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

《高中化學 12《電能轉(zhuǎn)化為化學能 電解》課件 魯科版選修4.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中化學 12《電能轉(zhuǎn)化為化學能 電解》課件 魯科版選修4.ppt（35頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第2節(jié)電能轉(zhuǎn)化為化學能——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,電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能,3.電解池的組成和工作原理(電解CuCl2溶液),總反應方程式:__________________________,陰極,陽極,還原反應,氧化反應,Cu2++2e-==Cu,2Cl--2e-====Cl2↑,Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑,二、電解原理的應用1.電解飽和食鹽水陽極:_______________________陰極:_______________________總反應:__________________________________,2Cl--2e-====Cl2↑,2H++2e-====H2↑,2NaCl+2H2O2NaOH+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.用銅作陽極、石墨作陰極電解CuCl2溶液時,陽極電極反應式為2Cl--2e-====Cl2↑。()【分析】活性金屬作陽極時,金屬首先失電子被氧化,故陽極反應為:Cu-2e-====Cu2+。2.Cu+H2SO4====CuSO4+H2↑可以設計成電解池,但不能設計成原電池。()【分析】能設計成原電池的反應是一個自發(fā)的氧化還原反應,而電解池可以是一個非自發(fā)的氧化還原反應。,,√,3.電解飽和食鹽水時,兩個電極均不能用金屬材料。()【分析】電解池中陽極發(fā)生氧化反應,電解食鹽水時,陽極不能用金屬電極,但陰極發(fā)生還原反應,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,陽極減少的質(zhì)量和陰極增加的質(zhì)量相等。()【分析】電解精煉銅時,陰極析出的只有Cu,而陽極減少的有活潑的Zn、Fe、Ni等形成陽離子存在于溶液中,不活潑的Ag、Au等形成陽極泥沉在底部,故兩極的質(zhì)量變化不相等。,,,考點1電極反應式、電解總方程式的書寫,1.電極反應式的書寫(1)判斷電解池的陰、陽極:①根據(jù)外接電源的正負極判斷:正極連接陽極;負極連接陰極。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。,(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:,(3)書寫電極反應式: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,一般也要把該離子寫進電極反應式。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)必須在連接號上標明通電或電解。(2)只是電解質(zhì)被電解,電解化學方程式中只寫電解質(zhì)及電解產(chǎn)物。如電解CuCl2溶液:CuCl2Cu+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,化學方程式應寫為2H2O2H2↑+O2↑。(4)電解質(zhì)、水同時被電解,則都要寫進化學方程式。如電解飽和食鹽水:2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH。,【高考警示】(1)判斷電解產(chǎn)物、書寫電極反應式以及分析電解質(zhì)溶液的變化時首先要注意陽極是活性材料還是惰性材料。(2)書寫電解化學方程式時,應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,電化學法制備重鉻酸鉀的實驗裝置示意圖如下:,下列說法不正確的是()A.在陰極室,發(fā)生的電極反應為2H2O+2e-====2OH-+H2↑B.在陽極室,通電后溶液逐漸由黃色變?yōu)槌壬?是因為陽極區(qū)H+濃度增大,使平衡向右移動C.該制備過程總反應的化學方程式為4K2CrO4+4H2O2K2Cr2O7+4KOH+2H2↑+O2↑D.測定陽極液中K和Cr的含量,若K與Cr的物質(zhì)的量之比(nK/nCr)為d,則此時鉻酸鉀的轉(zhuǎn)化率為1-,【解題指南】解答本題時應注意以下兩點:(1)看清陰陽極的電極材料。(2)陰陽極上放電的離子分析?！窘馕觥窟xD。由反應的裝置分析,惰性電極為陽極,則電解該溶液的實質(zhì)是電解水,所以陽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)生的電極反應為2H2O+2e-====2OH-+H2↑,A對;由于陽極氫氧根離子放電所以剩余大量的氫離子,會使氫離子的濃度變大,故使平衡向右移動,B對;根據(jù)陰、陽極放電的離子可以得,知總反應式為4K2CrO4+4H2O2K2Cr2O7+4KOH+2H2↑+O2↑,C對;假設反應后陽極區(qū)的K的物質(zhì)的量為d,則Cr的物質(zhì)的量為1。設的轉(zhuǎn)化量是x,則消耗的H+的物質(zhì)的量為x,則進入陰極區(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項錯。,【互動探究】(1)你能寫出陽極的電極反應式嗎?(2)測定陽極液中K和Cr的含量,若K與Cr的物質(zhì)的量之比(nK/nCr)為d,你能計算出電能的利用效率嗎?提示:(1)2H2O-4e-====4H++O2↑(2)通過對原題的計算知,的轉(zhuǎn)化率為2-d,則H+的轉(zhuǎn)化率也為2-d,每轉(zhuǎn)移1mol電子,產(chǎn)生1molH+,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2電解的“四大類型”及相關(guān)計算,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、總反應式法和關(guān)系式法:,【高考警示】(1)電解后要恢復原電解質(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100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液,電極均為石墨電極。接通電源,經(jīng)過一段時間后,測得丙中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)生的電極反應為;(3)列式計算電極b上生成的氣體在標準狀況下的體積:;(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,簡述其原因:甲溶液;乙溶液;丙溶液。,【解題指南】解答本題時要明確:(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算,濃度的增加是因為H2O的減少。,【解析】(1)因為乙中的c極質(zhì)量增加,故c為陰極,M為電源的負極,N為正極;(2)b為陽極,反應式為4OH--4e-====2H2O+O2↑;(3)設丙中電解水的質(zhì)量為x,由電解前后溶質(zhì)質(zhì)量相等有:100g10.00%=(100g-x)10.47%,得x=4.5g,為0.25mol,轉(zhuǎn)移0.5mol電子,而整個電路是串聯(lián)的,故每個燒杯中的電極上轉(zhuǎn)移電子數(shù)均為0.5mol,則生成O2為0.5/4=0.125(mol),標準狀況下體積為0.12522.4=2.8(L);(4)Cu2++2e-====Cu,轉(zhuǎn)移0.5mol電子,則生成的m(Cu)=0.5/264=16(g)。,答案:(1)正(2)4OH--4e-====2H2O+O2↑(3)水減少的質(zhì)量:100g(1-)=4.5g生成O2的體積:22.4Lmol-1=2.8L(4)16(5)堿性增大,因為電解后,水量減少,溶液中NaOH濃度增大酸性增大,因為陽極上OH-失電子生成O2,溶液中H+濃度增加酸堿性大小沒有變化,因為K2SO4是強酸強堿鹽,濃度增加不影響溶液的酸堿性,【互動探究】(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,此時電解能否繼續(xù)進行,為什么?提示:銅全部析出,還可以電解水,故電解可以繼續(xù)進行。,【變式訓練】(2013榆林模擬)用惰性電極電解一定量的硫酸銅溶液,實驗裝置如圖甲。電解過程中的實驗數(shù)據(jù)如圖乙,橫坐標表示電解過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量,縱坐標表示電解過程中產(chǎn)生氣體的總體積(標準狀況)。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點時溶液中H+的物質(zhì)的量為0.4mol,【解析】選D。由電流方向可知,b電極為陽極,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)生的反應方程式為4OH--4e-====2H2O+O2↑;曲線0～P段是陰極產(chǎn)生銅,陽極產(chǎn)生O2曲線P～Q段是陰極產(chǎn)生H2,陽極產(chǎn)生O2,故A、B、C正確。0～P階段產(chǎn)生1.12L(標準狀況)O2,轉(zhuǎn)移電子0.2mol,消耗0.2molOH-積累0.2molH+,P～Q段電解水,n(H+)不變,D不正確。,