高中化學(xué) 12《電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 電解》課件 魯科版選修4.ppt

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第 2 節(jié) 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能——電解,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(yáng)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,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(yáng)極,還原反應(yīng),氧化反應(yīng),Cu2++2e-==Cu,2Cl--2e-====Cl2↑,Cu2++2Cl- Cu+Cl2↑,二、電解原理的應(yīng)用 1.電解飽和食鹽水 陽(yáng)極:_______________________ 陰極:_______________________ 總反應(yīng):__________________________________,2Cl--2e-====Cl2↑,2H++2e-====H2↑,2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑,2.電鍍與電解精煉銅,銅,粗銅,Cu-2e-====Cu2+,Cu-2e-====Cu2+,鐵,純銅,Cu2++2e-====Cu,CuSO4溶液,【思考辨析】 1.用銅作陽(yáng)極、石墨作陰極電解CuCl2溶液時(shí),陽(yáng)極電極反應(yīng)式為2Cl--2e-====Cl2↑。( ) 【分析】活性金屬作陽(yáng)極時(shí),金屬首先失電子被氧化,故陽(yáng)極反應(yīng)為:Cu-2e-====Cu2+。 2.Cu+H2SO4====CuSO4+H2↑可以設(shè)計(jì)成電解池,但不能設(shè)計(jì)成原電池。( ) 【分析】能設(shè)計(jì)成原電池的反應(yīng)是一個(gè)自發(fā)的氧化還原反應(yīng),而電解池可以是一個(gè)非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。,×,√,3.電解飽和食鹽水時(shí),兩個(gè)電極均不能用金屬材料。( ) 【分析】電解池中陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng),電解食鹽水時(shí),陽(yáng)極不能用金屬電極,但陰極發(fā)生還原反應(yīng),故陰極可以用金屬電極。 4.根據(jù)得失電子守恒可知電解精煉銅時(shí),陽(yáng)極減少的質(zhì)量和陰極增加的質(zhì)量相等。( ) 【分析】電解精煉銅時(shí),陰極析出的只有Cu,而陽(yáng)極減少的有活潑的Zn、Fe、Ni等形成陽(yáng)離子存在于溶液中,不活潑的Ag、Au等形成陽(yáng)極泥沉在底部,故兩極的質(zhì)量變化不相等。,×,×,考點(diǎn) 1 電極反應(yīng)式、電解總方程式的書寫,1.電極反應(yīng)式的書寫 (1)判斷電解池的陰、陽(yáng)極: ①根據(jù)外接電源的正負(fù)極判斷: 正極連接陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極,陽(yáng)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(yáng)極;析出金屬、逸出H2(或極區(qū)變堿性)→陰極。,(2)分析電極產(chǎn)物:首先明確陽(yáng)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:,(3)書寫電極反應(yīng)式: 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。 2.電解總方程式的書寫 (1)必須在連接號(hào)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:CuCl2 Cu+Cl2↑。,(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(shí),化學(xué)方程式 應(yīng)寫為2H2O 2H2↑+O2↑。 (4)電解質(zhì)、水同時(shí)被電解,則都要寫進(jìn)化學(xué)方程式。如電解飽和食鹽水:2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH。,【高考警示】 (1)判斷電解產(chǎn)物、書寫電極反應(yīng)式以及分析電解質(zhì)溶液的變化時(shí)首先要注意陽(yáng)極是活性材料還是惰性材料。 (2)書寫電解化學(xué)方程式時(shí),應(yīng)看清電解的是水溶液還是熔融電解質(zhì)。,【典例1】(2012·浙江高考)以鉻酸鉀為原料,電化學(xué)法制備重鉻酸鉀的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如下:,下列說法不正確的是( ) A.在陰極室,發(fā)生的電極反應(yīng)為2H2O+2e-====2OH-+H2↑ B.在陽(yáng)極室,通電后溶液逐漸由黃色變?yōu)槌壬?是因?yàn)殛?yáng)極區(qū)H+濃度增大,使平衡 向右移動(dòng) C.該制備過程總反應(yīng)的化學(xué)方程式為 4K2CrO4+4H2O 2K2Cr2O7+4KOH+2H2↑+O2↑ D.測(cè)定陽(yáng)極液中K和Cr的含量,若K與Cr的物質(zhì)的量之比(nK/nCr)為d,則此時(shí)鉻酸鉀的轉(zhuǎn)化率為1-,【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn): (1)看清陰陽(yáng)極的電極材料。 (2)陰陽(yáng)極上放電的離子分析。 【解析】選D。由反應(yīng)的裝置分析,惰性電極為陽(yáng)極,則電解該溶液的實(shí)質(zhì)是電解水,所以陽(yáng)極是溶液中的氫氧根離子失電子, 而陰極是氫離子得電子,故在陰極發(fā)生的電極反應(yīng)為2H2O+2e- ====2OH-+H2↑,A對(duì);由于陽(yáng)極氫氧根離子放電所以剩余大量的 氫離子,會(huì)使氫離子的濃度變大,故使平衡 向右移動(dòng),B對(duì);根據(jù)陰、陽(yáng)極放電的離子可以得,知總反應(yīng)式為4K2CrO4+4H2O 2K2Cr2O7+4KOH+2H2↑+O2↑, C對(duì);假設(shè)反應(yīng)后陽(yáng)極區(qū)的K的物質(zhì)的量為d,則Cr的物質(zhì)的量為 1。設(shè) 的轉(zhuǎn)化量是x,則消耗的H+的物質(zhì)的量為x,則進(jìn)入 陰極區(qū)的K+的物質(zhì)的量為x,由此可知K+的總物質(zhì)的量為d+x。 n(K2CrO4)=1/2n(K+)=n(Cr),所以1/2(d+x)=1,x=2-d, 的轉(zhuǎn)化率為x/1=2-d,所以D項(xiàng)錯(cuò)。,【互動(dòng)探究】 (1)你能寫出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式嗎? (2)測(cè)定陽(yáng)極液中K和Cr的含量,若K與Cr的物質(zhì)的量之比(nK/nCr)為d,你能計(jì)算出電能的利用效率嗎? 提示: (1)2H2O-4e-====4H++O2↑ (2)通過對(duì)原題的計(jì)算知, 的轉(zhuǎn)化率為2-d,則H+的轉(zhuǎn)化率也為2-d,每轉(zhuǎn)移1 mol電子,產(chǎn)生1 mol H+,則用于 的轉(zhuǎn)化的H+為(2-d)mol,故電能的利用效率也為2-d。,考點(diǎn) 2 電解的“四大類型”及相關(guān)計(jì)算,1.惰性電極電解的“四大類型” 類型一電解水型,類型二 電解電解質(zhì)型,類型三 放H2生堿型,類型四 放O2生酸型,2.電解池中有關(guān)量的計(jì)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:,【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(yáng)極產(chǎn)物的化合物。如用惰性電極電解CuSO4溶液時(shí),若要恢復(fù)原溶液,可加入CuO、CuCO3,而不是Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3。 (2)Fe3+的放電能力大于Cu2+,其第一階段放電反應(yīng)為Fe3++e-====Fe2+,而不是Fe3++3e-====Fe。,【典例2】 (2014·福州模擬)如圖所示裝置中,甲、乙、丙燒杯依次盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和 100 g 10.00%的K2SO4溶液,電極均為石墨電極。 接通電源,經(jīng)過一段時(shí)間后,測(cè)得丙中K2SO4溶液為10.47%,乙中c電極質(zhì)量增加。據(jù)此回答問題:,(1)電源的N端為 極; (2)電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)為 ; (3)列式計(jì)算電極b上生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積: ; (4)電極c的質(zhì)量變化是 g; (5)電解前后各溶液的酸堿性大小是否發(fā)生變化,簡(jiǎn)述其原因: 甲溶液 ; 乙溶液 ; 丙溶液 。,【解題指南】解答本題時(shí)要明確: (1)判斷各電極的類型是關(guān)鍵,可由“乙中c電極質(zhì)量增加”判斷; (2)轉(zhuǎn)移電子數(shù)的判斷可由K2SO4溶液濃度的增加來計(jì)算,濃度的增加是因?yàn)镠2O的減少。,【解析】(1)因?yàn)橐抑械腸極質(zhì)量增加,故c為陰極,M為電源的負(fù)極,N為正極;(2)b為陽(yáng)極,反應(yīng)式為4OH--4e-====2H2O+ O2↑;(3)設(shè)丙中電解水的質(zhì)量為x,由電解前后溶質(zhì)質(zhì)量相等有:100 g×10.00%=(100 g-x)×10.47%,得x=4.5 g,為 0.25 mol,轉(zhuǎn)移0.5 mol電子,而整個(gè)電路是串聯(lián)的,故每個(gè)燒杯中的電極上轉(zhuǎn)移電子數(shù)均為0.5 mol,則生成O2為0.5/4 =0.125(mol),標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為0.125×22.4=2.8(L); (4)Cu2++2e-====Cu,轉(zhuǎn)移0.5 mol電子,則生成的m(Cu)=0.5/2 ×64 =16(g)。,答案:(1)正 (2)4OH--4e-====2H2O+O2↑ (3)水減少的質(zhì)量:100 g×(1- )=4.5 g 生成O2的體積: ×22.4 L·mol-1=2.8 L (4)16 (5)堿性增大,因?yàn)殡娊夂?水量減少,溶液中NaOH濃度增大 酸性增大,因?yàn)殛?yáng)極上OH-失電子生成O2,溶液中H+濃度增加 酸堿性大小沒有變化,因?yàn)镵2SO4是強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽,濃度增加不影響溶液的酸堿性,【互動(dòng)探究】 (1)甲和丙中生成的氣體的種類和體積相等嗎? 提示:甲和丙中實(shí)質(zhì)都是電解水,兩池通過的電子數(shù)相等,故生成氣體的種類和體積都相等。 (2)如果電解過程中銅全部析出,此時(shí)電解能否繼續(xù)進(jìn)行,為什么? 提示:銅全部析出,還可以電解水,故電解可以繼續(xù)進(jìn)行。,【變式訓(xùn)練】(2013·榆林模擬)用惰性電極電解一定量的硫酸銅溶液,實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲。電解過程中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖乙,橫坐標(biāo)表示電解過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量,縱坐標(biāo)表示電解過程中產(chǎn)生氣體的總體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。則下列說法不正確的是( ),A.電解過程中,a電極表面先有紅色物質(zhì)析出,后有氣泡產(chǎn)生 B.b電極上發(fā)生的反應(yīng)方程式為4OH--4e-====2H2O+O2↑ C.曲線0～P段表示O2的體積變化 D.Q點(diǎn)時(shí)溶液中H+的物質(zhì)的量為0.4 mol,【解析】選D。由電流方向可知,b電極為陽(yáng)極,電解過程中,a電極表面先有紅色物質(zhì)析出,后有氣泡產(chǎn)生;b電極上發(fā)生的反應(yīng)方程式為4OH--4e-====2H2O+O2↑;曲線0～P段是陰極產(chǎn)生銅,陽(yáng)極產(chǎn)生O2曲線P～Q段是陰極產(chǎn)生H2,陽(yáng)極產(chǎn)生O2,故A、B、C正確。0～P階段產(chǎn)生1.12 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2,轉(zhuǎn)移電子0.2 mol,消耗0.2 mol OH-積累0.2 mol H+,P～Q段電解水,n(H+)不變,D不正確。,