高三化学013.doc

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期数： 0509 HXG3 013
学科：化学 年级：高三 编稿老师：张晓娟
审稿老师：曲宝琦

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预 习 篇

第四单元 电解原理及应用
预习篇
【教材阅读提示】
物质的变化过程中同时伴随着能量的变化，在宏观上可表现出热能、光能、电能等。而有些物质的转变则必须提供能量才能进行、电解就是在电流作用力的条件下发生的氧化还原反应——电能转变为化学能。
1．理解电解和电镀的原理及应用，掌握阴、阳离子的放电顺序，电极反应和总反应方程式的书写
2．能通过电源的正、负极判断电解池的阳、阴极并根据离子放电顺序判断电极产物和书写电极反应式。相反，也可以通过电解池两极产物标出电源的正、负极
3．能进行有关电子转移量、电流总量、电解产物、电解质溶液浓度等之间的计算
【学习方法导航】
通过对实验现象的分析，得出宏观现象和微观本质的关系，并概括总结和领悟到感性认识到理性认识的过程。
【基础知识精讲】
（一）问题的引出
1、实验现象：向CuCl2水溶液中通入电流，可观察到有Cu和Cl2生成。
2、分析原因：
离子自由移动
通电前： CuCl2 = Cu2++2Cl－
H2OH++OH－
通电后：离子定向移动
阴离子(Cl－、OH－)→阳极 (与电源正极相连)
阳离子(Cu2+、H+)→阴极 (与电源负极相连)
阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑(Cl－比OH－易失电子)氧化反应
阴极：Cu2++2e－=Cu(Cu2+比H+易得电子)还原反应
（二）电解原理
1、电解：使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解。
2、电解池：把电能转变为化学能的装置叫电解池。
构成电解池的条件
(1)与电源相连的两极 阴极—与电源的负极连接
阳极—与电源的正极连接
两极材料可以相同也可以不相同，但必须导电。
(2)电解质溶液或熔融的电解质
(3)构成闭合回路
电解池发生反应的动力是电流，电能转化为化学能的标志是有新物质生成。
3、电解原理：在电流的作用下，电解质电离出的阴、阳离子分别在阳极和阴极失去电子和得到电子发生氧化还原反应。
（三）离子的放电顺序
1、离子的放电：阴离子失去电子、阳离子得到电子的过程叫离子的放电。
2、电解时所用的电极
(1)惰性电极——石墨和铂，只起导体作用，并不参与电极反应。
(2)非惰性电极——大部分金属电极，阴极只起导体作用。如果作阳极，则金属失去电子成为金属阳离子进入溶液。
3、离子的放电顺序
当溶液中有多种阴、阳离子时，按得、失电子的难易顺序发生反应，其一般规律是：
(1)在惰性电极的阴极上阳离子的放电顺序(离子得电子的难易顺序)
K+<Ca2+<Mg2+<Al3+<H+(H2O)<Zn2+<Fe2+<H+(酸)<Cu2+<Fe3+<Ag+
(2)在惰性电极的阳极上阴离子的放电顺序(离子失电子的难易顺序)
F－(含氧酸根离子)<OH－<Cl－<Br－<I－<S2－
（四）电极反应式和总反应的化学方程式
阳极——氧化反应 阴极——还原反应
阳极上的反应和阴极上的反应总和为电解的化学方程式。但需在反应条件上注明“电解”。
（五）电解原理的应用
1、铜的电解精炼
用粗铜板为阳极，与直流电源的正极相连；用纯铜片为阴极，与直流电源的负极相连，用CuSO4溶液(加入一定量的硫酸)为电解液。
阳极：粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)
Cu－2e－=Cu2+，Zn－2e=Zn2+
(Ag、Au等沉积成阳极泥)
阴极：粗铜Cu2++2e－=Cu
2、电镀
利用电解原理在待镀金属制品上镀一薄层其它的金属或合金的过程叫做电镀。电镀时，一般把镀件挂在阴极，镀层金属作为阳极，含镀层金属阴离子的溶液为电镀液。
例如镀铜：
阴极材料——镀件，电极反应：Cu2++2e－=Cu
阳极材料——铜板，电极反应：Cu－2e－=Cu2+
电镀液——可溶性铜盐及添加剂。
3、电冶炼
对于非常活泼的金属，很难用还原剂将其还原出来，可用电解熔融电解质冶炼这些金属。如：K、Na、Ca、Mg、Al等金属通过电解熔融盐或氧化物制得，电源的负极就是最强的“还原剂”。例用铝土矿(主要成份是Al2O3)冶炼铝：
阴极反应：4Al3++12e－=4Al
阳极反应：6O2－－12e－=3O2
总反应：2Al2O3电解4Al+3O2↑
4、氯碱工业原理——电解饱和食盐水是电解知识的重要核心内容，也是电解知识的应用并常识性了解有关以氯碱工业为基础的化工生产。学习时要从粗盐的提纯、电解原理、工业设备及电解计算、生产流程等方面学习。
①原理：2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
②现象分析：
电解时阴极附近滴入酚酞变红：电解质溶液中的Na+、H+向阴极移动，H+在阴极放电产生H2，但放电的H+不全是由定向迁移来的H+，大量的是阴极附近破坏水的电离平衡水电离提供的，因此在阴极附近C(OH-)〉C(H+)，故阴极附近首先变红。
电解时，阳极附近滴入酚酞短时间内不变红：电解质溶液中的OH-、Cl-向阳极移动，Cl-在阳极放电产生氯气，产生的氯气的量远远超过OH-所积累的量，且发生反应：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O,因而阳极不会因C(OH-)〉C(H+)而显碱性,酚酞为无色。
③氯碱工业中条件的选择
1）电解饱和食盐水：饱和食盐水可增强溶液的导电性，降低氯气的溶解度。
2）食盐水的精制：因粗盐中含有细沙，Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等杂质，电解产生的OH-与杂质离子产生沉淀损坏离子膜。
3）离子交换膜的作用：防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸,又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量。
【例题解析】
例1、写出下列溶液电解后，溶液复原需加入的物质。
①NaNO3_______ ②HCl ______ ③Cu(NO3)2 _______ ④NaCl ______
解析：①电解NaNO3：阳极4OH－－4e－2H2O+O2↑，阴极4H++4e－2H2↑，阴极逸出物O2与阴极逸出物H2化合生成物为H2O，所以加H2O即可恢复原溶液。
②电解HCl：HCl电解H2↑+Cl2↑逸出物H2与Cl2化合为HCl气体，所以加HCl气体即可，而不能加盐酸。
③电解Cu(NO3)2：2Cu(NO3)2+2H2O电解2Cu+O2↑+4HNO3，析出物Cu与O2化合为CuO，所以应加入CuO。
④电解NaCl：2NaCl+2H2O电解2NaOH+H2↑+Cl2↑逸出H2与Cl2化合为HCl，所以应通入HCl气体
答案：(1)H2O (2)HCl (3)CuO (4)HCl
例2、某学生试图用电解法根据电极上析出物质的质量来验证阿伏加德罗常数值，其实验方案的要眯为：
①用直流电电解氯化铜溶液，所用仪器如图所示。

②在电流强度为I安培，通过时间为t秒钟后，精确测得某电极上析出的铜的质量为mg。试回答：
(1)连接这些仪器的正确顺序为(用图中标注仪器接线柱的英文字母表示。下同)
E接________，C接_________，_________接F。
实验线路中的电流方向为______→______→______→_______→________。
(2)写出B电极上发生反应的离子方程式_________，G试管中淀粉KI溶液变化的现象为_________，相应的离子方程式是__________________。
(3)为精确测定电极上析出铜的质量，所必需的实验步骤的先后顺序是_________。(选填下列操作步骤的编号)
①称量电解前电极质量 ②刮下电解后电极上的铜并清洗
③用蒸馏水清洗电解后电极 ④低温烘干电极后称量
⑤低温烘干刮下的铜后称量 ⑥再次低温烘干后称量至恒重
(4)已知电子的电量为1.6×10－19库仑。试列出阿伏加德罗常数的计算表达式：NA=__________________。
解析：①图中U形电解槽外接的试管G，是用来吸收阳极放出的Cl2，由此判断A为阴极，该极应通过电流计接在蓄电池的负极上；②欲精确测量电极上析出铜的质量，宜采用称量电极在电解前后质量差的方法，而不能用“刮下”的方法。③根据电量相等：×NA×1.6×10－19×2=It，可求得阿伏加德罗常数。
解答：(1)E接D，C接A，B接F；F→B→A→C→D→E。
(2)2Cl－－2e－ → Cl2↑；变蓝色；Cl2+2I－2Cl－+I2。
(3)①③④⑥
(4)NA=(64/m)×(It/1.6×10－19×2)
【教材习题解答】
教材第55页部分习题答案
一、 选择题
1、A 2、B 3、B
三、填空题
1、0.004mol 2、（1）6.4g (2)1.12L
教材第59页部分习题答案
一、填空题
1、 Cl2；H2和NaOH
2、 8.96 0.800
3、B 0.64g A H2 112ml D NaClO
二、选择题
1、A 2、B 3、B
教材第62页部分习题答案
一、 选择题
1、A 2、C 3、B 4、D 5、B 6、D
四、填空题
1、（1）420m3 (2)3602kg
2、（1）7.14mol/L (2)67.2L
3、2+