高中人教版 (2019)第二节 电解池导学案

这是一份高中人教版 (2019)第二节 电解池导学案，共13页。
1．了解电解池的结构，理解电解的工作原理，能正确书写电极反应式和总反应。
2．了解饱和食盐水电解、电镀、电解精炼铜及电冶金等电解原理的应用。
3．掌握电解原理的相关计算。
图说考点
必备基础——自学·尝试
[新知预习]
一、电解原理
1．电解：
定义：使电流通过________而在阴、阳两极引起________的过程。
2．电解池：
(1)定义：将________转变为________的装置。
(2)构成条件：A.两个________，B.电解质溶液或熔融电解质，C.________，D.构成________。
(3)工作原理(以惰性电极电解氯化铜为例)。
①实验装置：
②电池总反应：
________________________________________________________________________。
③电解池中离子的定向移动：阴离子移向________极，阳离子移向________极。
二、电解原理的应用
1．电解饱和食盐水：
2．电镀：
(1)定义：利用________原理在某些金属表面镀上一薄层其他________或合金的方法。
(2)目的：使金属增强________能力，增加美观度和表面硬度。
(3)实例(在铁件上镀铜)。
①阴极：a.材料：________，
b．电极反应式：
________________________________________________________________________；
②阳极：a.材料：________，
b．电极反应式：
________________________________________________________________________；
③电解质溶液：________溶液。
3．电解精炼铜：
4．电冶金：
(1)金属冶炼的本质：使矿石中的________获得电子，从它们的化合物中________出来，如Mn＋＋ne－===M。
(2)电冶金：电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些活泼金属单质的制取，如冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属。
(3)电解熔融的氯化钠。
阳极反应：
________________________________________________________________________；
阴极反应：
________________________________________________________________________；
总反应：
________________________________________________________________________。
[即学即练]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)在原电池的负极和电解池的阴极上都发生失电子的反应。( )
(2)铜作阳极电解盐酸的化学方程式为Cu＋2HClCuCl2＋H2↑，因此还原剂铜的还原性强于还原产物氢气的还原性。( )
(3)电解水时为了增强其导电性，加入的电解质可以是NaOH。( )
(4)用石墨作电极电解氯化钠溶液一段时间后，加入盐酸就能使溶液复原。( )
(5)电解饱和食盐水时，在阳极区生成氢氧化钠。( )
(6)电解NaCl、KCl混合溶液，在阴极上首先析出金属Na。( )
(7)电镀时，电镀液的浓度保持不变。( )
2．下列各装置中，在铜电极上不能产生气泡的是( )
3．下列关于用惰性电极电解NaCl溶液的叙述正确的是( )
A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
B．若向阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色
C．若向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色
D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
4．在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是( )
A．锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Zn2＋
B．铂作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Zn2＋
C．铁作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Fe2＋
D．锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Zn2＋
5．电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是( )
A．电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极
B．粗铜与直流电源负极相连，发生氧化反应
C．阴极上发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu
D．电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥
6．从H＋、Cu2＋、Na＋、、Cl－五种离子中选择并恰当地组成电解质，按下列要求进行电解：
(1)以石墨为电极，使电解质质量减少，水质量不变，进行电解，则可采用的电解质是________________________________________________________________________。
(2)以石墨为电极，使电解质质量不变，水质量减少，进行电解，则可采用的电解质是________________________________________________________________________。
(3)以石墨为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水的质量都减少，进行电解，则电解质是________________________________________________________________________。
(4)以石墨为电极进行电解，若阴极析出金属，阳极放出O2，电解质的化学式可能是________________________________________________________________________。
(5)以石墨为电极进行电解，两极分别放出气体，且体积比为1∶1，电解质的化学式可能是________________________________________________________________________。
核心素养——探究·分享
提升点一 电解池的工作原理及电解规律
例1 如下图所示为用惰性电极电解CuCl2溶液并验证其产物的实验装置，则下列说法不正确的是( )
A.a极为电源负极
B．碘化钾淀粉溶液会变蓝
C．可以将惰性电极Ⅰ换为铜棒
D．电极Ⅰ上发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋
状元随笔 活性电极指除了Au、Pt之外的金属都是活性电极，活性电极材料优先失电子，惰性电极指石墨、Pt、Au等。
[提升1] 如图所示，X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色、无味气体放出。符合这一情况的是附表中的( )

状元随笔 先根据X电极确定阴、阳极再根据电解原理确定阴、阳两极电极反应。
关键能力
1.用惰性电极电解电解质溶液的一般规律
状元随笔 利用坐标系掌握电解类型
2．电极反应式与电解方程式的书写(以石墨电极电解CuCl2溶液为例)
(1)电极反应式的书写
①确定阴、阳极。与电源正极相连的为阳极、与电源负极相连的是阴极。
②分别写出两极上出现的离子。
阴极：Cu2＋、H＋，
阳极：Cl－、OH－。
③判断阴、阳极放电顺序。阴极：Cu2＋>H＋，阳极：Cl－>OH－。
④写电极反应式。列物质→标得失→选离子、配电荷→配原子个数
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。
(2)电解反应方程式的书写
①通过最小公倍数法使两个电极反应式的电子数相等。
②把两个电极反应式相加，消去相同项，并注明条件“电解”。电解CuCl2溶液总反应方程式为CuCl2电解Cu＋Cl2↑
状元随笔 书写模式：
提升点二 电解原理的应用
例2 下图是常见的电化学装置图，①、③、④中电极均为惰性电极，下列说法错误的是( )
A．装置①中阳极反应为 2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu
B．装置②中铜片为阳极，若铜片和铁制品的质量相等，电解一段时间后，电路中有2 ml电子转移，此时铜片和铁制品的质量差为128 g
C．装置③中b极为正极，该极上的电极反应为
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．装置④中1 ml Na＋通过离子交换膜时，阴极上产生11.2 L H2
状元随笔 电镀特点：“一多一少、一不变”，“一多”指阴极上有镀层金属沉积，“一少”指阳极上金属溶解，“一不变”指电解质溶液的浓度不变。
(1)因为阳极产物Cl2和阴极产物H2会发生反应，Cl2和NaOH会发生反应，因此工业上常用特殊的电解槽电解饱和食盐水，一般用阳离子交换膜将电解槽分隔成两部分，以避免电解产物之间发生反应。
(2)阳极区Cl－放电生成Cl2，生成的Cl2少量溶于水会使阳极区呈酸性。
[提升2] 电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则：
①电解池中X极上的电极反应式是
________________________________________________________________________。
②Y电极上的电极反应式
________________________________________________________________________。
检验该电极反应产物的方法是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③该反应的总反应方程式是
________________________________________________________________________。
(2)如果用电解方法精炼粗铜，电解液a选用溶液，则：
①X电极的材料是________，电极反应式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②Y电极的材料是________，主要的电极反应式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
关键能力
电解原理应用中的注意要点
1．电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属附着在阴极上。
2．电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。
3．电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。
提升点三 电化学中的计算
例3 如图为相互串联的甲、乙两电解池，其中甲池为电解精炼铜的装置。
试回答下列问题：
(1)A是________极，材料是________，电极反应为____________________，B是________极，材料是________，主要电极反应为____________________，电解质溶液为________。
(2)乙池中若滴入少量酚酞溶液，电解一段时间后Fe极附近溶液呈________色。
(3)常温下，若甲池中阴极增重12.8 g，则乙池中阳极放出的气体在标准状况下的体积为________。若此时乙池剩余液体为400 mL，则电解后得到碱液的物质的量浓度为________，pH为________。
状元随笔 根据装置的特点，有外接直流电源，故该装置为串联的电解池，可分析出甲乙中的阴阳极。
[提升3] 在如图所示的装置中，通电5 min后，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题：
(1)电源中X极为直流电源的________极。
(2)溶液pH的变化情况：A________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B________，C________。
(3)通电5 min后，B装置中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前该装置溶液中CuSO4的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。
(4)若A装置中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，则电解后恢复至常温，溶液的pH为________(设电解前后溶液体积无变化)。
状元随笔 电解时间较长时，电极可能会发生后续反应；计算电解后溶液pH的常规方法为依据电解总反应方程式分析计算。
关键能力
电化学计算的基本方法
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液组成和浓度的计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、根据电量求产物的量与根据产物的量求电量等计算。
不论哪类计算，均可概括为下列三种方法：
状元随笔 特别是涉及溶液浓度或pH变化时、要依据总反应、而不能依靠某一个电极反应判断。
素养形成——自测·自评
1.下列图示中关于铜电极的连接不正确的是( )
2．用惰性电极电解某pH＝a的电解质溶液，一段时间后，溶液的pH