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1、第第2節(jié)電能轉化為化學能節(jié)電能轉化為化學能電解電解化學反應與能量轉化 自從伏打發(fā)明電池后，“電”的應用就風起云涌，席卷全球。1800年科學家采用伏打電池電解水獲得成功后，戴維將苛性鉀制成飽和水溶液進行電解，結果在電池兩極分別得到的是氧氣和氫氣，加大電流強度仍然沒有其他收獲。隨后他改用熔融的苛性鉀，在電流作用下，熔融的苛性鉀發(fā)生明顯變化，在導線與苛性鉀接觸的地方不停地出現(xiàn)紫色火焰。在1807年皇家學會的學術報告會上，戴維是這樣介紹的：通電后，看到正極相連的部位沸騰不止，有許多氣泡產生，負極接觸處，只見有形似小球、帶金屬光澤、非常像水銀的物質產生。這種小球的一部分一經(jīng)生成就燃燒起來，并伴有爆鳴聲和
2、紫色火焰，剩下來的那部分的表面慢慢變得暗淡無光，隨后被白色的薄膜所包裹。 這小球狀的物質是什么？一、電解過程中電能轉化為化學能1交流討論離子在電場中的_是電解質溶液和熔融電解質導電的原因。在電場作用下，熔融氯化鈉中的_和_分別移向與電源_和_相連的電極。與電源負極相連的電極帶有_，Na在這個電極上得到電子，被還原成鈉原子，電極反應式為_；與電源正極相連的電極帶有_，Cl將電子轉移給這個電極，自身被氧化成_，最終生成_，電極反應：_。將兩個電極發(fā)生的反應組合起來，就得到電解氯化鈉制備金屬鈉的化學反應：_。定向移動NaCl負極正極電子正電性ClCl22Na+2e- Na2活動探究電解CuCl2(a
3、q)的實驗中，在陰極_得電子生成_，電極反應為_；在陽極_失去電子變成_進而生成_，電極反應為_?？偟碾娊夥磻獮開。Cu2CuCu22e CuClClCl22Cl2e Cl2CuCl2 CuCl2=電解 二、電解飽和食鹽水1飽和食鹽水中可能存在的離子有_，在電場中它們的移動方向是_向陰極移動，_向陽極移動。2指出陰極和陽極上產生的現(xiàn)象，寫出電極反應式和電解反應的化學方程式?，F(xiàn)象電極反應式陰極生成無色氣體陽極生成黃綠色氣體總反應的化學方_二、1.Na、Cl、OH、H陽離子陰離子22H2e H22Cl2e Cl22NaCl2H2O 2NaOHCl2H2=電解 3.電解過程中，由于陰極區(qū)_濃度變小，
4、水的電離平衡向_的方向移動，使陰極區(qū)溶液中_富集。因此，電解食鹽水的總反應為2NaCl2H2O 2NaOHH2Cl2_產物_產物如果設法用隔膜阻止OH移向陽極，則氫氧化鈉可以在_附近的溶液中富集，由陰極區(qū)放出的溶液可以得到_，這就是電解食鹽水制備燒堿的原理。電解食鹽水還可以得到另外兩種重要的化工產品_和_。H生成離子OH陰極陽極陰極NaOHCl2H2三、電鍍1應用電解原理，在_表面上鍍上一薄層_的過程稱為電鍍。2金屬電鍍時，通常以_為陰極，用含有_陽離子的溶液作電解質溶液，_作陽極。在_電源作用下，_在待鍍金屬表面形成_而_的鍍層。1.金屬或非金屬其他金屬或合金2待鍍金屬制品鍍層金屬鍍層金屬直
5、流鍍層金屬均勻光滑致密電解的定義及原理電解的定義及原理1電解的概念：在直流電的作用下，電解質在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應和還原反應的過程叫做電解。注意：(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)的電解質可被電解，電解質溶液也可被電解。(3)電解過程中，電能轉化為化學能而“儲存”在反應產物中。2電解池的概念：借助于電流將電能轉化為化學能的裝置叫做電解池，也可以叫做電解槽。3電解池的構成條件(1)直流電源；(2)兩個固定電極；(3)電解質溶液或熔融態(tài)電解質；(4)形成閉合回路。4電極反應(1)半反應：在電解池中，氧化反應和還原反應是在兩個電極上分別進行的，相當于氧化還原反應的一半
6、，這種反應常稱為半反應，也叫電極反應。(2)陽極：按照電化學的規(guī)定，與電源正極相連的發(fā)生氧化反應的電極，叫做陽極。(3)陰極：按照電化學的規(guī)定，與電源負極相連的發(fā)生還原反應的電極，叫做陰極。如：電解熔融NaCl的電極反應式為： ( (2Na+ +2e- 2Na5實驗探究電解熔融氯化鈉 (1)實驗步驟：如圖所示，在容器中裝有熔融的氯化鈉，兩側分別插入石墨片和鐵片作電極材料，兩個電極分別與電源的正極和負極相連。接通電源后，一段時間，再切斷電源。 (2)實驗現(xiàn)象： 石墨片上有黃綠色氣體產生，并可聞到刺激性氣味；鐵片上逐漸覆蓋一層銀白色物質。(3)實驗結論：在通直流電的條件下，熔融的氯化鈉發(fā)生了化學反
7、應，其化學方程式為2NaCl 2NaCl2。Cl2生成于與電源正極相連的石墨片上，Na生成于與電源負極相連的鐵片上。 右圖是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極，則下列有關的判斷正確的是()Aa為負極、b為正極Ba為陽極、b為陰極C電解過程中，d電極質量增加D電解過程中，氯離子濃度不變解析：電流由正極流出，即a為電源正極，b為電源負極，則c極為電解池陽極，d為電解池的陰極，電極為惰性電極，溶液中的離子放電，Cu2在陰極d析出，陰離子Cl在c極上放電產生Cl2。答案：C電解時電極產物的判斷電解時電極產物的判斷1陽極產物的判斷：首先看電極，如果是活性電極(除Pt、Au、石墨外)，則是電極
8、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為：S2IBrClOHSO ，即：無氧酸根離子OH含氧酸根離子。注意：(1)在中學化學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，2陰極陽離子的放電(得電子)順序：KCa2NaMg2Al3Zn2Fe2Sn2Pb2HC
9、u2Fe3Hg2Ag。注意：(1)Fe3得電子能力比Cu2的強，即當兩者共存時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 用石墨作電極電解CuCl2和KCl混合溶液，電解初期陰極和陽極分別析出的物質是()AH2、Cl2BCu、Cl2CH2、O2 DCu、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Cu2HK，失電子能力：ClOH，所以電解初期：陰極：Cu22e Cu，陽極：2Cl Cl22e，故
10、選B。答案：B點評：記住常見離子的放電順序，陰離子：S2IBrClOH，陽離子：活性陽極AgHg2Cu2H，再就是看清題目要求的是初期的電解產物。用惰性電極電解的一般規(guī)律用惰性電極電解的一般規(guī)律類型電極反應特點實例電解物質電解質溶液的濃度pH電解質溶液復原電解水型陰極：2H2e H2陽極：4OH4e 2H2OO2NaOH水增大增大水H2SO4水增大減小水Na2SO4水增大不變水電解電解型電解質電離出的陰、陽離子分別在兩極放電HCl電解質減小增大氯化氫CuCl2電解質減小增大氯化銅放H2生堿型陰極：放出H2生成堿，陽極：電解質陰離子放電NaCl電解質和水生成新電解質增大氯化氫放O2生酸型陰極：電
11、解質陽離子放電，負極：OH放電生成酸CuSO4電解質和水生成新電解質減小氧化銅注意：(1)電解水型：含氧酸、強堿、活潑金屬的含氧酸鹽(如NaOH、H2SO4、K2SO4等)的電解。(2)電解電解質型：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。 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形管內會形成一個倒立的“彩虹”，則U形管內的溶液可能為()AH2SO4溶液 BNaOH溶液CAgNO3溶液 DNa2SO4溶液解析：本題考
12、查電解規(guī)律，彩虹意味著多種顏色，當電解質溶液為Na2SO4時，陰極區(qū)生成OH，使溶液變藍，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 在室溫下，NaCl在水中的溶解度是36 g。以石墨作陽極對飽和食鹽水進行電解，化學反應式為2NaCl2H2O 2NaOHCl2H2。電解一段時間后，欲使食鹽水恢復到原來的狀態(tài)，下列做法中合理的是()A向電解后的溶液中通適量HCl氣體B向電解后的溶液中加適量濃鹽酸C將電解后的溶液先分離出NaOH，再加入NaClD將電解后的溶液先分離出NaOH，再加入水E向電解后的溶液中先加入適量的MgCl2，攪拌后再過濾解析：由NaC
13、l溶液的電解方程式2NaCl2H2O 2NaOHCl2H2可知，實質出來的是H2和Cl2，A項合理，B項不合理；飽和NaCl溶液中，NaCl與H2O的質量比為36 649 16，被電解的NaCl與H2O的質量比為58.5 18，C、D兩項都不合理；加MgCl2后，2NaOHMgCl2=Mg(OH)22NaCl，雖然使NaCl恢復原狀，但水的總量未恢復，E項不合理。答案：A電解原理的應用電解原理的應用 1電解食鹽水制備燒堿、氫氣和氯氣 (1)實驗裝置 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陽極放出的
14、氣體，接通直流電源后，注意管內發(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產生。(2)實驗原理分析飽和食鹽水中存在以下電離方程式：NaCl NaClH2OHOH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HNa、ClOH，因此兩極上的電極反應分別為陽極：2Cl2e Cl2(氧化反應)；陰極：2H2e H2(還原反應)。在上述反應中，由于H在陰極上得到電子而生成H2，破壞了水的電離平衡，促進了水的繼續(xù)電離，結果陰極區(qū)溶液里OH的濃度增大而呈堿性?？偡磻鹤⒁猓?1)弄清楚食鹽水中的離子放電順序。(2)堿在陰極區(qū)產生的原因是
15、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。2電解精煉銅(1)電解精煉銅的裝置粗銅中往往含鋅、鐵、鎳、金等多種金屬，當含雜質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如Zn、Fe、Ni等，也會同時失去電子，如Zn2e Zn2、Ni2e Ni2。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，因為失電子能力比銅弱，難以在陽極失去電子變成陽離子溶解下來，當陽極上的銅失去電子變成離子溶解后，它們以金屬單質的形式沉積在電解槽底，形成陽極泥(陽極泥可作
16、為提煉金、銀等貴重金屬的原料)。3電鍍(1)定義：電鍍是應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方法。(2)目的：電鍍的目的主要是使金屬增強抗腐蝕能力、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。(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。如圖例如：鐵件上鍍鋅。放電能力不僅與本身性質相關，還與離子濃度、pH等有關。當c(Zn2)較大時，Zn2
17、放電能力大于H，在直流電作用下，電極反應：陽極的鋅不斷被氧化成Zn2進入溶液，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。(5)電鍍特點：“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。注意：電鍍生產過程中產生的廢水、廢氣、廢渣中含有多種對環(huán)境有害的物質，處理后應符合國家規(guī)定的排放標準，對其中的有用成分要回收利用。 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_，電極反應式為_，電解質溶液可以是_。(2)乙池中鐵極電極反應式為_，若在乙池中滴入少量
18、酚酞試液，開始電解一段時間后，鐵極附近呈_色。(3)若乙電解池中的電解質溶液為等物質的量濃度的Cu(NO3)2和MgCl2溶液。分階段寫出乙池中電解反應的化學方程式_。解析：(1)在一條電路上串聯(lián)兩個電解池，使同學們對陰、陽極的判斷容易受到干擾，在分析甲池時，把乙池視為一段導線，反之，分析乙池時，把甲池視為一段導線。據(jù)此分析得出：A為陰極，B為陽極，F(xiàn)e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電極材料應為純銅，電極反應式為Cu22e Cu，電解質溶液用含Cu2的溶液(如CuSO4溶液)。(2)乙池中是用惰性電極電解NaCl溶液(陰極材料是否是活潑金屬對電解無影響)，鐵極反應式為2H
19、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)電解多種電解質的混合溶液，分析電解反應的方法步驟為：分析電解質溶液中的所有離子，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行排列；寫出陰、陽兩極上的反應式和電解的總反應式并據(jù)此判斷反應現(xiàn)象或進行計算。 答案：(1)陰；純銅；Cu22e Cu2；含Cu2的溶液(如CuSO4溶液)(2)2H2e H2；紅(3)第一階段： ，第二階段：1下列金屬中：鐵、鎂、錳、釩、鉻，可用鋁熱法制備的有()A BC D解析：本題考查金屬冶煉，難熔金屬的氧化物可做鋁熱劑，如Fe2O3、Fe3
20、O4、V2O5、Cr2O3、MnO2等，從而可用鋁熱法制備Fe、V、Cr、Mn。答案：C 2.Cu2O是一種半導體材料，基于綠色化學理念設計的制取。Cu2O的電解池示意圖如右，電解總反應：2CuH2O Cu2OH2。下列說法正確的是() A石墨電極上產生氫氣 B銅電極發(fā)生還原反應 C銅電極接直流電源的負極 D當有0.1 mol電子轉移時，有0.1 mol Cu2O生成解析：由電解總反應式可知，Cu參加了反應，所以Cu作電解池的陽極，發(fā)生氧化反應，B選項錯誤；石墨作陰極，陰極上是溶液中的H反應，電極反應為：2H2e H2，A選項正確；陽極與電源的正極相連，C選項錯誤；陽極反應為2Cu2OH2e Cu2OH2O，當有0.1 mol電子轉移時，有0.05 mol Cu2O生成，D選項錯誤。答案：A
高中化學（情景導入+課前導讀+知識解惑+課堂演練）第一章 第2節(jié) 電能轉化為化學能 電解課件 魯科版選修4
