第三節(jié) 電解池學(xué)案
學(xué)習(xí)目標(biāo):
1、理解電解的基本原理,初步掌握一般電解反應(yīng)產(chǎn)物的判斷方法;
2、掌握電解、電解池及形成條;
3、了解銅的電解精煉和電鍍銅的原理,了解氯堿工業(yè)反應(yīng)原理,能正確書寫電極反應(yīng)式和電解的總化學(xué)方程式;
4、通過對(duì)比、分析明確原電池與電解池的區(qū)別和聯(lián)系。
學(xué)習(xí)重點(diǎn):電解原理氯堿工業(yè)反應(yīng)原理
學(xué)習(xí)難點(diǎn):離子放電實(shí)質(zhì)
學(xué)習(xí)過程:
一、電解原理
1、試驗(yàn)探究
如圖所示:與電正極相連的電極叫 極,
與電負(fù)極相連的電極叫 極。
若燒杯中的液體為CuCl2溶液,合上電開關(guān),
能否看到小燈泡發(fā)光? 。
給CuCl2溶液通電時(shí)現(xiàn)象:
陰極上 ,
經(jīng)檢驗(yàn)該物質(zhì)是 。
陽極上: ,
經(jīng)檢驗(yàn)該物質(zhì)是 。
兩支電極上發(fā)生的反應(yīng)為:
陽極: 。反應(yīng)類型: 反應(yīng)。
陰極: 。反應(yīng)類型: 反應(yīng)。
總反應(yīng)式: 。
過程分析:CuCl2溶液能導(dǎo)電是因?yàn)榇嬖?,通電后這些自由移動(dòng)的離子,在電場(chǎng)作用下作 移動(dòng),根據(jù) 相互吸引的原理,帶負(fù)電的氯離子向 極移動(dòng),在陽極,氯離子失去電子被 為氯原子,并兩兩結(jié)合成氯分子,從陽極放出,帶正電的銅離子向 極移動(dòng),在陰極銅離子獲得電子被 成銅原子,覆蓋在陰極上。
2、電解:使電流通過 溶液而在陰、陽兩極引起 的過程。
所用電流一般為直流電還是交流電較好? !該過程中 能轉(zhuǎn)化為 能! 這是一個(gè)物理過程還是一個(gè)化學(xué)過程? 過程!顯然:電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程就是 的過程。
3、電解池:將 能轉(zhuǎn)化為 能的裝置。
構(gòu)成電解池的條:
① ②
③ ④
判斷下列裝置是否屬于電解池:
4、原電池與電解池的比較
裝置類別原電池電解池
舉例(圖)
電極名稱
反應(yīng)類型
能量轉(zhuǎn)變
反應(yīng)是否自發(fā)進(jìn)行
在CuCl2的電解池裝置中,電子流動(dòng)方向從電的 極沿著導(dǎo)線到達(dá) 極,從 極沿著導(dǎo)線回到電的 極。
在溶液中電子有沒有從陰極直接到達(dá)陽極呢? 。溶液中的 在電場(chǎng)作用下到達(dá)陰極,得到從電負(fù)極流出的電子;溶液中的 在電場(chǎng)作用下到達(dá)陽極,失去了電子流向電的正極。就是說:在電解質(zhì)溶液中依靠 的定向移動(dòng)而形成閉合回路的。
對(duì)CuCl2溶液而言,溶液中是否只有Cu2+和Cl-兩種離子呢? 。水電離出少量的H+和OH--在電場(chǎng)作用下是否也要做定向移動(dòng)呢? 。通電時(shí),溶液中的
兩種離子都要向陰極移動(dòng), 都要向陽極移動(dòng)。
5、放電順序
陰極上:
由于陰極上要 電子,不管陰極是金屬還是石墨,此時(shí)都不能得電子,因此只能是溶液中的 得電子。陽離子氧化性越強(qiáng)就越 得電子。
因此陰極上氧化性強(qiáng)的離子 得電子。
金屬越不活潑,對(duì)應(yīng)陽離子氧化性越 ,越 得電子。
由此根據(jù)金屬活動(dòng)順序表,分析下列離子得電子能力的強(qiáng)弱:
金屬活動(dòng)順序表
Ag+ Cu2+ H+(酸) Pb2+ Fe2+ Zn2+ H+(水) Al3+…
嚴(yán)格講:離子的放電能力與其濃度也有一定的關(guān)系,如酸溶液中:c[H+(酸)]>c[ H+(水)],因而放電能力 > 。但在中學(xué)范圍內(nèi)一般不考慮上述金屬離子濃度對(duì)其放電能力的影響。
、 、 、 、 、 等活潑金屬陽離子在水溶液中電解時(shí)不得電子。
小結(jié):質(zhì)量增加,或有氫氣產(chǎn)生的電極一定是 極。
陽極上:
電解池中陽極上要 電子,而 與溶液中的 都可失電子,因此陽極上的電極反應(yīng)與 有關(guān)。由于一般的 比陰離子更容易失去電子,因此如果用一般的金屬做陽極,電解時(shí)陽極上是 失去電子。而陽極如果用石墨或金屬鉑(Pt)等難失電子的物質(zhì)做惰性電極時(shí),則是溶液中 失去電子。陰離子還原性越強(qiáng)就越 失去電子。根據(jù)非金屬性的強(qiáng)弱,分析下列離子失電子能力的強(qiáng)弱:
S2- I- Br- Cl- OH-(水或堿) 最高價(jià)含氧酸根離子 F-。
從CuCl2溶液的電解產(chǎn)物可知: 的失電子能力比 強(qiáng)。而氟原子的得電子能力很 ,因而F-失電子能力最 。
研究表明:OH-的失電子能力比最高價(jià)含氧酸根離子強(qiáng):
4OH-- 4e-=O2 ↑+2H2O
、 等陰離子在水溶液中電解時(shí)不失電子。
注意:放電順序這個(gè)考點(diǎn)不難,但要細(xì)心,極易出錯(cuò)。要能根據(jù)放電順序判斷陰、陽極產(chǎn)物,如果是惰性電極則直接考慮溶液中離子的放電順序。如果陽極是較活潑金屬,那一定要能想起:一般的 比陰離子更容易失去電子,因此如果用一般的金屬材料做陽極,電解時(shí)陽極上是 失去電子。
練習(xí):一、用惰性電極電解下列電解質(zhì)溶液,請(qǐng)你分析下列問題(注意得失電子的順序)
1、CuCl2陰極: 陽極
總方程式: 電解質(zhì)濃度 ,pH
電解對(duì)象: ,要把電解質(zhì)溶液復(fù)原,加 。
2、HCl:
陰極: 陽極
總方程式: 電解質(zhì)濃度 ,pH
電解對(duì)象: ,要把電解質(zhì)溶液復(fù)原,加 。
小結(jié):經(jīng)過總方程式發(fā)現(xiàn)以上兩個(gè)電解池反應(yīng)的電解對(duì)象都是 ,這一類電解反應(yīng)稱
為電解電解質(zhì)型
3、NaCl陰極: 陽極
總方程式: 電解質(zhì)濃度 ,pH
電解對(duì)象: ,要把電解質(zhì)溶液復(fù)原,加 。
小結(jié):經(jīng)過總方程式發(fā)現(xiàn)該電解池反應(yīng)的電解對(duì)象是 ,這一類電解反應(yīng)稱為放H2生堿型。
4、CuSO4陰極: 陽極
總方程式: 電解質(zhì)濃度
總方程式: 電解質(zhì)濃度 ,pH
電解對(duì)象: ,要把電解質(zhì)溶液復(fù)原,加 。
小結(jié):經(jīng)過總方程式發(fā)現(xiàn)該電解池反應(yīng)的電解對(duì)象是 ,這一類電解反應(yīng)稱為放O2生酸型。
5、NaOH:
陰極: 陽極
總方程式: 電解質(zhì)濃度 ,pH
6、H2SO4:
陰極: 陽極
總方程式: 電解質(zhì)濃度 ,pH
7、Na2SO4:
陰極: 陽極
總方程式: 電解質(zhì)濃度 ,pH
小結(jié):經(jīng)過總方程式發(fā)現(xiàn)以上三個(gè)電解池反應(yīng)的電解對(duì)象都是 ,要把電解質(zhì)溶液復(fù)原,加 。這一類電解反應(yīng)稱為電解水型。
4、電極方程式的書寫
①標(biāo)出電極名稱—陰極或陽極
②寫出電極方程式:
陽極: ;反應(yīng)類型: 反應(yīng)。
陰極: ;反應(yīng)類型: 反應(yīng)。
陰、陽兩極中得、失電子的總數(shù)要 ,每一極上都要滿足 和 守恒,總方程式可根據(jù)陰、陽兩極的物質(zhì)變化寫出。
二、用銅電極電解下列電解質(zhì)溶液,請(qǐng)你分析下列問題(注意得失電子的順序)
1、H2SO4:
陰極:
陽極
總方程式:
2、ZnSO4:
陰極:
陽極
總方程式:
3、CuSO4陰極:
陽極
總方程式:
發(fā)散:
1、在電解水實(shí)驗(yàn)中,常加入一定量的NaOH溶液和H2SO4溶液,對(duì)電解水的現(xiàn)象和結(jié)果有無影響? 。為何加入一定量的NaOH溶液和H2SO4液? 。 能否改為加入HCl溶液? 。能否把陰極上的石墨改為Fe? 。能否把陽極上的石墨改為Fe? 。
2、能否設(shè)計(jì)一個(gè)裝置,使反應(yīng):Cu+H2SO4=Cu SO4+H2 ↑能夠進(jìn)行?
二、電解原理的應(yīng)用:
1、氯堿工業(yè):電解 制 、 和 。
電極反應(yīng)方程式:
陽極:
陰極:
總方程式
該電解池中陽極用 電極(金屬、惰性)
2、電鍍:
電鍍時(shí),通常把 作陰極,把 作陽極,
用含有 作電鍍液。
3、銅的精煉
電解時(shí),通常把 作陰極,把 作陽極,
用含有 作電鍍液。
粗銅中的多數(shù)雜質(zhì)沉積在電解槽底部,形成
4、電冶金
對(duì)于 、 、 、 這樣活潑的金屬,工業(yè)上用電解法冶煉。
工業(yè)上用電解 的方法制取金屬鈉,方程式
工業(yè)上用電解 的方法制取金屬鎂,方程式
工業(yè)上用電解 的方法制取金屬鋁,方程式
練習(xí):電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。右圖表示一個(gè)電解池,裝有電解液a;X、Y是兩塊電極板,通過導(dǎo)線與直流電相連。請(qǐng)回答以下問題:
(1)若X、Y都是惰性電極,a是飽和NaCl溶液,實(shí)驗(yàn)開始時(shí),同時(shí)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(yīng)式為 。在X極附近觀察到的現(xiàn)象是 。
② Y電極上的電極反應(yīng)式為 ,檢驗(yàn)該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是 。
(2)如要用電解方法精煉粗銅,電解液a選用CuSO4溶液,則
① X電極的材料是 ,電極反應(yīng)式是 。
② Y電極的材料是 ,電極反應(yīng)式是 。
(說明:雜質(zhì)發(fā)生的電極反應(yīng)不必寫出)
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