高中化学选修4鲁科版第1章-第2节《电能转化为化学能——电解》.ppt

第一章化学反应与能量转换第二节电能转化为化学能 电解 知识点一电解的定义及原理 栏目链接 1 电解的概念 在直流电的作用下 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叫做电解 温馨提示 1 电解时所用电流必须是直流电而不是交流电 2 熔融状态的电解质可被电解 电解质溶液也可被电解 3 电解过程中 电能转化为化学能而 储存 在反应产物中 栏目链接 2 电解池的概念 借助于电流将电能转化为化学能的装置叫做电解池 也可以叫做电解槽 3 电解池的构成条件 1 直流电源 2 两个固定电极 3 电解质溶液或熔融态电解质 4 形成闭合回路 4 电极反应和电池总反应 1 半反应 在电解池中 氧化反应和还原反应是在两个电极上分别进行的 这种反应常称为半反应 也叫电极反应 栏目链接 2 电池总反应 两个电极反应相加得到的氧化还原反应 即为该电池总反应 5 电极判断 1 阳极 与电源正极相连的发生氧化反应的电极 2 阴极 与电源负极相连的发生还原反应的电极 栏目链接 例1 2014 石家庄高二质检 电解CuSO4溶液的装置如下图所示 其中c d为石墨电极 则下列有关判断正确的是 A a为负极 b为正极B d为阳极 c为阴极C 电解过程中 d电极质量增加D 电解过程中 氢离子浓度不变 栏目链接 解析 据电流的方向判断a为正极 b为负极 c为阳极 d为阴极 A B项不正确 电解CuSO4溶液电极反应式为阳极 c电极 4OH 4e 2H2O O2 OH 放电 由水的离子积常数可知c H 增加 D项错误 阴极 d电极 Cu2 2e Cu Cu析出沉淀于d电极上而导致质量增加 故C项正确 总反应式为2CuSO4 2H2O s up7 通电 通电 2Cu O2 2H2SO4 答案 C 栏目链接 变式训练1 电解池中 阳极的电极材料一定 B A 发生氧化反应B 与电源正极相连C 是铂电极D 得电子 解析 电解池中 与电源正极相连的是阳极 若阳极材料是活性电极 则自身失去电子 发生氧化反应 若是惰性电极 如铂电极 本身不参加反应 故选B项 知识点二电解时电极产物的判断 栏目链接 1 阳极产物的判断 首先看电极 如果是活性电极 除Pt Au 石墨外 则是电极材料失电子 电极被溶解 溶液中的阴离子不能失去电子而被氧化 若是惰性电极 Pt Au 石墨 则要看溶液中阴离子的失电子能力 此时应根据阴离子的放电顺序加以判断 放电顺序即为得或失电子的能力顺序 阴离子在阳极上的放电顺序为 S2 I Br Cl OH SO 即 无氧酸根离子 OH 含氧酸根离子 栏目链接 温馨提示 1 在中学化学中无氧酸根离子通常只考虑 S2 I Br Cl 的放电情况 2 在溶液中我们常说含氧酸根离子不放电 常指最高价 中心原子 含氧酸根离子不放电 但非最高价 中心原子 含氧酸根离子的放电能力比OH 的放电能力强 如MnO SO等 2 阴极阳离子的放电 得电子 顺序 K Ca2 Na Mg2 Al3 Zn2 Fe2 Sn2 Pb2 H Cu2 Fe3 Hg2 Ag 栏目链接 温馨提示 1 Fe3 得电子能力比Cu2 的强 即当两者共存时Fe3 先放电 2 通常情况下 Ag Hg2 Fe3 Cu2 H 水溶液中只考虑此部分Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 浓度很大 常指电镀时 排在H 前Al3 Mg2 Na Ca2 K 只在熔融状态下放电 栏目链接 例2用石墨作电极电解CuSO4和KCl混合溶液 电解初期阴极和阳极分别析出的物质是 A H2 Cl2B Cu Cl2C H2 O2D Cu O2 解析 本题考查离子放电顺序 溶液中的离子有 Cu2 K H 及Cl OH 五种离子 得电子能力Cu2 H K 失电子能力 Cl OH 所以电解初期 阴极 Cu2 2e Cu 阳极 2Cl 2e Cl2 故选B 答案 B 解析 本题考查离子放电顺序 溶液中的离子有 Cu2 K H 及Cl OH 五种离子 得电子能力Cu2 H K 失电子能力 Cl OH 所以电解初期 阴极 Cu2 2e Cu 阳极 2Cl 2e Cl2 故选B 答案 B 栏目链接 思路点拨 记住常见离子的放电顺序 阴离子 S2 I Br Cl OH 阳离子 活性阳极 Ag Hg2 Cu2 H 再就是看清题目要求 变式训练2 2014 辽宁本溪高二期末 用惰性电极电解下列各组物质的水溶液时 发生的电极反应完全相同的是 A A NaOH H2SO4B CuCl2 Cu NO3 2C Na2SO4 NaClD KNO3 AgNO3 栏目链接 解析 用惰性电极电解NaOH H2SO4的水溶液时实质均为电解水 电极反应均相同 A正确 电解B C两组溶液时 阳极反应不同 阴极反应相同 B C错误 电解KNO3 AgNO3两组溶液 阳极反应相同 阴极反应不同 D错误 知识点三用惰性电极电解的一般规律 栏目链接 栏目链接 栏目链接 温馨提示 1 电解水型 含氧酸 强碱 活泼金属的含氧酸盐 如NaOH H2SO4 K2SO4等 的电解 2 电解电解质型 无氧酸 除HF外 不活泼金属的无氧酸盐 氟化物除外 溶液的电解 3 放氢生碱型 活泼金属的无氧酸盐 氟化物除外 溶液的电解 4 放氧生酸型 不活泼金属的含氧酸盐溶液的电解 栏目链接 例3如图所示 在U形管中装入滴有紫色石蕊溶液且混合均匀的某溶液 通直流电 一段时间后U形管内会形成一个倒立的 彩虹 则U形管内的溶液可能为 A H2SO4溶液B NaOH溶液C AgNO3溶液D Na2SO4溶液 栏目链接 解析 本题考查电解规律 彩虹意味着多种颜色 当电解质溶液为Na2SO4时 阴极区生成OH 使溶液变蓝 阳极区生成H 使溶液变红 中间石蕊呈紫色 并且颜色逐渐改变 像彩虹一样 故选D 答案 D 栏目链接 变式训练3 用铂作电极电解一定浓度的下列物质的水溶液 电解结束后 向剩余电解液中加适量水 能使溶液和电解前相同的是 B A CuSO4B H2SO4C CuCl2D NaCl 栏目链接 解析 依据电解规律 电解硫酸溶液实质是电解水 向剩余电解液中加少量水 能使溶液和电解前相同 故B项正确 而电解硫酸铜溶液析出的是铜和氧气 电解氯化钠溶液析出的是氢气和氯气 电解氯化铜溶液析出的是铜和氯气 电解结束后加水均不能恢复到原溶液 故A C D三项均错误 知识点四电解原理的应用 栏目链接 电解原理的应用1 电解食盐水制备烧碱 氢气和氯气 1 实验装置 按右图装置 在U形管里倒入饱和食盐水 插入一根石墨棒作阳极 一根铁棒作阴极 同时两边管中各滴入几滴酚酞溶液 并用湿润的碘化钾淀粉试纸检验阳极放出的气体 接通直流电源后 注意管内发生的现象 看到阴极区溶液变红且有气泡 阳极区有Cl2产生 栏目链接 2 实验原理分析 饱和食盐水中存在以下电离方程式 NaClNa Cl H2O H OH 在食盐水中存在着Na Cl H OH 四种离子 通电时 Na H 向阴极移动 OH Cl 向阳极移动 由于放电顺序H Na Cl OH 因此两极上的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 栏目链接 在上述反应中 由于H 在阴极上得到电子而生成H2 破坏了水的电离平衡 促进了水的继续电离 结果阴极区溶液里OH 的浓度增大而呈碱性 总反应 2NaCl 2H2O s up7 通电 通电 2NaOH H2 阴极产物 Cl2 阳极产物 栏目链接 温馨提示 1 首先要弄清楚食盐水中的离子放电顺序 2 其次是碱在阴极区产生的原因是H2O电离的H 在阴极上得电子而生成H2从而引起水的电离平衡被破坏 在阴极区积累了大量的OH 而生成碱 栏目链接 2 电解精炼铜 1 电解精炼铜的装置 栏目链接 2 电解精炼铜的原理 电极反应 阳极 粗铜 Cu 2e Cu2 阴极 精铜 Cu2 2e Cu 粗铜中往往含锌 铁 镍 金等多种金属 当含杂质的铜在阳极不断溶解时 位于金属活动性顺序表铜以前的金属杂质如Zn Fe Ni等 也会同时失去电子 如Zn 2e Zn2 Ni 2e Ni2 栏目链接 但是它们的阳离子比铜离子难以还原 所以它们并不在阴极获得电子析出 而只是留在电解液里 而位于金属活动性顺序表铜之后的银 金等杂质 因为失电子能力比铜弱 难以在阳极失去电子变成阳离子溶解下来 当阳极上的铜失去电子变成离子溶解后 它们以金属单质的形式沉积在电解槽底 形成阳极泥 阳极泥可作为提炼金 银等贵重金属的原料 栏目链接 3 电镀 1 定义 应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其它金属或合金的方法 2 目的 主要是使金属增强抗腐蚀能力 增加美观和表面硬度 3 镀层金属 通常是在空气或溶液中不易起变化的金属 如Cr Zn Ag Cu等 栏目链接 4 原理 电镀时 把待镀金属制品作为阴极 用镀层金属作为阳极 用含有镀层金属离子的电解质配成电镀液 通低压直流电 阳极金属溶解在溶液中成为阳离子 移向阴极 在阴极获得电子被还原成金属 在待镀件表面覆盖上一层均匀光洁而致密的镀层 如下图 栏目链接 例如 铁件上镀锌 放电能力不仅与本身性质相关 还与离子浓度 pH等有关 当c Zn2 较大时 Zn2 放电能力大于H 在直流电作用下 电极反应 阳极 Zn Zn 2e Zn2 阴极 Fe Zn2 2e Zn 阳极的锌不断被氧化成Zn2 进入溶液 阴极溶液中Zn2 被还原成锌镀层 因此电镀液中c ZnCl2 保持不变 栏目链接 5 电镀特点 一多 一少 一不变 一多 指阴极上有镀层金属沉积 一少 指阳极上有镀层金属溶解 一不变 指电解液浓度不变 温馨提示电镀生产过程中产生的废水 废气 废渣中含有多种对环境有害的物质 处理后应符合国家规定的排放标准 对其中的有用成分要回收利用 栏目链接 例4如下图所示 甲 乙为相互串联的两个电解池 1 甲池若为用电解原理精炼铜的装置 则A电极名称为 极 电极材料是 电极反应式为 电解质溶液可以是 2 乙池中铁极电极反应式为 若在乙池中滴入少量酚酞试液 开始电解一段时间后 铁极附近呈 色 栏目链接 3 若乙电解池中的电解质溶液为等物质的量浓度的Cu NO3 2和MgCl2溶液 分阶段写出乙池中电解反应的化学方程式 解析 1 在一条电路上串联两个电解池 使同学们对阴 阳极的判断容易受到干扰 在分析甲池时 把乙池视为一段导线 反之 分析乙池时 把甲池视为一段导线 据此分析得出 A为阴极 B为阳极 Fe为阴极 C为阳极 又根据工业上电解精炼铜的原理判断 A电极材料应为纯铜 电极反应式为Cu2 2e Cu 电解质溶液用含Cu2 的溶液 如CuSO4溶液 栏目链接 2 乙池中是用惰性电极电解NaCl溶液 阴极材料是否为活泼金属对电解无影响 铁极反应式为2H 2e H2 由于水提供的H 放电 铁极附近溶液中OH 越来越多 加入酚酞溶液由无色变为红色 3 电解多种电解质的混合溶液 分析电解反应的方法步骤为 分析电解质溶液中的所有离子 分为阴 阳两组 包括水电离出的H 和OH 将阴 阳离子分别按放电先后顺序进行排列 写出阴 阳两极上的反应式和电解的总反应式并据此判断反应现象或进行计算 栏目链接 答案 1 阴纯铜Cu2 2e Cu含Cu2 的溶液 如CuSO4溶液 2 2H 2e H2 红 3 第一阶段 CuCl2 s up7 通电 通电 Cu Cl2 第二阶段 2H2O s up7 通电 通电 2H2 O2 栏目链接 变式训练4 电解原理在化学工业中有广泛的应用 右图表示一个电解池 装有电解液a X Y是两块电极板 通过导线与直流电源相连 请回答以下问题 1 若X Y都是惰性电极 a是饱和NaCl溶液 实验开始时 同时在两边各滴入几滴酚酞试液 则 电解池中X极上的电极反应为 在X极附近观察到的现象是 栏目链接 Y电极上的电极反应为 检验该电极反应产物的方法是 2 如果用电解法精炼铜 电解液a选用CuSO4溶液 则 X电极的材料是 电极反应为 Y电极的材料是 电极反应为 说明 杂质发生的电极反应不必写出 栏目链接 解析 1 用惰性电极电解饱和食盐水时 阳极反应 2Cl 2e Cl2 阴极反应 2H 2e H2 与电源正极相连的为阳极 反之为阴极 所以X为阴极 Y为阳极 X极在反应过程中消耗了H2O电离出来的H 使OH 浓度增大 溶液呈碱性 加入酚酞试液 溶液变成红色 Y极产生Cl2 能使湿润的KI淀粉试纸变为蓝色 2 用电解法精炼铜时