1、第3課時電解池的工作原理電解原理1電解(1)概念：使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程。(2)特點：電解是最強有力的氧化還原手段，是不可逆(填“可逆”或“不可逆”)的。從本質(zhì)上看，電解質(zhì)溶液的導電過程就是電解質(zhì)溶液的電解過程。2電解池(1)概念：將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置。(2)構(gòu)成條件：兩個電極，電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)，直流電源，構(gòu)成閉合回路。(3)工作原理(以惰性電極電解氯化銅為例)。實驗裝置：原理分析：探究點一電解時電極名稱和電解產(chǎn)物的判斷1電極名稱的判斷(1)根據(jù)電源正、負極，離子移動方向、發(fā)生反應(yīng)類型判斷，具體如下：(2)依據(jù)電極產(chǎn)物如果電極上析出cl2或o2，它一

2、定是陽極；如果電極上產(chǎn)生h2，它一定是陰極。(3)根據(jù)實驗現(xiàn)象判斷陰、陽極實際題目中往往不給出電解池的電源，而是給出一些實驗現(xiàn)象，據(jù)此先判斷出是何種離子放電，從而確定出電源的正負極和電解池的陰陽極，并進行有關(guān)問題的分析。滴入酚酞試劑顯紅色的一極(說明h放電顯堿性)是陰極，接電源的負極，電極反應(yīng)是2h2e=h2。滴入石蕊試劑顯紅色的一極(說明oh放電顯酸性)是陽極，接電源的正極，電極反應(yīng)是4oh4e=2h2oo2。電極增重的一極(說明不活潑金屬離子放電析出金屬)是陰極，接電源的負極，如cu2放電時cu22e=cu。2電解時電極產(chǎn)物的判斷(1)陽極產(chǎn)物的判斷首先看電極，如果是活性電極(金屬活動性順

3、序表ag以前)，則電極材料失電子，電極溶解，溶液中的陰離子不能失電子。如果是惰性電極(pt、au、石墨)，則看溶液中的離子的失電子能力。此時根據(jù)陰離子放電順序加以判斷(放電順序即為得、失電子能力順序)。陽極上的放電順序：s2>i>br>cl>oh>no>so>f。即：活性陽極(金屬)>無氧酸根離子>oh>含氧酸根離子>f。注意：在溶液中含氧酸根離子不放電，常指最高價(中心原子)含氧酸根離子不放電，但非最高價(中心原子)含氧酸根離子的放電能力比oh的強，如so、mno等。(2)陰極陽離子的放電順序陽離子的放電順序基本上符合金屬活動

4、性順序表，在陽離子放電能力由強到弱排列時，一般將h的位置放在cu2之后。但在電鍍條件下，h的位置放在zn2之后，fe2、zn2與h順序顛倒，即在水溶液中fe2、zn2的得電子能力比h強，可認為水電離產(chǎn)生的c(h)很小之故。1用惰性電極電解氯化鎂溶液，在陰極觀察到現(xiàn)象是怎樣的？提示：用惰性電極電解氯化鎂溶液，mg2和h向陰極移動，因h的氧化性強，故h放電產(chǎn)生氫氣，同時生成的oh與mg2結(jié)合產(chǎn)生氫氧化鎂沉淀。2用鐵電極電解氯化鈉溶液，在陽極產(chǎn)生的是黃綠色氣體嗎？提示：不是。此時鐵電極是活性電極，在陽極是鐵失去電子溶解，氯離子不放電。【例1】如圖所示裝置中，a、b都是惰性電極，通電一段時間后，b極附

5、近溶液呈藍色。下列說法中不正確的是()ax是正極，y是負極ba極產(chǎn)生氫氣，b極生成i2ca極和pt電極都有氣泡產(chǎn)生du形管中溶液的堿性增強【解析】淀粉遇碘變藍b極生成i2，即確定b極發(fā)生反應(yīng)2i2e=i2，則b極是陽極，x是負極，y是正極，a極h放電，發(fā)生反應(yīng)2h2e=h2，產(chǎn)生氫氣，u形管中總反應(yīng)式為2ki2h2o2kohh2i2，溶液的堿性增強，故a錯誤，b、d正確；石墨為陰極，鉑為陽極，電極反應(yīng)分別是cu22e=cu,4oh4e=2h2oo2，c正確。【答案】a用石墨作電極電解0.1 mol·l1的nacl溶液，通電一段時間后發(fā)現(xiàn)，相同條件下兩極收集的氣體體積之比為43，下列說

6、法正確的是(d)a在電解后的溶液中注入一定量的濃鹽酸可以使溶液恢復到電解前狀態(tài)b在電解后的溶液中通入標準狀況下的氯化氫氣體4.48 l，并注入0.2 mol水可以使溶液恢復到電解前狀態(tài)c陰極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量是陽極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量的d陽極產(chǎn)生的氣體的平均摩爾質(zhì)量為58 g·mol1解析：分析電解過程，陽極產(chǎn)生氯氣，電極反應(yīng)式為2cl2e=cl2，陰極產(chǎn)生氫氣，電極反應(yīng)式為2h2o2e=h22oh，根據(jù)電子守恒可知，氯氣和氫氣的體積相等，若兩極收集的氣體體積之比為43，則說明發(fā)生了過度電解，假設(shè)電解過程中生成氯氣的物質(zhì)的量為a mol，則對應(yīng)生成的氫氣的物質(zhì)的量也為a mol，之

7、后電解氫氧化鈉溶液的實質(zhì)是電解水，即陽極生成氧氣，陰極生成氫氣，二者的物質(zhì)的量之比為12，故可分別設(shè)其為b mol和2b mol。根據(jù)題意得，即b。若要使電解后的溶液恢復至電解前狀態(tài)，則應(yīng)向溶液中通入2a mol氯化氫氣體并注入2b mol(或a mol)水，即當n(hcl)n(h2o)21時，才有可能使溶液恢復到電解前狀態(tài)，b項錯誤。按照n(hcl)n(h2o)21配制所得到的鹽酸濃度遠遠大于濃鹽酸的濃度，故a項錯誤。陽極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量是陰極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量的，c項錯誤。陽極產(chǎn)生的氣體為a mol氯氣和 mol氧氣，則平均摩爾質(zhì)量為58 g·mol1，d項正確。探究點二電

8、解的有關(guān)計算1電化學反應(yīng)中的計算方法有關(guān)電解的計算通常是求電解后某產(chǎn)物的質(zhì)量、氣體的體積、某元素的化合價、元素的相對原子質(zhì)量、溶液的ph及物質(zhì)的量濃度等。不論哪種計算，均可概括為下列四種方法：2.掌握幾種等量關(guān)系式(1)當電流通過一個或多個串聯(lián)的電解池時，它們皆處于同一閉合電路中，所以各池的電流強度相等，同一時間內(nèi)通過的電子的物質(zhì)的量相等。(2)常見電化學計算的對應(yīng)關(guān)系：h2cl2o2cu2ag2h2oh。如電解中析出氣體時，在同溫同壓下析出各氣體物質(zhì)的量之比為n(h2)n(cl2)n(o2)110.5。總之，電解混合溶液時要注意電解的階段性，電極反應(yīng)式和總電池反應(yīng)式，電解產(chǎn)物與轉(zhuǎn)移電子數(shù)之間

9、的關(guān)系式是電化學計算的主要依據(jù)。【例2】電解100 ml c(h)0.30 mol/l的下列溶液，當電路中通過0.04 mol電子時，理論上析出金屬的質(zhì)量最大的是()a0.10 mol/l ag b0.20 mol/l zn2c0.20 mol/l cu2 d0.20 mol/l pb2【思路分析】根據(jù)放電順序結(jié)合轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量計算析出金屬的質(zhì)量。【解析】a項中，ag先放電，h后放電，電極反應(yīng)為age=ag,2h2e=h2，當電路中通過0.04 mol電子時，只析出0.01 mol金屬銀，即1.08 g。與a項類似，c項中析出金屬銅0.02 mol，即1.28 g。b項中，h先放電，zn2

10、后放電，電極反應(yīng)為2h2e=h2，zn22e=zn，當電路中通過0.04 mol電子時，先放出0.015 mol h2，后析出0.005 mol金屬鋅，即0.325 g。與b項類似，d項中析出金屬鉛0.005 mol，即1.035 g。【答案】c將分別盛有熔融的kcl、mgcl2、al2o3的三個電解槽串聯(lián)，在一定條件下，用惰性電極電解，通電一段時間后，析出的k、mg、al的物質(zhì)的量之比為(c)a123 b321 c632 d631解析：根據(jù)串聯(lián)電路中通過各電解池的電子總數(shù)相等，設(shè)電路中通過1 mol e，由ke=k可得，析出1 mol k；由mg22e=mg可得，析出1/2 mol mg；由

11、al33e=al可得，析出1/3 mol al，則n(k)n(mg)n(al)11/21/3632，故正確答案為c。探究點三惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律1以惰性電極電解電解質(zhì)溶液，分析電解反應(yīng)的一般方法和步驟分析電解質(zhì)溶液的組成，找出有關(guān)離子，并分為陰離子、陽離子兩組；分別對陰、陽離子排出放電順序，寫出電極反應(yīng)式；合并兩個電極反應(yīng)式，得出電解反應(yīng)的總化學方程式或離子方程式。2電解反應(yīng)類型電解水型：含氧酸、強堿、活潑金屬的含氧酸鹽(如h2so4、hno3、naoh、k2co3等)溶液的電解。陰極：4h4e=2h2(還原反應(yīng))陽極：4oh4e=2h2oo2(氧化反應(yīng))總反應(yīng)化學方程式：2h2o2h

12、2o2自身分解型：無氧酸(氫氟酸除外)、不活潑金屬的無氧酸鹽(氟化物除外)(如：cucl2等)溶液的電解。以電解cucl2溶液為例：陽極：2cl2e=cl2(氧化反應(yīng))陰極：cu22e=cu(還原反應(yīng))總反應(yīng)化學方程式：cucl2cucl2放氫生堿型：活潑金屬的無氧酸鹽(氟化物除外)(如nacl、ki、mgcl2等)溶液的電解。以電解nacl溶液為例：陽極：2cl2e=cl2(氧化反應(yīng))陰極：2h2e=h2(還原反應(yīng))總反應(yīng)化學方程式：2nacl2h2o2naohh2cl2放氧生酸型：不活潑金屬的含氧酸鹽(如cuso4、agno3等)溶液的電解。以電解cuso4溶液為例：陽極：4oh4e=2h

13、2oo2(氧化反應(yīng))陰極：cu22e=cu(還原反應(yīng))總反應(yīng)化學方程式：2cuso42h2o2cuo22h2so43電解后溶液的變化及恢復原組成的措施4.規(guī)律總結(jié)(1)在水溶液中，k、na、mg2、al3等離子不可能在陰極放電，即用電解水溶液的方法不可能得到k、na、mg、al等活潑金屬。(2)由nacl遷移到kbr，其電解反應(yīng)相似，離子方程式為2br2h2obr22ohh2，由nacl遷移到mgcl2，電極反應(yīng)相同，但電解的離子方程式不同，為2cl2h2omg2mg(oh)2h2cl2。(3)使電解質(zhì)復原的原則是“出去什么便加什么”，對于cuso4溶液，不能加cu(oh)2，只能加cuo(或

14、cuco3)。(4)電解后溶液ph的變化規(guī)律電極區(qū)域：a.陰極h放電產(chǎn)生h2，陰極區(qū)ph變大；b.陽極oh放電產(chǎn)生o2，陽極區(qū)ph變小。電解質(zhì)溶液：a.電解過程中，既產(chǎn)生h2，又產(chǎn)生o2，實質(zhì)是電解水，溶液濃度增大，因而原溶液呈酸性的ph變小，原溶液呈堿性的ph變大，原溶液呈中性的ph不變。b.電解過程中，無h2和o2產(chǎn)生，ph幾乎不變。電解過程中，只產(chǎn)生h2，溶液中oh濃度增大，ph變大。電解過程中，只產(chǎn)生o2，溶液中h濃度增大，ph變小。1惰性電極電解氫氧化鉀溶液時，氫氧化鉀的物質(zhì)的量如何變化？溶液的ph如何變化？提示：惰性電極電解氫氧化鉀溶液時，實質(zhì)是電解水，氫氧化鉀的物質(zhì)的量不變，但溶

15、劑水的量減小，其物質(zhì)的量濃度增大，故溶液的ph增大。2惰性電極電解硝酸銀溶液一段時間，若恢復原溶液的狀態(tài)，應(yīng)加入何種物質(zhì)？提示：惰性電極電解硝酸銀溶液的反應(yīng)是4agno32h2o4ago24hno3，因此要恢復原溶液的狀態(tài)，可加入氧化銀或碳酸銀。【例3】用惰性電極電解cuso4溶液一段時間后，向所得溶液中加入0.2 mol cu(oh)2，恰好使溶液恢復至原來的狀態(tài)，下列關(guān)于電解過程的說法不正確的是()a生成銅的物質(zhì)的量為0.2 molb隨著電解的進行，溶液的ph減小c轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.4 mold陽極反應(yīng)為2h2o4e=4ho2【解析】0.2 mol氫氧化銅可以看作0.2 mol氧化銅

16、和0.2 mol水，因此生成的銅、氫氣和氧氣均是0.2 mol，其中銅和氫氣在陰極產(chǎn)生，氧氣在陽極產(chǎn)生(2h2o4e=4ho2)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是0.2 mol×40.8 mol，故c項錯誤，a、d項正確；由上述分析可知，該電解過程的總反應(yīng)方程式為cuso42h2ocuh2o2h2so4，故隨著電解的進行，溶液的ph減小，b項正確。【答案】c用惰性電極實現(xiàn)電解，下列說法正確的是(d)a電解cucl2溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為12b電解cuso4溶液一段時間后，再加入一定質(zhì)量的cu(oh)2，溶液能與原溶液完全一樣c電解na2so4溶液時，na向陽極移動d電解稀

17、硫酸，實質(zhì)上是電解水，但溶液的ph減小解析：電解cucl2溶液，陰極上析出cu，陽極上析出cl2，其物質(zhì)的量之比為11，a錯誤；電解cuso4溶液，陰極上析出cu，陽極上逸出o2，故電解一段時間后，加入一定量的cuo可使電解質(zhì)溶液復原，而加入一定質(zhì)量的cu(oh)2，則與原溶液相比，相當于增加了水，b錯誤；電解na2so4溶液時，na應(yīng)向陰極移動，c錯誤；電解h2so4，實質(zhì)是電解水，h2so4濃度增大，ph減小，d正確。1.下圖是電解cucl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極，則下列有關(guān)判斷正確的是(c)aa為負極，b為正極ba為陽極，b為陰極c電解過程中，d電極質(zhì)量增加d電解過程中，氯離子

18、濃度不變解析：本題是利用電解cucl2溶液來考查電解原理，首先根據(jù)電流的方向確定電解池的陰陽極及電解時的反應(yīng)現(xiàn)象。2如圖所示，x、y分別是直流電源的兩極，通電后發(fā)現(xiàn)a極板質(zhì)量增加，b極板有無色無味的氣體放出，符合這一情況的是(a)解析：由題意可知，a極板質(zhì)量增加，說明電解時有金屬析出，發(fā)生還原反應(yīng)，a應(yīng)為陰極，因此x極應(yīng)是負極，排除b、c；b極板有無色無味氣體放出，此氣體為o2，排除d。3用圖甲裝置進行實驗，若圖乙中橫坐標x表示轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量，下列敘述正確的是(a)ae的縱坐標可表示反應(yīng)過程中生成cu的物質(zhì)的量或反應(yīng)消耗h2o的物質(zhì)的量bcu極上的電極反應(yīng)式為2h2o4e=4ho2cf的縱

19、坐標可表示反應(yīng)過程中生成h2so4的物質(zhì)的量d電解后溶液的ph增大解析：該電解池中，cu極(陰極)的電極反應(yīng)式為cu22e=cu，c極(陽極)的電極反應(yīng)式為2h2o4e=4ho2，總反應(yīng)為2cuso42h2o2cu2h2so4o2，b項錯誤；電解后有硫酸生成，溶液的ph減小，d項錯誤；由乙圖可看出轉(zhuǎn)移4 mol電子時，e的縱坐標由0 mol2 mol，f的縱坐標由0 mol1 mol，則e的縱坐標可表示生成h2so4的物質(zhì)的量、生成cu的物質(zhì)的量或反應(yīng)消耗h2o的物質(zhì)的量，f的縱坐標表示生成氧氣的物質(zhì)的量，a項正確，c項錯誤。4用指定材料作陽極和陰極來電解一定濃度的溶液甲，然后加入物質(zhì)乙能使溶

20、液恢復到原來的濃度，則適當?shù)慕M合是(d)陽極陰極溶液甲物質(zhì)乙aptptnaohnaoh固體bptptcuso4cu(oh)2固體ccfenacl鹽酸dptpth2so4h2o解析：a中可加入水，b中可加入cuo或cuco3固體，c中可通入hcl氣體。5用惰性電極電解物質(zhì)的量濃度相同、體積比為13的cuso4和nacl的混合溶液，可能發(fā)生的反應(yīng)有(d)2cu22h2o2cu4ho2cu22clcucl22cl2hh2cl22h2o2h2o2a bc d解析：由n(cuso4)n(nacl)13得n(cu2)n(cl)13，根據(jù)放電順序，陰離子：cl>oh>so，陽離子cu2>h

21、>na，可知該電解過程分為3個階段，第一階段：電解cucl2溶液：cu22clcucl2；第二階段：電解nacl溶液：2cl2h2o2ohh2cl2，第三階段：電解h2o：2h2o2h2o2。6如圖所示的甲、乙兩個裝置中，所盛溶液足量且濃度相同，當電路中通過的電子均為0.1 mol時，下列說法正確的是(c)a相同條件下產(chǎn)生氣體的體積：v甲v乙b溶液ph的變化：甲減小乙增大c溶液質(zhì)量的變化：甲減小乙增大d甲中陰極反應(yīng)式：cu22e=cu，乙中負極反應(yīng)式：mg2e=mg2解析：甲為電解池，乙為原電池，甲中陽極反應(yīng)為2h2o4e=o24h，乙中正極反應(yīng)為2h2o2e=h22oh，當電路中通過的電子均為0.1 mol時，產(chǎn)生的氣體分別為0.025 mol和0.5 mol，因此相同條件下產(chǎn)生氣體的體積：v甲<v乙，a項錯誤。甲中的總反應(yīng)為2cu22h2o2cu4ho2，電解過程中有氫離子生成，溶液的p