2022-2023學年新教材高中化學第1章化學反應與能量轉化第3節(jié)電能轉化為化學能-電解第1課時電解的原理課件魯科版選擇性必修1

1、第1課時電解的原理第1章內容索引0102基礎落實必備知識全過關重難探究能力素養(yǎng)全提升03學以致用隨堂檢測全達標素養(yǎng)目標1.能分析、解釋電解池的工作原理,逐步形成證據(jù)推理與模型認知的學科核心素養(yǎng)。2.能設計簡單的電解池,體現(xiàn)科學探究與創(chuàng)新意識的學科核心素養(yǎng)。基礎落實必備知識全過關知識鋪墊電池能把化學能轉化為電能,電能能否轉化為化學能?提示能。電能與化學能之間的相互轉化具有重要的實際應用。通過將電能轉化為化學能,可以使許多在通常條件下不能發(fā)生的反應得以進行,電解是將電能轉化為化學能的一種重要方法。必備知識一、電解熔融氯化鈉 1.實驗現(xiàn)象通電后,石墨電極周圍有黃綠色氣體產生,鐵片上生成銀白色固體。2

2、.實驗分析(1)熔融的氯化鈉中存在的微粒有Cl-、Na+。(2)通電后離子移動的方向:Cl-向石墨電極移動,Na+向鐵電極移動。(3)電極上的電極反應:鐵電極:2Na+2e-=2Na。石墨電極:2Cl-2e-=Cl2。3.實驗結論熔融的氯化鈉在電流作用下發(fā)生化學變化,分解生成Na和Cl2。從氧化還原的角度分析:鐵電極上發(fā)生還原反應,石墨電極上發(fā)生氧化反應?！疚⑺伎肌侩娊赓|的導電與金屬導電有什么不同?提示電解質的導電過程是被電解的過程,屬于化學變化;金屬導電過程是電子的定向移動,屬于物理變化。二、電解原理1.電解將直流電通過熔融電解質或電解質溶液,在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應和還原反應的過程叫作

3、電解。2.電解池(1)定義:將電能轉化為化學能的裝置。(2)組成條件:與直流電源相連的電極材料、離子導體和電子導體、形成閉合回路。(3)電極名稱與電極反應:陽極:與電源正極相連,溶液中陰離子移向陽極,失去電子,發(fā)生氧化反應。陰極:與電源負極相連,溶液中陽離子移向陰極,得到電子,發(fā)生還原反應。(4)電子流向:電源負極導線電解池的陰極;電解池的陽極導線電源的正極。(5)電解熔融NaCl的方程式:2NaCl 2Na+Cl2。【微思考】電解池中,陰陽兩極的材料與電解產物有關系嗎? 提示 陽極材料與陽極產物有關,陰極無關。 3.電解池與原電池的區(qū)別 項目外接電源反應自發(fā)與否能量轉化工作過程裝置構成原電池

4、無自發(fā)化學能轉化為電能氧化反應、還原反應分別在兩電極進行:負極、陽極發(fā)生氧化反應;正極、陰極發(fā)生還原反應電極反應物、電極材料、離子導體和電子導體電解池有不要求電能轉化為化學能自我檢測判斷下列說法是否正確,正確的打“”,錯誤的打“”。(1)與電源正極相連的是電解池的陰極。()(2)用惰性電極電解NaCl溶液時可以得到Na和Cl2。()(3)電解池工作時,陽極發(fā)生還原反應,失去電子。()(4)電解池工作時,陽極上的電子通過電解質溶液移向陰極。()(5)電解AgNO3溶液時,Ag+移向陽極,N 移向陰極。() 重難探究能力素養(yǎng)全提升探究一電解時兩電極產物的判斷與電極反應的書寫問題探究1807年,戴維

5、將表面濕潤的氫氧化鉀放在鉑制器皿里,并用導線將鉑制器皿以及插在氫氧化鉀里的電極相連,整套裝置都曝露在空氣中。通電以后,氫氧化鉀開始熔化。戴維發(fā)現(xiàn)在陰極附近有帶金屬光澤的酷似水銀的顆粒生成,并生成紫色火焰,這是鉀元素的發(fā)現(xiàn)過程。這其中的奧秘是什么呢?電解時,物質的變化是如何發(fā)生的?提示在通電條件下,氫氧化鉀發(fā)生了電解,分別在兩個電極上生成了不同的物質。歸納拓展1.電解池的工作原理(1)以惰性電極電解CuCl2溶液為例?？偡磻x子方程式:Cu2+2Cl- Cu+Cl2 (2)電子和離子的移動方向(惰性電極)。 【微點撥】金屬活動性順序中銀以前的金屬(含銀)作為電極時,金屬本身可以參與陽極反應,如Z

6、n、Fe、Cu、Ag等,這樣的電極也叫活性電極;金屬活動性順序中銀以后的金屬或能導電的非金屬作為電極時,電極本身不參與陽極反應,稱為惰性電極,主要有鉑(Pt)、石墨等。電解時,在外電路中有電子通過,而在溶液中是靠離子移動導電,即電子不會通過電解質溶液。2.電解時電極產物的判斷 3.電極反應及電解總反應的書寫(1)電極反應的書寫。確定電極:與電源正極相連的為陽極,與電源負極相連的為陰極。確定電極反應:陽極發(fā)生氧化反應,若是活性電極,電極材料本身放電;若是惰性電極,溶液中的陰離子放電。陰極發(fā)生還原反應,是溶液中陽離子放電。寫電極反應。電極反應的書寫可概括為:a.列物質、標得失;b.選離子、配電荷;

7、c.配個數(shù)、巧用水。(2)電解總反應的書寫。在確保兩極電子轉移數(shù)目相同的條件下,將兩電極反應合并即得電解總反應?？偡磻⒚鳁l件:通電。應用體驗【典例1】如圖是電解CuCl2溶液的裝置,其中c、d均為石墨電極,則下列有關判斷正確的是()A.a為負極,b為正極B.a為陽極,b為陰極C.電解過程中,d電極質量增加D.電解過程中,氯離子濃度不變答案C解析電流從電源的正極流出,故a為正極,b為負極,c為陽極,d為陰極。電解時,因Cu2+移向陰極,在陰極放電析出Cu,故陰極(d電極)質量增加;Cl-移向陽極,在陽極(c電極)放電逸出Cl2,導致溶液中Cl-濃度降低。【變式設問】(1)請寫出c極的電極反應

8、。(2)請寫出電子的流動方向。提示 (1)2Cl-2e-=Cl2(2)電子流向:bd,ca變式訓練1如圖所示,下列有關實驗現(xiàn)象的描述正確的是() 選項a電極b電極X溶液實驗現(xiàn)象A石墨石墨CuCl2溶液a極質量增加,b極放出無色氣體BFe石墨KNO3溶液a極質量增加,b極放出無色氣體CFe石墨CuSO4溶液a極質量增加,b極放出無色氣體D石墨石墨HCl溶液a極放出無色氣體,b極放出無色氣體答案 C解析 a電極為陰極,得到電子,發(fā)生還原反應,b電極為陽極,失去電子,發(fā)生氧化反應。A項,a電極上有銅生成,質量增加,b電極上有黃綠色的氯氣生成,錯誤;B項,a電極上有氫氣生成,質量不變,b電極上有無色的

9、氧氣生成,錯誤;C項,a電極上有銅生成,質量增加,b電極上有無色的氧氣生成,正確;D項,a電極上有無色的氫氣生成,b電極上有黃綠色的氯氣生成,錯誤。探究二利用惰性電極電解電解質溶液的規(guī)律問題探究1.電解H2SO4溶液與電解鹽酸(惰性電極)的產物相同嗎?溶液pH有何變化? 提示陰極產物相同(都是H2),陽極產物不同(H2SO4O2,HClCl2),電解H2SO4溶液后溶液的pH減小,電解鹽酸后溶液的pH增大。2.若以惰性電極電解CuSO4溶液,試分析電極產物并寫出電極反應及總反應。 提示在CuSO4溶液中含有Cu2+、H+、OH-、S 四種離子,在陰極上Cu2+放電得到Cu;在陽極上OH-放電得

10、到O2,陰極電極反應為2Cu2+4e-=2Cu,陽極電極反應為2H2O-4e-=O2+4H+;總反應為2CuSO4+2H2O 2H2SO4+2Cu+O2。歸納拓展用惰性電極電解的一般規(guī)律 類型電極反應特點實例電解物質電解質溶液的濃度溶液的pH電解質溶液復原電解水型陰極:2H+2e-=H2陽極:4OH-4e-=2H2O+O2NaOH水增大增大加水H2SO4水增大減小加水Na2SO4水增大不變加水電解電解質電解質電離出的陰、陽離子分別在兩極放電HCl電解質減小增大加氯化氫CuCl2電解質減小加氯化銅類型電極反應特點實例電解物質電解質溶液的濃度溶液的pH電解質溶液復原放H2生堿型陰極:放出H2生成堿

11、,陽極:電解質陰離子放電NaCl電解質和水增大加氯化氫放O2生酸型陰極:電解質陽離子放電,陽極:OH-放電生成酸CuSO4電解質和水減小加氧化銅【微點撥】利用惰性電極電解電解質溶液后要恢復原電解質溶液的濃度,需要加適量的某物質時,遵循“少什么加什么,少多少加多少”的原則,所加物質可以是陰極與陽極產物的化合物。應用體驗【典例2】如圖是利用直流電源電解稀Na2SO4溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列實驗現(xiàn)象中正確的是()A.逸出氣體的體積,a電極的小于b電極的B.一電極逸出無味氣體,另一電極逸出刺激性氣味氣體C.a電極附近呈紅色,b電極附近呈藍色D.a電極附近呈藍色,

12、b電極附近呈紅色答案D解析電解Na2SO4溶液時,a電極為陰極:4H+4e-=2H2,b電極為陽極:4OH-4e-=O2+2H2O;a電極周圍由于H+放電溶液呈堿性,石蕊遇堿顯藍色,b電極周圍由于OH-放電溶液呈酸性,石蕊遇酸顯紅色。【變式設問】(1)若電解實驗停止后,把溶液充分混合,溶液的pH如何變化?(2)請寫出電解過程的總反應,并分析a、b兩極產生氣體的體積之比(相同狀況下)是多少?提示 (1)溶液的pH不變。(2)總反應:2H2O 2H2+O2;a、b兩極產生氣體的體積之比為21。規(guī)律方法 判斷電解后溶液中生成酸或堿的方法(1)若電解產物只有H2而無O2,則陰極周圍生成堿。(2)若電解

13、產物只有O2而無H2,則陽極周圍生成酸。(3)若電解產物既有O2又有H2,且二者物質的量之比為12,則實質是電解水,電解過程中陽極生成酸,陰極生成堿,最終溶液中還是原溶質。變式訓練2-1下圖所示裝置中,a、b都是惰性電極,通電一段時間后,b電極附近溶液呈紅色。下列說法正確的是()A.X是負極,Y是正極B.Pt是陰極,Cu是陽極C.CuSO4溶液的pH逐漸減小D.CuSO4溶液的pH不變答案C解析b電極附近溶液呈現(xiàn)紅色,說明b電極處生成了氫氧根離子。電解食鹽水陽極發(fā)生氧化反應產生氯氣,陰極發(fā)生還原反應產生氫氣同時生成氫氧化鈉,因此b電極是陰極,與電源的負極相連,則Y為負極,X為正極;鉑電極與電源

14、的正極相連作為陽極,銅電極作為陰極;電解硫酸銅溶液時,陽極發(fā)生氧化反應,水電離出的氫氧根離子放電,陰極發(fā)生還原反應,銅離子放電,這樣溶液中不斷產生H+,溶液的酸性增強,pH變小。變式訓練2-2用石墨電極電解下列溶液一段時間后再加入一定量的某種純凈物(方括號內物質),能使溶液恢復到原來的成分和濃度的是()A.AgNO3AgNO3B.NaOHH2OC.KClKCl D.CuSO4Cu(NO3)2答案B 解析A項,總反應為4AgNO3+2H2O 4Ag+O2+4HNO3,脫離反應體系的是4Ag+O2,相當于2Ag2O,所以應當加入適量Ag2O才能復原(若加入AgNO3,會使N 的量增加);B項,總反

15、應為2H2O 2H2+O2,脫離反應體系的是2H2+O2,相當于2H2O,加入適量水可以復原;C項,總反應為2KCl+2H2O 2KOH+H2+Cl2,脫離反應體系的是H2+Cl2,相當于2HCl,應通入適量HCl氣體才能復原(若加入KCl,會使K+的量增加);D項,總反應為2CuSO4+2H2O 2H2SO4+2Cu+O2,脫離反應體系的是2Cu+O2,加入CuO才能復原。學以致用隨堂檢測全達標1.(2022北京東城高二期末)下列裝置或過程能實現(xiàn)電能轉化為化學能的是() 選項ABCD示意圖名稱鋅錳干電池燃氣燃燒電池充電水力發(fā)電答案 C解析 鋅錳干電池是將化學能轉化為電能,A不符合題意;燃氣燃

16、燒是將化學能轉化為熱能,B不符合題意;電池充電是將電能轉化為化學能,C符合題意;水力發(fā)電是將機械能轉化為電能,D不符合題意。2.用惰性電極分別電解下列各物質的水溶液,一段時間后,向剩余電解質溶液中加入適量相應的溶質能使溶液恢復到電解前濃度的是()A.AgNO3B.Na2SO4C.CuCl2D.KCl答案C 解析直接加入適量溶質就能使溶液恢復到電解前的濃度應屬于電解電解質型,C項符合題意;電解AgNO3溶液發(fā)生的電解反應是:4AgNO3+2H2O 4Ag+O2+4HNO3,可加Ag2O;電解Na2SO4的水溶液實際電解的是水;電解H2SO4溶液實際電解的是水。3.關于如圖所示兩個裝置的敘述正確的

17、是() A.裝置名稱:是原電池,是電解池B.硫酸濃度變化:增大,減小C.電極反應:中陽極:2H2O-4e-=4H+O2,中正極:Zn-2e-=D.離子移動方向:中H+向陰極方向移動,中H+向負極方向移動答案 B解析 為電解池,實質是電解水,陽極的電極反應為2H2O-4e-=4H+O2,硫酸的濃度增大;為原電池,溶液中的氫離子移向正極,正極的電極反應為2H+2e-=H2,硫酸的濃度減小,B正確。4.按圖甲裝置進行實驗,若圖乙中橫坐標x表示通過電極的電子的物質的量。下列敘述正確的是()A.F表示反應生成Cu的物質的量B.E表示反應實際消耗H2O的物質的量C.E表示反應生成O2的物質的量D.F表示反應生成H2SO4的物質的量答案B 解析由題意可知電解總反應為2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2,根據(jù)反應中各物質與轉移電子的關系:2Cu2H2O2H2SO4O24e-可知,E表示反應消耗H2O的物質的量或反應生成Cu、H2SO4的物質的量,F表示反應生成O2的物質的量。(1)兩極分別放出H2和O2時,電解質的化學式可能是(至少答一種,下同);(2)若陰極析出金屬、陽極放出O2時,電解質的化學式可能是;(3)兩極分別放出氣體,且體積比為11,