高考化学一轮总复习 第五章 第三节电能转化为化学能电解课件.ppt

第三节电能转化为化学能 电解 第五章化学反应中的能量的转化 考纲 网络 掌控全局 梳理 判断 突破点面 梳理基础 一 电解池1 概念 把 能转化为 能的装置 2 电解原理 1 电解 使 通过电解质溶液 或熔融的电解质 而在 引起 的过程 2 电极名称与电极反应 与电源正极相连的为 发生 反应 电 化学 电流 阴 阳两极 氧化还原反应 阳极 氧化 与电源负极相连的为 发生 反应 3 电极材料 惰性电极 如 活性电极 如 4 工作原理 以石墨为电极电解cucl2溶液为例 阴极 还原 石墨 铂 cu zn fe 二 电解池的应用1 电解食盐水制备烧碱 氢气和氯气 2cl 2e cl2 cu2 2e cu cucl2cu cl2 负极 阴极 阳极 正极 阴极 阳极 阴极反应式 阳极反应式 电解反应总方程式 2h 2e h2 2cl 2e cl2 2nacl 2h2ocl2 h2 2naoh 2 电镀 电镀时 阳极是 阴极是 一般用含有 的电解质溶液作电镀液 电镀池工作时 阳极质量 阴极质量 电解质溶液浓度 以电镀铜为例写出电极反应式 阳极反应 阴极反应 3 铜的精炼 粗铜中通常含有zn fe ni ag au等杂质 镀层金属 镀件 镀层金属离子 减小 增大 不变 cu 2e cu2 cu2 2e cu 粗铜中比较活泼的金属杂质形成阳离子进入溶液 金属活动性弱于铜的金属 ag和au 沉淀在电解槽底部 形成 粗 zn 2e zn2 fe 2e fe2 ni 2e ni2 纯 cuso4 阳极泥 cu 2e cu2 4 电冶金 金属冶炼 mn ne m 1 电解熔融的氯化钠冶炼金属钠 阳极反应 阴极反应 总反应 2 电解熔融的氯化镁冶炼金属镁 阳极反应 阴极反应 2cl 2e cl2 2na 2e 2na 2nacl l 2na cl2 2cl 2e cl2 mg2 2e mg 总反应 mgcl2 l mg cl2 3 电解熔融的氧化铝冶炼金属铝 阳极反应 阴极反应 总反应 6o2 12e 3o2 4al3 12e 4al 2al2o34al 3o2 判断正误 正确的打 错误的打 1 电镀时保持电流恒定 升高温度不改变电解反应速率 2 电解58 5g熔融的nacl 能产生22 4l氯气 标准状况 23 0g金属钠 3 用惰性电极电解熔融氯化钠的离子方程式为 2cl 2h2o2oh h2 cl2 4 2012 海南高考 在铁制品上镀铜时 镀件为阳极 铜盐为电镀液 5 2012 广东高考 工业上电解熔融状态的al2o3制备al 6 2012 山东高考 电解nacl溶液得到22 4lh2 标准状况 理论上需要转移na个电子 na表示阿伏加德罗常数 7 2012 山东高考 以cuso4溶液为电解质溶液进行粗铜 含al zn ag pt au等杂质 的电解精炼 溶液中cu2 向阳极移动 8 电解质溶液导电时 一定会发生化学反应 9 电解精炼铜时 阳极减少的质量与阴极增加的质量相等 热点一 热点 典例 融会贯通 电极产物的判断与电极反应式的书写 1 电解时电极产物的判断 2 电解池中电极反应式的书写 1 根据装置书写 根据电源确定阴 阳两极 确定阳极是否是活性金属电极 据电极类型及电解质溶液中阴 阳离子的放电顺序写出电极反应式 在确保阴 阳两极转移电子数目相同的条件下 将两极电极反应式合并即得总反应式 2 由氧化还原反应方程式书写电极反应式 找出发生氧化反应和还原反应的物质 两极名称和反应物 利用得失电子守恒分别写出两极反应式 若写出一极反应式 而另一极反应式不好写 可用总反应式减去已写出的电极反应式即得另一电极反应式 例1 cu2o是一种半导体材料 基于绿色化学理念设计的制取cu2o的电解池示意图如下图所示 电解总反应为 2cu h2ocu2o h2 下列说法正确的是 a 石墨电极上产生氢气b 铜电极发生还原反应c 铜电极接直流电源的负极d 当有0 1mol电子转移时 有0 1molcu2o生成思维点拨 分析电解应用的解题思路 1 分电离 即仔细分析通电前电解质溶液的电离过程 包括溶质和水的电离 2 清移向 即分析通电后离子移动的方向 阴离子移向阳极 阳离子移向阴极 3 注电极 即看清楚两个电极的材料是惰性电极 常见的是碳棒和铂棒 还是活泼性电极 ag和ag之前的金属电极 以及所连接电源的正极还是负极 4 写反应 即依据电解原理 结合溶液中离子的放电顺序 正确写出电解过程中两个电极的电极反应式 解析 从反应中得知cu在通电时失电子 在阳极放电 发生氧化反应 另一电极 石墨 作阴极 发生还原反应 2h2o 2e h2 2oh 相应的cucu2o 转移0 1mol电子生成0 05molcu2o 故b c d三项错误 答案 a 1 某小组为研究电化学原理 设计右图装置 下列叙述不正确的是 a a和b不连接时 铁片上会有金属铜析出b a和b用导线连接时 铜片上发生的反应为 cu2 2e cuc 无论a和b是否连接 铁片均会溶解 溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色d a和b分别连接直流电源正 负极 电压足够大时 cu2 向铜电极移动 解析 a和b不连接时 铁与cuso4溶液发生反应 fe cu2 fe2 cu a项正确 a和b用导线连接时 组成了原电池 fe作负极 cu作正极 铜片上发生还原反应 cu2 2e cu 铁片上发生氧化反应 fe 2e fe2 b项正确 通过以上分析可知 无论a和b是否连接 均发生反应 fe cu2 fe2 cu 故溶液均从蓝色 cu2 的颜色 逐渐变成浅绿色 fe2 的颜色 c项正确 a和b分别连接直流电源正 负极时 构成电解池 铜片作阳极 铁片作阴极 cu2 应向阴极 铁电极 移动 d项错误 答案 d 热点二 电解规律 用惰性电极 及有关计算 1 电解规律 用惰性电极 特别提醒 1 若阴极为h 放电 则阴极区c oh 增大 若阳极为oh 放电 则阳极区c h 增大 若阴极 阳极同时有h oh 放电 相当于电解水 电解质溶液浓度增大 2 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 应遵循 缺什么加什么 缺多少加多少 的原则 一般加入阴极产物与阳极产物反应的化合物 2 有关计算 1 电子守恒法 阴 阳两极转移电子的物质的量相等 若多个电解池串联 则各电极转移电子的物质的量相等 2 电荷守恒法 电解质溶液中阳离子所带正电荷总数与阴离子所带负电荷总数相等 3 方程式法 根据电极反应式或电解总反应的化学方程式进行相关计算 4 常见的电极产物中计算关系式 物质 h2 o2 cl2 cu ag h oh e n mol21224444 例2 2012 海南高考 新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料 两电极上分别通入ch4和o2 电解质为koh溶液 某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源 进行饱和氯化钠溶液电解实验 如下图所示 回答下列问题 1 甲烷燃料电池正极 负极的电极反应分别为 2 闭合k开关后 a b电极上均有气体产生 其中b电极上得到的是 电解氯化钠溶液的总反应方程式为 3 若每个电池甲烷通入量为1l 标准状况 且反应完全 则理论上通过电解池的电量为 法拉第常数f 9 65 104c mol 1 列式计算 最多能产生的氯气体积为 l 标准状况 2 2012 安徽高考 某兴趣小组设计如下微型实验装置 实验时 先断开k2 闭合k1 两极均有气泡产生 一段时间后 断开k1 闭合k2 发现电流表a指针偏转 下列有关描述正确的是 a 断开k2 闭合k1时 总反应的离子方程式为 2h 2cl cl2 h2 b 断开k2 闭合k1时 石墨电极附近溶液变红c 断开k1 闭合k2时 铜电极上的电极反应式为 cl2 2e 2cl d 断开k1 闭合k2时 石墨电极作正极 解析 本题考查原电池及电解池工作原理 旨在考查考生对知识的综合应用能力 断开k2 闭合k1时 装置为电解池 两极均有气泡产生 则反应为2cl 2h2oh2 2oh cl2 石墨为阳极 铜为阴极 因此石墨电极处产生cl2 在铜电极处产生h2 附近产生oh 溶液变红 故a b两项均错误 断开k1 闭合k2时 为原电池反应 铜电极反应为h2 2e 2oh 2h2o 为负极 而石墨电极反应为cl2 2e 2cl 为正极 故c项错误 d项正确 答案 d 实验 操作 提高素养 实验课题 用电解原理制取白色氢氧化亚铁 1 实验目的 用电解法制取白色氢氧化亚铁 2 实验原理 以铁为阳极 石墨为阴极 电解nacl和naoh的混合溶液 溶液中的oh 向阳极迁移 阳极附近有fe2 和oh 离子富集 从而产生氧化亚铁白色沉淀 3 探究活动 1 取200mlu型管一支 加入约160ml的4mol l的nacl和1mol l的naoh的混合物 在混合物上方再放一层乙酸乙酯 或植物油 用铁架台 铁夹固定u型管 2 u型管分别放入铁棒和石墨棒 铁连接电源正极 石墨棒连接电源负极 3 接通16v的工作电压 5分钟之内 就可以在铁极上看到大量白色沉淀 且能保存较长时间而不变色 4 操作提示 在中等浓度的naoh溶液中加入适量的nacl 使fe在阳极正常溶解 在阳极的u型管上方放一层乙酸乙酯或植物油 防止氧化亚铁与空气中氧气接触而被氧化 思路点拨 电解过程中 h 在阴极放电生成h2 使阴极附近溶液中c h c oh 显碱性 阳离子fe3 cr3 移到阴极附近后与oh 结合转化成fe oh 3和cr oh 3沉淀 故d项错误 答案 d 3 如下图所示 x y分别是直流电源的两极 通电后发现a极板质量增加 b极板处有无色 无味气体放出 符合这一情况的是附表中的 解析 由题意知 通电后a极板质量增加 说明有金属析出 由此可知 a极为电解池的阴极 则x为电源负极 b c项均不符合条件 又有b极放出的是无色无味的气体 则d项不符合条件 答案 a 巩固 演练 基础达标 1 用石墨作电极电解cuso4溶液 通电一段时间后 欲使电解液恢复到起始状态 应向溶液中加入适量的 a cuso4b h2oc cuod cuso4 5h2o 解析 由硫酸铜溶液的电解方程式 2cuso4 2h2o2cu o2 2h2so4可知 加入cuo才可与生成的h2so4反应生成cuso4而使电解液恢复到原浓度 故c项正确 答案 c 1题变式 1 1 双选 用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯物质 括号内物质 能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是 a agno3 agno3 b naoh h2o c kcl kcl d cuso4 cuco3 解析 分析电解反应的原理 在两极析出什么物质 固体或气体 相当于什么物质脱离反应体系 就加入什么物质 即可使溶液完全复原 a 4agno3 2h2o4ag o2 4hno3脱离反应体系的物质是4ag o2 相当于2ag2o 所以应当加入适量ag2o才能复原 加入agno3 会使no的量增加 b 2h2o2h2 o2 脱离反应体系的是2h2 o2 相当于2h2o 加入适量水可以复原 c 2kcl 2h2o2koh h2 cl2 脱离反应体系的是h2 cl2 相当于2hcl 应通入适量hcl气体才能复原 加入盐酸时 同时也增加了水 d 2cuso4 2h2o2h2so4 2cu o2 脱离反应体系的是2cu o2 相当于2cuo 加入适量cuo可以复原 cuco3也可以 答案 bd 1 2 电解含0 4molcuso4的溶液一段时间后 阳极上生成2 24l气体 标准状况 则应加入cuo多少克才能恢复到原溶液 用惰性电极 解析 设应加入cuo的物质的量为x 则有 o2 2cuo12x则x 0 2mol 故m cuo 0 2mol 80g mol 16g 即加入16gcuo才能恢复 答案 16g 1 3 用惰性电极电解一定浓度的cuso4溶液 通电一段时间后 向所得的溶液中加入0 1mol的cu oh 2后恰好恢复到电解前的浓度 则电解过程中阳极产生的气体在标准状况下的体积为 a 2 24lb 3 36lc 1 12ld 4 48l 解析 0 1molcu oh 2相当于0 1molcuo h2o即0 1molcuo和0 1molh2o 阳极产生的气体是o2 将0 1mol的cuo和0 1molh2o中的o元素全部转化得0 1mol的o2 在标准状况下的体积为2 24l 答案 a 1 4 用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液 通电一段时间后 向所得溶液中加入0 1molcu2 oh 2co3后恰好恢复到电解前的浓度和ph 不考虑co2溶解 则电解过程中共转移电子的物质的量为 a 0 4molb 0 5molc 0 6mold 0 8mol 2 下列关于电解nano3溶液的叙述正确的是 a 随着电解的进行 溶液的ph减小b oh 向阳极移动 阳极附近溶液呈碱性c no向阳极移动 na 向阴极移动 分别在对应的电极上析出d 阴极上h 得电子被还原成h2 使得阴极附近的溶液呈碱性 解析 电解nano3溶液 实际上是电解水 故电解后溶液的ph不变 阳极 4oh 4e 2h2o o2 由于oh 放电 使阳极附近溶液呈酸性 阴极 2h 2e h2 由于h 放电 使阴极附近溶液呈碱性 故选d项 答案 d 3 2012 山东高考 下列与金属腐蚀有关的说法正确的是 a 图a中 插入海水中的铁棒 越靠近底端腐蚀越严重b 图b中 开关由m改置于n时 cuzn合金的腐蚀速率减小c 图c中 接通开关时zn腐蚀速率增大 zn上放出气体的速率也增大d 图d中 znmno2干电池自放电腐蚀主要是由mno2的氧化作用引起的 解析 图a中 铁棒发生化学腐蚀 靠近底端的部分与氧气接触少 腐蚀程度较轻 a项错误 图b中开关由m置于n cuzn合金作正极 腐蚀速率减小 b正确 图