第3課時電解池的工作原理(yuánlǐ)及應用第一頁，共49頁。1.電解在直流電的作用(zuòyòng)下，在兩電極上分別發生______________的過程。2．實驗電解(diànjiě)原理氧化(yǎnghuà)還原反應CuCl2溶液的電解

第二頁，共49頁。實驗步驟在U形管中注入CuCl2溶液，插入兩根石墨棒作電極，把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在與直流電源正極相連的電極(陽極)附近。接通直流電源實驗現象①陰極石墨棒上逐漸覆蓋了一層___________；②在陽極石墨棒上有_________________產生，且使濕潤的碘化鉀淀粉試紙變成____色原理分析CuCl2電離CuCl2===Cu2＋＋2Cl－電極反應陽極：____________________；陰極：________________________總反應________________________________結論電解質溶液的導電過程，就是電解質溶液的____過程紅色(hóngsè)的銅刺激性氣味(qìwèi)氣體藍

2Cl－－2e－===Cl2↑

Cu2＋＋2e－===Cu

電解(diànjiě)第三頁，共49頁。3．電解池把______能轉變為______能的裝置，叫電解池。在電解池中，與電源負極相連的電極是______，在陰極(yīnjí)上發生______反應；與電源______相連的電極是陽極，在陽極上發生______反應。電化學(huàxué)陰極(yīnjí)還原正極氧化第四頁，共49頁。電解(diànjiě)原理的應用2Cl－－2e－===Cl2↑

2H＋＋2e－===H2↑

第五頁，共49頁。2．電鍍及金屬精煉(1)概念：應用電解原理在某些金屬或非金屬材料表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。(2)主要目的(mùdì)是使金屬增強抗腐蝕能力，增加美觀和表面硬度。(3)電鍍時，________________作陰極，________作陽極，用含有______________的溶液作電解質溶液。(4)應用：電解精煉銅時，用__________作陰極，__________作陽極，__________作電解液。待鍍的金屬制品鍍層(dùcénɡ)金屬鍍層金屬(jīnshǔ)離子純銅板粗銅板CuSO4溶液

第六頁，共49頁。3．電冶金由于電解是最強有力的氧化還原手段，所以電解法是冶煉像鈉、鈣、鎂、鋁這些活潑金屬的重要方法。如電解熔融NaCl制備(zhìbèi)金屬鈉，電極反應：陰極：2Na＋＋2e－===2Na，陽極：______________________________，總反應：__________________________________。2Cl－－2e－===Cl2↑

第七頁，共49頁?！旧魉?】電解質溶液導電與金屬導電過程一樣嗎？【答案】不一樣，金屬導電是因為金屬中存在自由電子，是自由電子的定向移動形成電流，是物理過程，而電解質溶液是靠溶液中的自由離子定向移動形成電流，并在兩極發生氧化還原(huányuán)反應。第八頁，共49頁。【慎思2】思考(sīkǎo)并討論，如何確定電解池的陰、陽極？【答案】(1)通過與直流電源的連接：陽極——連接電源正極；陰極——連接電源負極。(2)通過發生的反應：陽極——發生氧化反應；陰極——發生還原反應。(3)通過電子流向及反應中電子得失：陽極——電子流出，反應中失電子；陰極——電子流入，反應中得電子。第九頁，共49頁?！旧魉?】根據所列出條件，選出組裝一電解池的物質(用短線連接)。①電源 a．干電池 b．照明線路(xiànlù)中插座 c．乙醇②電解液 d．KCl溶液 e．硅酸③電極 f．石英 g．石墨第十頁，共49頁?！敬鸢浮竣匐娫础猘.干電池②電解液——d.KCl溶液(róngyè)③電極——g.石墨第十一頁，共49頁。【慎思4】電解飽和食鹽水時陰極(yīnjí)區溶液為什么呈堿性？【答案】電解飽和食鹽水過程中，因離子放電順序為H＋＞Na＋，所以H＋在陰極(yīnjí)上得電子而生成H2，破壞了水的電離平衡，促進了水的電離；使陰極(yīnjí)區溶液中c(OH－)＞c(H＋)，所以陰極(yīnjí)區溶液呈堿性。第十二頁，共49頁?！旧魉?】電鍍和電解精煉過程中電解質溶液的變化有何不同？【答案】(1)電鍍時，以鍍層金屬作陽極時，陽極消耗的金屬離子與陰極析出的金屬陽離子完全相等，因此電鍍液的濃度不變。(2)電解精煉銅時，以粗銅為材料作陽極屬于活性電極，粗銅有雜質(鋅、鐵、鎳、銀、金等)，當銅不斷溶解(róngjiě)時，位于金屬活動性順序銅之前的金屬如Zn、Fe、Ni等，也會失去電子，如Zn－2e－===Zn2＋。但它們的陽離子氧化性比銅弱，并不在陰極析出，而只是留在電解液里。故Cu2＋的濃度減小。第十三頁，共49頁。1．電解(diànjiě)產物的判斷(1)陽極產物的判斷①首先看電極材料，若為活性電極(除Au、Pt、石墨以外的金屬材料)，則電極材料失電子，電極溶解生成相應的金屬陽離子。電解(diànjiě)原理第十四頁，共49頁。第十五頁，共49頁。第十六頁，共49頁。2．電極反應式書寫書寫電極反應式，判斷是關鍵，“四步法”可幫你確定電極反應式的書寫。第一步：判斷陰、陽極。第二步：判斷陰、陽離子的移動，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。第三步：判斷離子(或電極材料)的放電順序。在第二步中將離子按陰、陽離子分開判斷，誰強誰先放電。第四步：根據(gēnjù)得失電子守恒，判斷并書寫電極反應式。第十七頁，共49頁。【例1】如下(rúxià)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。第十八頁，共49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(shēnɡchénɡ)的氣體在標準狀態下的體積：____________________________________________________；第十九頁，共49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(quánbù)析出，此時電解能否繼續進行？為什么？_____________________________________________________________________________________________。第二十頁，共49頁。解析(1)①乙中c電極質量增加，則c處發生的反應為Cu2＋＋2e－===Cu，即c為陰極，由此可推出b為陽極，a為陰極，M為負極，N為正極。丙中電解K2SO4溶液，相當于電解水，設電解的水的質量為x，由電解前后溶質質量相等有：100g×10.00%＝(100g－x)×10.47%，得x≈4.5g，故為0.25mol，整個反應中轉移0.5mol電子，而整個電路是串聯的，故每個燒杯(shāobēi)中的電極上轉移電子數是相等的。②甲中相當于電解H2O，陽極b處為陰離子OH－放電，即4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。第二十一頁，共49頁。第二十二頁，共49頁。第二十三頁，共49頁。(2)能繼續進行，因為(yīnwèi)CuSO4溶液已轉變為H2SO4溶液，反應也就變為水的電解反應第二十四頁，共49頁。判斷電解后溶液pH的變化，其方法如下：(1)若電解產物只有(zhǐyǒu)H2而無O2，則pH變大；(2)若電解產物只有(zhǐyǒu)O2而無H2，原溶液呈酸性，則pH變?。?3)若電解產物既有O2又有H2，原溶液呈酸性，則pH變小，原溶液呈堿性，則pH變大，原溶液呈中性，則pH不變。第二十五頁，共49頁。【體驗1】下圖為直流電源電解(diànjiě)稀Na2SO4水溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴紫色石蕊溶液。下列實驗現象中，正確的是()。第二十六頁，共49頁。A．逸出氣體(qìtǐ)的體積，a電極的小于b電極的B．一電極逸出無味氣體(qìtǐ)，另一電極逸出刺激性氣味氣體(qìtǐ)C．a電極附近呈紅色，b電極附近呈藍色D．a電極附近呈藍色，b電極附近呈紅色【答案】D第二十七頁，共49頁。第二十八頁，共49頁。1．惰性電極電解(diànjiě)電解(diànjiě)質溶液規律電解(diànjiě)規律及其應用類型電極反應特點實例電解物質電解質溶液濃度電解質溶液復原溶液pH變化電解水型陰極：4H＋＋4e－===2H2↑陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑NaOH水增大水增大H2SO4水增大水減小Na2SO4水增大水不變第二十九頁，共49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電解質減小氯化氫增大CuCl2電解質減小氯化銅放H2生堿型陰極：放出H2生成堿陽極：電解質陰離子放電NaCl電解質和水生成新電解質氯化氫增大放O2生酸型陰極：電解質陽離子放電陽極：OH－放電生成O2和酸CuSO4電解質和水生成新電解質氧化銅減小第三十頁，共49頁。2.電化學計算的基本方法電化學的計算方法可歸納為下列三種：(1)根據電子守恒法計算：用于串聯電路，其依據是電路中轉移的電子總數相等。(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(guānxì)式計算：依據得失電子守恒關系(guānxì)建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計算所需的關系(guānxì)式。第三十一頁，共49頁。3．電解飽和(bǎohé)食鹽水、電解精煉銅和電鍍銅的比較電解飽和食鹽水電解精煉銅電鍍銅實驗裝置共同點在陰、陽兩極均發生了氧化還原反應第三十二頁，共49頁。第三十三頁，共49頁?！纠?】電解原理在化學工業中有廣泛的應用。下圖表示一個電解池，裝有電解液a。X、Y是兩塊電極板，通過導線(dǎoxiàn)與直流電源相連。請回答以下問題：第三十四頁，共49頁。(1)若X、Y都是惰性電極，a是飽和NaCl溶液，實驗開始時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則：①電解池中X極上的電極反應為____________，在X極附近(fùjìn)觀察到的現象是_______________________________。②Y電極上的電極反應為____________，檢驗該電極反應產物的方法是_____________________________________。第三十五頁，共49頁。(2)如果用電解法精煉銅，電解液a選用(xuǎnyòng)CuSO4溶液，則：①X電極的材料是_______________，電極反應為____________________________________。②Y電極的材料是__________________，電極反應為________________________________________________。(說明：雜質發生的電極反應不必寫出)第三十六頁，共49頁。解析(1)用惰性電極電解飽和食鹽水時，陽極反應：2Cl－－2e－===Cl2↑；陰極反應：2H＋＋2e－===H2↑，與電源正極相連的為陽極，反之為陰極，所以X為陰極，Y為陽極，X極在反應過程中消耗了H2O電離出來的H＋，使OH－濃度增大，溶液呈堿性，加入酚酞試液，溶液變成紅色；Y極產生Cl2，能使濕潤(shīrùn)的KI淀粉試紙變為藍色。第三十七頁，共49頁。(2)用電解法精煉銅時，用含雜質的Cu作陽極，精Cu作陰極，反應過程中陽極上的Cu以及比Cu活潑的金屬失去(shīqù)電子，成為離子，進入溶液，活潑性比Cu差的金屬形成陽極泥；在陰極只有Cu2＋能得電子成為單質，其他較活潑的金屬對應的離子不能得電子。根據裝置圖，X為陰極，Y為陽極，所以X電極的材料是精銅，電極反應為Cu2＋＋2e－===Cu；Y電極的材料是粗銅，電極反應為Cu－2e－===Cu2＋。第三十八頁，共49頁。答案(1)①2H＋＋2e－===H2↑有氣泡冒出，溶液(róngyè)變紅②2Cl－－2e－===Cl2↑把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在Y電極附近，試紙變藍色(2)①精銅Cu2＋＋2e－===Cu②粗銅Cu－2e－===Cu2＋第三十九頁，共49頁。以惰性電極電解電解質水溶液，分析電解反應的一般(yībān)方法步驟：(1)分析電解質水溶液的組成，找全離子并分為陰、陽兩組；(2)對陰、陽離子排出放電順序，寫出兩極上的電極反應式；(3)合并兩個電極反應式得出電解反應的總化學方程式或離子方程式。第四十頁，共49頁。【體驗2】關于電解(diànjiě)NaCl水溶液，下列敘述正確的是()A．若在陰極附近的溶液中滴入酚酞試液，溶液呈無色B．若在陽極附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色C．電解(diànjiě)時在陽極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉D．電解(diànjiě)一段時間后，將全部電解(diànjiě)液轉移到燒杯中，充分攪拌后溶液呈中性【答案】B第四十一頁，共49頁。第四十二頁，共49頁。【案例】某學生試圖用電解法根據電極上析出物質的質量來驗證(yànzhèng)阿伏加德羅常數值，其實驗方案的要點為：①用直流電電解氯化銅溶液，反應儀器如下圖。②在電流為IA，通電時間為ts后，精確測得某電極上析出的銅的質量為mg。實驗探究(tànjiū)五利用電解原理進行定量測定的實驗設計第四十三頁，共49頁。第四十四頁，共49頁。請回答：(1)這些儀器的正確連接順序為(用圖中標注儀器接線柱的英文字母表示(biǎoshì)，下同)：E接________，C接________，______接F。實驗線路中的電流方向為______―→________―→____