[2013届高三一轮化学复习]电解池原理及其应用

化学基本理论电解原理及应用(第一课时）目标解读•1、了解电解池的构成，理解电解原理•2、掌握常见离子在阴阳两极上的放电顺序，能够准确判断两极的产物及变化，能够正确书写电极反应及总反应方程式•3、了解氯碱工业的反应原理，了解电镀池及铜的电解精炼的工作原理•4、理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施一、电解池原理1.定义：(1)直流电源(2)电解质溶液或熔融电解质(3)固体电极材料（活性或惰性）(4)形成闭合的回路电能转化为化学能的装置为电解池.2.构成3.电极名称：与电源负极相连的电极为阴极与电源正极相连的电极为阳极思考：电极的判断方法？—还原反应—氧化反应例1.判断下列装置属于电解池的是4.电子、离子定向移动方向及反应“电子由负极流向阴极，从阳极流回正极”电解池必发生得电子的还原反应必发生失电子的氧化反应★.电子传递方向:电子从原电池的负极出发,经过导线回到电解池的阴极,再由离子通过电解液传到阳极,离子在阳极失去电子,电子经导线回到原电池的正极练习2.指出该装置中电解池的阴阳极，写出电极反应式及总反应的化学方程式。练习3.在CuCl2溶液中有自由移动的Cu2+、Cl-、H+、OH-，为什么只有Cu2+、Cl-得失电子，而H+、OH-却不能或很难在两极上得失电子呢？在阴、阳极上，离子的放电顺序又是怎样的？阳极：2Cl-=Cl2↑+2e-阴极：Cu2++2e-=Cu总反应：CuCl2Cl2↑+Cu电解5.离子放电顺序及电解产物的判断活泼金属作阳极S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH－＞含氧酸根（1）阳极上（氧化反应Pt、Au除外)）(2)阴极上（还原反应）无论是惰性电极还是金属电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上放电顺序是：上述顺序基本上是金属活动性顺序，越活泼的金属，其阳离子越难得到电子，但Fe3+氧化性较Cu2+强。Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+1.通电前，溶液中有哪些离子？运动情况如何？思考3.当离子定向移动到电极表面时，发生的是什么类型的反应？2.通电后，离子的运动情况有什么改变？CuCl2=Cu2++2Cl-H2OH++OH-阳离子：Cu2+、H+移向阴极阴离子：Cl-、OH-移向阳极无规则运动定向运动氧化还原反应练习1：说出下列装置中电解池的阴阳极，写出电极反应式及总反应的化学方程式、离子方程式。阳极：阴极：总反应：2Cl--2e-=Cl2↑2H++2e-=H2↑2HCl==H2↑+Cl2↑通电2H++2Cl-==H2↑+Cl2↑通电6.电极反应式书写阳极：阴极：总反应：阳极：阴极：总反应：通电4AgNO3+2H2O==4Ag+O2↑+4HNO3通电2NaBr+2H2O==2NaOH+H2↑+Br2通电4Ag++2H2O==4Ag+O2↑+4H+通电2Br-+2H2O==2OH-+H2↑+Br24OH--4e-=O2↑+2H2O4Ag++4e-=4Ag2Br--2e-=Br22H++2e-=H2↑阳极：阴极：2CuSO4+2H2O==2H2SO4+O2↑+2Cu通电总反应：2Cu2++2H2O==4H++O2↑+2Cu通电阳极：阴极：总反应：2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOH通电2Cl-+2H2O=H2↑+Cl2↑+2OH-通电2Cu2++4e-=2Cu4OH--4e-=2H2O+O2↑2Cl-+2e-=Cl2↑2H++2e-=H2↑阳极：阴极：总反应：Na2SO4溶液2H2O==2H2↑+O2↑通电阳极：阴极：2H2O=2H2↑+O2↑通电总反应：H2SO4溶液4OH--4e-=2H2O+O2↑4H++4e—=2H2↑4OH--4e-=2H2O+O2↑4H++4e—=2H2↑NaOH溶液阳极：阴极：总反应：2H2O=2H2↑+O2↑通电4OH--4e-=2H2O+O2↑4H++4e—=2H2↑化学基本理论电解原理及应用（第二课时）目标解读•1、了解电解池的构成，理解电解原理•2、掌握常见离子在阴阳两极上的放电顺序，能够准确判断两极的产物及变化，能够正确书写电极反应及总反应方程式•3、了解氯碱工业的反应原理，了解电镀池及铜的电解精炼的工作原理•4、理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施复习：离子放电顺序及电解产物的判断活泼金属作阳极(Pt、Au除外)S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH－＞含氧酸根（1）阳极上（氧化反应）(2)阴极上（还原反应）无论是惰性电极还是金属电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上放电顺序是：上述顺序基本上是金属活动性顺序，越活泼的金属，其阳离子越难得到电子，但Fe3+氧化性较Cu2+强。Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+阳极：阴极：总反应：通电4AgNO3+2H2O==4Ag+O2↑+4HNO3通电4Ag++2H2O==4Ag+O2↑+4H+4OH--4e-=O2↑+2H2O4Ag++4e-=4Ag练习：说出下列电解池的阴阳极，写出电极反应式及总反应的化学方程式、离子方程式。阳极：阴极：2CuSO4+2H2O==2H2SO4+O2↑+2Cu通电总反应：2Cu2++2H2O==4H++O2↑+2Cu通电阳极：阴极：总反应：2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOH通电2Cl-+2H2O=H2↑+Cl2↑+2OH-通电2Cu2++4e-=2Cu4OH--4e-=2H2O+O2↑2Cl-+2e-=Cl2↑2H++2e-=H2↑以碳棒为电极，电解下列物质的水溶液时，在阴、阳两极上分别是什么离子放电？总结有什么特点或规律？动脑筋总结1.HCl、CuCl22.NaCl、AgNO3、CuSO43.Na2SO4、H2SO4、NaOH实质电解的只是溶质本身实质电解的是溶质和H2O实质电解的就是H2O★电解规律(用惰性材料作电极时)⑴、电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液时，实质上是电解水。如电解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液时其电极反应式为：阳极：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑阴极：4H++4e－＝2H2↑总反应：2H2O＝＝O2↑+2H2↑电解电解后溶液中溶质的质量分数增大，若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的水即可。★电解规律(用惰性材料作电极时)⑵、电解无氧酸溶液(氢氟酸除外)、不活泼金属的无氧酸盐溶液时，实质上是电解质本身被电解。如电解盐酸、CuCl2溶液等时电解后溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的溶质(通入一定量的HCl气体)阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑阴极：2H++2e－＝H2↑总反应：2HCl＝＝Cl2↑+H2↑电解电解盐酸★电解规律(用惰性电极电解时)⑶、电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质和水都有一部分被电解，如电解CuSO4溶液、AgNO3溶液等。阳极：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑阴极：2Cu2++4e－＝2Cu总反应：2CuSO4+2H2O＝2Cu+O2↑+2H2SO4电解电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物。如：电解CuSO4、AgNO3溶液等★电解规律(用惰性材料作电极时)⑷、电解活泼金属的含氧酸盐溶液时，电解质和水都有一部分被电解，如电解NaCl溶液等。电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需通入一定量的HCl。阳极(C)：2Cl－－2e－＝Cl2↑阴极(C)：2H++2e－＝H2↑总反应：2NaCl+2H2O＝＝2NaOH+Cl2↑+H2↑电解（1）电解时，只生成H2而不生成O2，则溶液的pH。（2）电解时，只生成O2而不生成H2，则溶液的pH。（3）电解时，既生成H2又生成O2，则实际为电解水。①若为酸性pH，②若碱性溶液，则溶液的pH，③若为中性，则pH。增大减小减小增大不变7.电解过程中溶液pH的变化规律练习4．下图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法正确的是()A．X是正极，Y是负极B．X是负极，Y是正极C．CuSO4溶液的PH值逐渐减小D．CuSO4溶液的PH值不变a•XY•bPtCuCuSO4溶液NaCl和酚酞溶液AC练习5.右图中x、y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色无臭气体放出,符合这一情况的()A分析电解反应的一般思路：明确溶液中存在哪些离子根据阴阳离子放电顺序及阳极氧化、阴极还原分析得出产物阴阳两极附近有哪些离子小结3想一想？如果要在某铁制品表面镀上一层银，请你选择合适的电极材料和电镀液，并写出电极反应方程式。阴极——某铁制品阳极——金属银电镀液——含有硝酸银的溶液阳极：Ag→Ag++e-阴极：Ag+＋e－→Ag溶液中离子浓度不变（一）电镀1、定义：利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或是合金的过程。2、目的：4、电镀的特点：3、电镀材料的选择：阴极——镀件电镀液——含有镀层金属离子的溶液阳极——镀层金属使金属增强抗腐蚀的能力，增加美观和表面硬度。1）阳极本身参加电极反应2）电解质溶液的浓度保持不变二、电解池原理的应用（二）铜的电解精炼阳极：Cu-2e-=Cu2+阴极：Cu2++2e-=Cu杂质比铜活泼的Zn、Ni、Fe等：Zn-2e-=Zn2+Ni-2e-=Ni2+Fe-2e-=Fe2+活泼性在铜之后的银、金等还原性比铜差的，不能失去电子，它们以单质的形式留在溶液中，成为阳极泥。电解质溶液硫酸铜的浓度略有减小。练习6.电解精炼铜时，阳极减少的质量与阴极增加的质量相等吗？提示：不相等．电解精炼铜时，粗铜作阳极，在Cu失电子的同时，粗铜中活泼金属也能失电子进入溶液，不活泼金属沉淀在电解槽底部形成阳极泥，而在阴极上Cu2＋＋2e－===Cu，虽然两极得失电子数相等，但阳极减少的质量大于阴极增加的质量．••(三）氯碱工业•（1）在NaCl溶液中,NaCl电离出，H2O电离出。通电后，在电场的作用下，向阴极移动，向阳极移动。在阳极，由于容易失去电子，被氧化生成。阳极方程式：;（2）在阴极，由于容易得到电子被还原生成．使H2O电离向右移动，因此阴极浓度增大PH。•阴极方程式：。Na+、Cl-H+、OH-Cl-、OH-Cl-Cl2H+H2OH-增大Na+、H+2Cl--2e-Cl22H++2e-H2•总化学方程式：;•总离子方程式:.•(3)电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：•___________，两极极板上都有气体产生，如何检验气体的种类？NaOH2HClOH2NaCl2222电解OH2HClOH2Cl2222电解阴极附近的溶液由无色变为红色阳极:把湿润的碘化钾淀粉试纸靠近阳极附近,产生气体使湿润KI淀粉试纸变蓝色.(2)避免生成物H2和Cl2混合,因为:.(1)避免Cl2与NaOH溶液反应,使产品不纯,反应方程式:.Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O混合遇火或遇强光爆炸解决方法:使用离子交换膜(四）电冶金金属冶炼：Mn＋＋ne－===M.(1)电解熔融的氯化钠冶炼金属钠：①阳极反应：.②阴极反应：.③总反应：.2Cl－－2e－===Cl2↑2Na＋＋2e－===2Na2NaCl(熔融)=====电解2Na＋Cl2↑(2)电解熔融的氯化镁冶炼金属镁：①阳极反应：.②阴极反应：.③总反应：.2Cl－－2e－===Cl2↑Mg2＋＋2e－===MgMgCl2(熔融)=====电解Mg＋Cl2↑(3)电解熔融的氧化铝冶炼金属铝：①阳极反应：.②阴极反应：.③总反应：.6O2－－12e－===3O2↑4Al3＋＋12e－===4Al2Al2O3(熔融)=====电解4Al＋3O2↑化学基本理论电解原理及应用(第三课时）目标解读•1、了解电解池的构成，理解电解原理•2、掌握常见离子在阴阳两极上的