化學反應與電能之電解池第1頁/共96頁3．電解池的組成和工作原理(電解CuCl2溶液)第2頁/共96頁1．為什么說電解質溶液導電過程就是電解過程？提示：電解質溶液導電時，溶液中的陰、陽離子在電場作用下分別移向兩個電極，從而在兩個電極上得、失電子發生還原反應和氧化反應，所以說電解質溶液導電過程就是電解過程。

第3頁/共96頁二、電解原理的應用1．電解飽和食鹽水(1)電極反應：陽極：_________________陰極：_________________(2)總反應方程式：______________________________________(3)應用：氯堿工業制燒堿、氯氣和氫氣。2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑第4頁/共96頁2．電鍍銅或電解精煉銅(1)兩極材料：待鍍金屬或精銅做_____。鍍層金屬或粗銅做_____。(2)電極反應：陽極：__________________。陰極：__________________。陰極陽極Cu－2e－===Cu2＋Cu2＋＋2e－===Cu第5頁/共96頁3．電解冶煉鈉(電解熔融NaCl)(1)電極反應：陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑。陰極：2Na＋＋2e－===2Na。(2)總反應方程式：

____________________________。(3)應用：冶煉_____________等活潑金屬。Na、Mg、Al第6頁/共96頁2．電解精煉銅時，陽極減少的質量與陰極增加的質量相等嗎？提示：不相同。電解精煉時，粗銅作陽極，在Cu失電子的同時，粗銅中活潑的金屬也能失電子進入溶液，不活潑的金屬沉淀在電解槽底部形成陽極泥，而在陰極上Cu2＋＋2e－===Cu，雖然兩極得失電子數相等，但陽極減少的質量比陰極增加的質量多。

第7頁/共96頁三、金屬的防護1．電化學防護(1)犧牲陽極的陰極保護法(2)外加電流的陰極保護法2．其他(1)改變金屬內部結構，如制成合金；(2)使金屬與空氣、水等物質隔離，如電鍍、噴油漆等第8頁/共96頁電解原理1．電解池的構成條件(1)直流電源；(2)兩個電極(陽極和陰極)；(3)電解質溶液或熔融的電解質、電源和電極形成閉合回路。第9頁/共96頁2．電解的過程及實質(1)電解質電離產生的陰、陽離子在電流的作用下定向移動，陽離子在陰極得到電子發生還原反應，陰離子在陽極失去電子發生氧化反應。(2)電子從電源負極沿導線流入陰極，并從陽極流出，沿導線回到電源正極，所以，電解質溶液的導電過程就是該溶液的電解過程。第10頁/共96頁3．電極產物的判斷(1)陽極產物的判斷①首先看電極，如果是活性電極(除Au、Pt、石墨以外的金屬材料作電極)則電極材料失電子，電極被溶解，溶液中陰離子不能失電子。②如果是惰性電極(Au、Pt、石墨)則要再看溶液中陰離子的失電子能力，此時依據陰離子放電順序加以判斷。第11頁/共96頁第12頁/共96頁4．電極反應式及電解總反應式的書寫(1)電極反應式①確定電極：與電源正極相連的為陽極，與電源負極相連的為陰極。②確定電極反應：陽極發生氧化反應。若是活潑金屬電極，電極材料放電，若是惰性電極，溶液中陰離子放電。陰極發生還原反應，溶液中的陽離子放電。③寫電極反應式：根據電極反應分別寫出兩極反應式。第13頁/共96頁(2)電解總反應式①在確保兩極轉移電子數目相同的條件下，將兩電極反應式合并即得總反應式。②總反應式要注明條件：通電。若電解的H＋或OH－來自于H2O，方程式中要以水分子的形式書寫。第14頁/共96頁5．電解池中有關量的計算或判斷電解池中有關量的計算或判斷主要包括以下方面：根據直流電源提供的電量求產物的量(析出固體質量、產生氣體的體積等)、溶液的pH、相對原子質量或某元素的化合價、化學式等。解題依據得失電子守恒，解題有如下方法：(1)根據電子守恒法計算：用于串聯電路、陰陽兩極產物、正負兩極產物、相同電量等類型的計算，其依據是電路中轉移的電子數相等。第15頁/共96頁(2)根據總反應式計算：先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據總反應式計算。(3)根據關系式計算：根據得失電子守恒關系，在已知量與未知量之間，建立計算所需的關系式。第16頁/共96頁第17頁/共96頁③電解后要恢復原電解質溶液的濃度，需加適量的某物質，該物質可以是陰極與陽極產物的化合物。例如用惰性電極電解CuSO4，要恢復原溶液的濃度，可向電解后的溶液中加入CuO，也可以加入CuCO3。但不能加入Cu(OH)2，因為Cu(OH)2與生成的H2SO4反應后使水量增加。第18頁/共96頁

(2009年全國卷Ⅰ)下圖所示裝置中，甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放100

g

5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100

g

10.00%的K2SO4溶液，電極均為石墨電極。第19頁/共96頁第20頁/共96頁(1)接通電源，經過一段時間后，測得丙中K2SO4濃度為10.47%，乙中c電極質量增加。據此回答問題：①電源的N端為________極；②電極b上發生的電極反應為________；③列式計算電極b上生成的氣體在標準狀況下的體積：________________________________________________________________________；第21頁/共96頁④電極c的質量變化是________g；⑤電解前后各溶液的酸、堿性大小是否發生變化，簡述其原因：甲溶液：_________________________；乙溶液：_______________________；丙溶液：_________________________；(2)如果電解過程中銅全部析出，此時電解能否繼續進行，為什么？_____________________________。第22頁/共96頁第23頁/共96頁第24頁/共96頁第25頁/共96頁第26頁/共96頁④16

⑤堿性增強，因為電解后，水量減少溶液中NaOH濃度增大酸性增強，因為陽極上OH－生成O2，溶液中H＋離子濃度增加酸堿性強弱沒有變化，因為K2SO4是強酸強堿鹽，濃度增加不影響溶液的酸堿性(2)能繼續進行，因為CuSO4溶液已轉變為H2SO4溶液，反應也就變為水的電解反應

第27頁/共96頁友情提示解答電解類的題目必須注意兩點，一是判斷陽極材料是活性還是惰性，二是判斷溶液中可能在陽極或陰極放電的離子，抓住這兩點，題目就迎刃而解了。第28頁/共96頁1．(2010年諸城調研)如圖為相互串連的甲乙兩個電解池，X、Y為直流電源的兩個電極。電解過程中，發現石墨電極附近先變紅。請回答：第29頁/共96頁(1)電源X極為________極(填“正”或“負”)，乙池中Pt電極上的電極反應式為_______________________________。(2)甲池若為電解精煉銅的裝置，其陰極增重12.8

g，則乙池中陰極上放出的氣體在標準狀況下的體積為________，電路中通過的電子為________mol。(3)若乙池剩余溶液的體積仍為400

mL，則電解后所得溶液c(OH－)＝________。第30頁/共96頁第31頁/共96頁第32頁/共96頁答案：(1)正2Cl－－2e－===Cl2↑(2)4.48

L

0.4(3)1

mol·L－1第33頁/共96頁電解質溶液的電解規律1．有惰性電極電解電解質溶液時的規律類型電極反應特點實例電解對象電解質濃度pH電解質溶液復原電解水型陰：2H＋＋2e－===H2↑陽：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑NaOH水增大增大加水H2SO4水增大減小加水Na2SO4水增大不變加水第34頁/共96頁電解電解質型電解質電離出的陰、陽離子分別在兩極放電HCl電解質減小增大加氯化氫CuCl2電解質減小不變加氯化銅第35頁/共96頁放H2生堿型陰：H2O放H2生堿陽：電解質陰離子放電NaCl電解質和水生成新電解質增大加氯化氫放O2生酸型陰：電解質陽離子放電陽：H2O放O2生酸CuSO4電解質和水生成新電解質減小加氧化銅第36頁/共96頁第37頁/共96頁(2)電解電解質型：無氧酸(HF除外)、不活潑金屬的無氧酸鹽(氟化物除外)的電解。如：陰極：Cu2＋＋2e－===Cu陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑總反應：CuCl2電解,Cu＋Cl2↑

(陰)(陽)第38頁/共96頁第39頁/共96頁第40頁/共96頁第41頁/共96頁(3)兩極分別放出氣體，且體積比為1∶1，電解質的化學式是________，電解的化學方程式是________。第42頁/共96頁【解析】

(1)要求兩極分別放出H2和O2，實際上是電解水。電解某些強含氧酸、強堿、某些活潑金屬含氧酸鹽的水溶液時，例如電解H2SO4、HNO3、KOH、NaOH、Na2SO4、KNO3、Na2CO3等物質的水溶液，就屬于此種情況。第43頁/共96頁(2)電解某些不活潑金屬含氧酸鹽的水溶液時，例如，電解CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2等物質的水溶液，電解質和水都參加反應，陰極產物是不活潑金屬單質，陽極產物是O2，同時生成酸(H＋)。第44頁/共96頁第45頁/共96頁第46頁/共96頁歸納整理電解時電極反應式的書寫規律(1)電極反應：陰極發生還原反應，電極與電源負極相連，且為惰性電極，則本身不參與反應，溶液中的陽離子得電子；陽極與電源正極相連，發生氧化反應，若為活性電極，則本身參與反應，若為惰性電極，則是溶液中的陰離子失電子。第47頁/共96頁(2)書寫電極反應式時應注意①先看電極。主要是看陽極是何種類型的電極，若為活性電極，電極本身被氧化，發生氧化反應。②再看離子。搞清電解質溶液中存在哪些離子，根據放電順序，書寫電極反應式。③水溶液中始終有H＋和OH－，放電順序中H＋、OH－之后的離子一般不參與電極反應。第48頁/共96頁2．(2010年武漢調考題)下圖為直流電源電解稀Na2SO4水溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列實驗現象中正確的是(

)第49頁/共96頁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電極附近呈紅色，b電極附近呈藍色D．若電解飽和Na2SO4溶液，一段時間后，溶液中會析出Na2SO4·10H2O晶體第50頁/共96頁答案：D第51頁/共96頁第52頁/共96頁工業電解食鹽水是在電解槽中進行的，陽離子交換膜把電解槽分為陽極室和陰極室，陽極室加入精制飽和食鹽水，陰極室加入水(含少量NaOH)。離子交換膜只允許陽離子通過，不允許陰離子和分子通過。主要目的是為防止Cl2與H2混合而發生爆炸和Cl2與NaOH反應而影響產品質量。第53頁/共96頁2．電解精煉(以精煉銅為例)粗銅(含雜質的銅)接電源的正極，精銅接電源的負極。溶液中含有一定濃度的Cu2＋。通電時，陽極上主要是Cu失e－生成Cu2＋，其次還有比Cu活潑的雜質如Zn也失e－，有關的電極反應為Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋。第54頁/共96頁而比Cu活動性弱的金屬雜質如Ag則脫離陽極以單質(填“單質”或“化合物”)的形式沉積在陰極底部。在陽極由于Cu2＋與Zn2＋相比，Cu2＋更易得到e－而被還原，陰極的電極反應為Cu2＋＋2e－===Cu。精煉進行一定時間后，溶液中的Cu2＋濃度有所改變(填“有所改變”或“不變”)。第55頁/共96頁3．電鍍：應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。電鍍時，鍍層金屬作陽極，鍍件作陰極，含鍍層金屬離子的電解質溶液作電鍍液。電鍍的方法可應用在銅的精煉上：粗銅作陽極，純銅作陰極，CuSO4溶液作電解質溶液。電解時，發生如下反應：陽極：Cu－2e－===Cu2＋；陰極：Cu2＋＋2e－===Cu。陽極中存在的金、銀等不活潑的貴重金屬在電解液中沉積下來，陰極得到純銅。第56頁/共96頁第57頁/共96頁

(2009年寧夏高考理綜)氯堿工業是高耗能產業，一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以節(電)能30%以上。在這種工藝設計中，相關物料的傳輸與轉化關系如下圖所示，其中的電極未標出，所用的離子膜都只允許陽離子通過。第58頁/共96頁第59頁/共96頁(1)圖中X、Y分別是________、________(填化學式)，分析比較圖示中氫氧化鈉質量分數a%與b%的大小________________________________________________________________________；(2)分別寫出燃料電池B中正極、負極上發生的電極反應，正極：________；負極：________；(3)這樣設計的主要節(電)能之處在于(寫出2處)________、________。

第60頁/共96頁【解析】本題主要考查有關電化學知識的應用。電解飽和氯化鈉溶液時，溶液中的Na＋和H＋向陰極移動，且氧化性較強的H＋首先放電發生還原反應，生成氫氣，因消耗氫離子，使陰極附近的溶液顯堿性。Cl－和OH－向陽極移動，還原性較強的Cl－首先放電，發生氧化反應生成氯氣。第61頁/共96頁第62頁/共96頁第63頁/共96頁3．工業上對海水資源綜合開發利用的部分工藝流程如圖所示。第64頁/共96頁(1)電解飽和食鹽水常用離子膜電解槽和隔膜電解槽，離子膜和隔膜均允許通過的分子或離子是______。電解槽中的陽極材料為________。(2)本工藝流程中先后制得Br2、CaSO4和Mg(OH)2，能否按Br2、Mg(OH)2、CaSO4順序制備？______(填“是”或“否”)。原因是____________________________________。第65頁/共96頁(3)溴單質在四氯化碳中的溶解度比在水中大得多，四氯化碳與水不互溶，故可用于萃取溴，但在上述工藝中卻不用四氯化碳，原因是____________________________________________________。第66頁/共96頁解析：(1)電解飽和食鹽水用的是陽離子交換膜，而在食鹽水中的陽離子只有H＋和Na＋，電解時，H＋在陰極上生成氫氣，Na＋在外加電場作用下向陰極運動，所以通過離子膜和隔膜的是Na＋。由于陽極上發生氧化反應，是溶液中Cl－放電生成Cl2，所以必須用惰性電極，工業上一般用鈦(表面涂有釕氧化物)，也可以用石墨電極。第67頁/共96頁(2)在該流程開始時向苦鹵中加入硫酸，因CaSO4微溶于水，先形成CaSO4沉淀而將Ca2＋除去。若先制取Mg(OH)2，加入的石灰水會有部分與硫酸反應生成CaSO4而使制得的Mg(OH)2不純凈。(3)CCl4是一種易揮發、有毒的液體，所以此流程中不用CCl4萃取的方法，而是利用溴的揮發性，向得到的含溴水的海水中吹入熱空氣，使溴揮發出來。與萃取相比，該方法簡單、實用、經濟、無污染。第68頁/共96頁答案：(1)陽離子(或Na＋)鈦(或石墨)(2)否如果先沉淀Mg(OH)2，則沉淀中會夾雜有CaSO4沉淀，產品不純(3)四氯化碳萃取法工藝復雜、設備投資大；經濟效益低，環境污染嚴重第69頁/共96頁1．(2010年福建)鉛蓄電池的工作原理為：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，研讀下圖，下列判斷不正確的是(

)第70頁/共96頁第71頁/共96頁答案：C第72頁/共96頁2．(2010年北京)下列有關鋼鐵腐蝕與防護的說法正確的是(

)A．鋼管與電源正極連接，鋼管可被保護B．鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，可保護內部不被腐蝕C．鋼管與銅管露天堆放在一起時，鋼管不易被腐蝕D．鋼鐵發生析氫腐蝕時，負極反應是Fe－3e－===Fe3＋第73頁/共96頁解析：鐵易失去電子，故鋼管與電源正極相連時，更易使鐵失電子，故A錯；鐵遇冷濃硝酸時表面能形成一層致密的氧化膜，故B正確；鐵比銅活潑，當鐵、銅相接觸時構成原電池，鐵作負極被腐蝕，故C錯；鋼鐵發生析氫腐蝕時，負極發生反應：Fe－2e－===Fe2＋，故D錯。答案：B第74頁/共96頁3．(2010年江蘇)下圖是一種航天器能量儲存系統原理示意圖。下列說法正確的是(

)第75頁/共96頁A.該系統中只存在3種形式的能量轉化B.裝置Y中負極的電極反應式為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C.裝置X能實現燃料電池的燃料和氧化劑再生D.裝置X、Y形成的子系統能實現物質的零排放，并能實現化學能與電能間的完全轉化第76頁/共96頁解析：A項，系統中存在光能→電能、電能→化學能、化學能→電能、電能→機械能等多種能量轉化方式；B項，Y中負極的電極反應式為H2－2e－===2H＋；C項，裝置X可電解水生成H2和O2；D項，無論是原電池還是電解池都不可能實現電能與化學能的完全轉化，故只有C正確。答案：C第77頁/共96頁1．(2010年北京崇文1月統練)2008年10月8日，美籍華裔科學家錢永健獲得2008年度諾貝爾化學獎。16歲時，他憑借一個“金屬易受硫氰酸鹽腐蝕”的調查項目，榮獲“美國西屋科學天才獎”。下列敘述正確的是(

)第78頁/共96頁A．金屬腐蝕就是金屬失去電子被還原的過程B．將水庫中的水閘(鋼板)與外加直流電源的負極相連，正極連接到一塊廢鐵上可防止水閘被腐蝕C．合金的熔點都高于它的成分金屬，合金的耐腐蝕性也都比其成分金屬強D．銅板上的鐵鉚釘處在潮濕的空氣中直接發生反應：Fe－3e－===Fe3＋，繼而形成鐵銹第79頁/共96頁解析：A項，金屬失去電子，被氧化；B項正確，外加電源保護金屬；C項，合金的熔點比其成分金屬的熔點低；D項，應為Fe－2e－===Fe2＋。答案：B第80頁/共96頁第81頁/共96頁解析：A項錯，電解產物H2O2在分解反應中既是氧化劑也是還原劑。B項錯，電解后產生的H2O2顯酸性，pH降低。C項錯，水中的氧原子化合價升高應變成－1價，生成H2O2，陽極反應為2H2O－2e－===H2O2＋2H＋。D項正確。答案：D第82頁/共96頁第83頁/共96頁解析：在NaCl和CuSO4的混合溶液中存在的陽離子有N