1.3電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能電解課件上學(xué)期高二化學(xué)選擇性必修1

電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能——電解(1)電解熔融氯化鈉的裝置示意圖1.電解原理電極名稱鐵電極石墨電極現(xiàn)象鐵片上產(chǎn)生銀白色金屬石墨電極周?chē)悬S綠色氣體產(chǎn)生離子移動(dòng)方向陽(yáng)離子(Na+)移向鐵電極陰離子(Cl-)移向石墨電極電極反應(yīng)2Na++2e-

2Na2Cl--2e-

Cl2↑反應(yīng)類型還原反應(yīng)氧化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)論2NaCl

2Na+Cl2↑(2)實(shí)驗(yàn)過(guò)程與分析(1)電解:將直流電通過(guò)熔融電解質(zhì)或電解質(zhì)溶液,在兩個(gè)電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原

反應(yīng)的過(guò)程。(2)電解池①定義:將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。②構(gòu)成條件:a.直流電源以及與電源相連的兩電極;b.電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì);c.形成閉合回路。③電極名稱與電極反應(yīng)陰極:發(fā)生還原反應(yīng)的電極,與電源的負(fù)極相連;陽(yáng)極:發(fā)生氧化反應(yīng)的電極,與電源的正極相連。(1)工作原理接通直流電源后,電子從電源的負(fù)極沿導(dǎo)線流入電解池的陰極,再?gòu)碾娊獬氐年?yáng)極流出,并

沿導(dǎo)線流回電源的正極,如圖所示。(2)三個(gè)流向①電子流向:電源負(fù)極→陰極,陽(yáng)極→電源正極;②電流方向:電源正極→陽(yáng)極→陰極→電源

負(fù)極;③離子流向:陽(yáng)離子→陰極,陰離子→陽(yáng)極。注意金屬導(dǎo)電是物理變化,而電解質(zhì)溶液導(dǎo)電是化學(xué)變化。1.電解食鹽水制備燒堿、氫氣和氯氣(1)實(shí)驗(yàn)裝置

(2)實(shí)驗(yàn)過(guò)程探究①通電前:溶液中存在鈉離子、氯離子、氫離子、氫氧根離子等。②實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:接通電源后,連接電源正極的電極(陽(yáng)極)表面有氣泡冒出,產(chǎn)生的黃綠色氣體能2.電解原理的應(yīng)用使?jié)駶?rùn)的KI淀粉試紙變藍(lán);連接電源負(fù)極的電極(陰極)表面有氣泡冒出,點(diǎn)燃產(chǎn)生的無(wú)色氣

體,可聽(tīng)到輕微爆鳴聲;酚酞試液變紅。③實(shí)驗(yàn)分析:通電時(shí),Na+、H+向陰極移動(dòng),OH-、Cl-向陽(yáng)極移動(dòng)。電極反應(yīng)分別為:陽(yáng)極:2Cl--2e-

Cl2↑(氧化反應(yīng));陰極:2H++2e-

H2↑(還原反應(yīng));總反應(yīng)方程式:2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑。(1)裝置電極電極反應(yīng)式電極反應(yīng)產(chǎn)物分析陽(yáng)極Cu-2e-

Cu2+、Zn-2e-

Zn2+、Fe-2e-

Fe2+、Ni-2e-

Ni2+粗銅中除了銅外還含有少量較活潑的Zn、Fe、Ni以及不如銅活潑的Au、Ag等。金屬活動(dòng)性順序中在銅之前的金屬先放電,以離子形式進(jìn)入電解質(zhì)溶液;比Cu活動(dòng)性差的Ag、Au等以金屬單質(zhì)的形式沉積在陽(yáng)極區(qū),形成陽(yáng)極泥陰極Cu2++2e-

Cu電解過(guò)程中,Cu2+比H+、Zn2+、Ni2+、Fe2+優(yōu)先在陰極上放電而析出Cu,Zn2+、Ni2+、Fe2+等則留在電解質(zhì)溶液中(2)電極反應(yīng)及產(chǎn)物分析易錯(cuò)警示陽(yáng)極溶解的金屬為Fe、Zn、Ni、Cu,而在陰極上只有銅析出,根據(jù)得失電子守

恒,溶解的Cu的量小于析出的Cu的量,故電解前后,電解質(zhì)溶液中CuSO4的濃度略減小。(1)定義:應(yīng)用電解原理,在金屬表面鍍上一薄層金屬或合金的方法。(2)主要目的:提高金屬的抗腐蝕能力、耐磨性能或改善金屬制品的外觀。(3)電解原理(以鐵上鍍銅為例)裝置示意圖

構(gòu)成條件陽(yáng)極鍍層金屬陰極待鍍金屬電解液含鍍層金屬陽(yáng)離子電極反應(yīng)陽(yáng)極Cu-2e-

Cu2+陰極Cu2++2e-

Cu電解質(zhì)溶液的濃度變化CuSO4溶液的濃度不變知識(shí)歸納

電鍍的特點(diǎn):“一多、一少、一不變”(1)一多:是指陰極上有鍍層金屬沉積;(2)一少:是指陽(yáng)極上有鍍層金屬溶解;(3)一不變:是指電鍍后,電解質(zhì)溶液中的離子濃度保持不變。金屬電極反應(yīng)總反應(yīng)鈉陽(yáng)極:2Cl--2e-

Cl2↑陰極:2Na++2e-

2Na2NaCl(熔融)

2Na+Cl2↑鋁陽(yáng)極:6

-12e-

3O2↑陰極:4Al3++12e-

4Al2Al2O3(熔融)

4Al+3O2↑鎂陽(yáng)極:2Cl--2e-

Cl2↑陰極:Mg2++2e-

MgMgCl2(熔融)

Mg+Cl2↑1.電解氫氧化鈉溶液實(shí)質(zhì)是電解水,故溶液的pH不發(fā)生變化。這種說(shuō)法正確嗎?提示電解氫氧化鈉溶液,溶液中水的質(zhì)量減小,氫氧化鈉溶液濃度增大,溶液的pH增大。2.電解精煉銅時(shí),陰極增加的質(zhì)量等于陽(yáng)極減少的質(zhì)量。這種說(shuō)法正確嗎?提示電解精煉銅時(shí),粗銅為陽(yáng)極,純銅為陰極,陽(yáng)極上粗銅中銅以及比銅活潑的金屬Zn、Fe、Ni等放電,陰極上析出銅,陽(yáng)極溶解的金屬與陰極析出的金屬不完全相同,故陰極增加的質(zhì)量不等于陽(yáng)極減少的質(zhì)量。

3.在鐵件上鍍銅,電鍍一段時(shí)間后,溶液中Cu2+的濃度不變。這種說(shuō)法正確嗎?提示在鐵件上鍍銅,應(yīng)該是鐵件作陰極,銅作陽(yáng)極,含Cu2+的溶液作電解質(zhì)溶液,陰極上

Cu2+得電子被還原為銅鍍?cè)阼F件上,陽(yáng)極上銅失電子被氧化為Cu2+進(jìn)入電解質(zhì)溶液,則陽(yáng)極

溶解的銅與陰極析出的銅的物質(zhì)的量相等,溶液中Cu2+的濃度不變。

知識(shí)辨析()?()?()√4.用惰性電極電解硫酸銅溶液一段時(shí)間,為了復(fù)原可加入適量Cu(OH)2。這種說(shuō)法正確嗎?提示用惰性電極電解電解質(zhì)溶液時(shí),若要使電解后的溶液恢復(fù)到原狀態(tài),加入的物質(zhì)由電解過(guò)程中從溶液中析出的物質(zhì)(以氣體或固體形式脫離電解質(zhì)溶液的物質(zhì))決定,應(yīng)遵循“析出什么加什么,析出多少加多少”的原則。用惰性電極電解硫酸銅溶液,陽(yáng)極反應(yīng)式為4OH--4e-

O2↑+2H2O,陰極反應(yīng)式為2Cu2++4e-

2Cu,所以為了復(fù)原可加入適量CuO或CuCO3。2和Al2O3來(lái)制取Mg、Al,也可通過(guò)分別電解熔融的MgO和AlCl3

來(lái)制取Mg、Al。這種說(shuō)法正確嗎?提示MgO熔點(diǎn)很高,一般不電解熔融的MgO來(lái)制取鎂;AlCl3為共價(jià)化合物,熔融狀態(tài)

不導(dǎo)電,所以電解熔融的AlCl3得不到金屬鋁。

()?()?2溶液,陰極逸出的氣體能使?jié)駶?rùn)的淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)色,這種

說(shuō)法正確嗎?提示Cl2在陽(yáng)極生成,可使?jié)駶?rùn)的淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)色。

7.電解飽和食鹽水時(shí),兩個(gè)電極均不能用金屬材料,這種說(shuō)法正確嗎?提示金屬材料Pt和Au都是惰性電極,陰、陽(yáng)兩極都可用,也可用較活潑金屬Zn、Fe等

作陰極。

()?()?1.電解池陰、陽(yáng)極的判斷方法1.書(shū)電解池電極、電極產(chǎn)物的判斷及電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)2.電解時(shí)電極產(chǎn)物的判斷——“陽(yáng)失陰得”

我國(guó)科學(xué)家合成了一種新型的Fe-SnO2催化劑,用該催化劑修飾電極,可實(shí)現(xiàn)在室溫

條件下電催化氮?dú)庵苽滗@鹽和硝酸鹽。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

(

)+由b極區(qū)向a極區(qū)遷移2+6e-+8H+

2N

D.電解一段時(shí)間,陰極、陽(yáng)極消耗N2的物質(zhì)的量之比為3∶5典例D思路點(diǎn)撥根據(jù)物質(zhì)中元素化合價(jià)的變化判斷反應(yīng)類型,從而判斷陰極、陽(yáng)極,再遵循電荷

守恒、原子守恒寫(xiě)出電極反應(yīng)式,判斷溶液pH的變化。解析

根據(jù)題圖可知,a極為陰極,b極為陽(yáng)極,電解過(guò)程中H+向陰極移動(dòng),即H+由b極區(qū)向a極

區(qū)遷移,故A、B正確;陰極反應(yīng)式為N2+6e-+8H+

2N

,故C正確;陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為N2-10e-+6H2O

2N

+12H+,陰極上消耗1molN2轉(zhuǎn)移6mol電子,陽(yáng)極上消耗1molN2轉(zhuǎn)移10mol電子,根據(jù)得失電子守恒可知,陰極、陽(yáng)極消耗N2的物質(zhì)的量之比為5∶3,故D錯(cuò)誤。2.用惰性電極電解過(guò)量電解質(zhì)溶液的規(guī)律電解類型例子電極反應(yīng)式電解對(duì)象pH變化復(fù)原方法電解水型H2SO4溶液陽(yáng)極:2H2O-4e-

O2↑+4H+陰極:4H++4e-

2H2↑H2O減小加入H2ONaOH溶液陽(yáng)極:4OH--4e-

O2↑+2H2O陰極:4H2O+4e-

2H2↑+4OH-增大Na2SO4溶液不變電解電解質(zhì)型HCl溶液陽(yáng)極:2Cl--2e-

Cl2↑陰極:2H++2e-

H2↑HCl增大加入HClCuCl2溶液陽(yáng)極:2Cl--2e-

Cl2↑陰極:Cu2++2e-

CuCuCl2—加入CuCl2放氫生堿型NaCl溶液陽(yáng)極:2Cl--2e-

Cl2↑陰極:2H++2e-

H2↑NaCl、H2O增大加入HCl放氧生酸型CuSO4溶液陽(yáng)極:4OH--4e-

O2↑+2H2O陰極:2Cu2++4e-

2CuCuSO4、H2O減小加入CuO或

CuCO3注意若要使電解后的溶液恢復(fù)到原狀態(tài),應(yīng)遵循“析出什么加什么,析出多少加多少”的

原則。如圖所示裝置,C、D、E、F、X、Y都是惰性電極,甲、乙中溶液足量(假設(shè)通電前后溶液體積不變),A、B為外接直流電源的兩極。將直流電源接通后,F極附近呈紅色。典例請(qǐng)回答下列問(wèn)題:(1)B極是電源的

(填“正極”或“負(fù)極”),一段時(shí)間后,甲中溶液顏色

,丁中X極附近的顏色變淺,Y極附近的顏色變深,這表明

,

在電場(chǎng)作用下向Y極移動(dòng)。(2)若甲、乙裝置中的C、D、E、F電極均只有一種單質(zhì)生成時(shí),對(duì)應(yīng)單質(zhì)的物質(zhì)的量之比

為

。(3)現(xiàn)用丙裝置給銅件鍍銀,則H應(yīng)該是

(填“鍍層金屬”或“鍍件”),電鍍液

是

溶液。當(dāng)D極質(zhì)量增加1.6g時(shí),丙中鍍件上析出銀的質(zhì)量為

,甲中

溶液的pH

(填“變大”“變小”或“不變”)。(4)若將C電極換成鐵,其他裝置都不變,則甲中發(fā)生總反應(yīng)的離子方程式是

。解析將直流電源接通后,F極附近呈紅色,說(shuō)明F極的電極反應(yīng)式為2H++2e-

H2↑,則F極為陰極;結(jié)合裝置圖可知,C、E、G、X極為陽(yáng)極,D、H、Y極為陰極,則A極為外接電源

的正極,B極為外接電源的負(fù)極。(1)由上述分析可知,B極為電源的負(fù)極;甲中D極為陰極,D

極上Cu2+得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成Cu,一段時(shí)間后甲中溶液顏色變淺;丁中X極為陽(yáng)極,Y極

為陰極,X極附近的顏色逐漸變淺,Y極附近的顏色逐漸變深,說(shuō)明Fe(OH)3膠體粒子向陰極移

動(dòng),表明Fe(OH)3膠體粒子帶正電荷。(2)若甲、乙裝置中的C、D、E、F電極均只有一種單

質(zhì)生成時(shí),C、D、E、F極的電極反應(yīng)式依次為4OH--4e-

O2↑+2H2O、Cu2++2e-

Cu、2Cl--2e-

Cl2↑、2H++2e-

H2↑,由于電路中通過(guò)的電子物質(zhì)的量相等,所以O(shè)2、Cu、Cl2、H2的物質(zhì)的量之比為1∶2∶2∶2。(3)現(xiàn)用丙裝置給銅件鍍銀,則G極為Ag,H極

為銅件,即H極為鍍件,電鍍液為AgNO3溶液;D極的電極反應(yīng)式為Cu2++2e-

Cu,當(dāng)D極質(zhì)量增加1.6g時(shí),即析出Cu0.025mol,電路中通過(guò)的電子的物質(zhì)的量為0.05mol,丙中鍍件上的電極反應(yīng)式為Ag++e-

Ag,所以丙中鍍件上析出銀的物質(zhì)的量為0.05mol,質(zhì)量為0.05mol×108g·mol-1=5.4g;甲中電解硫酸銅溶液生成Cu、O2和硫酸,溶液的酸性增強(qiáng),則甲中溶

液的pH變小。(4)若將C電極換成鐵,其他裝置都不變,Fe極為陽(yáng)極,電極反應(yīng)式為Fe-2e-

Fe2+,D極電極反應(yīng)式為Cu2++2e-

Cu,故甲中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Fe+Cu2+

Fe2++Cu。答案

(1)負(fù)極變淺氫氧化鐵膠體粒子帶正電荷

(2)1∶2∶2∶2

(3)鍍件AgNO35.4g變小

(4)Fe+Cu2+

Cu+Fe2+

電解池的有關(guān)計(jì)算通常包括兩極產(chǎn)物的定量計(jì)算、溶液pH的計(jì)算、產(chǎn)物的量與電量關(guān)系

的計(jì)算等。

3.與電解池有關(guān)的定量計(jì)算電化學(xué)知識(shí)在物質(zhì)制備領(lǐng)域的應(yīng)用前景較好。按如圖1所示裝置進(jìn)行電解,A、B、C、D均為鉑電極,回答下列問(wèn)題。

圖1已知一:甲槽電解的是200mL一定濃度的NaCl與CuSO4的混合溶液,理論上兩極所得氣體體

積隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖2所示(氣體體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積,電解前后溶液的體

積變化忽略不計(jì))。典例

圖2(1)原混合溶液中NaCl的物質(zhì)的量濃度為

mol·L-1,CuSO4的物質(zhì)的量濃度為

mol·L-1。已知二:乙槽電解的是200mLCuSO4溶液。(2)當(dāng)C極只析出0.64g固體物質(zhì)時(shí),乙槽中生成的H2SO4為

mol。此時(shí)若使乙槽內(nèi)的

溶液完全復(fù)原,可向乙槽中加入

(填字母)。A.Cu(OH)2

3

2(OH)2CO3(3)若通電一段時(shí)間后,向乙槽溶液中加入0.2molCu(OH)2才能恰好恢復(fù)到電解前的濃度,則

電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為

(用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)。思路點(diǎn)撥電化學(xué)反應(yīng)是氧化還原反應(yīng),無(wú)論是單一電解池還是串聯(lián)電解池,各電極上轉(zhuǎn)移

電子的物質(zhì)的量相等。解析

(1)甲槽電解的是200mL一定濃度的NaCl與CuSO4的混合溶液,A極為陰極,Cu2+先放

電,Cu2+放電完全后H+放電,電極反應(yīng)式為Cu2++2e-

Cu、2H++2e-

H2↑,陰極開(kāi)始無(wú)氣體產(chǎn)生,后有氫氣生成,故圖2中曲線Ⅰ表示陰極所得氣體體積變化;B極為陽(yáng)極,Cl-先放電,Cl

-放電完全后OH-放電,電極反應(yīng)式為2Cl--2e-

Cl2↑、4OH--4e-

O2↑+2H2O,故圖2中曲線Ⅱ表示陽(yáng)極所