一輪復習電解池教案

1、電解原理及其應(yīng)用【復習目標】知識技能目標(1)理解電解的原理，記住常見離子的放電次序，初步掌握一般電解反應(yīng)產(chǎn)物的判斷方法。(2)能正確判斷電解池的陰陽極，能正確書寫電極反應(yīng)和電解總反應(yīng)方程式(3)能正確分析充電電池(4)使學生了解銅的電解精煉和電鍍銅的原理。(5) 了解氯堿工業(yè)反應(yīng)原理：正確書寫電極反應(yīng)方程式和電解的總化學方程式。能力方法目標培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力，體驗大膽猜測。電解原理1 .電解的概念使電流通過電解質(zhì)溶液(熔融態(tài)離子化合物)而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程叫做電解。注意：電流必須是直流而不是交流。電能轉(zhuǎn)化為化學能。強有力氧化還原反應(yīng)手段2 .電解池的概念借助于電流引起

2、氧化還原反應(yīng)的裝置，也就是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置叫做電解池或電解槽。3 .構(gòu)成電解池的條件(1)直流電源。(2)兩個電極：陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，與電源的正極相連；陰極發(fā)生還原反應(yīng)，與電源的負極相連。(3)電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)離子化合物。4 .放電次序放電：陽離子得到電子或陰離子失去電子而使離子所帶電荷數(shù)目降低的過程。惰性電極：用石墨、金、鉗等還原性很弱的材料制做的電極，理由是它們在一般的通電條件下不發(fā)生化學反應(yīng)。非惰性電極：用鐵、鋅、銅、銀等還原性較強的材料制做的電極又叫做活性電極，它們做電解池的陽極時，先于其他物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)。惰性陽極上：S2 >l >Br >CI >O

3、H >SO42 (NO3 ) >F (與陰離子還原性一致)； 陰極上：Ag + > Hg2 + > Fe3+ > Cu2+ > (H +)> Pb2+ > Sn2+ > Fe2+ > Zn2+ > ( H + ) > AI3+>Mg 2+>Na+ (與陽離子的氧化性強弱一致)說明：由于H +離子放電產(chǎn)生的 力不能很快地離去，增大了電極與溶液之間的電阻等原因，使H+的放電順序發(fā)生變化。還應(yīng)注意：在離子濃度相差十分懸殊的情況下，濃度大的離子可能先放電，如：電解飽和 ZnS04溶液時，陰極上的主要產(chǎn)物是鋅5 .電解質(zhì)

4、導電的實質(zhì)電解質(zhì)溶液(或熔融態(tài)離子化合物)的導電過程，就是電解質(zhì)溶液(或熔融態(tài)離子化合物)的電解過程。6 .電解池陰、陽極的判斷方法：(1)根據(jù)電極與電源兩極相連的順序判斷。與電源正極相連的一極為電解池的陽極，與電源負極相連的一極為電解池的陰極。(2)根據(jù)電解質(zhì)溶液里離子流動的方向判斷。在電解質(zhì)溶液里陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。(3)根據(jù)電解時兩極發(fā)生的現(xiàn)象判斷。在電解池中陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，兩極可觀察到不同的現(xiàn)象，根據(jù)發(fā)生的現(xiàn)象可判斷出陰、陽兩極。7 .分析電解反應(yīng)的一般方法步驟為：a.應(yīng)先根據(jù)外接電源正確判斷出陰陽極再看電極材料，若金屬做陽極(除 Au、Pt外)，電極本

5、身會發(fā)生氧化反應(yīng)c最后看電解質(zhì)溶液中存在的離子，分析電解質(zhì)水溶液的組成，找全離子并分為陰、陽兩組；5分別對陰、陽離子排出放電順序，寫出兩極上的電極反應(yīng)式；e.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。8 .電解后整個溶液的 PH值變化由總反應(yīng)及溶液濃度的變化來決定，可分為以下幾種情況：若消耗H+或生成0H，溶液的pH值增大；若消耗OFT或生成H + ,溶液的pH值減小。若電解水，PH值的變化由原溶液的 PH值來決定。電解后電極附近溶液的 pH值變化：.由于離子遷移速率趕不上反應(yīng)速率，所以判斷電極周圍溶液PH值的變化(指示劑的變色)應(yīng)看電極反應(yīng)，而不是看離子的遷移。若陽極周圍生成

6、 。2,則消耗OH，PH值減小；若陰極周圍生成 H2,則消耗H + , PH值增大。9.幾種典型電解質(zhì)溶液的電解電極反應(yīng)特點實例電解對象電解質(zhì)濃度溶液pH值使電解 質(zhì)溶液復原電解水型陰：2H+2e =H2T J陽：40H Ye = 2H2O+O2TNaOHH2SO4Na2SO4水增大增大減小/、變加H2O電解溶質(zhì)型電解質(zhì)電離出的陰陽離子分別在兩極上放電HClCuCl2電解質(zhì)電解質(zhì)減小不考慮增大力口 HCl力口 CuCl2放H2生堿型陰：H2O放H2生堿陽：電解質(zhì)陰離子放電NaCl電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)增大力口 HCl放02生酸型陰：電解質(zhì)陽離子放電陽：H20放02生酸CuSO4AgNO3電解質(zhì)

7、和水生成新電解質(zhì)減小加CuO力口 Ag2O電解原理的應(yīng)用1 .銅的電解精煉(1)電解法精煉銅的裝置(如圖)(2)電解法精煉銅的化學原理陽極（粗銅）：Cu2e =Cu2Zn2e =Zn2Fe 2e =Fe2Ni2e =Ni2陰極（純銅）：Cu2 +2e =Cu說明： 以銅為材料做的電極屬于活性電極。在一般的電解條件下，活性陽極先于電解質(zhì)溶液中的成 分發(fā)生氧化反應(yīng)。粗銅中往往含有鋅、鐵、饃、銀、金等多種雜質(zhì)，當含雜質(zhì)的銅在陽極不斷溶解時，位于金 屬活動性順序銅以前的金屬雜質(zhì)如Zn、Fe、Ni等，也會同時失去電子，但是它們的陽離子比銅離子難以還原，所以它們并不在陰極獲得電子析出，而只是留在電 解液里

8、。而位于金屬活動性順序銅之后的銀、金等雜質(zhì)，因為給出電子的能力比銅弱，難以在 陽極失去電子變成陽離子溶解下來，當陽極上的銅失去電子變成離子溶解之后，它們以金屬單 質(zhì)的形式沉積在電解槽底，形成陽極泥(陽極泥可作為提煉金、銀等貴重金屬的原料) 電解過程中，電解質(zhì)溶液成分和濃度發(fā)生改變。 用電解精煉法所得到的銅叫做電解銅，它的純度可達到99.95%99.98%。2 .電鍍(1)電鍍的涵義電鍍是應(yīng)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。(2)電鍍的目的電鍍的目的主要是使金屬增強抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬度。(3)電鍍的原理電鍍的原理與電解精煉銅的原理是一致的。電鍍時，一般都是用含有鍍

9、層金屬離子的電解質(zhì)配 成電鍍液；把待鍍金屬制品浸入電鍍液中與直流電源的負極相連，作為陰極；用鍍層金屬作為 陽極，與直流電源正極相連。通入低壓直流電，陽極金屬溶解在溶液中成為陽離子，移向陰極, 這些離子在陰極獲得電子被還原成金屬，覆蓋在需要電鍍的金屬制品上。電鍍過程中，電解質(zhì)溶液成分和濃度不發(fā)生改變。3 .氯堿工業(yè)(1)電解飽和食鹽水反應(yīng)原理用惰性材料作陽極，電解食鹽的飽和溶液，生成Cl2、H2和NaOH。陽極：2c12e-=Ci2f (放電順序：Cl >OH )陰極：2H + 2e =H2 T (放電順序：H >Na )在上述反應(yīng)中，由于 H+在陰極上得到電子而生成 H2,破壞了附

10、近的水的電離平衡，促進了 水繼續(xù)電離，結(jié)果陰極區(qū)溶液里OH的濃度增大而呈現(xiàn)堿性?？偡聪唬?st雨水適星鹽酸（2）離子交換膜法制燒堿過量E&C4過量電口口2過Rt83過他徽喈）A懈市叫F產(chǎn) 觸抖，苗*） 3 懶昵沙龍沆勖陽看于文梳篁制拽水離子交換膜電解槽的組成b、加入鹽酸在過濾之后。由陽極（金屬鈦網(wǎng)）、陰極（碳鋼網(wǎng)）、離子交換膜、電解槽框和導電銅棒等組成，每 除雜質(zhì)時所加試劑的順序要求是：a、W2CO3必須在BaCl2之后;HCl; b、BaCl2、Na2CO3、臺電解槽由若干個單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。下圖表示一個單元槽的示意圖。試劑加入順序有多種選擇，如：a、BaCl2、NaOH、Na2

11、CO3、過濾、CINCH 溶液NaOH、過濾、HCl ; c、NaOH、BaCl2、Na2CO3、過濾、HCl。例（09寧夏）請回答氯堿工業(yè)中的如下問題：（1）氯氣、燒堿是電解食鹽水時按照固定的比率k （質(zhì)量比）生成的表達式和結(jié)果）；（要求計算稍瓶飽和NK1溶酸嘉于交THi°震蕾"含少量NaOH）（2）原料粗鹽中常含有泥沙和Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO2等雜質(zhì)，供電解使用。精制時，粗鹽溶于水過濾后，還要加入的試劑分別為Na2酸）、BaCl2,這3種試劑添加的合理順序陽離子交換膜的作用30 %以上。在這種工藝設(shè)將電解槽隔成陰極室和陽極室，它只允許陽離子（Na+）通過，而

12、阻止陰離子（Cl，OH（3）氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè)，一種將電解池與燃料電池相組合的新能一）和氣體通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的C12相混合而引起爆炸，又能避免 計中，相關(guān)物料的傳輸與轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖所示，未標出，所用的離子膜都只允許陽離子通過。C12和NaOH作用生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。（3）離子交換膜法電解制燒堿的主要生產(chǎn)流程（如下圖）圖中X、Y分別是（填化學式），分析比較圖示中分數(shù) a%與b%的大小.精制飽和Na。溶液離子膜SBN虱溶液口%NaOH溶液NaOH溶液兩子騰溶液（4）食鹽的精制A （電解池）分別寫燃燒電池 B中正極、負極上發(fā)生的電極反應(yīng)粗鹽的成分：粗鹽中的主要

13、成分是 NaCl,此外還含有泥沙、Ca2+、Mg2 Fe3正極:；負極SO42一雜質(zhì)。這樣的粗鹽不符合電解要求，因此必須經(jīng)過精制。 雜質(zhì)的危害：Ca2+、Mg2+、Fe3+等金屬離子在堿性環(huán)境中會生成沉淀，損壞離子交換膜；此這樣設(shè)計的主要節(jié)（電）能之處在于（寫出2處）4電解冶煉活潑金屬外，雜質(zhì)的存在會使得到的產(chǎn)品不純。除雜質(zhì)的過程:例2 （09年全國理綜卷I 28）（ 15分）下圖所示裝置中，甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放 100g5.00%的NaOH溶液、足量的 CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液，電極均為石墨電極。充電電池例1. （2008廣東卷）LiFePO4電池具有穩(wěn)

14、定性高、安全、對環(huán)境友好等優(yōu)點，可用于電動汽車。 電池反應(yīng)為：LiFePO4+Li放電 LiFePO4,電池的正極材料是 LiFePO4,負極材料是石墨，含 Li+導電固體為電 充電解質(zhì)。下列有關(guān) LiFePO4電池說法正確的是A.可加入硫酸以提高電解質(zhì)的導電性B.放電時電池內(nèi)部 Li向負極移動.C.充電過程中，電池正極材料的質(zhì)量減少D.放電時電池正極反應(yīng)為：FePO4+Li+e-=LiFePO 4例2.（2007天津理綜）天津是我國研發(fā)和生產(chǎn)鋰離子電池的重要基地。鋰離子電池正極材料是含鋰的二氧化鉆（LiCoOz）,充電時LiCoO2中Li被氧化，Li十遷移并以原子形式嵌入電池負極材料碳（C6

15、）中，以LiC6表示。電池反應(yīng)為 LiCoO 2 + C6放電 CoO2 + LiC 6 ,下列說法正確的是 充電A.充電時，電池的負極反應(yīng)為LiC 6 - e = Li + C 6B.放電時，電池的正極反應(yīng)為CoO2 + Li + e = LiCoO 2 ,C.竣酸、醇等含活潑氫的有機物可用作鋰離子電池的電解質(zhì)D.鋰離子電池的比能量（單位質(zhì)量釋放的能量）低例3. （2007廣東化學）三氧化二饃（Ni2O3）可用于制造高能電池，其電解法制備過程如下：用 NaOH調(diào)NiCl 2溶?夜pH至7.5,加放適量硫酸鈉后進行電解。電解過程中產(chǎn)生的Cl2在弱堿性條件下生成ClO ,把二價饃氧化為三價饃。以下說法正確的是A.可用鐵作陽極材料B.電解過程中陽極附近溶液的pH升高C. 陽極反應(yīng)方程式為：2c 2e-=Cl2D. 1mol二價饃全部轉(zhuǎn)化為三價饃時，外電路中通過了1mol電子。有關(guān)電解原理的計算例1 （2008年全國I卷）電解 100mL含c（H+） = 0.30mol/L的下列溶液，當電路中通過 0.04mol 電子時，理論上析出金屬質(zhì)量最大的是A. 0.10mol/LA