H2),并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品,稱為氯堿工業(yè)。在日常生活中我們使用的炊具、餐具、鎖、螺絲等,表面覆蓋的金屬都是通過電鍍鍍上的。電鍍就是利用電解原理在某些金屬或其他材料的表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程,從而起到防止金屬氧化(如銹蝕)、提高耐磨性、反光性、光滑性及增進美觀等作用。(1)電解氯化鈉溶液時,如何用簡便的方法檢驗產(chǎn)物?(2)電解氯化鈉溶液的產(chǎn)物之間可能發(fā)生哪些化學(xué)反應(yīng)?工業(yè)生產(chǎn)中,是怎樣避免這些反應(yīng)發(fā)生的?簡述其原理。提示

陽極產(chǎn)物Cl2可以用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗,陰極產(chǎn)物H2可以通過點燃檢驗,NaOH可以用酚酞溶液檢驗。提示

NaOH會與Cl2反應(yīng)生成NaCl、NaClO和H2O,影響NaOH的純度和產(chǎn)量,H2和Cl2混合遇明火會發(fā)生爆炸。采用陽離子交換膜電解槽電解氯化鈉溶液,陽離子交換膜只允許陽離子(Na+)通過,而阻止陰離子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通過,把電解槽隔成陰極室和陽極室,防止了Cl2和H2混合,避免了Cl2與NaOH接觸而發(fā)生反應(yīng)。(3)電鍍時,若用鍍層金屬作為陽極材料,電鍍液中的陽離子濃度是否會發(fā)生明顯的變化?提示

不會;因為陽極上生成陽離子的物質(zhì)的量與陰極上消耗陽離子的物質(zhì)的量相等,所以溶液中陽離子濃度不會發(fā)生明顯變化。方法突破1.電解原理的應(yīng)用(1)氯堿工業(yè):用電解飽和食鹽水的方法來制取NaOH、Cl2、H2,并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品。工業(yè)電解飽和食鹽水制備燒堿時必須阻止OH-移向陽極,以使NaOH在陰極溶液中富集,常用陽離子交換膜將兩溶液分開,使陽離子能透過陽離子交換膜,而陰離子不能通過。如:氯堿工業(yè)中電解飽和食鹽水的原理如圖所示,溶液A的溶質(zhì)是NaOH。(2)電鍍的特點是“一多、一少、一不變”:“一多”是指陰極上有鍍層金屬沉積;“一少”是指陽極上有鍍層金屬溶解;“一不變”是指電解質(zhì)溶液的濃度不變。(3)電解精煉中,比需要精煉的金屬活潑的雜質(zhì)溶解,而比需要精煉的金屬活潑性弱的雜質(zhì)會沉積(如精煉鎳時Cu也會沉積)。2.銅的電解精煉與電鍍銅對比

裝置類型電解精煉銅電鍍銅電極材料陰極純銅鍍件陽極粗銅純銅電極反應(yīng)式陽極Cu-2e-══Cu2+等Cu-2e-══Cu2+陰極Cu2++2e-══CuCu2++2e-══Cu電解質(zhì)溶液濃度的變化Cu2+減少,粗銅中比銅活潑的金屬陽離子進入溶液電解質(zhì)溶液成分及濃度均不變3.電解計算的三種常用方法(1)根據(jù)得失電子守恒法計算:用于串聯(lián)電路中各電極產(chǎn)物的計算,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)方程式計算:先寫電極反應(yīng)式,再寫總反應(yīng)方程式,最后根據(jù)總反應(yīng)方程式計算。(3)根據(jù)關(guān)系式計算:根據(jù)電子得失相等找到已知量與未知量之間的橋梁,得出計算所需的關(guān)系式。應(yīng)用體驗視角1電解法提純、制備物質(zhì)1.(2024福建福州八縣市聯(lián)考)鈷(Co)的合金材料廣泛應(yīng)用于航空航天、機械制造等領(lǐng)域。如圖為電解方法制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是(

)A.石墨電極與電源的負極相連B.電解過程中,Ⅱ室溶液的pH減小C.移除陽離子交換膜后,石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)不變D.外電路每通過1mol電子,Ⅲ室溶液質(zhì)量理論上減少29.5gB解析

利用電解方法制備金屬鈷,推測Co電極反應(yīng)式為Co2++2e-══Co,則Co電極是陰極,石墨電極是陽極,與電源的正極相連,A錯誤;電解時,石墨陽極的反應(yīng)為2H2O-4e-══O2↑+4H+,為維持電解液呈電中性,Ⅰ室中H+透過陽離子交換膜向Ⅱ室移動,同理,Ⅲ室中Cl-透過陰離子交換膜向Ⅱ室移動,故電解過程中Ⅱ室c(HCl)變大,pH減小,B正確;移除陽離子交換膜后,石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)變?yōu)?Cl--2e-══Cl2↑,C錯誤;Ⅲ室中Co2++2e-══Co,Cl-通過陰離子交換膜由Ⅲ室向Ⅱ室移動,當(dāng)外電路每通過1

mol

電子時,有0.5

mol

Co2+和1

mol

Cl-脫離Ⅲ室溶液,故Ⅲ室溶液質(zhì)量理論上減少0.5

mol×130

g·mol-1=65

g,D錯誤。歸納總結(jié)

離子交換膜的分類和應(yīng)用

2.(2024河北保定檢測)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PtD解析

陰極發(fā)生還原反應(yīng),其電極反應(yīng)式:Ni2++2e-══Ni,故A錯誤;電解過程中,陽極中Fe、Zn、Ni失去電子被氧化,Cu、Pt形成陽極泥,而陰極只有鎳離子得電子被還原,陽極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加不相等,故B錯誤;電解后,溶液中存在的金屬陽離子有Fe2+、Ni2+和Zn2+,故C錯誤;電解時,銅和鉑的還原性弱于鎳,不能失去電子被氧化,電解后,在電解槽底部形成陽極泥,故D正確。3.采用惰性電極,以去離子水和氧氣為原料通過電解法制備過氧化氫的裝置如圖所示。忽略溫度變化的影響,下列說法錯誤的是(

)A.陰極的反應(yīng)為O2+2e-+2H+══H2O2B.電解一段時間后,陽極室的pH未變C.電解過程中,H+由a極區(qū)向b極區(qū)遷移D.電解一段時間后,a極生成的O2與b極反應(yīng)的O2等量D解析

以去離子水和氧氣為原料通過電解法制備過氧化氫,氧氣得電子并結(jié)合H+生成過氧化氫,陰極的電極反應(yīng)為O2+2e-+2H+