逍遥学能 2013-08-09 16:17
一. 教学内容：电能转化为能－电解
教学目的：
1、理解电解基本原理。
2、初步掌握电解电极反应式书写及电解产物的判断。
3、通过电解食盐水的，进一步理解电解的基本原理，深化离子放电顺序的应用。
4、了解电解精炼铜和电镀的原理，会设计简单的电镀池。
二. 重点、难点：
电解的基本原理及离子的放电顺序
三. 分析
（一）电解的原理
1、电解：在直流电的作用下，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫电解。
2、电解池：
（1）定义：将电能转化成化学能的装置叫电解池。
（2）构成条件：由直流电源、固体电极材料、电解质溶液或熔融电解质等组成。
（3）两极的确定：
判断
阳极
阴极
反应类型
氧化反应
还原反应
电子得失
失电子
得电子
电子流向
电子流出
电子流入
与直流电源的连接情况
与正极相连
与负极相连
3、电极反应和电池反应
电极上物质的变化情况及电子的转移情况用电极反应式来表明。
在电解池中，氧化反应和还原反应是在两个电极上分别进行的，每个电极上只发生一个方向的电子转移，相当于氧化还原反应的一半，称为半反应。这种在电极上进行的半反应叫电极反应。电极反应有两个，每个反应总是涉及同一元素两种价态的物质，一种处于较高价，另一种处于较低价，通常用单箭头表示这种有确定电子流向的电极反应。
以石墨做电极电解熔融氯化钠制备金属钠为例：
阳极：2Cl－→Cl2↑＋2e－
阴极：2Na＋＋2e－→2Na
电解总反应：2NaCl 2Na＋Cl2↑
4、离子的放电顺序：
当电解质溶液中存在多种阳离子或者多种阴离子时，电解质溶液中各种离子在两极上得失电子是有一定顺序的，称之为放电顺序。在离子浓度相同时：
阴离子的还原性：S2－>SO32－>I－>Br－>Cl－>OH－>（SO42－、CO32?D、PO43－等）>F－
（二）电解原理的应用
电解原理应用于实际生产中，主要有工业上应用电解食盐水溶液的方法制取烧碱、氢气、氯气；电解精练铜、电镀等。
1、电解食盐水制取烧碱和氯气
（1）原理：
阳极：2Cl－→Cl2↑＋2e－
阴极：2H＋＋2e－→H2↑
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
（2）产物检验：氯气用湿润的淀粉KI溶液检验；氢气用收集后检验爆鸣声的方法；碱液用酚酞试液。
2、电解精炼铜
用粗铜做阳极、精铜做阴极，含铜离子的水溶液做电解质溶液电解。通电后，因为阳极主要成分是铜，故阳极的主要反应是：Cu→Cu2＋＋2e－，当铜表面出现活泼金属（如锌、铁）时，活泼金属优先失电子进入溶液，此时由于其阳离子氧化性弱于铜离子，故不能在阴极析出，在阴极的反应是Cu2＋＋2e－→Cu；而当铜表面出现不活泼金属（如金、铂）时，该金属不会优先失电子，而当周围铜反应完毕后，该金属会落到阳极的底部沉积。这样电解就可在阴极获得纯净的铜，从而实现粗铜的电解精炼。
3、电镀
（1）定义：利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层金属或合金的过程。
（2）构成条件：镀层金属做阳极，镀件做阴极，镀层金属的阳离子形成的盐溶液做电解质溶液。
（3）结果：阳极质量减轻，阴极质量增加，电解质溶液成分几乎不变。
【典型例题】
例1. 下列关于电解池中形成的闭合回路的叙述正确的是（ ）
A、电解池中的闭合回路仅是由电子的定向运动形成的
B、金属导线中电子由电源的负极流向电解池的阳极，从电解池的阴极流向电源的正极
C、在电解质溶液中，阴离子向阴极移动，阳离子向阳极移动
D、相同时间内阳离子在阴极得到的电子与阴离子在阳极失去的电子数相等
例2. 写出下列电解池的电极反应式，并判断是氧化反应还是还原反应：
答案：
阴极：4Ag＋＋4e－→4Ag（还原反应）
阴极：2H＋＋2e－→H2↑（还原反应）
例3. 在25℃时，将两个铂电极插入到一定量的饱和Na2SO4溶液中，通直流电电解并不断搅拌，在开始较短的时间内，测定当阴极收集到xg气体的同时，溶液析出mg结晶水合物Na2SO4?10H2O，若保持温度不变，则所剩溶液的溶质质量分数是（ ）
C、71m/161（m＋18x）×100% D、71m/161（m＋36x）×100%
2H2↑＋O2↑，当阴极上得到xg气体时，溶液中消耗水为9xg，电解后仍为饱和溶液，析出的晶体和消耗的水恰好构成饱和溶液，其质量分数可表示为：142gm/322（m＋9x）×100%，化简后可看出B选项符合题意。
点评：本题考查电解知识和饱和溶液知识。
例4. 在500ml 0.2mol/L的CuSO4溶液中插入两个电极，通电电解（不考虑水的挥发）
（1）若两极均为铜片，电解过程中CuSO4溶液的浓度________________（填“增大”或“减小”或“不变”）。
（2）若阳极为锌，阴极为铜片，阳极反应式为：______________________。
（3）阳极为锌，阴极为铜片，若不考虑H＋在阴极上放电，当电路中有0.04mol电子通过时，阴极电极反应式为__________________，阴极增重_____________。
答案：（1）不变（2）Zn→Zn2＋＋2e－（3）Cu2＋＋2e－→Cu；1.28g
1、用铂电极电解下列溶液时，阴极和阳极上主要产物分别是H2和O2的是（ ）
C、酸性MgSO4溶液 D、AgNO3溶液
2、海水提镁的最后一步是将氯化镁电解制取镁，下列有关该电解过程的叙述正确的是（ ）
B、阳极必须用惰性电极，阴极则可以用非惰性电极
D、电解氯化镁的水溶液
3、许多金属都可以通过电解的方法达到精炼的目的，下列有关该方法的叙述正确的是（ ）
B、阴极只要是导体即可，与精炼过程无关
D、在精炼过程中，电解质溶液的成分不发生任何变化
A、锌做阳极，镀件做阴极，溶液含有Zn2＋
C、铁做阳极，镀件做阴极，溶液含有Fe2＋
5、用惰性电极分别电解下列物质的水溶液，一段时间后，向剩余的电解质溶液中加入适量的水能使溶液恢复到电解前的浓度的是（ ）
A、HCl B、NaOH C、Na2SO4 D、NaCl
7、用惰性电极分别电解下列物质的水溶液，一段时间后阴极质量增加，溶液pH下降的是（ ）
10、用惰性电极电解2L、1mol/L的CuSO4溶液，在电路中通过0.05mol电子后，调换正、负极。电路中又通过了1mol电子，此时溶液中H＋的浓度是（ ）
（3）以碳棒为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水量都减少进行电解，则电解质是_________。
12、将浓度均为2mol/L AgNO3与Cu(NO3)2溶液各0.5L混合，以铜电极进行电解，一段时间后，阴极上有1.6g铜析出。
（2）溶液中c（Cu2＋）为________mol/L。
13、现在工业上主要采用离子交换膜法电解饱和食盐水制取H2、Cl2、NaOH，请回答下列问题：
（1）在电解过程中，与电源正极相连的电极上发生的电极反应为____________________；
（2）电解之前食盐水需要精制，目的是除去粗盐中的Ca2＋、Mg2＋、SO42－等杂质离子，使用的试剂有a：Na2CO3溶液，b：Ba（OH）2溶液，c：稀盐酸，其合理的加入顺序为________；
（3）如果在容积为10L的离子交换膜电解槽中，1min在阴极可产生标况下11.2L的H2，这时溶液中OH－的物质的量浓度为__________；
（4）Cl2常用于自来水消毒杀菌，现有一种新型消毒剂ClO2，若它们在杀菌过程中的还原产物均为Cl－，消毒等量的自来水，所需的Cl2和ClO2的物质的量之比为：__________。
三、计算题
（1）根据计算确定氧化物的名称
1、AC 2、BC 3、A 4、A 5、BD
<p '>6、C 7、B 8、A 9、C 10、C
二、
11、（1）HCl、CuCl2；（2）H2SO4、Na2SO4；（3）NaCl、CuSO4
12、（1）1.05（2）1.5
13、（1）2Cl－→Cl2＋2e－ （2）bac （3）0.1mol/L （4）5：2
三、
14、（1）氧化铜 （2）0.2mol/L