1.3電能轉(zhuǎn)化為化學能電解課件上學期高二化學選擇性必修1

電能轉(zhuǎn)化為化學能——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圍有黃綠色氣體產(chǎn)生離子移動方向陽離子(Na+)移向鐵電極陰離子(Cl-)移向石墨電極電極反應2Na++2e-

2Na2Cl--2e-

Cl2↑反應類型還原反應氧化反應實驗結(jié)論2NaCl

2Na+Cl2↑(2)實驗過程與分析(1)電解:將直流電通過熔融電解質(zhì)或電解質(zhì)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。(2)電解池①定義:將電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置。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陰極:發(fā)生還原反應的電極,與電源的負極相連;陽極:發(fā)生氧化反應的電極,與電源的正極相連。(1)工作原理接通直流電源后,電子從電源的負極沿導線流入電解池的陰極,再從電解池的陽極流出,并

沿導線流回電源的正極,如圖所示。(2)三個流向①電子流向:電源負極→陰極,陽極→電源正極;②電流方向:電源正極→陽極→陰極→電源

負極;③離子流向:陽離子→陰極,陰離子→陽極。注意金屬導電是物理變化,而電解質(zhì)溶液導電是化學變化。1.電解食鹽水制備燒堿、氫氣和氯氣(1)實驗裝置

(2)實驗過程探究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實驗現(xiàn)象:接通電源后,連接電源正極的電極(陽極)表面有氣泡冒出,產(chǎn)生的黃綠色氣體能2.電解原理的應用使?jié)駶櫟腒I淀粉試紙變藍;連接電源負極的電極(陰極)表面有氣泡冒出,點燃產(chǎn)生的無色氣

體,可聽到輕微爆鳴聲;酚酞試液變紅。③實驗分析:通電時,Na+、H+向陰極移動,OH-、Cl-向陽極移動。電極反應分別為:陽極:2Cl--2e-

Cl2↑(氧化反應);陰極:2H++2e-

H2↑(還原反應);總反應方程式:2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑。(1)裝置電極電極反應式電極反應產(chǎn)物分析陽極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。金屬活動性順序中在銅之前的金屬先放電,以離子形式進入電解質(zhì)溶液;比Cu活動性差的Ag、Au等以金屬單質(zhì)的形式沉積在陽極區(qū),形成陽極泥陰極Cu2++2e-

Cu電解過程中,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)電極反應及產(chǎn)物分析易錯警示陽極溶解的金屬為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)成條件陽極鍍層金屬陰極待鍍金屬電解液含鍍層金屬陽離子電極反應陽極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歸納

電鍍的特點:“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。金屬電極反應總反應鈉陽極:2Cl--2e-

Cl2↑陰極:2Na++2e-

2Na2NaCl(熔融)

2Na+Cl2↑鋁陽極:6

-12e-

3O2↑陰極:4Al3++12e-

4Al2Al2O3(熔融)

4Al+3O2↑鎂陽極:2Cl--2e-

Cl2↑陰極:Mg2++2e-

MgMgCl2(熔融)

Mg+Cl2↑1.電解氫氧化鈉溶液實質(zhì)是電解水,故溶液的pH不發(fā)生變化。這種說法正確嗎?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,陰極增加的質(zhì)量等于陽極減少的質(zhì)量。這種說法正確嗎?提示電解精煉銅時,粗銅為陽極,純銅為陰極,陽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)量不等于陽極減少的質(zhì)量。

3.在鐵件上鍍銅,電鍍一段時間后,溶液中Cu2+的濃度不變。這種說法正確嗎?提示在鐵件上鍍銅,應該是鐵件作陰極,銅作陽極,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在鐵件上,陽極上銅失電子被氧化為Cu2+進入電解質(zhì)溶液,則陽極

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。

知識辨析()?()?()√4.用惰性電極電解硫酸銅溶液一段時間,為了復原可加入適量Cu(OH)2。這種說法正確嗎?提示用惰性電極電解電解質(zhì)溶液時,若要使電解后的溶液恢復到原狀態(tài),加入的物質(zhì)由電解過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,陽極反應式為4OH--4e-

O2↑+2H2O,陰極反應式為2Cu2++4e-

2Cu,所以為了復原可加入適量CuO或CuCO3。2和Al2O3來制取Mg、Al,也可通過分別電解熔融的MgO和AlCl3

來制取Mg、Al。這種說法正確嗎?提示MgO熔點很高,一般不電解熔融的MgO來制取鎂;AlCl3為共價化合物,熔融狀態(tài)

不導電,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)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{色,這種

說法正確嗎?提示Cl2在陽極生成,可使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{色。

7.電解飽和食鹽水時,兩個電極均不能用金屬材料,這種說法正確嗎?提示金屬材料Pt和Au都是惰性電極,陰、陽兩極都可用,也可用較活潑金屬Zn、Fe等

作陰極。

()?()?1.電解池陰、陽極的判斷方法1.書電解池電極、電極產(chǎn)物的判斷及電極反應式的書寫2.電解時電極產(chǎn)物的判斷——“陽失陰得”

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

條件下電催化氮氣制備銨鹽和硝酸鹽。下列說法錯誤的是

(

)+由b極區(qū)向a極區(qū)遷移2+6e-+8H+

2N

D.電解一段時間,陰極、陽極消耗N2的物質(zhì)的量之比為3∶5典例D思路點撥根據(jù)物質(zhì)中元素化合價的變化判斷反應類型,從而判斷陰極、陽極,再遵循電荷

守恒、原子守恒寫出電極反應式,判斷溶液pH的變化。解析

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

區(qū)遷移,故A、B正確;陰極反應式為N2+6e-+8H+

2N

,故C正確;陽極的電極反應式為N2-10e-+6H2O

2N

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

O2↑+4H+陰極:4H++4e-

2H2↑H2O減小加入H2ONaOH溶液陽極: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溶液陽極:2Cl--2e-

Cl2↑陰極:2H++2e-

H2↑HCl增大加入HClCuCl2溶液陽極:2Cl--2e-

Cl2↑陰極:Cu2++2e-

CuCuCl2—加入CuCl2放氫生堿型NaCl溶液陽極: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到原狀態(tài),應遵循“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。典例請回答下列問題:(1)B極是電源的

(填“正極”或“負極”),一段時間后,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

,

在電場作用下向Y極移動。(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,對應單質(zhì)的物質(zhì)的量之比

為

。(3)現(xiàn)用丙裝置給銅件鍍銀,則H應該是

(填“鍍層金屬”或“鍍件”),電鍍液

是

溶液。當D極質(zhì)量增加1.6g時,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,說明F極的電極反應式為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極為外接電源的負極。(1)由上述分析可知,B極為電源的負極;甲中D極為陰極,D

極上Cu2+得電子發(fā)生還原反應生成Cu,一段時間后甲中溶液顏色變淺;丁中X極為陽極,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,說明Fe(OH)3膠體粒子向陰極移

動,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,C、D、E、F極的電極反應式依次為4OH--4e-

O2↑+2H2O、Cu2++2e-

Cu、2Cl--2e-

Cl2↑、2H++2e-

H2↑,由于電路中通過的電子物質(zhì)的量相等,所以O2、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極的電極反應式為Cu2++2e-

Cu,當D極質(zhì)量增加1.6g時,即析出Cu0.025mol,電路中通過的電子的物質(zhì)的量為0.05mol,丙中鍍件上的電極反應式為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,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極為陽極,電極反應式為Fe-2e-

Fe2+,D極電極反應式為Cu2++2e-

Cu,故甲中發(fā)生反應的離子方程式為Fe+Cu2+

Fe2++Cu。答案

(1)負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)計算通常包括兩極產(chǎn)物的定量計算、溶液pH的計算、產(chǎn)物的量與電量關(guān)系

的計算等。

3.與電解池有關(guān)的定量計算電化學知識在物質(zhì)制備領域的應用前景較好。按如圖1所示裝置進行電解,A、B、C、D均為鉑電極,回答下列問題。

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

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

積變化忽略不計)。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C極只析出0.64g固體物質(zhì)時,乙槽中生成的H2SO4為

mol。此時若使乙槽內(nèi)的

溶液完全復原,可向乙槽中加入

(填字母)。A.Cu(OH)2

3

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

電解過程中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為

(用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)。思路點撥電化學反應是氧化還原反應,無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,電極反應式為Cu2++2e-

Cu、2H++2e-

H2↑,陰極開始無氣體產(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極為陽極,Cl-先放電,Cl

-放電完全后OH-放電,電極反應式為2Cl--2e-

Cl2↑、4OH--4e-

O2↑+2H2O,故圖2中曲線Ⅱ表示陽極所