师:同学们好,欢迎来到高中化学课堂,本节课我们一起进行电解池的微专题复习。首先,对所学知识简单梳理,从以下三个方面展开。

  第一,电解池的工作原理。电解池是将电能转化为化学能的装置,由三个基本条件构成:直流电源、相连的两个电极、电解质溶液且形成闭合回路。其中,发生氧化反应的是阳极,发生还原反应的是阴极。在电路中,导线靠电子传导电流,电解质溶液中靠离子传导电流。导线中电子由负极出发,经导线到阳极,再由阴极经导线回到正极。溶液中离子移动方向为阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。判断电解池阴阳极,可从以下方面:与电源正极相连的是阳极,与电源负极相连的是阴极;阴离子移向阳极,阳离子移向阴极;失去电子发生氧化反应的是阳极,得到电子发生还原反应的是阴极。

  第二,根据离子移动方向——阴离子移向阳极,阳离子移向阴极;

  第三,电解池分析的一般思路。首先明确阴阳极,注意阳极材料是否为活性电极。然后充分分析溶液中存在的阴阳离子,根据放电顺序判断两极的放电物质,进而得到电极反应。阴极发生还原反应,一般为阳离子放电,常见阳离子放电顺序为:银离子>铜离子>氢离子>亚铁离子>锌离子>铝离子>镁离子>钠离子。阳极发生氧化反应,若电极为活性电极,则活性电极首先放电。常见阴离子放电顺序为:硫离子>碘离子>溴离子>氯离子>氢氧根离子>大多数含氧酸根离子。

  得到电极反应后,要得到总反应,需将两电极反应根据电子得失守恒叠加。这里要提醒大家两点:一是注意条件,通电条件千万不要忘记;二是注重氢离子和氢氧根离子的来源。若电极反应中氢离子或氢氧根离子来源于水,写总反应时应写成水的形式。

  接下来,我们利用复习的知识进行几组活动探究。

  活动探究一:大家是否记得初三化学电解水实验中,在水中加入少量硫酸钠或氢氧化钠可增加其导电性。思考一下,加入这些物质增加导电性后,对电解后的产物有没有影响呢?下面我们利用电解池分析的一般思路,对用惰性电极电解硫酸钠溶液和氢氧化钠溶液进行分析。

  首先明确电极为惰性电极。然后分析溶液中的离子,硫酸钠溶液中有硫酸钠和水两种电解质,阳离子为钠离子和氢离子,阴离子为硫酸根离子和氢氧根离子;氢氧化钠溶液中阳离子为钠离子和氢离子,阴离子为氢氧根离子。根据放电顺序,在硫酸钠溶液和氢氧化钠溶液中,都是氢离子和氢氧根离子放电,所以电极反应相同:阴极是(4H^{+} + 4e^{-} = 2H_{2}↑),阳极是(4OH^{-} - 4e^{-} = 2H_{2}O + O_{2}↑)。

  将两电极反应叠加得到总反应:(2H_{2}O \stackrel{通电}{=!=!=} 2H_{2}↑ + O_{2}↑)。得到电极反应后,请同学们思考两个问题:第一,电解前后两溶液的(pH)如何变化?第二,如何使溶液复原?

  根据总反应可知,水不断被消耗,所以硫酸钠溶液和氢氧化钠溶液浓度逐渐增大。硫酸钠是强酸强碱盐,呈中性,浓度增大,(pH)不变;氢氧化钠是强碱,浓度增大,(pH)增大。对于溶液复原问题,导致溶液变化的因素通常是生成气体或固体,所以只需分析总反应中有无生成气体或固体。对于电解硫酸钠溶液和氢氧化钠溶液,只生成了氢气和氧气,且比例为(2:1),要使溶液复原,只需将氢气和氧气按(2:1)的比例重新组合成水加入即可。通过分析发现,用惰性电极电解硫酸钠溶液和氢氧化钠溶液,其实质就是电解水型。那么哪种情况属于电解水型呢?当阳离子放电顺序在氢离子及其之后,阴离子放电顺序在氢氧根及其之后,这类阴阳离子重新组合的物质电解时就是电解水型。

  如果阳离子放电顺序在氢离子之前,阴离子放电顺序在氢氧根之后,又该如何分析呢?我们来分析用惰性电极电解硫酸铜溶液。经分析,硫酸铜溶液中阳离子为铜离子和氢离子,阴离子为硫酸根离子和氢氧根离子。根据放电顺序,是铜离子和氢氧根离子放电,所以电极反应为:阴极(2Cu^{2 + } + 4e^{-} = 2Cu),阳极(4OH^{-} - 4e^{-} = 2H_{2}O + O_{2}↑)。

  要得到总反应,不能直接将两电极反应相加,因为硫酸铜溶液中氢氧根离子来源于水的电离,需要变形后叠加。首先在阳极反应式的反应物和生成物同时加上(4H^{+}),得到(4H_{2}O - 4e^{-} = 2H_{2}O + O_{2}↑ + 4H^{+}),约去(2H_{2}O)后,阳极电极反应式变为(2H_{2}O - 4e^{-} = O_{2}↑ + 4H^{+})。将阴极电极反应和变形后的阳极电极反应叠加,得到(2Cu^{2 + } + 2H_{2}O \stackrel{通电}{=!=!=} 2Cu + O_{2}↑ + 4H^{+})。

  解决电极反应后,同样思考两个问题:电解后溶液的(pH)如何变化?如何使溶液复原?通过总反应发现生成了(4)个氢离子,所以(pH)减小。考虑复原问题,通过电极反应发现生成了铜和氧气,比例为(2:1),要使溶液复原,只需将铜和氧气按(2:1)的比例重新组合成氧化铜加入即可。像硫酸铜这种在放出氧气的同时生成氢离子的类型,我们称为放氧生酸型。哪些情况属于放氧生酸型呢?当阳离子放电顺序在氢离子之前,阴离子放电顺序在氢氧根之后,重新组合的物质电解时就是放氧生酸型。

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《高2下册鲁科版化学 有关电解池的微专题复习(1课时) 逐字稿-4,165字 第3版》.docx
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