江苏省邳州市第二中学高中化学《1.2 电能转化为化学能 电解》课件 鲁科版选修4.ppt

第二节电能转化为化学能 电解 学习目标1 了解电解池的工作原理 能写出电极反应和电池反应方程式 2 了解食盐水电解的原理 清楚离子在电极上的放电顺序 3 了解电解精炼铜和电镀的原理 会设计简单的电镀池 课堂互动讲练 探究整合应用 知能优化训练 第二节电能转化为化学能 电解 课前自主学案 课前自主学案 自主学习一 电解的原理1 电解让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质 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 转化为 的装置 2 组成 电源 电极材料 电解质溶液或 电解质 3 电极及电极反应 电能 化学能 直流 固体 熔融 电极的确定 电极反应在电极上进行的 它可以表示电极上物质的变化和电子的转移 二 电解原理的应用1 电解食盐水制备烧碱 氢气和氯气 1 装置 半反应 2 现象 阳极上 有气体产生 阴极上 有气体产生 阴极附近溶液变红 3 原理分析及电极反应电解时u形管中 移向阳极 移向阴极 cl oh h na 阳极离子放电顺序 电极反应 2cl cl2 2e 反应 阴极离子放电顺序 电极反应 2h 2e h2 反应 cl oh 氧化 h na 还原 2 铜的电解精炼 1 装置 2 电极反应阳极 cu cu2 2e 阴极 cu2 2e cu 3 阳极泥铜的电解精炼过程中 粗铜中不如铜活泼的金属与其他不溶性杂质混在一起沉积在电解池底部形成的物质 3 电镀 1 定义 应用 原理 在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法 2 目的 使金属 能力增强且增加金属表面的耐磨性和美观性 3 电镀池构成镀层金属作 镀件作 含有 的盐溶液作电解质溶液 电解 抗腐蚀 阳极 阴极 镀层金属离子 问题探究1 如何确定电解池的阴 阳极 提示 1 通过与直流电源的连接 阳极 连接电源正极 阴极 连接电源负极 2 通过发生的反应 阳极 发生氧化反应 阴极 发生还原反应 3 通过电子流向及反应中电子得失 阳极 电子流出 反应中失电子阴极 电子流入 反应中得电子2 电极反应式表达了什么意义 提示 电极反应式可表示电极上发生的物质变化情况和电子转移情况 3 铜的电解精炼前后溶液中cu2 的浓度是否有变化 为什么 提示 有变化 粗铜中比铜活泼的金属失电子进入溶液 溶液中cu2 在阴极上得到电子析出 使溶液中cu2 浓度减小 自主体验1 如图所示的装置能够组成电解池的是 解析 选d 电解池的构成 直流电源 两个电极 电解质溶液 或熔融电解质 形成闭合回路 由此分析 可知答案为d 2 下列说法正确的是 a 电解饱和nacl溶液时 na 向阴极移动 在阴极表面得电子析出b 电解精炼铜装置中粗铜做阴极c 电镀池中镀层金属做阳极d 通过电解mgcl2溶液的方法冶炼金属镁 解析 选c 电解饱和nacl溶液时 放电顺序h na 阴极反应为2h 2e h2 na 不放电 电解精炼铜时粗铜做阳极 电镀时镀层金属做阳极 镁为活泼金属 工业上常用电解熔融mgcl2的方法冶炼mg 3 火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质 如锌 金和银等 其性能远不能达到电气工业的要求 工业上常用电解精炼法将粗铜提纯 在电解精炼时 a 粗铜接电源负极b 纯铜做阴极c 杂质都将以单质形式沉积到池底d 纯铜片增重2 56g 电路中通过电子为0 04mol 课堂互动讲练 1 电解产物的判断 1 阳极产物的判断 如果是活性电极 除au pt 石墨以外的金属材料作电极 则电极材料失电子 电极被溶解 溶液中阴离子不能失电子 电解产物的判断及电解反应式的书写 2 阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断 阳离子放电顺序 ag hg2 fe3 cu2 h pb2 sn2 fe2 zn2 al3 mg2 na ca2 k 若金属阳离子 fe3 除外 放电则得到相应金属单质 若h 放电 则得h2 3 写电极反应式电极反应式的书写可概括为 列物质 标得失 选离子 配电荷 配个数 巧用水 3 总反应式的书写 1 通过最小公倍数法使两个电极反应式的电子数相等 2 把两个电极反应式相加 消去相同项 并注明条件 通电 3 若是水电离出的h 或oh 得或失电子 在总反应式中应是h2o参与反应 特别提醒 1 书写电极反应式要注意 反应物与产物间用 连接 离子与电荷间一律用 连接 2 阴极材料无论是活泼金属还是惰性电极均不参与放电 放电的总是电解质的阳离子 如图所示 a为铜棒 b为碳棒 电解质溶液为cucl2溶液 有关此电解池的说法正确的是 a x y分别为电源的负极和正极b a b两极分别发生还原反应和氧化反应c a极电极反应为2cl cl2 2e d b极电极反应为cu2 2e cu 思路点拨 根据电解原理和电子流向 先确定阴极 阳极和电源的正极 负极 再进一步确定电极反应及电极反应类型 解析 答案 d 规律方法 书写电极反应式时应注意的问题和规律 1 看电极 主要看阳极是何类型的电极 若为活性电极 电极本身被氧化 若为惰性电极 溶液或熔融状态的电解质中的阴离子被氧化 阴极电极一般不参与反应 2 看离子 弄清溶液或熔融状态的电解质中有哪些阳离子 阴离子 然后根据离子放电顺序确定两极参加反应的物质 再书写电极反应式 3 注意电极反应式的格式 反应物与产物间以 相连 电子均以 ne 方式出现 4 阴极 阳极反应式同时写出时 注意两电极得失电子数相等 变式训练1 2011年济南高二检测 下面列出了电解不同物质的电极反应式 其中错误的是 a 电解饱和食盐水阴极 na e nab 电镀铜时 电解质溶液为cuso4溶液 阳极 cu cu2 2e c 电解熔融nacl阴极 na e nad 电解naoh溶液阳极 4oh 2h2o o2 4e 解析 选a 本题考查了电极反应式的书写和电极产物的判断 a中电解饱和食盐水时 阴极应是h2o电离出的h 得电子放出h2 电解质水溶液电解类型总结 特别提醒 1 根据电解质水溶液中离子的放电顺序推断电解产物 不可死记硬背 2 电解质溶液电解一段时间后 要恢复原状 应根据电解产物而定 一般是将电解池中析出 或逸出 的物质中 对应元素的 化合物 加入电解后的溶液中即可复原 2 若使电解质含量不变而水量减少进行电解 可采用的电解质是 3 若使电解质和水量都减少进行电解 可采用的电解质是 解析 本题主要考查了电解过程中电解质的电解类型情况及规律 电解质含量减少 水量不变的情况应是电解的电解质本身 无氧酸 如氯化氢 不活泼金属无氧酸盐属于此种情况 电解质不变 水量减少 实质电解水 含氧酸 如h2so4 强碱 naoh 活泼金属含氧酸盐 na2so4 属于此种情况 电解质和水都减少 活泼金属无氧酸盐 nacl 和不活泼金属含氧酸盐 cuso4 属于此种情况 答案 1 cucl2hcl 2 h2so4 3 bacl2cuso4 变式训练2将一直流电源的正 负极 电极材料为pt 用玻璃片分别压在一张用食盐水 碘化钾 淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤纸上 经过一段时间后 两极附近滤纸的颜色分别是 解析 选d 因为用惰性电极 故电极产物只与离子放电顺序有关 在阳极上 i 先放电生成i2 i2使淀粉变蓝色 阴极上 只有h 放电 h 放电后使溶液中c h c oh 溶液呈碱性 使石蕊溶液显蓝色 故d项正确 1 电解的有关计算常涉及的问题 1 两极产物的定量计算 2 溶液ph的计算 ph lg h 3 相对原子质量的计算和阿伏加德罗常数的值的测定 4 根据转移电子的量求产物的量或根据产物的量求转移电子的量 有关电解的计算 2 常用的三种方法 1 根据电子守恒法计算 用于串联电路 阴阳两极产物 正负两极产物 相同电荷量等类型的计算 其依据是电路上转移的电子数相等 2 根据总反应式计算 先写出电极反应式 再写出总反应式 最后根据总反应式列比例式计算 3 根据关系式计算 根据得失电子守恒关系找到已知量与未知量之间的桥梁 得出计算所需的关系式 3 步骤 1 根据与电源的连接情况或实验现象 准确判断电极上发生氧化还原反应的类型和电极名称 2 准确写出电极反应式 3 根据题目所给条件和所要求解的问题 使用上述合适的方法建立等量关系求解 下图中电极a b分别为ag电极和pt电极 电极c d都是石墨电极 通电一段时间后 在c d两极上共收集到336ml 标准状况 气体 回答 1 直流电源中 m极为 极 2 pt电极上生成的物质是 其质量为 g 3 电源输出的电子 其物质的量与电极b c d分别生成的物质的物质的量之比为2 4 agno3溶液的浓度 填 增大 减小 或 不变 下同 硫酸的浓度 5 若硫酸的质量分数由5 00 变为5 02 则原5 00 的硫酸溶液质量为 g 思路点拨 解答本题要注意以下两点 1 熟练掌握电解原理 2 根据题目要求 选择适当方法进行计算 等于ag电极被氧化给溶液补充的ag 的物质的量 因此agno3浓度不变 电解5 00 的硫酸 其实质是电解水 因此硫酸浓度增大 设原5 00 的硫酸溶液的质量为x 电解时消耗水的质量为0 01mol 18g mol 0 18g 则5 00 x 5 02 x 0 18g 解得 x 45 18g 变式训练3如图所示的两个实验装置中 溶液的体积均为200ml 开始时电解质溶液的浓度均为0 1mol l 1 工作一段时间后 测得两端导线中均通过0 02mol电子 若不考虑盐的水解和溶液体积的变化 则下列叙述中正确的是 a 产生气体的体积 b 电极上析出物质的质量 c 溶液的ph变化 增大 减小d 电极反应式 中阳极 4oh 2h2o o2 4e 中阴极 2h 2e h2 解析 选d 本题考查电解原理和计算 解决本题的关键是充分利用 中的图示信息 判断出各电极上所发生的反应 a选项中因 中只有阳极发生 4oh 2h2o o2 4e 而放出气体 中只有阴极上发生 2h 2e h2 而放出气体 通过等量的电子时 产生的气体体积 a不正确 b选项中 中在阴极上发生cu2 2e cu 在阳极上发生 4oh 2h2o o2 4e 析出cu和o2 而在 中只在阴极上析出h2 故电极上析出物质的质量 c选项中电解cuso4溶液时 生成了h2so4 2cuso4 2h2o2cu 2h2so4 o2 使溶液酸性增强 ph减小 中反应消耗了h2so4 使c h 减小 ph增大 只有选项d正确 探究整合应用 电解原理在工业生产中的应用用惰性材料作阳极电解饱和食盐水 生成cl2 h2和naoh 阳极 2cl cl2 2e 放电顺序 cl oh 阴极 2h 2e h2 放电顺序 h na 阳离子交换膜电解槽运用到氯碱工业 使产品的纯度大大提高 主要归功于阳离子交换膜的严格把关 它只允许阳离子自由通过 其工作原理如图所示 1 在氯碱工业中电解饱和食盐水制备氢气 氯气和氢氧化钠溶液时 各入口和出口加入或流出的物质分别是 a b c d e f 2 请设计简单实验证明这种特制的阳离子交换膜的功能是否具备 3 该装置也可用于物质的提纯 工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质 可用离子交换膜法电解提纯 该电解槽的阳极反应式是 通电开始后 阴极附近溶液ph会增大 请简述原因 除去杂质后氢氧化钾溶液从液体出口 填写 a 或 b 导出 解析 该题考查的主要是电解饱和食盐水的原理 有关元素化合物知识及分析解决实际问题的能力 1 cl 不能通过阳离子交换膜 而又必须在阳极上放电 故饱和食盐水只能从c口进入 cl 在阳极上放电生成cl2从e口逸出 与此同时水电离出的h 在阴极上得电子生成h2从f口逸出 富集的oh 与透过阳离子交换膜的na 生成的氢氧化钠溶液从b口流出 2 由于阴离子不能通过阳离子交换膜 因此阳极区不会有oh 阴极区不会有cl 故取阴极区溶液或阳极区溶液检验即可 3 结合题中给出的信息提示进行解题 溶液中存在的阴离子是oh 和含氧酸根离子 应是oh 放电 溶液中存在的阳离子是k 和h 应是h 先放电 在阴极由于h 放电 h 不断