2022-2023學(xué)年新教材高中化學(xué)第1章化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第3節(jié)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能-電解第1課時(shí)電解的原理課件魯科版選擇性必修1

1、第1課時(shí)電解的原理第1章內(nèi)容索引0102基礎(chǔ)落實(shí)必備知識(shí)全過關(guān)重難探究能力素養(yǎng)全提升03學(xué)以致用隨堂檢測全達(dá)標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)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(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)。2.能設(shè)計(jì)簡單的電解池,體現(xiàn)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的學(xué)科核心素養(yǎng)?；A(chǔ)落實(shí)必備知識(shí)全過關(guān)知識(shí)鋪墊電池能把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,電能能否轉(zhuǎn)化為化學(xué)能?提示能。電能與化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化具有重要的實(shí)際應(yīng)用。通過將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,可以使許多在通常條件下不能發(fā)生的反應(yīng)得以進(jìn)行,電解是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的一種重要方法。必備知識(shí)一、電解熔融氯化鈉 1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象通電后,石墨電極周圍有黃綠色氣體產(chǎn)生,鐵片上生成銀白色固體。2

2、.實(shí)驗(yàn)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(dòng)的方向:Cl-向石墨電極移動(dòng),Na+向鐵電極移動(dòng)。(3)電極上的電極反應(yīng):鐵電極:2Na+2e-=2Na。石墨電極:2Cl-2e-=Cl2。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論熔融的氯化鈉在電流作用下發(fā)生化學(xué)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(yīng),石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)。【微思考】電解質(zhì)的導(dǎo)電與金屬導(dǎo)電有什么不同?提示電解質(zhì)的導(dǎo)電過程是被電解的過程,屬于化學(xué)變化;金屬導(dǎo)電過程是電子的定向移動(dòng),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(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)的過程叫作

3、電解。2.電解池(1)定義:將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。(2)組成條件:與直流電源相連的電極材料、離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體、形成閉合回路。(3)電極名稱與電極反應(yīng):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(yīng)。陰極:與電源負(fù)極相連,溶液中陽離子移向陰極,得到電子,發(fā)生還原反應(yīng)。(4)電子流向:電源負(fù)極導(dǎo)線電解池的陰極;電解池的陽極導(dǎo)線電源的正極。(5)電解熔融NaCl的方程式:2NaCl 2Na+Cl2?！疚⑺伎肌侩娊獬刂?陰陽兩極的材料與電解產(chǎn)物有關(guān)系嗎? 提示 陽極材料與陽極產(chǎn)物有關(guān),陰極無關(guān)。 3.電解池與原電池的區(qū)別 項(xiàng)目外接電源反應(yīng)自發(fā)與否能量轉(zhuǎn)化工作過程裝置構(gòu)成原電池

4、無自發(fā)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)分別在兩電極進(jìn)行:負(fù)極、陽極發(fā)生氧化反應(yīng);正極、陰極發(fā)生還原反應(yīng)電極反應(yīng)物、電極材料、離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體電解池有不要求電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能自我檢測判斷下列說法是否正確,正確的打“”,錯(cuò)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(shí)可以得到Na和Cl2。()(3)電解池工作時(shí),陽極發(fā)生還原反應(yīng),失去電子。()(4)電解池工作時(shí),陽極上的電子通過電解質(zhì)溶液移向陰極。()(5)電解AgNO3溶液時(shí),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(shí)兩電極產(chǎn)物的判斷與電極反應(yīng)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(dǎo)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(shí),物質(zhì)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(gè)電極上生成了不同的物質(zhì)。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?yīng)離子方程式:Cu2+2Cl- Cu+Cl2 (2)電子和離子的移動(dòng)方向(惰性電極)。 【微點(diǎn)撥】金屬活動(dòng)性順序中銀以前的金屬(含銀)作為電極時(shí),金屬本身可以參與陽極反應(yīng),如Z

6、n、Fe、Cu、Ag等,這樣的電極也叫活性電極;金屬活動(dòng)性順序中銀以后的金屬或能導(dǎo)電的非金屬作為電極時(shí),電極本身不參與陽極反應(yīng),稱為惰性電極,主要有鉑(Pt)、石墨等。電解時(shí),在外電路中有電子通過,而在溶液中是靠離子移動(dòng)導(dǎo)電,即電子不會(huì)通過電解質(zhì)溶液。2.電解時(shí)電極產(chǎn)物的判斷 3.電極反應(yīng)及電解總反應(yīng)的書寫(1)電極反應(yīng)的書寫。確定電極:與電源正極相連的為陽極,與電源負(fù)極相連的為陰極。確定電極反應(yīng):陽極發(fā)生氧化反應(yīng),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(yīng),是溶液中陽離子放電。寫電極反應(yīng)。電極反應(yīng)的書寫可概括為:a.列物質(zhì)、標(biāo)得失;b.選離子、配電荷;

7、c.配個(gè)數(shù)、巧用水。(2)電解總反應(yīng)的書寫。在確保兩極電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相同的條件下,將兩電極反應(yīng)合并即得電解總反應(yīng)?？偡磻?yīng)要注明條件:通電。應(yīng)用體驗(yàn)【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(guān)判斷正確的是()A.a為負(fù)極,b為正極B.a為陽極,b為陰極C.電解過程中,d電極質(zhì)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(fù)極,c為陽極,d為陰極。電解時(shí),因Cu2+移向陰極,在陰極放電析出Cu,故陰極(d電極)質(zhì)量增加;Cl-移向陽極,在陽極(c電極)放電逸出Cl2,導(dǎo)致溶液中Cl-濃度降低。【變式設(shè)問】(1)請(qǐng)寫出c極的電極反應(yīng)

8、。(2)請(qǐng)寫出電子的流動(dòng)方向。提示 (1)2Cl-2e-=Cl2(2)電子流向:bd,ca變式訓(xùn)練1如圖所示,下列有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述正確的是() 選項(xiàng)a電極b電極X溶液實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象A石墨石墨CuCl2溶液a極質(zhì)量增加,b極放出無色氣體BFe石墨KNO3溶液a極質(zhì)量增加,b極放出無色氣體CFe石墨CuSO4溶液a極質(zhì)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(yīng),b電極為陽極,失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng)。A項(xiàng),a電極上有銅生成,質(zhì)量增加,b電極上有黃綠色的氯氣生成,錯(cuò)誤;B項(xiàng),a電極上有氫氣生成,質(zhì)量不變,b電極上有無色的

9、氧氣生成,錯(cuò)誤;C項(xiàng),a電極上有銅生成,質(zhì)量增加,b電極上有無色的氧氣生成,正確;D項(xiàng),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(cuò)誤。探究二利用惰性電極電解電解質(zhì)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(chǎn)物相同嗎?溶液pH有何變化? 提示陰極產(chǎn)物相同(都是H2),陽極產(chǎn)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(chǎn)物并寫出電極反應(yīng)及總反應(yīng)。 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(yīng)為2Cu2+4e-=2Cu,陽極電極反應(yīng)為2H2O-4e-=O2+4H+;總反應(yīng)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(yīng)特點(diǎn)實(shí)例電解物質(zhì)電解質(zhì)溶液的濃度溶液的pH電解質(zhì)溶液復(fù)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(zhì)電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電HCl電解質(zhì)減小增大加氯化氫CuCl2電解質(zhì)減小加氯化銅類型電極反應(yīng)特點(diǎn)實(shí)例電解物質(zhì)電解質(zhì)溶液的濃度溶液的pH電解質(zhì)溶液復(fù)原放H2生堿型陰極:放出H2生成堿

11、,陽極:電解質(zhì)陰離子放電NaCl電解質(zhì)和水增大加氯化氫放O2生酸型陰極:電解質(zhì)陽離子放電,陽極:OH-放電生成酸CuSO4電解質(zhì)和水減小加氧化銅【微點(diǎn)撥】利用惰性電極電解電解質(zhì)溶液后要恢復(fù)原電解質(zhì)溶液的濃度,需要加適量的某物質(zhì)時(shí),遵循“少什么加什么,少多少加多少”的原則,所加物質(zhì)可以是陰極與陽極產(chǎn)物的化合物。應(yīng)用體驗(yàn)【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(shí)驗(yàn)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(lán)色D.a電極附近呈藍(lán)色,

12、b電極附近呈紅色答案D解析電解Na2SO4溶液時(shí),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(lán)色,b電極周圍由于OH-放電溶液呈酸性,石蕊遇酸顯紅色?！咀兪皆O(shè)問】(1)若電解實(shí)驗(yàn)停止后,把溶液充分混合,溶液的pH如何變化?(2)請(qǐng)寫出電解過程的總反應(yīng),并分析a、b兩極產(chǎn)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(yīng):2H2O 2H2+O2;a、b兩極產(chǎn)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(chǎn)物只有H2而無O2,則陰極周圍生成堿。(2)若電解

13、產(chǎn)物只有O2而無H2,則陽極周圍生成酸。(3)若電解產(chǎn)物既有O2又有H2,且二者物質(zhì)的量之比為12,則實(shí)質(zhì)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(zhì)。變式訓(xùn)練2-1下圖所示裝置中,a、b都是惰性電極,通電一段時(shí)間后,b電極附近溶液呈紅色。下列說法正確的是()A.X是負(fù)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(yīng)產(chǎn)生氯氣,陰極發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生氫氣同時(shí)生成氫氧化鈉,因此b電極是陰極,與電源的負(fù)極相連,則Y為負(fù)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(shí),陽極發(fā)生氧化反應(yīng),水電離出的氫氧根離子放電,陰極發(fā)生還原反應(yīng),銅離子放電,這樣溶液中不斷產(chǎn)生H+,溶液的酸性增強(qiáng),pH變小。變式訓(xùn)練2-2用石墨電極電解下列溶液一段時(shí)間后再加入一定量的某種純凈物(方括號(hào)內(nèi)物質(zhì)),能使溶液恢復(fù)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(xiàng),總反應(yīng)為4AgNO3+2H2O 4Ag+O2+4HNO3,脫離反應(yīng)體系的是4Ag+O2,相當(dāng)于2Ag2O,所以應(yīng)當(dāng)加入適量Ag2O才能復(fù)原(若加入AgNO3,會(huì)使N 的量增加);B項(xiàng),總反

15、應(yīng)為2H2O 2H2+O2,脫離反應(yīng)體系的是2H2+O2,相當(dāng)于2H2O,加入適量水可以復(fù)原;C項(xiàng),總反應(yīng)為2KCl+2H2O 2KOH+H2+Cl2,脫離反應(yīng)體系的是H2+Cl2,相當(dāng)于2HCl,應(yīng)通入適量HCl氣體才能復(fù)原(若加入KCl,會(huì)使K+的量增加);D項(xiàng),總反應(yīng)為2CuSO4+2H2O 2H2SO4+2Cu+O2,脫離反應(yīng)體系的是2Cu+O2,加入CuO才能復(fù)原。學(xué)以致用隨堂檢測全達(dá)標(biāo)1.(2022北京東城高二期末)下列裝置或過程能實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的是() 選項(xiàng)ABCD示意圖名稱鋅錳干電池燃?xì)馊紵姵爻潆娝Πl(fā)電答案 C解析 鋅錳干電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,A不符合題意;燃?xì)馊?/p>

16、燒是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能,B不符合題意;電池充電是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,C符合題意;水力發(fā)電是將機(jī)械能轉(zhuǎn)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(zhì)的水溶液,一段時(shí)間后,向剩余電解質(zhì)溶液中加入適量相應(yīng)的溶質(zhì)能使溶液恢復(fù)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(zhì)就能使溶液恢復(fù)到電解前的濃度應(yīng)屬于電解電解質(zhì)型,C項(xiàng)符合題意;電解AgNO3溶液發(fā)生的電解反應(yīng)是:4AgNO3+2H2O 4Ag+O2+4HNO3,可加Ag2O;電解Na2SO4的水溶液實(shí)際電解的是水;電解H2SO4溶液實(shí)際電解的是水。3.關(guān)于如圖所示兩個(gè)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(yīng):中陽極:2H2O-4e-=4H+O2,中正極:Zn-2e-=D.離子移動(dòng)方向:中H+向陰極方向移動(dòng),中H+向負(fù)極方向移動(dòng)答案 B解析 為電解池,實(shí)質(zhì)是電解水,陽極的電極反應(yīng)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(yīng)為2H+2e-=H2,硫酸的濃度減小,B正確。4.按圖甲裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),若圖乙中橫坐標(biāo)x表示通過電極的電子的物質(zhì)的量。下列敘述正確的是()A.F表示反應(yīng)生成Cu的物質(zhì)的量B.E表示反應(yīng)實(shí)際消耗H2O的物質(zhì)的量C.E表示反應(yīng)生成O2的物質(zhì)的量D.F表示反應(yīng)生成H2SO4的物質(zhì)的量答案B 解析由題意可知電解總反應(yīng)為2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2,根據(jù)反應(yīng)中各物質(zhì)與轉(zhuǎn)移電子的關(guān)系:2Cu2H2O2H2SO4O24e-可知,E表示反應(yīng)消耗H2O的物質(zhì)的量或反應(yīng)生成Cu、H2SO4的物質(zhì)的量,F表示反應(yīng)生成O2的物質(zhì)的量。(1)兩極分別放出H2和O2時(shí),電解質(zhì)的化學(xué)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(shí),電解質(zhì)的化學(xué)式可能是;(3)兩極分別放出氣體,且體積比為11,