【志鸿优化设计】高考化学一轮复习 第六章 化学反应与能量转化第二节电能转化为化学能 电解教学案 鲁科版.doc

第二节电能转化为化学能电解考纲点击1了解电解池的工作原理。2能写出电极反应方程式和电解总反应方程式。一、电解的原理1定义让_通过电解质溶液或熔融的电解质，在两个电极上分别发生_和_的过程中叫电解。2电解池工作原理(1)装置特点转化为_。(2)形成条件与_相连的两个电极。电解液(或_)。形成_。3电极反应规律(1)阴极：与电源_相连，得电子发生_。(2)阳极：与电源_相连，失电子发生_。(3)电子和离子移动方向电子：从电源_流向电解池的_；从电解池的_流向电源的_。离子：阳离子移向电解池的_；阴离子移向电解池的_。特别提示：(1)金属和溶液都可以导电，但电子不能直接在溶液中移动，离子不能在金属导线中移动。(2)电解质溶液导电与金属导电不同。电解质溶液导电时，溶液中阴、阳离子向两极定向移动；金属导电是金属内部自由电子定向移动的结果。即时训练1下列关于电解的叙述是否正确(填“”或“”)电解是把电能转变成化学能()电解是把化学能转变成电能()电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化()某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现()任何水溶液电解时，必将导致氧化还原反应()即时训练2下列关于电解槽的叙述中不正确的是()。a与电源正极相连的是电解槽的阴极b与电源负极相连的是电解槽的阴极c在电解槽的阳极发生氧化反应d电子从电源的负极沿导线流入电解槽的阴极二、电解原理的应用1氯碱工业(电解饱和食盐水制取cl2、h2和烧碱)(1)电极反应阳极(用石墨)：_(_反应)阴极(用fe)：_(_反应)(2)电解反应总方程式：2nacl2h2oh2cl22naoh。离子反应方程式：2cl2h2o2ohh2cl2。(3)应用：氯碱工业制_、_和_。2电解精炼铜(1)电极反应阳极(电极材料为_)：电极反应式为_，_，_，_。阴极(电极材料为_)：电极反应式为_。(2)溶液中各离子浓度的变化阴离子浓度_；阳离子中cu2浓度变_，zn2、fe2、ni2等浓度变_。(3)阳极泥的成分：含有_等贵重金属。3电镀电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。(1)阳极材料：_。(2)阴极材料：_。(3)电镀液：一般用含有_的电解质溶液作电镀液。(4)电镀液浓度：_。4电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属na、ca、mg、al等。(1)冶炼钠2nacl(熔融)2nacl2电极反应：阳极：_，阴极：_。(2)冶炼铝2al2o3(熔融)4al3o2电极反应：阳极：_，阴极：_。即时训练3在铜片上镀银时，下列叙述是否正确(填“”或“”)将铜片接在电源的正极上()将银片接在电源的正极上()在铜上发生的反应是：age=ag()在银片上发生的反应是：4oh4e=o22h2o()需用硫酸铜溶液为电镀液()需用硝酸银溶液为电镀液()即时训练4(1)以铝材为阳极，在h2so4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应为_。(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是_。用al单质作阳极，石墨作阴极，nahco3溶液作电解液进行电解，生成难溶物r，r受热分解生成化合物q。写出阳极生成r的电极反应式：_。一、电解质溶液的电解规律及电极反应式的书写1电解时电极产物的判断(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)，电极材料失电子，电极被溶解，溶液中阴离子不能失电子。如果是惰性电极(pt、au、石墨)要依据阴离子放电顺序加以判断。阴离子放电顺序：s2ibrcloh高价含氧酸根(so、no等)f。若s2、i、br、cl放电，产物是s、i2、br2、cl2；若oh放电，则得h2o和o2。(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：aghg2fe3cu2h(h浓度较大时)pb2sn2fe2zn2h(h浓度较小时)al3mg2naca2k。特别提示：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。2以惰性电极电解电解质溶液的规律类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度ph电解质溶液复原电解水型阴极：4h4e=2h2阳极：4oh4e=2h2oo2naoh水增大增大加水h2so4水增大减小加水na2so4水增大不变加水电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电hcl电解质减小增大通氯化氢cucl2电解质减小略增大加氯化铜放h2生碱性阴极：h2o放h2生碱阳极：电解质阴离子放电nacl电解质和水生成新电解质增大通氯化氢放o2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：h2o放o2生酸cuso4电解质和水生成新电解质减小加氧化铜特别提示：(1)用惰性电极电解时，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形成的化合物。(2)放h2生碱型的实质是水电离出的h放电，破坏了水的电离平衡，使oh浓度增大，放o2生酸型的实质是水电离出的oh放电，破坏了水的电离平衡，使h浓度增大。3电极反应式的书写(1)电极的判断根据电子移动方向或电流方向判断：通电时，电子从电源负极沿导线流入电解池的阴极，从电解池的阳极流出，沿导线流入电源正极，电流方向正好与电子流向相反。根据电极反应判断：电解池的阳极反应是电极本身或电解质溶液中的阴离子失去电子，发生氧化反应；阴极反应是溶液中阳离子得到电子，发生还原反应。根据电极产物逆向推理可得出电解池的阴、阳两极及电极反应。根据反应原理判断：发生氧化反应的为阳极，发生还原反应的为阴极。(2)首先判断阴、阳极，分析电极材料，判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。阳极为金属活性电极时，电极材料放电。(3)再分析溶液中的离子种类，根据离子放电顺序，分析电极反应，并判断电极产物，写出电极反应式。(4)电解水溶液时，应注意放电顺序中h、oh之后的离子一般不参与放电。特别提示：(1)书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。(2)要确保两极电子转移数目相同，且注明反应条件。4电解化学方程式的书写(1)必须在长等号上标明通电。(2)只是电解质被电解，电解化学方程式中只写电解质及电解产物。如电解cucl2溶液：cucl2cucl2。(3)只有水被电解，只写水及电解产物即可。如：电解稀硫酸、电解naoh溶液、电解na2so4溶液时，化学方程式可以写为：2h2o2h2o2。(4)电解质、水同时被电解，则都要写进方程式。如电解饱和食盐水：2nacl2h2oh2cl22naoh。【例1】电解原理在化学工业中有广泛应用。下图表示两个串联的电解池。图中b装置中盛有1 l 2 moll1 na2so4溶液，a装置中盛有1 l 2 moll1agno3溶液。通电后，铂片上有气体生成。(1)电源x极为_极。(2)b池中阳极电极反应式为_，阴极电极反应式为_。(3)a池中阳极电极反应式为_，电解化学方程式为_。二、关于电解的计算1电解池中有关量的计算或判断主要包括以下几方面：根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液的ph、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。解题依据是得失电子守恒，解题方法如下：(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、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。(2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式计算。(3)根据关系式计算：根据得失电子守恒关系，在已知量与未知量之间，建立计算所需的关系式。特别提示：通过4 mol e为桥可构建如下关系式：说明：m为金属，n为其化合价2要注意电解的阶段性，如含cl的溶液中，cl电解完后，继续通电会是oh放电，cu2在阴极上被电解完后，h又会放电等。3串联电解池中阴极、阳极交叉排列，相同时间内各极转移电子数相等。特别提示：(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)电解过程中产生的h或oh，其物质的量等于转移电子的物质的量。【例2】工业上由黄铜矿(主要成分cufes2)冶炼铜的主要流程如下：在如图所示的装置中，若通入直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g，试回答：(1)电源电极x名称为_。(2)ph变化：a_，b_，c_。(填“增大”“减小”或“不变”)(3)通电5 min时，b中共收集224 ml气体(标准状况)，溶液体积为200 ml。则通电前cuso4溶液的物质的量浓度为_(设电解前后溶液体积无变化)。(4)若a中kcl溶液的体积也是200 ml，电解后，溶液的ph为_(设电解前后溶液体积无变化)。三、电解原理的应用(1)制取物质：例如用电解饱和食盐水溶液可制取氢气、氯气和烧碱。(2)电镀：应用电解原理，在某些金属或非金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀时，镀件作阴极，镀层金属作阳极，选择含有镀层金属阳离子的盐溶液为电解质溶液。电镀过程中该金属阳离子浓度不变。(3)精炼铜：以精铜作阴极，粗铜作阳极，以硫酸铜为电解质溶液，阳极粗铜溶解，阴极析出铜，溶液中cu2浓度减小。(4)电解冶炼金属：电解熔融状态的al2o3、mgcl2、nacl可得到金属单质。【例31】钒(v)及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图所示。(1)当左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝，其电极反应式为_。(2)充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由_色变为_色。(3)放电过程中氢离子的作用是_和_；充电时若转移的电子数为3.011023个，左槽溶液中n(h)的变化量为_。方法归纳(1)电解精炼铜，粗铜中含有的zn、fe、ni等失去电子，变成金属阳离子进入溶液，zn2e=zn2，fe2e=fe2，ni2e=ni2；其他的杂质以阳极泥的形式沉积。(2)电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。(3)电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极且是阳极，电极质量增加的电极必为阴极且溶液中的金属阳离子得电子变成金属单质吸附在阴极上。(4)阳离子交换膜(以电解nacl溶液为例)，只允许阳离子(na)通过，而阻止阴离子(cl、oh)和分子(cl2)通过，这样既能阻止h2和cl2混合爆炸，又能避免cl2和naoh溶液作用生成naclo而影响烧碱质量。【例32】(2012福建理综)(1)电镀时，镀件与电源的_极连接。(2)化学镀的原理是利用化学反应生成金属单质沉积在镀件表面形成镀层。若用铜盐进行化学镀铜，应选用_(填“氧化剂”或“还原剂”)与之反应。某化学镀铜的反应速率随镀液ph变化如图所示。该镀铜过程中，镀液ph控制在12.5左右。据图中信息，给出使反应停止的方法：_。电浮选凝聚法处理污水电浮选凝聚法是工业上采用电解原理去除污水中的金属离子或悬浮物的一种水处理方法，实验过程中，污水的ph始终保持在5.0到6.0之间。【实验典例】下图是电解污水实验装置示意图。接通直流电源一段时间后，在a电极附近有深色物质产生，在b电极附近有气泡产生。气泡可将污水中的悬浮物带到水面形成浮渣层，积累到一定厚度时刮去(或撇掉)浮渣层，即起到了浮选净化的作用。试根据以上实验现象以及图示回答下列问题：(1)电解池的电极a、b分别为_极和_极。(2)b电极材料的物质x的名称可以是_。(3)因深色物质具有_性，因而可以将水中的污物沉积下来。(4)阳极的电极反应式为_、2h2o4e=4ho2；阳极区生成深色物质的离子方程式是_。(5)若污水导电性不良时，可以加入适量_溶液(写某盐的化学式)。1(2012山东理综)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2(2012福建理综)将如图所示实验装置的k闭合，下列判断正确的是()。acu电极上发生还原反应b电子沿znabcu路径流动c片刻后甲池中c(so)增大d片刻后可观察到滤纸b点变红色3(2012安徽理综)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：2h2clcl2h2b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：cl22e=2cld断开k1，闭合k2时，石墨电极作正极4一种充电电池放电时的电极反应为h22oh2e=2h2o；nio(oh)h2oe=ni(oh)2oh，当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是()。ah2o的还原bnio(oh)的还原ch2的氧化dni(oh)2的氧化5以kcl和zncl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是()。a未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程b因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系c电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率d镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用6如图a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解。下列说法不正确的是()。a甲中a电极反应式为2h2o4e=4ho2b当b极有64 g cu析出时，c电极产生2 g气体c电解后向乙中通入适量hcl气体，溶液组成可以恢复d电解时向乙中滴入酚酞溶液，d电极附近变红7氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示。(1)溶液a的溶质是_。(2)电解饱和食盐水的离子方程式是_。(3)电解时用盐酸控制阳极区溶液的ph在23。用化学平衡移动原理解释盐酸的作用：_。参考答案基础梳理整合一、1直流电氧化反应还原反应2氧化4oh4e=o22h2o还原cu22e=cu(1)电能化学能(2)电源熔融电解质闭合回路3(1)负极还原反应(2)正极氧化反应(3)负极阴极阳极正极阴极阳极即时训练1答案：即时训练2a二、1(1)2cl2e=cl2氧化2h2e=h2还原(3)烧碱氯气氢气2(1)粗铜cu2e=cu2zn2e=zn2fe2e=fe2ni2e=ni2精铜cu22e=cu(2)不变小大(3)ag、pt、au3(1)镀层金属(2)镀件(3)镀层金属阳离子(4)保持不变4(1)2cl2e=cl2nae=na(2)2o24e=o2al33e=al即时训练3答案：即时训练4答案：(1)2al6e3h2o=al2o36h(2)镀铜时，铜单质作阳极，铜发生氧化反应生成cu2，使溶液中的cu2保持一定的浓度al3hco3e=al(oh)33co2核心归纳突破【例1】答案：(1)负(2)cu2e=cu22h2e=h2(3)4oh4e=2h2oo24agno32h2o4ago24hno3解析：(1)a中pt电极上产生气体，则该电极的反应为：4oh4e=2h2oo2，即pt为阳极，与电源正极相连，所以x为负极。(2)y是正极，则b中cu为阳极，电极反应为：cu2e=cu2；石墨为阴极，电极反应式为：2h2e=h2。(3)a中盛有agno3溶液，阴极反应式为：age=ag，则电解化学方程式为：4agno32h2o4ago24hno3。【例2】答案：(1)负极(2)增大减小不变(3)0.025 moll1(4)13解析：(1)c装置的铜电极质量增加，铜极为阴极，由此可确定x极为负极。(2)a装置是电解kcl溶液，溶液中氢氧根离子浓度增大。b装置阴极上先析出铜，当铜离子消耗完后将析出氢气，而阳极上析出氧气，溶液中氢离子浓度增大。c装置阴极析出银单质，阳极上的银失去电子变成银离子，理论上溶液的物质的量浓度不变。(3)b装置两极上电子转移的数目与c装置中转移的电子数目相同为0.02 mol。阳极上的反应为：4oh4e=o22h2o转移0.02 mol电子，放出o2 112 ml(标准状况)，说明阴极上有112 ml(标准状况)氢气放出，产生这些氢气同时得电子0.01 mol，则cu2得电子0.01 mol，n(cuso4)5103mol，c(cuso4)0.025 moll1。(4)a装置的反应为：2kcl2h2o2kohh2cl2即反应中电子转移的物质的量与生成的氢氧根离子的物质的量相等，为0.02 mol。c(oh)0.1 moll1故ph13。【例31】答案：(1)vo2he=vo2h2o(2)绿紫(3)参与正极反应通过交换膜做定向移动形成电流解析：(1)由颜色变化可知该电极发生了还原反应。(2)充电过程右槽是阴极区，发生还原反应(v3v2)，故溶液颜色由绿色变为紫色。(3)由(1)知在放电过程中h要参与正极反应，同时还具有通过交换膜作用定向移动使电流通过溶液的作用；利用电荷守恒可知，充电时若转移电子数为3.011023(即0.5 mol)个，则左槽中h的变化量也为0.5 mol。【例32】答案：(1)负(2)还原剂调节溶液ph在89之间解析：(1)电镀池中，镀件与电源的负极相连，待镀金属为阳极与电源正极相连。(2)要把铜从铜盐中置换出来，则应加入还原剂。根据图示信息，ph在89之间，反应速率为0。实验探究拓展实验典例答案：(1)阳阴(2)石墨(其他合理答案也可)(3)吸附(4)2fe4e=2fe24fe2o210h2o=4fe(oh)3(胶体)8h(5)na2so4、kno3等(其他合理答案也可)解析：根据实验现象，a极附近产生了具有吸附作用的fe(oh)3，所以a极与电源正极相连为阳极，fe失去电子变为fe2，同时a极附近的水电离产生的oh也失去电子产生o2：2h2o4e=4ho2，产生的o2将fe2氧化为fe3而形成fe(oh)3胶体：4fe2o210h2o=4fe(oh)3(胶体)8h。溶液中的h在b极获得电子产生h2：2h2e=h2，电极材料x选择能导电的cu、fe、石墨均可。若污水导电性不良时，说明溶液中离子浓度较小，加入na2so4、kno3等盐类即可增强其导电性。演练巩固提升1b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作正极，腐蚀速率减小，b对；图c中接通开关