上杭一中高三一輪復(fù)習(xí)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能-電解(次修改版)

化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第二講

電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能—電解2014年12月23日課程目標(biāo)1、了解電解池工作原理。2、電極反應(yīng)和電解總反應(yīng)方程式的書寫3、電解原理的應(yīng)用4、電解的四大類型及相關(guān)計算1．下列有關(guān)電解的說法中正確的是(

)①電解是把電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能②電解是化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能③電解質(zhì)溶液導(dǎo)電是化學(xué)變化，金屬導(dǎo)電是物理變化④不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，通過電解的原理可以實現(xiàn)⑤任何溶液被電解時，必然導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)的發(fā)生A．①②③④

B．②③⑤C．③④D．①③④⑤D一、電解原理自我診斷一、電解原理1.電解:使電流通過電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))而在陰、陽兩極引起_____________的過程。2.電解池(也叫電解槽)電解池是把_________________的裝置。氧化還原反應(yīng)電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能一、電解原理基礎(chǔ)回扣3.電解池的組成和工作原理(電解CuCl2溶液)總反應(yīng)方程式:__________________________陰極陽極還原反應(yīng)氧化反應(yīng)Cu2++2e-==Cu2Cl--2e-====Cl2↑Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑通電====一、電解原理

(1)外加直流電源

(2)與電源相連的兩個電極：

陽極

與電源正極相連,發(fā)生氧化反應(yīng)電極是金屬就是電極本身失電子

惰性電極就是溶液中陰離子失電子陰極與電源負(fù)極相連,發(fā)生還原反應(yīng)總是溶液中陽離子得電子

(3)電解質(zhì)溶液或熔化的電解質(zhì)（4）形成閉合回路

惰性電極(鉑、金、石墨)：僅僅導(dǎo)電，不參與反應(yīng)活性電極（除鉑、金外的金屬）：既可以導(dǎo)電、又可以參與電極反應(yīng)一、電解原理

構(gòu)成電解池條件1、若某電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)化裝置（電解池或原電池）中發(fā)生反應(yīng)的總反應(yīng)離子方程式是：Cu+2H+==Cu2++H2↑，則關(guān)于該裝置的說法正確的是（）

A．該裝置可能是原電池，也可能是電解池

B．該裝置只能是原電池，且電解質(zhì)溶液為硝酸

C．該裝置只能是電解池，且金屬銅為該電解池的陽極

D．該裝置只能是電解池，電解質(zhì)溶液不可能是鹽酸一、電解原理練習(xí)鞏固C（A）（B）（C）（D）CuSO4AgNO3AgNO3NaHSO4AgCuCuCPtPtAgFe寫出下列裝置A、B、C的電極反應(yīng)式、總方程式，并判斷溶液PH值的變化。二、電極反應(yīng)式和電解總方程式的書寫自我診斷1.電極反應(yīng)式的書寫(1)判斷電解池的陰、陽極:①根據(jù)外接電源的正負(fù)極判斷:正極連接陽極;負(fù)極連接陰極。②根據(jù)電流方向判斷:電流從正極流向陽極,從陰極流入負(fù)極。③根據(jù)離子流向判斷:陰離子移向陽極,陽離子移向陰極。④根據(jù)電極產(chǎn)物判斷:電極溶解、逸出O2(或極區(qū)變酸性)或Cl2→陽極;析出金屬、逸出H2(或極區(qū)變堿性)→陰極。二、電極反應(yīng)式和電解總方程式的書寫書寫步驟---三步(2)分析電極產(chǎn)物:首先明確陽極材料和溶液中存在的所有離子,然后根據(jù)如下規(guī)律分析判斷:二、電極反應(yīng)式和電解總方程式的書寫書寫步驟---三步①注意電解質(zhì)溶液的環(huán)境。若電解質(zhì)溶液中的離子與電極產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng),一般也要把該離子寫進(jìn)電極反應(yīng)式。②注意質(zhì)量守恒、電子守恒和電荷守恒。(3)書寫電極反應(yīng)式:二、電極反應(yīng)式和電解總方程式的書寫書寫步驟---三步(3)只有水被電解,只寫水及電解產(chǎn)物即可。如電解稀硫酸、電解NaOH溶液、電解Na2SO4溶液時,化學(xué)方程式應(yīng)寫為2H2O2H2↑+O2↑。(4)電解質(zhì)、水同時被電解,則都要寫進(jìn)化學(xué)方程式。如電解飽和食鹽水:2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH。通電====通電====2.電解總方程式的書寫(1)必須在連接號上標(biāo)明通電或電解。(2)只是電解質(zhì)被電解,電解化學(xué)方程式中只寫電解質(zhì)及電解產(chǎn)物。如電解CuCl2溶液:CuCl2Cu+Cl2↑。

電解====二、電極反應(yīng)式和電解總方程式的書寫1.電解飽和食鹽水陽極:_______________________陰極:_______________________總反應(yīng):__________________________________2Cl--2e-====Cl2↑2H++2e-====H2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑通電====?繪制一個簡單的電解飽和食鹽水的裝置示意圖，標(biāo)出Na+、H+、Cl-、OH-的移動方向。三、電解原理的應(yīng)用電解飽和食鹽水H+Na+Cl-OH-三、電解原理的應(yīng)用?把上述裝置改為有陽離子交換膜的裝置，陰極室、陽極室應(yīng)分別加入什么溶液，兩極所得產(chǎn)物分別是什么？如何檢驗？上述裝置的弱點：1.H2和Cl2

混合不安全2.Cl2會和NaOH反應(yīng)，會使得到的NaOH不純－+（1）生產(chǎn)設(shè)備名稱：離子交換膜電解槽陰極：碳鋼陽極：鈦陽離子交換膜：只允許陽離子通過(Cl－、OH－離子和氣體不能通過)，把電解槽隔成陰極室和陽極室。（2）離子交換膜的作用：a、防止氫氣和氯氣混合而引起爆炸；b、避免氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)生成，而影響氫氧化鈉的產(chǎn)量。三、電解原理的應(yīng)用氯堿工業(yè)－+Cl2Cl2Cl—H2Na+H+OH—淡鹽水NaOH溶液精制飽和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）離子交換膜

陽極金屬鈦網(wǎng)陰極碳鋼網(wǎng)陽極室陰極室粗鹽的成份：泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42－雜質(zhì)，會與堿性物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，損壞離子交換膜雜質(zhì)的除去過程：粗鹽水

含少量Ca2+.Mg2+精制鹽水三、電解原理的應(yīng)用精制食鹽水CuSO4溶液

一般火法冶煉得到的粗銅中含有多種雜質(zhì)（如鋅、鐵、鎳、銀、金等），這種粗銅的導(dǎo)電性遠(yuǎn)不能滿足電氣工業(yè)的要求，如果用以制電線，就會大大降低電線的導(dǎo)電能力。因此必須利用電解的方法精煉粗銅。粗銅含雜質(zhì)(ZnFeNiAgAu等)純銅粗銅陽極：

Zn→Zn2+＋2e-Fe→Fe2+＋2e-

Ni

→Ni2+＋2e-Cu→Cu2+＋2e-

ZnFeNiCuAgAu陰極:

Cu2++2e-

→Cu陽極泥問：電解完后，CuSO4溶液的濃度有何變化？三、電解原理的應(yīng)用2、電解精煉銅3.電鍍電鍍是利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程，它是電解原理的又一重要應(yīng)用。電鍍可以使金屬更加美觀耐用，增強防銹抗腐能力。例如，鋼鐵是人們最常用的金屬，但鋼鐵有個致命的缺點，就是它們易被腐蝕。防止鋼鐵發(fā)生腐蝕的一種最常用方法就是在其表面鍍上其他金屬，如鋅、銅、鉻、鎳等。電鍍：電鍍是利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程，鐵片銅片硫酸銅溶液①電極：陽極——鍍層金屬或惰性電極陰極——待鍍金屬制品②電鍍液：含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液。

溶液中CuSO4的濃度保持不變或變小3．電冶金利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。(1)冶煉鈉

2NaCl(熔融)

2Na＋Cl2↑電極反應(yīng)：

陽極：

陰極：(2)冶煉鋁

2Al2O3(熔融)

4Al＋3O2↑電極反應(yīng)：

陽極：

陰極：2Cl－－2e－===Cl2↑2Na＋＋2e－===2Na6O2－－12e－===3O2↑4Al3＋＋12e－===4Al通電====通電====三、電解原理的應(yīng)用某小組同學(xué)認(rèn)為，如果模擬工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的方法，那么可以設(shè)想用如圖裝置電解硫酸鉀溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鉀。思考·提升(1)該電解槽的陽極反應(yīng)式為_____________________。此時通過陰離子交換膜的離子數(shù)________(填“大于”、“小于”或“等于”)通過陽離子交換膜的離子數(shù)。(2)制得的氫氧化鉀溶液從出口______(填“A”、“B”、“C”或“D”)導(dǎo)出。4OH－－4e－===2H2O＋O2↑小于D某小組同學(xué)認(rèn)為，如果模擬工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的方法，那么可以設(shè)想用如圖裝置電解硫酸鉀溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鉀。思考·提升(3)通電開始后，陰極附近溶液pH會增大，請簡述原因______________________________________________。

(4)若將制得的氫氣、氧氣和氫氧化鉀溶液組合為氫氧燃料電池，則電池正極的反應(yīng)式為_________________。H＋在陰極附近放電，引起水的電離平衡向右移動，使c(OH－)>c(H＋)O2＋2H2O＋4e－===4OH－四、電解的“四大類型”及相關(guān)計算自我診斷HCl、CuCl2H2SO4、Na2SO4CuSO4、NaCl1.惰性電極電解的“四大類型”類型一電解水型實例電極反應(yīng)特點電解質(zhì)濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原NaOH陰極:4H++4e-====2H2↑陽極:4OH--4e-====2H2O+O2↑增大增大加水H2SO4增大減小加水Na2SO4增大不變加水四、電解的“四大類型”及相關(guān)計算四大類型類型二電解電解質(zhì)型實例電極反應(yīng)特點電解質(zhì)濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原HCl電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電減小增大通氯化氫CuCl2減小加氯化銅四、電解的“四大類型”及相關(guān)計算四大類型類型三放H2生堿型實例電極反應(yīng)特點電解質(zhì)濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原NaCl陰極:H2O放H2生成堿陽極:電解質(zhì)陰離子放電生成新電解質(zhì)增大通氯化氫四、電解的“四大類型”及相關(guān)計算四大類型類型四放O2生酸型實例電極反應(yīng)特點電解質(zhì)濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原CuSO4陰極:電解質(zhì)陽離子放電陽極:H2O放O2生成酸生成新電解質(zhì)減小加氧化銅四、電解的“四大類型”及相關(guān)計算四大類型【高考警示】(1)電解后要恢復(fù)原電解質(zhì)溶液的濃度,可以按:“析出什么,加上什么”的思路。加上適量某物質(zhì),該物質(zhì)可以是陰極與陽極產(chǎn)物的化合物。如用惰性電極電解CuSO4溶液時,若要恢復(fù)原溶液,可加入CuO、CuCO3,而不是Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3。(1)用惰性電極電解400mL一定濃度的硫酸銅溶液(不考慮電解過程中溶液體積的變化),通電一段時間后,向所得的溶液中加入0.1molCuO后，使溶液恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH，電解過程中轉(zhuǎn)移的電子為_____mol。(2)如果向所得的溶液中加入0.1molCu(OH)2后，使溶液恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH，電解過程中轉(zhuǎn)移的電子為________mol。(3)如果向所得的溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3后，使溶液恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH(不考慮CO2的溶解)，電解過程中轉(zhuǎn)移的電子為________mol。四、電解的“四大類型”及相關(guān)計算練習(xí)鞏固0.20.40.6四、電解的“四大類型”及相關(guān)計算自我診斷在如圖所示的裝置中，若通入直流電5min時，銅電極質(zhì)量增加2.16g，試回答：(1)電源電極X名稱為________________________。(2)寫出裝置A、C中的電極反應(yīng)和電解化學(xué)方程式。①A中，陽極___________陰極_______________電解化學(xué)方程式_____________________②C中，陽極_________陰極_________電解化學(xué)方程式__________________負(fù)極2Cl－===Cl2↑＋2e－2H＋＋2e－===H2↑2KCl＋2H2O通電(=====)2KOH＋H2↑＋Cl2Ag－===Ag＋＋e－Ag＋＋e－＝Ag上兩式相加，全部消完，沒有化學(xué)方程式四、電解的“四大類型”及相關(guān)計算自我診斷在如圖所示的裝置中，若通入直流電5min時，銅電極質(zhì)量增加2.16g，試回答：(3)通電5min時，B中共收集224mL氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，溶液體積為200mL。則通電前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為________(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。(4)若A中KCl溶液的體積也是200mL，電解后，溶液的pH為________(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。0.025mol·L－1

132.電解池中有關(guān)量的計算或判斷解題依據(jù)是電子守恒,具體解法有守恒法、總反應(yīng)式法和關(guān)系式法:四、電解的“四大類型”及相關(guān)計算相關(guān)計算如以通過4mole－為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式：(式中M為金屬，n為其離子的化合價數(shù)值)該關(guān)系式具有總攬電化學(xué)計算的作用和價值，熟記電極反應(yīng)式，靈活運用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學(xué)計算問題。四、電解的“四大類型”及相關(guān)計算相關(guān)計算在如圖中，甲燒杯中盛有100mL0.50mol·L－1AgNO3溶液，乙燒杯中盛有100mL0.25mol·L－1CuCl2溶液，A、B、C、D均為質(zhì)量相同的石墨電極，如果電解一段時間后，發(fā)現(xiàn)A極比C極重1.9g，則四、電解的“四大類型”及相關(guān)計算(1)電源E為________極，F(xiàn)為________極。(2)A極的電極反應(yīng)式為________