2020化学新苏教必修：专题二第三单元第2课时电能转化为化学能含解析.doc

教学资料范本2020化学新苏教必修：专题二第三单元第2课时电能转化为化学能含解析编 辑：_时 间：_第2课时电能转化为化学能学习目标核心素养建构1.通过对电解氯化铜溶液的实验探究、认识电能转化为化学能的装置。2.初步认识电解反应原理。3.能根据原电池、电解池的构成条件识别原电池、电解池。4.了解电解原理的应用。知 识 梳 理一、电解原理1.实验探究：如图为电解氯化铜溶液的实验装置。(1)通电数分钟后、阴极观察到的现象是有红色物质析出；阳极观察到的现象是有黄绿色刺激性气味气体产生。(2)实验原理分析与讨论通电前、氯化铜溶液中存在的离子是Cu2、Cl、H、OH。通电后、移向阴极的离子是Cu2、H、移向阳极的离子是Cl、OH。阴极电极反应式是Cu22e=Cu、阳极电极反应式是2Cl2e=Cl2。(3)反应的化学方程式是CuCl2CuCl2。2.电解(1)电解原理：使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应。(2)电解池概念：把电能转化为化学能的装置、也就是借助于电流引起氧化还原反应的装置。构成条件：a.有一个外加直流电源；b.有与电源相连的两个电极；c.两电极插入电解质溶液或熔融态电解质中；d.形成闭合回路。电极：阴极连接直流电源负极、在该电极上微粒得到电子、发生还原反应；阳极连接直流电源正极、在该电极上微粒失去电子、发生氧化反应。电子流向：电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极、电子从电解池的阳极沿导线流回电源正极、电流方向与电子流向相反。电解质溶液中的离子流向：阴离子向阳极移动、阳离子向阴极移动。【自主思考】1.从装置上比较原电池与电解池的区别是什么？提示原电池中没有外加电源、电解池中有外加电源。2.你怎样判断电解池的阴极和阳极？提示看连接的电源：与电源负极相连的是电解池的阴极、与电源正极相连的是电解池的阳极。3.电解质溶液是如何导电的？提示电解质溶于水电离出能自由移动的离子。通电时、自由移动的离子作定向移动、阳离子移向阴极、阴离子移向阳极、分别在两极上发生氧化还原反应。二、电解原理的应用1.下图为冶炼金属钠电解槽示意图。(1)熔融氯化钠中存在的微粒：Na、Cl。(2)通电后离子的运动：阳离子Na(填离子符号)移向阴极；阴离子Cl(填离子符号)移向阳极。(3)电极反应式：阴极：2Na2e=2Na、阳极：2Cl2e=Cl2。(4)结论是熔融的氯化钠在直流电作用下发生了氧化还原反应、分解生成了Na和Cl2。2.下图为铜的电解精炼示意图。粗铜作阳极、电极反应式：Cu2e=Cu2 ；纯铜作阴极、电极反应式：Cu2_2e=Cu；用硫酸铜溶液作电解液。【自主思考】4.铜的精炼过程中、粗铜中的杂质(锌、铁、金、银等)是怎样被除去的？提示粗铜中的锌、铁等比铜活泼的金属发生氧化反应、溶解变成金属阳离子进入溶液；银、金等不如铜活泼的金属、在电解过程中不发生反应、沉积在电解池的底部形成阳极泥；而阴极只有Cu2放电、Zn2、Fe2等留在电解质溶液中。5.从阳极沉积下来的阳极泥中含有哪些金属？提示不如铜活泼的金属金、银等。6.在电解过程中CuSO4溶液浓度发生怎样的变化？提示电解过程中电解质溶液的浓度减少、需及时补充。效 果 自 测1.判断正误、正确的打“”、错误的打“”。(1)只要有电解反应发生就必将发生氧化还原反应。()(2)电解池中的两个电极活泼性一定不同。()(3)原电池放电和电解池充电互为可逆反应。()(4)电解饱和食盐水阳极产生Cl2。()(5)电解时电子的流向为电源负极阴极溶液阳极电源正极。()答案 (1)(2)(3)(4)(5)2.利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯、下列叙述正确的是()A.电解时以纯铜作阳极B.电解时阴极发生氧化反应C.粗铜连接电源负极、其电极反应是Cu2e=Cu2D.电解后、电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥解析电解精炼铜时、粗铜与电源正极相连、作阳极、电极反应有Cu2e=Cu2、Zn2e=Zn2、Fe2e=Fe2、阴极用纯铜与电源负极相连、电极反应为Cu22e=Cu、发生的是还原反应。电解后阳极形成含少量Pt、Ag等较不活泼金属的阳极泥。答案D探究一、电解池与原电池的区别【合作交流】1.原电池和电解池的电极名称及其发生反应的类型是什么？提示原电池电解池2.原电池和电解池工作时能量转化形式有什么区别？提示原电池工作时化学能转化为电能、电解池工作时电能转化为化学能。【点拨提升】1.电解池与原电池的联系与区别电池类别原电池电解池能量转变化学能转化为电能电能转化为化学能装置特点无外接直流电源有外接直流电源电极正极、负极阴极、阳极电极确定由电极材料本身的相对活泼性决定、较活泼的是负极、较不活泼的是正极由外接电源的正、负极决定、与负极相连的为阴极、与正极相连的为阳极电极反应负极发生氧化反应、正极发生还原反应阴极发生还原反应、阳极发生氧化反应电子流向负极流向正极从电源负极流向阴极、从阳极流向电源正极形成条件两个电极电解质溶液形成闭合回路自发发生氧化还原反应外接电源电极(惰性或非惰性)形成闭合回路电解质(水溶液或熔化态)反应自发性能自发进行的氧化还原反应反应一般不能自发进行、需电解条件举例ZnCuSO4=ZnSO4CuCuCl2CuCl2相似之处均能发生氧化还原反应、且同一个装置中两个电极在反应过程中转移的电子总数相等2.电解池阴阳极的判断方法判断方法阳极阴极与电源连接方式与电源正极相连的电极与电源负极相连的电极电子或电流流动方向电子流出、电流流入的电极电子流入、电流流出的电极离子迁移方向阴离子移向的电极阳离子移向的电极反应类型发生氧化反应的电极发生还原反应的电极【典题例证1】如图是电解饱和NaCl溶液的实验装置、其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是()A.a为正极、b为负极B.c为阴极、d为阳极C.电解过程中、d电极质量增加D.电解过程中、氯离子浓度不变解析由电子流向可知、a为正极、b为负极、c为阳极、d为阴极、c极发生的电极反应为2Cl2e=Cl2；d极发生的电极反应为2H2e=H2、B、C、D项错误。答案A【学以致用1】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为：Cl22e=2ClD.断开K1、闭合K2时、石墨电极作正极解析断开K2、闭合K1时、为电解池、两极均有气泡产生、说明Cu极不是阳极、所以阳极(石墨)反应为：2Cl2e=Cl2、阴极(Cu)反应为：2H2O2e=H22OH(Cu极附近溶液变红、B项错误)、总电解反应为2Cl2H2OH22OHCl2(A项错误)。断开K1、闭合K2时、为原电池、有Cl2的石墨为正极(D项正确)、反应为：Cl22e=2Cl(C项错误)；有H2的Cu极为负极、反应为：H22e2OH=2H2O(C项错误)。答案D探究二、电解时两电极产物的判断与电极反应式的书写【合作交流】3.电解池工作时、溶液中的阴、阳离子分别向什么电极移动？提示阴离子移向阳极、阳离子移向阴极。4.电解硫酸钠溶液时、在阴、阳两极上放电的离子分别是什么？提示阴极：H、阳极：OH。【点拨提升】1. 阳极产物的判断 (1)活性金属电极(金属活动性顺序表中在Ag之前的金属)、电极金属失电子、生成对应的金属阳离子、阴离子不放电。(2)惰性电极(Au、Pt、石墨)、溶液中的阴离子失电子、生成对应的非金属单质或高价化合物。阴离子放电顺序：S2IBrClOH高价态含氧酸根F。2.阴极产物的判断与电极材料无关、直接根据阳离子放电顺序进行判断、溶液中的阳离子得电子生成对应的单质或低价化合物阳离子的放电顺序：AgHg2Fe3Cu2HPb2Sn2Ni2Fe2Zn2Mn2较活泼金属阳离子(注意Fe3的顺序)。3.电极反应式与电解反应式的书写(以石墨电极电解CuCl2溶液为例)(1)电极反应式的书写确定阴、阳极。与电源正极相连的为阳极、与电源负极相连的是阴极。分别写出两极上出现的离子。阴极：Cu2、H、阳极：Cl、OH。判断阴、阳极放电顺序。阴极：Cu2H、阳极： ClOH。写电极反应式。列物质标得失选离子、配电荷配原子个数阴极：Cu22e=Cu、阳极：2Cl2e=Cl2(2)电解反应方程式的书写通过最小公倍数法使两个电极反应式的电子数相等。把两个电极反应式相加、消去相同项、并注明条件“通电”。电解CuCl2溶液总反应方程式为CuCl2CuCl2【典题例证2】下图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置、通电后在石墨电极a和b附近分别滴加石蕊溶液。下列实验现象正确的是()A.逸出气体的体积：a电极的小于b电极的B.一电极逸出无味气体、另一电极逸出刺激性气味气体C.a电极附近呈红色、b电极附近呈蓝色D.a电极附近呈蓝色、b电极附近呈红色解析Na2SO4=2NaSO、H2O电离出H和OH、SO和OH移向b电极、Na和H移向a电极、在b电极上：4OH4e =2H2OO2、在a电极上：2H2e=H2、所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体；由于a电极上H放电、所以a电极附近的c(OH)c(H)、滴加石蕊试液a电极附近变蓝色、同理、b电极附近变红色。答案D【学以致用2】用电解法提取氯化铜废液中的铜、方案正确的是()A.用铜片连接电源的正极、另一电极用铂片B.用碳棒连接电源的正极、另一电极用铜片C.用氢氧化钠溶液吸收阴极产物D.用带火星的木条检验阳极产物解析由精炼铜原理知提取铜应该用纯铜做阴极、A错误、B正确；若阳极为惰性电极、则阳极氯离子失电子生成Cl2、应该用氢氧化钠溶液吸收、C、D错误。答案B1.下列叙述中错误的是()A.电解池的阳极上发生氧化反应、阴极上发生还原反应B.原电池跟电解池连接后、电子从原电池负极流向电解池阳极C.电解精炼铜时、电解池里的阳极材料发生氧化反应D.电解饱和食盐水时、阴极得到氢氧化钠溶液和氢气解析在电解池的阳极上发生氧化反应、阴极上发生还原反应、所以A正确；原电池跟电解池连接后、电子从原电池负极流向电解池阴极、因此B错误；电解精炼铜时、电解池里的阳极材料发生氧化反应、所以C正确；电解饱和食盐水时、阴极反应为2H2e=H2、阴极区得到氢氧化钠溶液和氢气、所以D正确。答案B2.如图所示装置中、属于电解池的是()解析若要形成电解池必须具备以下条件：有一个外加直流电源；有两个电极与电源相连；形成闭合电路；有电解质溶液或熔融的电解质。答案C3.如图所示的两个电解池中、a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中、电极b和d上没有气体逸出、但质量均增大、且增重bd。符合上述实验结果的X、Y溶液分别是()选项XYAMgSO4CuSO4BAgNO3Cu(NO3)2CFeSO4Al2(SO4)3DCuSO4AgNO3解析由装置图可知电极b、d为阴极、可依照溶液中离子的放电顺序判断电极产物。MgSO4溶液中b极放出H2、A项错误；B项中b极、d极分别析出Ag、Cu、满足2e2AgCu、若转移2 mol e则析出216 g Ag、64 g Cu、B项正确；C项中电极d上放出H2、C项错误；D项中电极b上析出Cu的质量小于d电极析出Ag的质量、D项错误。答案B4.图中、两电极上发生的电极反应为a极：Cu22e=Cu；b极：Fe2e=Fe2、下列说法中不正确的是()A.该装置可能是电解池B.a极上一定发生还原反应C.a、b可能是同种电极材料D.该过程中能量的转换一定是化学能转化为电能解析根据电极反应、该装置可能是原电池、a为正极、b为负极、化学能转化为电能；该装置也可能是电解池、a极为阴极、发生还原反应、b为阳极、电能转化为化学能。答案D5.某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时、观察到电流计的指针发生了偏转。 请回答下列问题：(1)甲装置的名称是_(填“原电池”或“电解池”)、Zn为_极、Pt为_极。(2)写出电极反应式：Pt极_、Cu极_。当甲中产生0.1 mol气体时、乙中析出铜的质量应为_。(3)若乙中溶液不变、将其电极都换成铜电极、电键闭合一段时间后、乙中溶液的颜色_(填“变深”“变浅”或“不变”)。解析(1)由图中的铜、锌两种电极和电解质稀硫酸构成闭合电路知：该装置为原电池、Zn活泼、则Zn作负极；乙为电解池、Pt作阳极。(2)甲装置为原电池、乙装置为电解池、石墨和铂都为惰性电极、连接电源正极的铂电极为电解池的阳极、发生氧化反应：2Cl2e=Cl2、Cu为原电池的正极、发生还原反应：2H2e=H2。连接电源负极的碳电极为电解池的阴极、发生：Cu22e=Cu、根据电子守恒、当甲中产生0.1 mol气体时、铜正极上发生2H2e=H2、转移0.2 mol电子、根据Cu22e=Cu、乙中析出铜0.1 mol、即6.4 g。(3)若乙中溶液不变、将其电极都换成铜电极、电键闭合一段时间后、为电镀池、阳极铜溶解Cu2e=Cu2、阴极铜上铜离子得电子析出金属铜Cu22e=Cu、溶液中铜离子颜色为蓝色、溶液中c(Cu2)不变、所以颜色不变。答案(1)原电池负阳(2)2Cl2e=Cl22H2e=H26.4 g(3)不变课时作业基础巩固1.下列说法错误的是()A.将电能转化为化学能的装置叫电解池B.电解时、阳离子向阴极移动、阴离子向阳极移动C.电解池中阴极发生还原反应、阳极发生氧化反应D.电解时、电子从电解池的阴极流出、沿导线流回电源的负极解析电解池中、电子从电源的负极流出、转移到电解池的阴极上、溶液中的阳离子在此处得到电子、阴离子在阳极上失去电子、电子沿导线流向电源的正极。答案D2.以下能用电解原理说明的是()电解是把电能转化成化学能电解是把化学能转化成电能电解质溶液导电是化学变化、金属导电是物理变化不能自发进行的氧化还原反应、通过电解的原理可以实现任何电解质溶液被电解时、必然导致氧化还原反应的发生A. B.C. D.答案D3.用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。下列分析正确的是()A.a端是直流电源的负极B.通电使CuCl2发生电离C.阳极上发生的反应：Cu22e=CuD.通电一段时间后、在阴极附近观察到黄绿色气体解析可利用电解质溶液中离子的移动方向判断出电源的正负极、并写出电极反应式和反应现象。A.铜离子应移向阴极、则a为负极。B.CuCl2发生电离是在水分子的作用下完成的、并非通电才能发生。C.反应Cu22e=Cu应在阴极上发生、阳极上发生的反应应为2Cl2e=Cl2。D.通电一段时间后、应在阳极附近观察到黄绿色气体。答案A4.下列有关电解池的说法正确的是()A.在电解池中与外接电源负极相连的电极是阳极B.无论电解何种物质、阳极上失电子数都与阴极上得电子数相等C.电解氯化铜溶液时、在阴极上有气体生成D.电解NaCl、CuCl2两种溶液、参加反应的物质是相同的解析与电源负极相连的是阴极、A项错误；电解氯化铜溶液时、阳极上有氯气生成、阴极上有铜析出、C项错误；电解NaCl溶液时、水参加了反应、而电解CuCl2溶液时、水没有参加反应、D项错误。答案B5.用惰性电极电解Cu(NO3)2、NaCl的混合液、最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是()A.H2和Cl2 B.Cu和Cl2C.H2和O2 D.Cu和O2解析由题意知、溶液中存在H、Cu2、Na、NO、Cl、OH、根据离子的放电顺序：阳离子放电能力：Cu2HNa、阴离子放电能力：ClOHNO、则阴极：Cu22e=Cu、阳极：2Cl2e=Cl2。答案B6.关于如图所示各装置的叙述中正确的是()A.装置是原电池、总反应是：Cu2Fe3=Cu22Fe2B.装置中、铁作负极、电极反应式为Fe3e=Fe2C.装置中c为阳极、d为阴极D.若用装置精炼铜、则d极为粗铜、c极为纯铜、电解质溶液为CuSO4溶液解析装置中、Fe为负极、Cu为正极、总反应式为Fe2Fe3=3Fe2、负极反应为Fe2e=Fe2、故A、B项错；据装置的电流方向可知c极为阳极、d极为阴极、故c极应为粗铜、C项正确、D项错。答案C7.若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式为Cu2H=Cu2H2、则下列关于该装置的说法不正确的是()A.该装置可能是原电池、也可能是电解池B.该装置只能是原电池、且电解质溶液为硝酸C.该装置只能是电解池、且金属铜为该装置的阳极D.该装置只能是原电池、电解质溶液不可能是盐酸解析该反应不能自发进行、因此该反应必须在电解池中发生、使电能转化为化学能。Cu被氧化、故金属铜作阳极。答案C8.某小组设计电解饱和食盐水的装置如图、通电后两极均有气泡产生、下列叙述正确的是()A.铜电极附近观察到黄绿色气体B.石墨电极附近溶液呈红色C.溶液中的Na向石墨电极移动D.铜电极上发生还原反应解析根据电解饱和食盐水的装置、如果通电后两极均有气泡产生、则金属铜一定是阴极、该极上的反应为：2H2O2e=H22OH、石墨为阳极、发生的电极反应为：2Cl2e=Cl2、故石墨电极附近观察到黄绿色气体、铜电极附近溶液呈红色、A、B错误、D正确；电解池中、阳离子移向阴极、即Na+移向铜电极、C错误。答案D9.铁镍蓄电池的工作原理为FeNi2O33H2OFe(OH)22Ni(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是()A.电池的电解液为碱性溶液、正极为Ni2O3、负极为FeB.电池放电时、负极反应为Fe2OH2e=Fe(OH)2C.电池充电过程中、阴极附近溶液的pH降低D.电池充电时、阳极Ni(OH)2被氧化为Ni2O3解析电池充电过程中、阴极发生还原反应、Fe(OH)2被还原为Fe、反应生成OH、阴极附近溶液的pH升高、C项错误。答案C10.如下图所示、a是石墨棒、b是铜棒、下列叙述正确的是()A.烧杯中铜棒是阳极、发生氧化反应、b是阴极、发生还原反应B.装置工作时、硫酸铜溶液中c(Cu2)不变C.往滤纸上滴加酚酞试液、b极附近颜色变红D.b极附近会生成蓝色固体解析铜、锌和CuSO4溶液构成原电池、铜为正极、发生还原反应电极反应为Cu22e=Cu、故A、B错误；b与电源负极(Zn)相连、故为阴极、电极反应为2H2O2e=H22OH、滴加酚酞会变红、C正确。答案C能力提升11.如图是电解CuCl2溶液的装置、其中c、d为石墨电极。(1)正极为_(填“a”或“b”)、阳极为_(填“c”或“d”)。(2)阳极电极反应式为_、检验该阳极产物的方法是_。(3)电解一段时间后发现阴极增重6.4 g、则外电路中通过的电子的物质的量是_ mol、若该电解反应所需的电子全部由氢氧燃料电池提供、则至少需要消耗_L氢气(标准状况下)才能满足需要。答案(1)ac(2)2Cl2e=Cl2 用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近c电极处检验、试纸变蓝(3)0.22.2412.根据如图所示电化学实验装置图、回答有关问题。(1)若只闭合S1、该装置属于_、能量转化形式为_、锌极作_极。(2)若只闭合S2、该装置属于_、能量转化形式为_、锌极上的电极反应式为_。(3)若只闭合S3、该装置属于_、铜极作_极、锌极上的电极反应式为_、总反应的化学方程式为_。解析(1)若只闭合S1、没有外接电源、则Zn、Cu、稀硫酸构成原电池、该装置将化学能转化为电能、较活泼的锌作负极。(2)若只闭合S2、装置中有外接电源、该装置为电解池、将电能转化为化学能、与电源正极相连的锌极作阳极、锌被氧化。(3)若只闭合S3、该装置为电解池、与电源正极相连的铜极作阳极、铜被氧化、溶液中的H在阴极(锌极)上被还原为H2。答案(1)原电池化学能转化为电能负(2)电解池电能转化为化学能Zn2e=Zn2(3)电解池阳2H2e=H2CuH2SO4CuSO4H213.工业上用电解熔融Al2O3的方法制取铝。(1)写出两极电极反应式、阴极_、阳极_。(2)现欲冶炼270 g Al、需_g Al2O3、在标准状况下能产生_L气体O2、转移电子的数目为_。解析(2)n(Al)mol10 moln(Al2O3)mol5 mol、m(Al2O3)5 mol102 g/mol510 g。n(e)10 mol330 mol、V(O2)22.4 L168 L。N(e)30NA。答案(1)4Al312e=4Al6O212e=3O2(2)51016830NA14.氯酸钾和亚硫酸氢钠发生氧化还原反应生成Cl(1价)和S(6价)的速率如图所示、已知这个反应速率随着溶液中c(H)增大而加快。(1)反应开始时反应速率加快的原因是_。(2)反应后期反应速率下降的原因是_。.用惰性电极电解200 mL一定浓度的硫酸铜溶液、实验装置如图所示、电解过程中的实验数据如图所示、横坐标表示电解过程中转移电子的物质的量、纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况)。(1)下列说法正确的是_(填序号)。A.电解过程中、b电极表面先有红色物质析出、后有气泡产生B.a电极上发生的反应为2H2e=H2和4OH4e=2H2OO2C.从P点到Q点时收集到的混合气体的平均摩尔质量为12 gmol1D.OP段表示H2和O2混合气体的体积变化、PQ段表示O2的体积变化(2)如果要使溶液恢复到电解前的状态、向溶液中加入0.8 g CuO即可、则电解后溶液的c(H)_。(3)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后、使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH、电解过程中转移的电子为_ mol。(4)如果向所得的