2017-2018学年苏教版化学必修二同步学习讲义：专题2第3单元化学能与电能的转化 第3课时

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第3课时电能转化为化学能［学习目标定位]1.知道电解的原理和电解池的形成条件，会分析电解的应用。2。能熟练书写电解池的电极反应式和电解反应方程式。一、电解池的构成条件及工作原理1．下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①通电前，氯化铜溶液中存在的离子是Cu2＋、Cl－、H＋、OH－。②通电后，移向阴极的离子是Cu2＋、H＋，移向阳极的离子是Cl－、OH－.③阴极电极反应式是Cu2＋＋2e－=Cu，阳极电极反应式是2Cl－－2e－=Cl2↑。（3)反应的化学方程式是CuCl2eq\o（=,\s\up7（通电))Cu＋Cl2↑。2．根据上述实验，讨论回答下列问题:(1）上述实验装置中的能量变化是电能转化为化学能，化学上把具备这种特点的装置称为电解池。(2)电解池的构成条件是①直流电源，②两个固体电极，③电解质溶液或熔融电解质，④构成闭合回路。(3)电极名称与电极反应①阴极是与电源负极相连的电极，发生还原反应。②阳极是与电源正极相连的电极，发生氧化反应.3．从装置上比较原电池与电解池的区别是什么？答案原电池中没有外加电源，电解池中有外加电源。

电解池的工作原理及电解的概念(1）电解池的工作原理(2)电解是在直流电的作用下，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程.1．下列关于电解池的说法正确的是（)A．电源的负极就是阴极B．与直流电源正极相连的是电解池的阴极C．与直流电源负极相连的电极上发生还原反应D．阳极上发生还原反应答案C解析解答本题需了解电解池阴、阳极的判断及电解的特点.电解池的阴、阳极是根据直流电源的正、负极确定的。与电源负极相连的电极为电解池的阴极,该电极上发生还原反应；与电源正极相连的电极为电解池的阳极,该电极上发生氧化反应.思维启迪电解池电极名称的判断方法2．如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列判断中正确的是()A．a为负极、b为正极B．a为阳极、b为阴极C．电解过程中,d电极质量增加D．电解过程中，氯离子浓度不变答案C解析由于电流从电源正极流出，故a为电源的正极,b为电源的负极，A项错误；电源称正、负极，B项错误；Cu2＋向阴极移动,d电极反应为Cu2＋＋2e－=Cu，在阴极上析出Cu，所以d电极质量增加，C项正确;Cl－向阳极移动,c电极反应为2Cl－－2e－=Cl2↑,导致溶液中c(Cl－)降低，D项错误。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：2Na＋＋2e－=2Na，阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑.（4)结论：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。回答下列问题：(1)写出阴极和阳极上的电极反应式。答案阴极反应式是Cu2＋＋2e－=Cu；阳极反应式是Cu－2e－=Cu2＋、Fe－2e－=Fe2＋、Zn－2e－=Zn2＋。(2）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？答案粗铜中的锌、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。（3)从阳极沉积下来的阳极泥中含有哪些金属？答案不如铜活泼的金属金、银等。（4)在电解过程中电解质CuSO4溶液浓度发生怎样的变化？答案电解过程中电解质CuSO4溶液的浓度减少，需及时补充。电解产物的判断—-“先看阳极材料,再看离子放电顺序"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）,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：2．阴极产物的判断不管阴极的电极材料如何，都只起传导电子的作用,所以在阴极上，一定是阳离子得电子。阳离子得电子顺序可依据金属活动性顺序确定。阳离子放电顺序：3．下列关于电解精炼铜的叙述中不正确的是（）A．粗铜板:阳极B．电解时，阳极发生氧化反应，而阴极发生的反应为Cu2＋＋2e－=CuC．粗铜中所含Ni、Fe、Zn、Ag等杂质，电解后以单质形式沉积槽底，形成阳极泥D．电解铜的纯度可达99.95%～99。98％答案C解析电解精炼铜时，比金属铜活泼的金属锌、铁、镍会先于金属铜失电子，比金属铜活泼性差的Pt、Ag等固体会沉积下来形成阳极泥。思维启迪电解池问题解答思路判断阴、阳电极→观察电极材料→分析放电顺序→确定电极产物→解答。4．下列有关电化学的图示，完全正确的是（）答案D解析原电池中活泼金属作负极，A错；电解精炼铜粗铜作阳极，B错；电镀中镀层金属作阳极，待镀金属作阴极，C错;D对.1．如图所示装置中,属于电解池的是(）答案C解析若要形成电解池必须具备以下条件：①有一个外加直流电源；②有两个电极与电源相连；③形成闭合电路。2．关于电解池的叙述不正确的是（）A．与电源正极相连的是电解池的阳极B．电解质溶液中的阳离子向阴极移动C．在电解池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池的阴极，再经电解质溶液流入电解池的阳极答案D解析与电源正极相连的是电解池的阳极，电解池中的阴离子移向阳极，失去电子发生氧化反应，A、B、C正确；电子由电源负极流向电解池阴极,不能经电解质溶液流向电解池的阳极，D错误。3．某同学按如图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是()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＋H2SO4eq\o(=,\s\up7（通电）)CuSO4＋H2↑C．电解一段时间后，石墨电极质量不变D．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大答案B解析铜作阳极：Cu－2e－=Cu2＋，铜电极上无H2产生，A错误；石墨作阴极:2H＋＋2e－=H2↑,所以电解初期总方程式为Cu＋H2SO4eq\o(=，\s\up7（通电)）CuSO4＋H2↑，电解一段时间后，溶液中Cu2＋浓度增大，并不断向阴极定向移动，故石墨电极上有铜析出,B正确、C错误；在电解开始阶段，2H＋＋2e－=H2↑，H＋的浓度减小，D错误。4．有关下图的说法正确的是（)A．构成原电池时溶液中的SOeq\o\al(2－，4）移向Cu电极B．构成原电池时Cu极反应式：Cu－2e－=Cu2＋C．要使Fe极不被腐蚀,Cu片换Zn片或a接直流电源负极D．a和b分别接直流电源正、负极,Fe片上有气体产生答案C解析根据金属活动性顺序表可知,Fe比Cu活泼,则构成原电池时，外电路中Fe是流出电子的负极,Cu是流入电子的正极,内电路中带负电的SOeq\o\al(2－，4）移向负极，带正电的Cu2＋移向正极，故A项不正确；构成原电池时，Cu2＋移向正极，并且在正极上得到电子发生还原反应，析出单质铜覆盖在正极表面,即Cu2＋＋2e－=Cu，故B项不正确；保护Fe极的方法就是使其作正极或阴极,可以与比Fe活泼的金属构成原电池,或者与直流电源的负极相连，故C项正确；D项中构成电解池时,Fe极为阳极，Cu极为阴极,Fe片上的反应为Fe－2e－=Fe2＋，Cu2＋移向阴极，并且在阴极上得到电子发生还原反应，析出单质铜覆盖在阴极表面，即Cu2＋＋2e－=Cu，故D项不正确。5．如图所示，A、B两个装置的烧杯中分别盛有足量的CuCl2溶液.(1)A、B两个装置中属于原电池的是________，属于电解池的是________.（2)A池中Zn是________极，发生________(填“氧化”或“还原”，下同）反应，电极反应式为________________________________________________________________________。Cu是__________极，发生____________反应,电极反应式为___________________________。A池中总的化学方程式为___________________________________________。（3)B池中C是________极,发生________反应,电极反应式为____________________________。Pt是________极，发生________反应，电极反应式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。B池中总的化学方程式为_____________________________________________。答案（1）AB（2)负氧化Zn－2e－=Zn2＋正还原Cu2＋＋2e－=CuZn＋CuCl2=ZnCl2＋Cu（3)阴还原Cu2＋＋2e－=Cu阳氧化2Cl－－2e－=Cl2↑CuCl2eq\o(=,\s\up7（通电））Cu＋Cl2↑解析由装置图和题给条件知,A为原电池,B为电解池。对于原电池，活泼电极作负极，负极发生氧化反应，不活泼电极作正极，正极上发生还原反应。对于电解池，与电源负极相连为阴极，阴极上发生还原反应，与电源正极相连为阳极，阳极上发生氧化反应。［基础过关］题组一电解池的工作原理1．下列关于电解池形成的闭合回路的叙述中，不正确的是（）A．电解池中的闭合回路是由电子的定向运动形成的B．金属导线中，电子从电源的负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极C．在电解质溶液中，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动D．相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相等答案A解析电解池中电解质溶液依靠阴、阳离子的定向移动而导电.2．以下能用电解原理说明的是(）①电解是把电能转化成化学能②电解是把化学能转化成电能③电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现⑤任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生A．①②③④ B．②③⑤C．③④ D．①③④⑤答案D3．用惰性电极Pt电解下列物质的溶液，阴极上有金属析出的是(）A．Na2SO4B．NaClC．AgNO3D．KOH答案C4．如图电解池中装有硫酸铜溶液，选用不同材料的电极进行电解。下列说法正确的是（）选项电极材料通电后的变化阴极阳极A石墨石墨阴极质量增加，溶液的酸性减弱B铜铜阳极质量减小，阴极质量增加C铁铁两极的质量不发生变化D铂铁阴极质量不变答案B解析A项，阳极反应式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O,溶液中有H2SO4生成，溶液酸性增强，阴极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，阴极质量增加；B项，阳极反应式为Cu－2e－=Cu2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu,因此阳极质量减小，阴极质量增加；C项,阳极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，因此阳极质量减小，阴极质量增加；D项，阳极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu,因此阳极质量减小,阴极质量增加。题组二电解原理的应用5．下列描述中，不符合生产实际的是（)A．电解熔融的Al2O3制取铝，用石墨作阳极B．电解法精炼铜，用纯铜作阴极C．工业上电解饱和食盐水，可制得烧碱、氢气和氯气D．电解氯化镁溶液，可制得镁和氯气答案D解析电解氯化镁溶液阴极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，无金属镁生成。工业上通过电解熔融氯化镁制取镁与氯气。6．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是Cu＋2H＋=Cu2＋＋H2↑。则下列关于该装置的有关说法正确的是（）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，且金属铜为该电解池的阳极D．该装置只能是原电池,电解质溶液不可能是盐酸答案C解析该反应不能自发进行，只有在外加电源的条件下发生，故该装置为电解池，且铜作阳极。7．以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是（)A．电能全部转化为化学能B．粗铜接电源正极,发生还原反应C．溶液中Cu2＋向阳极移动D．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属答案D解析电解精炼铜过程中电能转变为化学能的同时,部分电能转化为热能,A错;电解精炼铜时，粗铜作阳极，与电源正极相连,发生氧化反应,B错误；电解过程中Cu2＋向阴极移动，C错;粗铜中Ag、Pt、Au放电能力比铜弱，形成阳极泥，可以回收，D对。8．下列各组溶液电解一段时间后，再加入相关物质,溶液能恢复原状况的是()选项电解质溶液阳极阴极加入的物质ANaCl溶液碳铁盐酸BNaOH溶液碳碳水C硫酸铜溶液碳碳硫酸铜D硫酸铁碳H2O答案B解析电解过程中，损耗什么物质,补充什么物质。但往往是两极损耗物质的化合物。对于A，在阳极产生Cl2，在阴极产生H2，应补充H、Cl元素，但加入H2、Cl2显然不行，应加HCl，本例中加盐酸则多引入了水;对于B，只电解了水,补充水是正确的；对于C，阳极放出O2，阴极析出Cu，应补充CuO;对于D，因阳极材料是铁，所以电极反应式是阳极：Fe－2e－=Fe2＋，阴极：2H＋＋2e－=H2↑.按理应补H去Fe，其实这种变化加一种物质无法恢复。9．用Pt作电极电解下列某种溶液，当阳极生成112mL气体时,阴极上析出0。64g金属。则该电解池中溶质可能是()A．CuSO4 B．MgSO4C．Al2(SO4）3 D．Na2SO4答案A解析因Mg2＋、Al3＋、Na＋的氧化性弱于H＋,故水溶液中三种离子不放电，即不会析出金属，只有A能析出金属Cu,正确。10．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念，设计制取Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应：2Cu＋H2Oeq\o(=，\s\up7（通电））Cu2O＋H2↑.下列说法正确的是(）A．石墨电极上产生氢气B．铜电极发生还原反应C．铜电极接直流电源的负极D．当有0.1mol电子转移时,有0。1molCu2O生成答案A解析根据方程式可知，铜失去1个电子，发生氧化反应,所以铜和电源的正极相连,作阳极，则石墨是阴极。溶液中的氢离子得到电子,产生氢气，A项正确、B项和C项不正确;当有0.1mol电子转移时，有0。05molCu2O生成，所以D项不正确。［能力提升]11．根据如图所示电化学实验装置图，回答下列问题。（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________,锌极上所发生反应的电极方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________。（3)若只闭合S3，该装置属于________，铜极作________极，锌极上所发生反应的电极方程式为____________,总反应的化学方程式为____________________.（3）电解池阳2H＋＋2e－=H2↑Cu＋H2SO4eq\o（=,\s\up7(通电)）CuSO4＋H2↑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。12．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。4g,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）2Cl－－2e－=Cl2↑用湿润的淀粉碘化钾试纸放在该电极附近，试纸变蓝（3）0.22。2413．电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，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溶液，则:①电解池中X极上的电极反应式为__________________________________________。在X极附近观察到的实验现象是_________________________________________________________________________________________________________________。②Y电极上的电极反应式为_______________________________________________.（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则①X电极的材料是__________________，电极反应式为________________________________________________________________________.②Y电极的材料是________,电极反应式为_____________________________________________________________.（说明：杂质发生的电极反应不必写出）答案（1）①2H＋＋2e－=H2↑放出气体，溶液变红②2Cl－－2e－=Cl2↑(2)①纯铜Cu2＋＋2e－=Cu②粗铜Cu－2e－=Cu2＋解析(1）用惰性电极电解饱和食盐水时阳极反应为2Cl－－2e－=Cl2↑；阴极反应为2H＋＋2e－=H2↑。X极反应产物为H2和NaOH,H2逸出，NaOH使溶液呈现碱性，加入酚酞变红，Y极产生氯气，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。14．某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关