高中化学（课标点击+课前导读+知识解惑+课堂演练）1.2 电能转化为化学能 电解课件 鲁科版选修4.ppt

第1章化学反应与能量转化第2节电能转化为化学能 电解 栏目链接 1 知道通过电解使电能转化为化学能 以及这种转化的实际意义 2 了解什么是电解 知道电解池是将电能转化为化学能的装置 3 了解电解池的工作原理和电极反应 能写出电极反应式 4 知道电解在氯碱工业 金属冶炼和电镀中的应用 栏目链接 栏目链接 一 电解的原理 1 电解熔融氯化钠离子在电场中的 是电解质溶液和熔融电解质导电的原因 在电场作用下 熔融氯化钠中的 和 分别移向与电源 和 相连的电极 其中 与电源负极相连的电极带有 na 在这个电极上得到电子 被还原成钠原子 电极反应式为 与电源正极相连的电极带有 定向移动 na cl 负极 正极 电子 2na 2e na 正电性 栏目链接 cl 将电子转移给这个电极 自身被氧化成 最终生成 电极反应 将两个电极发生的反应组合起来 就得到电解熔融氯化钠制备金属钠的化学反应 2 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 和 的过程叫做电解 cl cl2 2cl 2e cl2 2nacl2na cl2 氧化反应 还原反应 栏目链接 3 电解池借助 引起 的装置 也就是把 能转变为 能的装置 叫做电解池 4 电解原理 1 构成电解池的条件 与电源相连的两个电极 其中与电源正极相连的电极称为 极 与电源负极相连的电极称为 极 电流 氧化还原反应 电 化学 阳 阴 栏目链接 电解质溶液或熔融的电解质 形成 2 电解原理 电子流向 通电时 电子从电源的 极沿导线流入电解池的 极 经过阴 阳离子定向运动形成的内电路 再从电解池的 极流出 并沿导线流回电源的 极 闭合回路 负 阴 阳 正 栏目链接 离子移动方向 阳离子移向电解池的 极 阴离子移向电解池的 极 电极反应 阳极 金属电极或电解质溶液中的 离子 电子发生 反应 阴极 电解质溶液中的 离子 电子发生 反应 阴 阳 阴 失去 氧化 阳 得到 还原 栏目链接 1 如何确定电解池的阴 阳极 思考应用 答案 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 栏目链接 思考应用 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 4 通过离子移动方向 阳极 溶液中阴离子去向的一极 阴极 溶液中阳离子去向的一极 栏目链接 二 电解原理的应用 1 电解食盐水制备烧碱 氢气 氯气 1 电极反应式 阳极 阴极 2 电解反应化学方程式 2cl 2e cl2 2h 2e h2 2nacl 2h2o2naoh h2 cl2 栏目链接 在电场作用下 移向阴极 移向阳极 电解过程中 由于阴极区 浓度变小 水的电离平衡向 的方向移动 使阴极区溶液中的 富集 如果设法用隔膜阻止oh 移向阳极 则氢氧化钠可以在 附近的溶液中富集 因此 阴极产物为 和 阳极产物为 na h cl oh h 生成h oh oh 阴极 h2 naoh cl2 栏目链接 2 铜的电解精炼电解精炼铜时 用 作阴极 作阳极 用硫酸酸化的 溶液作电解质溶液 阳极反应式为 阴极反应式为 精铜 粗铜 cuso4 cu 粗铜 2e cu2 cu2 2e cu 精铜 栏目链接 粗铜中的锌 镍和铁等比铜活泼的金属也发生氧化反应溶解变成金属阳离子进入溶液 银 金 铂等不如铜活泼的金属在电解过程中不发生反应 最终沉积在电解池的底部与其他不溶性杂质混在一起形成 阳极泥 栏目链接 3 电镀电镀是应用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层金属或合金的方法 电镀时 通常把 作阴极 作阳极 用含有镀层金属离子的盐溶液作电镀液 镀件 镀层金属 栏目链接 2 电镀和电解精炼过程中电解质溶液的变化有何不同 思考应用 答案 1 电镀时 以镀层金属作阳极时 阳极消耗的金属离子与阴极析出的金属阳离子完全相等 因此电镀液的浓度不变 2 电解精炼铜时 以粗铜为材料做阳极 属于活性电极 粗铜中有杂质 锌 铁 镍 银 金等 当铜不断溶解时 位于金属活动性顺序铜之前的金属如zn fe ni等 也会失去电子 如zn 2e zn2 但它们的阳离子氧化性比铜弱 并不在阴极析出 而只是留在电解液里 故cu2 的浓度减小 栏目链接 1 下列关于电解池中形成的闭合回路的叙述正确的是 a 电解池中的闭合回路仅是由电子的定向运动形成的b 金属导线中电子由电源的负极流向电解池的阳极 从电解池的阴极流向电源的正极 活学活用 栏目链接 c 在电解质溶液中 阴离子向阴极移动 阳离子向阳极移动d 相同时间内阳离子在阴极得到的电子与阴离子在阳极失去的电子数相等 活学活用 栏目链接 解析 电解池中的闭合回路在导线与电极上由电子的定向移动形成 在电解质中由离子的定向移动形成 故a项错误 电子由电源的负极流向电解池的阴极 由阳极流向电源的正极 故b项错误 而在电解质溶液中 阴离子向阳极移动 阳离子向阴极移动 故c项错误 在相同时间内通过阳极和阴极的电子数相同 故d项正确 答案 d 活学活用 栏目链接 2 下列图示中关于铜电极的连接错误的是 活学活用 栏目链接 解析 c项中 铜应作阳极 镀件作阴极 答案 c 3 关于电解饱和nacl水溶液 下列叙述正确的是 a 电解时在阳极得到氯气 在阴极得到金属钠b 若在阳极附近的溶液中滴入ki溶液 溶液呈棕色c 若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液 溶液呈无色d 电解一段时间后 将全部电解液转移到烧杯中 充分搅拌后溶液呈中性 活学活用 栏目链接 解析 电解饱和nacl溶液 阴极 2h 2e h2 促进水的电离 oh 增大显碱性 滴入酚酞试液溶液呈红色 a c都错 阳极 2cl cl2 2e 滴入ki溶液 cl2 2i 2cl i2 溶液呈棕色 b正确 电解后整个溶液呈碱性 d错 答案 b 活学活用 栏目链接 栏目链接 知识点一电解的定义及原理 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 栏目链接 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 温馨提示 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 栏目链接 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 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下图是电解熔融氯化钠的示意图 关于该图的说法不正确的是 栏目链接 a 石墨片上有黄绿色气体产生b 铁电极作阴极 电极反应为 na e nac 电解过程中 cl 向石墨电极移动d 在电解槽中 电子从铁电极移动到石墨电极 形成闭合回路 栏目链接 解析 与电源正极相连的石墨电极为阳极 电极反应为2cl 2e cl2 故a正确 与电源负极相连的石墨电极为阴极 电极反应为 na e na 故b正确 阴离子向阳极移动 故c正确 在电解槽中 通过阴阳离子的定向移动形成闭合回路 电子不经过电解质 故d错误 答案 d 栏目链接 变式应用 1 电解池中 阳极的电极材料一定 a 发生氧化反应b 与电源正极相连c 是铂电极d 得电子 栏目链接 变式应用 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 答案 b 栏目链接 知识点二电解时电极产物的判断 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 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 温馨提示 栏目链接 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 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 水溶液中只考虑此部分 温馨提示 栏目链接 浓度很大 常指电镀时 排在h 前只在熔融状态下放电 温馨提示 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 栏目链接 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 cl2 2e 故选b 答案 b 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 栏目链接 变式应用 2 双选题 某同学按图所示的装置进行电解实验 下列说法正确的是 栏目链接 变式应用 a 电解过程中 铜电极上有h2产生b 电解初期 主反应方程式为 cu h2so4cuso4 h2 c 电解一定时间后 石墨电极上有铜析出d 整个电解过程中 h 的浓度不断增大 栏目链接 通电 变式应用 解析 铜电极和电源正极相连做电解池阳极 铜失电子发生氧化反应 电极反应cu 2e cu2 铜电极无氢气生成 故a项错误 电解原理分析 铜失电子生成铜离子 硫酸溶液中氢离子在阴极得到电子生成氢气 电解初期 主反应方程式为 cu h2so4cuso4 h2 故b项正确 阳离子移向阴极 所以阳极生成的铜离子会移向阴极 由于铜离子氧化性大于氢离子 所以在阴极得到电子生成铜 故c项正确 活性电极必然被氧化 h 在阴极放电 变成h2放出 h 会减少 故d项错误 答案 bc 栏目链接 通电 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 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 温馨提示 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 栏目链接 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 变式应用 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 a cuso4b h2so4c cucl2d nacl 栏目链接 变式应用 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 答案 b 栏目链接 知识点三电解原理的应用 栏目链接 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 nacl na 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 栏目链接 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 温馨提示 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 栏目链接 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 温馨提示 栏目链接 例4如下图所示 甲 乙为相互串联的两个电解池 栏目链接 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 栏目链接 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 栏目链接 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cus