1.3电能转化为化学能电解课件上学期高二化学选择性必修1

电能转化为化学能——电解(1)电解熔融氯化钠的装置示意图1.电解原理电极名称铁电极石墨电极现象铁片上产生银白色金属石墨电极周围有黄绿色气体产生离子移动方向阳离子(Na+)移向铁电极阴离子(Cl-)移向石墨电极电极反应2Na++2e-

2Na2Cl--2e-

Cl2↑反应类型还原反应氧化反应实验结论2NaCl

2Na+Cl2↑(2)实验过程与分析(1)电解:将直流电通过熔融电解质或电解质溶液,在两个电极上分别发生氧化反应和还原

反应的过程。(2)电解池①定义:将电能转化为化学能的装置。②构成条件:a.直流电源以及与电源相连的两电极;b.电解质溶液或熔融电解质;c.形成闭合回路。③电极名称与电极反应阴极:发生还原反应的电极,与电源的负极相连;阳极:发生氧化反应的电极,与电源的正极相连。(1)工作原理接通直流电源后,电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极,再从电解池的阳极流出,并

沿导线流回电源的正极,如图所示。(2)三个流向①电子流向:电源负极→阴极,阳极→电源正极;②电流方向:电源正极→阳极→阴极→电源

负极;③离子流向:阳离子→阴极,阴离子→阳极。注意金属导电是物理变化,而电解质溶液导电是化学变化。1.电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气(1)实验装置

(2)实验过程探究①通电前:溶液中存在钠离子、氯离子、氢离子、氢氧根离子等。②实验现象:接通电源后,连接电源正极的电极(阳极)表面有气泡冒出,产生的黄绿色气体能2.电解原理的应用使湿润的KI淀粉试纸变蓝;连接电源负极的电极(阴极)表面有气泡冒出,点燃产生的无色气

体,可听到轻微爆鸣声;酚酞试液变红。③实验分析:通电时,Na+、H+向阴极移动,OH-、Cl-向阳极移动。电极反应分别为:阳极:2Cl--2e-

Cl2↑(氧化反应);阴极:2H++2e-

H2↑(还原反应);总反应方程式:2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑。(1)装置电极电极反应式电极反应产物分析阳极Cu-2e-

Cu2+、Zn-2e-

Zn2+、Fe-2e-

Fe2+、Ni-2e-

Ni2+粗铜中除了铜外还含有少量较活泼的Zn、Fe、Ni以及不如铜活泼的Au、Ag等。金属活动性顺序中在铜之前的金属先放电,以离子形式进入电解质溶液;比Cu活动性差的Ag、Au等以金属单质的形式沉积在阳极区,形成阳极泥阴极Cu2++2e-

Cu电解过程中,Cu2+比H+、Zn2+、Ni2+、Fe2+优先在阴极上放电而析出Cu,Zn2+、Ni2+、Fe2+等则留在电解质溶液中(2)电极反应及产物分析易错警示阳极溶解的金属为Fe、Zn、Ni、Cu,而在阴极上只有铜析出,根据得失电子守

恒,溶解的Cu的量小于析出的Cu的量,故电解前后,电解质溶液中CuSO4的浓度略减小。(1)定义:应用电解原理,在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。(2)主要目的:提高金属的抗腐蚀能力、耐磨性能或改善金属制品的外观。(3)电解原理(以铁上镀铜为例)装置示意图

构成条件阳极镀层金属阴极待镀金属电解液含镀层金属阳离子电极反应阳极Cu-2e-

Cu2+阴极Cu2++2e-

Cu电解质溶液的浓度变化CuSO4溶液的浓度不变知识归纳

电镀的特点:“一多、一少、一不变”(1)一多:是指阴极上有镀层金属沉积;(2)一少:是指阳极上有镀层金属溶解;(3)一不变:是指电镀后,电解质溶液中的离子浓度保持不变。金属电极反应总反应钠阳极:2Cl--2e-

Cl2↑阴极:2Na++2e-

2Na2NaCl(熔融)

2Na+Cl2↑铝阳极:6

-12e-

3O2↑阴极:4Al3++12e-

4Al2Al2O3(熔融)

4Al+3O2↑镁阳极:2Cl--2e-

Cl2↑阴极:Mg2++2e-

MgMgCl2(熔融)

Mg+Cl2↑1.电解氢氧化钠溶液实质是电解水,故溶液的pH不发生变化。这种说法正确吗?提示电解氢氧化钠溶液,溶液中水的质量减小,氢氧化钠溶液浓度增大,溶液的pH增大。2.电解精炼铜时,阴极增加的质量等于阳极减少的质量。这种说法正确吗?提示电解精炼铜时,粗铜为阳极,纯铜为阴极,阳极上粗铜中铜以及比铜活泼的金属Zn、Fe、Ni等放电,阴极上析出铜,阳极溶解的金属与阴极析出的金属不完全相同,故阴极增加的质量不等于阳极减少的质量。

3.在铁件上镀铜,电镀一段时间后,溶液中Cu2+的浓度不变。这种说法正确吗?提示在铁件上镀铜,应该是铁件作阴极,铜作阳极,含Cu2+的溶液作电解质溶液,阴极上

Cu2+得电子被还原为铜镀在铁件上,阳极上铜失电子被氧化为Cu2+进入电解质溶液,则阳极

溶解的铜与阴极析出的铜的物质的量相等,溶液中Cu2+的浓度不变。

知识辨析()✕()✕()√4.用惰性电极电解硫酸铜溶液一段时间,为了复原可加入适量Cu(OH)2。这种说法正确吗?提示用惰性电极电解电解质溶液时,若要使电解后的溶液恢复到原状态,加入的物质由电解过程中从溶液中析出的物质(以气体或固体形式脱离电解质溶液的物质)决定,应遵循“析出什么加什么,析出多少加多少”的原则。用惰性电极电解硫酸铜溶液,阳极反应式为4OH--4e-

O2↑+2H2O,阴极反应式为2Cu2++4e-

2Cu,所以为了复原可加入适量CuO或CuCO3。2和Al2O3来制取Mg、Al,也可通过分别电解熔融的MgO和AlCl3

来制取Mg、Al。这种说法正确吗?提示MgO熔点很高,一般不电解熔融的MgO来制取镁;AlCl3为共价化合物,熔融状态

不导电,所以电解熔融的AlCl3得不到金属铝。

()✕()✕2溶液,阴极逸出的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色,这种

说法正确吗?提示Cl2在阳极生成,可使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。

7.电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料,这种说法正确吗?提示金属材料Pt和Au都是惰性电极,阴、阳两极都可用,也可用较活泼金属Zn、Fe等

作阴极。

()✕()✕1.电解池阴、阳极的判断方法1.书电解池电极、电极产物的判断及电极反应式的书写2.电解时电极产物的判断——“阳失阴得”

我国科学家合成了一种新型的Fe-SnO2催化剂,用该催化剂修饰电极,可实现在室温

条件下电催化氮气制备铵盐和硝酸盐。下列说法错误的是

(

)+由b极区向a极区迁移2+6e-+8H+

2N

D.电解一段时间,阴极、阳极消耗N2的物质的量之比为3∶5典例D思路点拨根据物质中元素化合价的变化判断反应类型,从而判断阴极、阳极,再遵循电荷

守恒、原子守恒写出电极反应式,判断溶液pH的变化。解析

根据题图可知,a极为阴极,b极为阳极,电解过程中H+向阴极移动,即H+由b极区向a极

区迁移,故A、B正确;阴极反应式为N2+6e-+8H+

2N

,故C正确;阳极的电极反应式为N2-10e-+6H2O

2N

+12H+,阴极上消耗1molN2转移6mol电子,阳极上消耗1molN2转移10mol电子,根据得失电子守恒可知,阴极、阳极消耗N2的物质的量之比为5∶3,故D错误。2.用惰性电极电解过量电解质溶液的规律电解类型例子电极反应式电解对象pH变化复原方法电解水型H2SO4溶液阳极:2H2O-4e-

O2↑+4H+阴极:4H++4e-

2H2↑H2O减小加入H2ONaOH溶液阳极:4OH--4e-

O2↑+2H2O阴极:4H2O+4e-

2H2↑+4OH-增大Na2SO4溶液不变电解电解质型HCl溶液阳极:2Cl--2e-

Cl2↑阴极:2H++2e-

H2↑HCl增大加入HClCuCl2溶液阳极:2Cl--2e-

Cl2↑阴极:Cu2++2e-

CuCuCl2—加入CuCl2放氢生碱型NaCl溶液阳极:2Cl--2e-

Cl2↑阴极:2H++2e-

H2↑NaCl、H2O增大加入HCl放氧生酸型CuSO4溶液阳极:4OH--4e-

O2↑+2H2O阴极:2Cu2++4e-

2CuCuSO4、H2O减小加入CuO或

CuCO3注意若要使电解后的溶液恢复到原状态,应遵循“析出什么加什么,析出多少加多少”的

原则。如图所示装置,C、D、E、F、X、Y都是惰性电极,甲、乙中溶液足量(假设通电前后溶液体积不变),A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后,F极附近呈红色。典例请回答下列问题:(1)B极是电源的

(填“正极”或“负极”),一段时间后,甲中溶液颜色

,丁中X极附近的颜色变浅,Y极附近的颜色变深,这表明

,

在电场作用下向Y极移动。(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时,对应单质的物质的量之比

为

。(3)现用丙装置给铜件镀银,则H应该是

(填“镀层金属”或“镀件”),电镀液

是

溶液。当D极质量增加1.6g时,丙中镀件上析出银的质量为

,甲中

溶液的pH

(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)若将C电极换成铁,其他装置都不变,则甲中发生总反应的离子方程式是

。解析将直流电源接通后,F极附近呈红色,说明F极的电极反应式为2H++2e-

H2↑,则F极为阴极;结合装置图可知,C、E、G、X极为阳极,D、H、Y极为阴极,则A极为外接电源

的正极,B极为外接电源的负极。(1)由上述分析可知,B极为电源的负极;甲中D极为阴极,D

极上Cu2+得电子发生还原反应生成Cu,一段时间后甲中溶液颜色变浅;丁中X极为阳极,Y极

为阴极,X极附近的颜色逐渐变浅,Y极附近的颜色逐渐变深,说明Fe(OH)3胶体粒子向阴极移

动,表明Fe(OH)3胶体粒子带正电荷。(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单

质生成时,C、D、E、F极的电极反应式依次为4OH--4e-

O2↑+2H2O、Cu2++2e-

Cu、2Cl--2e-

Cl2↑、2H++2e-

H2↑,由于电路中通过的电子物质的量相等,所以O2、Cu、Cl2、H2的物质的量之比为1∶2∶2∶2。(3)现用丙装置给铜件镀银,则G极为Ag,H极

为铜件,即H极为镀件,电镀液为AgNO3溶液;D极的电极反应式为Cu2++2e-

Cu,当D极质量增加1.6g时,即析出Cu0.025mol,电路中通过的电子的物质的量为0.05mol,丙中镀件上的电极反应式为Ag++e-

Ag,所以丙中镀件上析出银的物质的量为0.05mol,质量为0.05mol×108g·mol-1=5.4g;甲中电解硫酸铜溶液生成Cu、O2和硫酸,溶液的酸性增强,则甲中溶

液的pH变小。(4)若将C电极换成铁,其他装置都不变,Fe极为阳极,电极反应式为Fe-2e-

Fe2+,D极电极反应式为Cu2++2e-

Cu,故甲中发生反应的离子方程式为Fe+Cu2+

Fe2++Cu。答案

(1)负极变浅氢氧化铁胶体粒子带正电荷

(2)1∶2∶2∶2

(3)镀件AgNO35.4g变小

(4)Fe+Cu2+

Cu+Fe2+

电解池的有关计算通常包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、产物的量与电量关系

的计算等。

3.与电解池有关的定量计算电化学知识在物质制备领域的应用前景较好。按如图1所示装置进行电解,A、B、C、D均为铂电极,回答下列问题。

图1已知一:甲槽电解的是200mL一定浓度的NaCl与CuSO4的混合溶液,理论上两极所得气体体

积随时间变化的关系如图2所示(气体体积已换算成标准状况下的体积,电解前后溶液的体

积变化忽略不计)。典例

图2(1)原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为

mol·L-1,CuSO4的物质的量浓度为

mol·L-1。已知二:乙槽电解的是200mLCuSO4溶液。(2)当C极只析出0.64g固体物质时,乙槽中生成的H2SO4为

mol。此时若使乙槽内的

溶液完全复原,可向乙槽中加入

(填字母)。A.Cu(OH)2

3

2(OH)2CO3(3)若通电一段时间后,向乙槽溶液中加入0.2molCu(OH)2才能恰好恢复到电解前的浓度,则

电解过程中转移的电子数为

(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。思路点拨电化学反应是氧化还原反应,无论是单一电解池还是串联电解池,各电极上转移

电子的物质的量相等。解析

(1)甲槽电解的是200mL一定浓度的NaCl与CuSO4的混合溶液,A极为阴极,Cu2+先放

电,Cu2+放电完全后H+放电,电极反应式为Cu2++2e-

Cu、2H++2e-

H2↑,阴极开始无气体产生,后有氢气生成,故图2中曲线Ⅰ表示阴极所得气体体积变化;B极为阳极,Cl-先放电,Cl

-放电完全后OH-放电,电极反应式为2Cl--2e-

Cl2↑、4OH--4e-

O2↑+2H2O,故图2中曲线Ⅱ表示阳极所