高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 电解池课文课件ppt

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 电解池课文课件ppt，共59页。PPT课件主要包含了课前·基础认知，课堂·重难突破，随堂训练，放出气体溶液变红，试纸变蓝等内容，欢迎下载使用。

电解原理的应用1.电解饱和食盐水——氯碱工业。工业生产中,电解饱和食盐水是在　离子交换膜　电解槽中进行,一个单元槽的电解原理示意图如图所示。 
(1)阳极反应式:　2Cl--2e- ==== Cl2↑　,阴极反应式:　2H2O+2e- ==== H2↑+2OH-　。 (2)总反应方程式:　2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑　。 (3)在阴极区可得到产品NaOH的原因:　H2O在阴极放电产生OH-,阳极区的Na+通过阳离子交换膜进入阴极区,两者结合即得NaOH　。 
微思考1 工业上电解饱和食盐水时,若将电解槽中的阳离子交换膜去掉,对产品会有什么影响?提示:阳极产生的Cl2会扩散至阴极区,与阴极产物NaOH反应,降低产率,且使产品不纯。
微训练1 电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池,电解液a是饱和NaCl溶液,X、Y都是石墨电极,通过导线与直流电源相连。实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞溶液,则:(1)电解池中X极上的电极反应式是　　 　 　　　　,在X极附近观察到的现象是　　　　　　　　　　。 
2H2O+2e- ==== H2↑+2OH-　
(2)Y电极上的电极反应式是　 　　　　　 　,检验该电极反应产物的方法是_____________________________________　　　　　。 
2Cl--2e- ==== Cl2↑　
把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近,
电镀是一种利用　电解　原理在某些金属表面镀上一薄层　其他金属或合金　的加工工艺。在铁钥匙上镀铜的工作示意图如图所示,据此回答问题: 
(1)镀件(钥匙)作　阴　极,镀层金属(铜)作　阳　极,含有　镀层金属离子　(Cu2+)的溶液作电镀液。 (2)阳极上发生的电极反应为　Cu-2e- ==== Cu2+　;阴极上发生的电极反应为　Cu2++2e- ==== Cu　。 
微思考2 当上述电镀进行一段时间后,电镀液的浓度是如何变化的?提示:因阳极溶解的Cu和阴极析出的Cu的量相等,所以电镀液的浓度基本不变。
微判断1 (1)在铁制品上电镀锌时,铁制品应与电源的正极连接。(　　)(2)用石墨作阳极,用硫酸铜溶液作电解质溶液,也能实现在镀件上电镀铜。(　　)(3)电镀铜时,电解质溶液中c(Cu2+)一定保持不变。(　　)
3.电解精炼铜。(1)利用电解原理进行电解精炼铜时,以粗铜作　阳　极,以纯铜作　阴　极,通常用　CuSO4溶液　作电解质溶液。 (2)粗铜中含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质金属,其中Zn、Fe、Ni、Cu　可在阳极放电变成相应的金属离子进入溶液中,　Ag、Au　等金属则沉淀在阳极底部形成阳极泥。 写出阳极上发生的电极反应:　Zn-2e- ==== Zn2+,Fe-2e- ==== Fe2+,Ni-2e- ==== Ni2+,Cu-2e- ==== Cu2+　; 写出阴极上发生的电极反应:　Cu2++2e- ==== Cu　。 
微思考3 电解精炼铜时,当电解进行一段时间后,CuSO4溶液的浓度是如何变化的?提示:阳极除溶解Cu外,还溶解Zn、Fe、Ni等金属,而阴极只析出Cu,所以CuSO4溶液的浓度会减小。
4.电冶金。电解法是冶炼金属的一种重要方法,利用电解法可以冶炼Na、Ca、Mg、Al等活泼金属。用直流电电解熔融NaCl制取金属钠的化学方程式为　2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑　。阳极反应为　2Cl--2e- ==== Cl2↑　;阴极反应为　Na++e- ==== Na 。
微判断2 (1)电解精炼时,阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。(　　)(2)电解冶炼镁、铝时,通常电解熔融的MgCl2和AlCl3。( )(3)金属铜只能用热还原法冶炼,不能用电解法冶炼。(　　)
微训练2 1.火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金、银等),其性能远不能达到电气工业的要求,工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。在电解精炼时(　　)。A.粗铜接电源负极B.纯铜作阳极C.杂质都将以单质形式沉淀到池底D.纯铜片增重2.56 g,电路通过电子为0.08 ml答案:D
解析:电解精炼铜时,用粗铜作阳极,用纯铜作阴极,A项、B项不正确;锌比铜活泼,失电子变成锌离子进入溶液中,金、银不活泼,以单质形式沉淀到电解槽底部,C项不正确;阴极发生反应Cu2++2e-══Cu,m(Cu)=2.56 g,n(Cu)=0.04 ml,电路通过电子n(e-)=0.08 ml,D项正确。
2.用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　)。A.待加工铝制品为阳极B.可选用不锈钢网作为阴极C.阴极的电极反应式:Al3++3e-══AlD.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动答案:C
解析:根据电解原理可知,铝制品表面要形成氧化膜,Al元素化合价升高,失电子,因此铝制品为阳极,A项正确;阴极仅作导体,可选用不锈钢网,且不锈钢网接触面积大,能增加电解效率,B项正确;阴极应为酸性溶液中的H+得电子生成氢气,C项错误;电解时,溶液中的阴离子移向阳极,D项正确。
一、电解原理的应用重难归纳1.氯碱工业的生产过程。
2.电镀铜与精炼铜的比较。(电解质溶液均为CuSO4溶液)
如图所示,思考下列问题:
1.甲池、乙池分别是原电池还是电解池?提示:有外接电源,甲池、乙池都是电解池。2.若用导线替代外接电源,甲池、乙池分别是原电池还是电解池?提示:甲池符合原电池组成条件,乙池不符合原电池组成条件,甲池是原电池,充当电源,对乙池电解,乙池是电解池(也是电镀池)。
典例剖析工业上处理含 的酸性工业废水常用以下方法:①往工业废水里加入适量的NaCl,搅拌均匀;②用Fe作电极进行电解,经过一段时间后有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀产生;③过滤回收沉淀,废水达到排放标准。请回答下列问题。(1)电解时的电极反应:阳极为　　　　　,阴极为　　　　　。(2)写出 转变成Cr3+的离子方程式:  　。 (3)电解过程中Cr(OH)3、Fe(OH)3沉淀是怎样产生的?
答案:(1)Fe-2e-══Fe2+　2H++2e-══H2↑(2)6Fe2++ +14H+══6Fe3++2Cr3++7H2O(3)在阴极反应及 与Fe2+反应的过程中,消耗大量的H+,使溶液pH增大,促进Fe3+、Cr3+水解并最终转化为Fe(OH)3、Cr(OH)3沉淀。
【拓展延伸】 能否用Cu电极来代替Fe电极?请简述理由。答案:不能。若用Cu电极来代替Fe电极,产生的Cu2+不能将 转化为Cr3+,不能除去废水中的 。
学以致用如图中的A为直流电源,B为浸透氯化钠饱和溶液和酚酞溶液的滤纸,C为电镀槽,接通电路后,发现B上的c点显红色。请回答下列问题:
(1)电源A的a为　　极。 (2)滤纸B上发生的总反应方程式为　　 　　　　。 (3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌,接通K点,使c、d两点短路,则电极e上发生的反应为　　　　　　　　　　　　　　,电极f上发生的反应为　　　　　　　　,槽中盛放的电镀液可以是　　　　　　　　　　或　　　　　　　　　　(只要求填两种电解质溶液)。 
答案:(1)正(2)2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH(3)Zn-2e-══Zn2+　Zn2++2e-══Zn　ZnSO4溶液　Zn(NO3)2溶液
解析:(1)根据c点显红色,则该极上发生的反应为2H++2e-══H2↑,即该极为阴极,与电源的负极相连,所以a是正极。(2)滤纸B上发生的总反应方程式为2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH。(3)c、d两点短路后,e为阳极,反应为Zn-2e-══Zn2+。欲实现铁上镀锌,则阴极反应为Zn2++2e-══Zn。电镀液用含镀层金属离子的电解质溶液,所以可用ZnSO4溶液或Zn(NO3)2溶液等。
二、电解的有关计算重难归纳1.计算的原则。(1)阳极失去的电子数等于阴极得到的电子数。(2)串联电路中通过各电解池的电子总数相等。(3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。
2.计算的方法。(1)得失电子守恒法计算:用于串联电路、通过阴阳两极的电量相同等类型的计算,其依据是电路上转移的电子数相等。(2)总反应式计算:先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列比例式计算。(3)关系式计算:借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁,建立计算所需的关系式。电解计算时常用的定量关系为4e-~4H+~4OH-~2H2~O2~2Cu~4Ag。
3.计算的步骤。(1)正确书写电极反应式(要注意阳极材料)。(2)当溶液中有多种离子共存时,要确定放电离子的先后顺序。(3)最后根据得失电子守恒进行相关的计算。
用惰性电极电解100 mL饱和食盐水,生成112 mL氢气(标准状况)时,溶液的pH是多少?
提示:设生成NaOH的物质的量为x ml。2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 2 1 x ml 0.005 ml得:x=0.01
典例剖析常温下用惰性电极电解200 mL 氯化钠、硫酸铜的混合溶液,所得气体的体积随时间变化如下图所示,根据图中信息回答下列问题。(气体体积已换算成标准状况下的体积,且忽略气体在水中的溶解和溶液体积的变化)
(1)曲线　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)表示阳极产生气体的变化。(2)氯化钠的物质的量浓度为　　　　　　,硫酸铜的物质的量浓度为　　　　　。 答案:(1)Ⅱ　(2)0.1 ml·L-1　0.1 ml·L-1解析:(1)阴极上Cu2+首先放电,故开始时,阴极上无气体生成,故曲线Ⅱ表示阳极产生气体的变化。
【拓展延伸】 t2时所得溶液的pH是多少?
学以致用1.用惰性电极电解硫酸铜溶液。若阳极上产生气体的物质的量为0.01 ml,阴极无气体逸出,则阴极上析出铜的质量为(　　)。 g g g g答案:B
解析:用惰性电极电解硫酸铜溶液,在阳极产生的气体为氧气,由4OH--4e-══2H2O+O2↑知,产生0.01 ml的氧气转移0.04 ml电子,则根据Cu2++2e-══Cu可推出应析出0.02 ml的铜,其质量为1.28 g。
2.在100 mL H2SO4与CuSO4的混合液中,用石墨作电极电解,两极上均收集到2.24 L气体(标准状况),则原混合溶液中Cu2+的物质的量浓度为(　　)。A.1 ml·L-1B.2 ml·L-1C.3 ml·L-1D.4 ml·L-1答案:A
解析:电解H2SO4和CuSO4的混合溶液,阳极H2O放电,生成O2;阴极放电顺序是Cu2+>H+,开始生成Cu,后来生成H2。两极上均收集到2.24 L气体(标准状况),即0.1 ml气体,阳极生成0.1 ml O2转移0.4 ml e-,阴极生成0.1 ml H2转移0.2 ml e-,根据两极转移电子数相等,阴极析出铜转移0.2 ml e-,所以溶液中有0.1 ml Cu2+放电,原混合溶液中Cu2+的物质的量浓度为 =1 ml·L-1。
1.工业上电解饱和食盐水的阴极区产物是(　　)。A.氯气B.氢气和氯气C.氢气和氢氧化钠D.氯气和氢氧化钠答案:C解析:电解饱和食盐水生成三种产物,在阴极区生成氢气和氢氧化钠,在阳极区生成氯气。
2.关于镀铜和电解精炼铜,下列说法中正确的是(　　)。A.都用粗铜作阳极、纯铜作阴极B.电解质溶液的浓度都保持不变C.阳极反应都只有Cu-2e-══Cu2+D.阴极反应都只有Cu2++2e-══Cu答案:D解析:A项,电镀时镀件作阴极;B项,电解精炼铜时电解质溶液浓度改变;C项,电解精炼铜时,杂质中若有比铜活泼的金属如锌,则还会发生Zn-2e-══Zn2+的反应。
3.下列描述中,不符合生产实际的是(　　)。A.电解熔融的氧化铝制取金属铝,用铁作阳极B.电解法精炼粗铜,用纯铜作阴极C.电解饱和食盐水制烧碱,用涂镍碳钢网作阴极D.在镀件上电镀锌,用锌作阳极答案:A
解析:电解池的阳极失电子发生氧化反应,阴极得电子发生还原反应。电解熔融的Al2O3制Al时,若用Fe作阳极,会发生反应Fe-2e-══Fe2+,Fe2+移动到阴极上发生反应Fe2++2e-══Fe,使得到的Al不纯。
4.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器,用石墨作电极电解氯化钠饱和溶液,通电时,为使Cl2被完全吸收,制得有较强杀菌能力的消毒液,设计了如图的装置。下列对电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是(　　)。A.a为正极,b为负极,NaClO和NaClB.a为负极,b为正极,NaClO和NaClC.c为阳极,d为阴极,HClO和NaClD.c为阴极,d为阳极,HClO和NaCl答案:B
解析:用石墨作电极电解氯化钠饱和溶液时,在阳极上氯离子失电子生成氯气,在阴极上氢离子得电子生成氢气,为使Cl2被完全吸收,制得有较强杀菌能力的消毒液,所以一定要让氯气在d电极产生,所以d电极是阳极,c电极是阴极,故a为负极,b为正极,d极生成的Cl2与c极区的NaOH反应生成NaClO和NaCl。
5.将两个铂电极插入500 mL AgNO3溶液中进行电解,通电一段时间后,某一电极增重0.108 g,若电解时该电极无气体生成,且不考虑离子的水解和溶液体积变化,则此时溶液中氢离子浓度为(　　)。A.4×10-3 ml·L-1B.2×10-3 ml·L-1C.1×10-3 ml·L-1D.1×10-7 ml·L-1答案:B
6.某同学设计一个燃料电池(如下图所示)用于探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中X为阳离子交换膜。
根据要求回答相关问题:(1)通入氢气的电极为　　　　(填“正极”或“负极”),该电极反应式为　 。 (2)石墨电极为　　　　(填“阳极”或“阴极”),反应一段时间后,在乙装置中滴入酚酞溶液,　　　　(填“铁极”或“石墨极”)区的溶液先变红。 (3)如果粗铜中含有锌、银等杂质,丙装置中反应一段时间,硫酸铜溶液浓度将　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。精铜电极上的电极反应式为　 。 
答案:(1)负极　H2+2OH--2e-══2H2O(2)阳极　铁极(3)减小　Cu2++2e-══Cu