高中化學(xué)選修4魯科版第1章-第2節(jié)《電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能——電解》.ppt

第一章化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)換第二節(jié)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 電解 知識點(diǎn)一電解的定義及原理 欄目鏈接 1 電解的概念 在直流電的作用下 電解質(zhì)在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程叫做電解 溫馨提示 1 電解時所用電流必須是直流電而不是交流電 2 熔融狀態(tài)的電解質(zhì)可被電解 電解質(zhì)溶液也可被電解 3 電解過程中 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而 儲存 在反應(yīng)產(chǎn)物中 欄目鏈接 2 電解池的概念 借助于電流將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置叫做電解池 也可以叫做電解槽 3 電解池的構(gòu)成條件 1 直流電源 2 兩個固定電極 3 電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解質(zhì) 4 形成閉合回路 4 電極反應(yīng)和電池總反應(yīng) 1 半反應(yīng) 在電解池中 氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)是在兩個電極上分別進(jìn)行的 這種反應(yīng)常稱為半反應(yīng) 也叫電極反應(yīng) 欄目鏈接 2 電池總反應(yīng) 兩個電極反應(yīng)相加得到的氧化還原反應(yīng) 即為該電池總反應(yīng) 5 電極判斷 1 陽極 與電源正極相連的發(fā)生氧化反應(yīng)的電極 2 陰極 與電源負(fù)極相連的發(fā)生還原反應(yīng)的電極 欄目鏈接 例1 2014 石家莊高二質(zhì)檢 電解CuSO4溶液的裝置如下圖所示 其中c d為石墨電極 則下列有關(guān)判斷正確的是 A a為負(fù)極 b為正極B d為陽極 c為陰極C 電解過程中 d電極質(zhì)量增加D 電解過程中 氫離子濃度不變 欄目鏈接 解析 據(jù)電流的方向判斷a為正極 b為負(fù)極 c為陽極 d為陰極 A B項(xiàng)不正確 電解CuSO4溶液電極反應(yīng)式為陽極 c電極 4OH 4e 2H2O O2 OH 放電 由水的離子積常數(shù)可知c H 增加 D項(xiàng)錯誤 陰極 d電極 Cu2 2e Cu Cu析出沉淀于d電極上而導(dǎo)致質(zhì)量增加 故C項(xiàng)正確 總反應(yīng)式為2CuSO4 2H2O s up7 通電 通電 2Cu O2 2H2SO4 答案 C 欄目鏈接 變式訓(xùn)練1 電解池中 陽極的電極材料一定 B A 發(fā)生氧化反應(yīng)B 與電源正極相連C 是鉑電極D 得電子 解析 電解池中 與電源正極相連的是陽極 若陽極材料是活性電極 則自身失去電子 發(fā)生氧化反應(yīng) 若是惰性電極 如鉑電極 本身不參加反應(yīng) 故選B項(xiàng) 知識點(diǎn)二電解時電極產(chǎn)物的判斷 欄目鏈接 1 陽極產(chǎn)物的判斷 首先看電極 如果是活性電極 除Pt Au 石墨外 則是電極材料失電子 電極被溶解 溶液中的陰離子不能失去電子而被氧化 若是惰性電極 Pt Au 石墨 則要看溶液中陰離子的失電子能力 此時應(yīng)根據(jù)陰離子的放電順序加以判斷 放電順序即為得或失電子的能力順序 陰離子在陽極上的放電順序?yàn)?S2 I Br Cl OH SO 即 無氧酸根離子 OH 含氧酸根離子 欄目鏈接 溫馨提示 1 在中學(xué)化學(xué)中無氧酸根離子通常只考慮 S2 I Br Cl 的放電情況 2 在溶液中我們常說含氧酸根離子不放電 常指最高價 中心原子 含氧酸根離子不放電 但非最高價 中心原子 含氧酸根離子的放電能力比OH 的放電能力強(qiáng) 如MnO SO等 2 陰極陽離子的放電 得電子 順序 K Ca2 Na Mg2 Al3 Zn2 Fe2 Sn2 Pb2 H Cu2 Fe3 Hg2 Ag 欄目鏈接 溫馨提示 1 Fe3 得電子能力比Cu2 的強(qiáng) 即當(dāng)兩者共存時Fe3 先放電 2 通常情況下 Ag Hg2 Fe3 Cu2 H 水溶液中只考慮此部分Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 濃度很大 常指電鍍時 排在H 前Al3 Mg2 Na Ca2 K 只在熔融狀態(tài)下放電 欄目鏈接 例2用石墨作電極電解CuSO4和KCl混合溶液 電解初期陰極和陽極分別析出的物質(zhì)是 A H2 Cl2B Cu Cl2C H2 O2D Cu O2 解析 本題考查離子放電順序 溶液中的離子有 Cu2 K H 及Cl OH 五種離子 得電子能力Cu2 H K 失電子能力 Cl OH 所以電解初期 陰極 Cu2 2e Cu 陽極 2Cl 2e Cl2 故選B 答案 B 解析 本題考查離子放電順序 溶液中的離子有 Cu2 K H 及Cl OH 五種離子 得電子能力Cu2 H K 失電子能力 Cl OH 所以電解初期 陰極 Cu2 2e Cu 陽極 2Cl 2e Cl2 故選B 答案 B 欄目鏈接 思路點(diǎn)撥 記住常見離子的放電順序 陰離子 S2 I Br Cl OH 陽離子 活性陽極 Ag Hg2 Cu2 H 再就是看清題目要求 變式訓(xùn)練2 2014 遼寧本溪高二期末 用惰性電極電解下列各組物質(zhì)的水溶液時 發(fā)生的電極反應(yīng)完全相同的是 A A NaOH H2SO4B CuCl2 Cu NO3 2C Na2SO4 NaClD KNO3 AgNO3 欄目鏈接 解析 用惰性電極電解NaOH H2SO4的水溶液時實(shí)質(zhì)均為電解水 電極反應(yīng)均相同 A正確 電解B C兩組溶液時 陽極反應(yīng)不同 陰極反應(yīng)相同 B C錯誤 電解KNO3 AgNO3兩組溶液 陽極反應(yīng)相同 陰極反應(yīng)不同 D錯誤 知識點(diǎn)三用惰性電極電解的一般規(guī)律 欄目鏈接 欄目鏈接 欄目鏈接 溫馨提示 1 電解水型 含氧酸 強(qiáng)堿 活潑金屬的含氧酸鹽 如NaOH H2SO4 K2SO4等 的電解 2 電解電解質(zhì)型 無氧酸 除HF外 不活潑金屬的無氧酸鹽 氟化物除外 溶液的電解 3 放氫生堿型 活潑金屬的無氧酸鹽 氟化物除外 溶液的電解 4 放氧生酸型 不活潑金屬的含氧酸鹽溶液的電解 欄目鏈接 例3如圖所示 在U形管中裝入滴有紫色石蕊溶液且混合均勻的某溶液 通直流電 一段時間后U形管內(nèi)會形成一個倒立的 彩虹 則U形管內(nèi)的溶液可能為 A H2SO4溶液B NaOH溶液C AgNO3溶液D Na2SO4溶液 欄目鏈接 解析 本題考查電解規(guī)律 彩虹意味著多種顏色 當(dāng)電解質(zhì)溶液為Na2SO4時 陰極區(qū)生成OH 使溶液變藍(lán) 陽極區(qū)生成H 使溶液變紅 中間石蕊呈紫色 并且顏色逐漸改變 像彩虹一樣 故選D 答案 D 欄目鏈接 變式訓(xùn)練3 用鉑作電極電解一定濃度的下列物質(zhì)的水溶液 電解結(jié)束后 向剩余電解液中加適量水 能使溶液和電解前相同的是 B A CuSO4B H2SO4C CuCl2D NaCl 欄目鏈接 解析 依據(jù)電解規(guī)律 電解硫酸溶液實(shí)質(zhì)是電解水 向剩余電解液中加少量水 能使溶液和電解前相同 故B項(xiàng)正確 而電解硫酸銅溶液析出的是銅和氧氣 電解氯化鈉溶液析出的是氫氣和氯氣 電解氯化銅溶液析出的是銅和氯氣 電解結(jié)束后加水均不能恢復(fù)到原溶液 故A C D三項(xiàng)均錯誤 知識點(diǎn)四電解原理的應(yīng)用 欄目鏈接 電解原理的應(yīng)用1 電解食鹽水制備燒堿 氫氣和氯氣 1 實(shí)驗(yàn)裝置 按右圖裝置 在U形管里倒入飽和食鹽水 插入一根石墨棒作陽極 一根鐵棒作陰極 同時兩邊管中各滴入幾滴酚酞溶液 并用濕潤的碘化鉀淀粉試紙檢驗(yàn)陽極放出的氣體 接通直流電源后 注意管內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象 看到陰極區(qū)溶液變紅且有氣泡 陽極區(qū)有Cl2產(chǎn)生 欄目鏈接 2 實(shí)驗(yàn)原理分析 飽和食鹽水中存在以下電離方程式 NaClNa Cl H2O H OH 在食鹽水中存在著Na Cl H OH 四種離子 通電時 Na H 向陰極移動 OH Cl 向陽極移動 由于放電順序H Na Cl OH 因此兩極上的電極反應(yīng)分別為陽極 2Cl 2e Cl2 氧化反應(yīng) 陰極 2H 2e H2 還原反應(yīng) 欄目鏈接 在上述反應(yīng)中 由于H 在陰極上得到電子而生成H2 破壞了水的電離平衡 促進(jìn)了水的繼續(xù)電離 結(jié)果陰極區(qū)溶液里OH 的濃度增大而呈堿性 總反應(yīng) 2NaCl 2H2O s up7 通電 通電 2NaOH H2 陰極產(chǎn)物 Cl2 陽極產(chǎn)物 欄目鏈接 溫馨提示 1 首先要弄清楚食鹽水中的離子放電順序 2 其次是堿在陰極區(qū)產(chǎn)生的原因是H2O電離的H 在陰極上得電子而生成H2從而引起水的電離平衡被破壞 在陰極區(qū)積累了大量的OH 而生成堿 欄目鏈接 2 電解精煉銅 1 電解精煉銅的裝置 欄目鏈接 2 電解精煉銅的原理 電極反應(yīng) 陽極 粗銅 Cu 2e Cu2 陰極 精銅 Cu2 2e Cu 粗銅中往往含鋅 鐵 鎳 金等多種金屬 當(dāng)含雜質(zhì)的銅在陽極不斷溶解時 位于金屬活動性順序表銅以前的金屬雜質(zhì)如Zn Fe Ni等 也會同時失去電子 如Zn 2e Zn2 Ni 2e Ni2 欄目鏈接 但是它們的陽離子比銅離子難以還原 所以它們并不在陰極獲得電子析出 而只是留在電解液里 而位于金屬活動性順序表銅之后的銀 金等雜質(zhì) 因?yàn)槭щ娮幽芰Ρ茹~弱 難以在陽極失去電子變成陽離子溶解下來 當(dāng)陽極上的銅失去電子變成離子溶解后 它們以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽底 形成陽極泥 陽極泥可作為提煉金 銀等貴重金屬的原料 欄目鏈接 3 電鍍 1 定義 應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其它金屬或合金的方法 2 目的 主要是使金屬增強(qiáng)抗腐蝕能力 增加美觀和表面硬度 3 鍍層金屬 通常是在空氣或溶液中不易起變化的金屬 如Cr Zn Ag Cu等 欄目鏈接 4 原理 電鍍時 把待鍍金屬制品作為陰極 用鍍層金屬作為陽極 用含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)配成電鍍液 通低壓直流電 陽極金屬溶解在溶液中成為陽離子 移向陰極 在陰極獲得電子被還原成金屬 在待鍍件表面覆蓋上一層均勻光潔而致密的鍍層 如下圖 欄目鏈接 例如 鐵件上鍍鋅 放電能力不僅與本身性質(zhì)相關(guān) 還與離子濃度 pH等有關(guān) 當(dāng)c Zn2 較大時 Zn2 放電能力大于H 在直流電作用下 電極反應(yīng) 陽極 Zn Zn 2e Zn2 陰極 Fe Zn2 2e Zn 陽極的鋅不斷被氧化成Zn2 進(jìn)入溶液 陰極溶液中Zn2 被還原成鋅鍍層 因此電鍍液中c ZnCl2 保持不變 欄目鏈接 5 電鍍特點(diǎn) 一多 一少 一不變 一多 指陰極上有鍍層金屬沉積 一少 指陽極上有鍍層金屬溶解 一不變 指電解液濃度不變 溫馨提示電鍍生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水 廢氣 廢渣中含有多種對環(huán)境有害的物質(zhì) 處理后應(yīng)符合國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn) 對其中的有用成分要回收利用 欄目鏈接 例4如下圖所示 甲 乙為相互串聯(lián)的兩個電解池 1 甲池若為用電解原理精煉銅的裝置 則A電極名稱為 極 電極材料是 電極反應(yīng)式為 電解質(zhì)溶液可以是 2 乙池中鐵極電極反應(yīng)式為 若在乙池中滴入少量酚酞試液 開始電解一段時間后 鐵極附近呈 色 欄目鏈接 3 若乙電解池中的電解質(zhì)溶液為等物質(zhì)的量濃度的Cu NO3 2和MgCl2溶液 分階段寫出乙池中電解反應(yīng)的化學(xué)方程式 解析 1 在一條電路上串聯(lián)兩個電解池 使同學(xué)們對陰 陽極的判斷容易受到干擾 在分析甲池時 把乙池視為一段導(dǎo)線 反之 分析乙池時 把甲池視為一段導(dǎo)線 據(jù)此分析得出 A為陰極 B為陽極 Fe為陰極 C為陽極 又根據(jù)工業(yè)上電解精煉銅的原理判斷 A電極材料應(yīng)為純銅 電極反應(yīng)式為Cu2 2e Cu 電解質(zhì)溶液用含Cu2 的溶液 如CuSO4溶液 欄目鏈接 2 乙池中是用惰性電極電解NaCl溶液 陰極材料是否為活潑金屬對電解無影響 鐵極反應(yīng)式為2H 2e H2 由于水提供的H 放電 鐵極附近溶液中OH 越來越多 加入酚酞溶液由無色變?yōu)榧t色 3 電解多種電解質(zhì)的混合溶液 分析電解反應(yīng)的方法步驟為 分析電解質(zhì)溶液中的所有離子 分為陰 陽兩組 包括水電離出的H 和OH 將陰 陽離子分別按放電先后順序進(jìn)行排列 寫出陰 陽兩極上的反應(yīng)式和電解的總反應(yīng)式并據(jù)此判斷反應(yīng)現(xiàn)象或進(jìn)行計(jì)算 欄目鏈接 答案 1 陰純銅Cu2 2e Cu含Cu2 的溶液 如CuSO4溶液 2 2H 2e H2 紅 3 第一階段 CuCl2 s up7 通電 通電 Cu Cl2 第二階段 2H2O s up7 通電 通電 2H2 O2 欄目鏈接 變式訓(xùn)練4 電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用 右圖表示一個電解池 裝有電解液a X Y是兩塊電極板 通過導(dǎo)線與直流電源相連 請回答以下問題 1 若X Y都是惰性電極 a是飽和NaCl溶液 實(shí)驗(yàn)開始時 同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液 則 電解池中X極上的電極反應(yīng)為 在X極附近觀察到的現(xiàn)象是 欄目鏈接 Y電極上的電極反應(yīng)為 檢驗(yàn)該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是 2 如果用電解法精煉銅 電解液a選用CuSO4溶液 則 X電極的材料是 電極反應(yīng)為 Y電極的材料是 電極反應(yīng)為 說明 雜質(zhì)發(fā)生的電極反應(yīng)不必寫出 欄目鏈接 解析 1 用惰性電極電解飽和食鹽水時 陽極反應(yīng) 2Cl 2e Cl2 陰極反應(yīng) 2H 2e H2 與電源正極相連的為陽極 反之為陰極 所以X為陰極 Y為陽極 X極在反應(yīng)過程中消耗了H2O電離出來的H 使OH 濃度增大 溶液呈堿性 加入酚酞試液 溶液變成紅色 Y極產(chǎn)生Cl2 能使?jié)駶櫟腒I淀粉試紙變?yōu)樗{(lán)色 2 用電解法精煉銅時