第2節(jié)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能電解

1、第2節(jié)　電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能——電解,考點(diǎn)一　電解原理及規(guī)律 【核心自主排查】1.電解:使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起_____________的過程。,氧化還原反應(yīng),2.電解池:(1)定義:將_____轉(zhuǎn)變成_______的裝置。(2)形成條件:兩電極接_________;兩電極(一般為惰性電極)同時(shí)插入同一_______溶液;用導(dǎo)線相互連接組成_____回路。,電能,化學(xué)能,直流電源,電解質(zhì),閉合,(3)工

2、作原理:(以惰性電極電解CuCl2溶液為例),Cu2++2e-====Cu,陰極,還原反應(yīng),陽極,氧化反應(yīng),2Cl--2e-====Cl2↑,(4)電解池中電子和離子的移動。①電子:從電源的_____流出后,流向電解池的_____;從電解池的_____流向電源的正極。②離子:陽離子移向電解池的_____,陰離子移向電解池的_____。,負(fù)極,陰極,陽極,陰極,陽極,3.電極反應(yīng):(1)陰極:電極本身不反應(yīng),溶液中陽離子在陰極得

3、電子發(fā)生_____反應(yīng)。①陽離子放電順序:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。,還原,②陰極反應(yīng)式書寫一般遵循以下先后順序:a.首先看溶液是否存在Ag+,若有則發(fā)生____________b.其次看有無Fe3+,若有則發(fā)生______________c.然后

4、看有無Cu2+,若有則發(fā)生______________d.最后寫:_______________(2)陽極:若為惰性電極,則電極本身不反應(yīng),溶液中的陰離子_____電子,發(fā)生_____反應(yīng)。,Ag++e-====Ag,Fe3++e-====Fe2+,Cu2++2e-====Cu,2H++2e-====H2↑,失去,氧化,①陰離子放電順序(還原性強(qiáng)弱順序):S2―>I->Br->Cl->OH->含氧酸

5、根離子;若為活性電極,則電極本身失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng)。②陽極反應(yīng)式書寫一般遵循以下先后順序:a.若為金屬電極則發(fā)生:R-ne-====Rn+b.其次看有無S2-,若有則發(fā)生:____________,S2--2e-====S,c.然后看有無鹵素元素的離子,若有則發(fā)生2X--2e-====X2(X表示Cl、Br、I)d.最后寫:____________________4.電解規(guī)律:(1)電解含氧酸、強(qiáng)堿和活潑金屬含氧酸鹽的

6、水溶液,實(shí)際上都是電解___,即:2H2O 2H2↑+O2↑,4OH--4e-====2H2O+O2↑,水,,(2)電解無氧酸(HF除外)、不活潑金屬無氧酸的水溶液,就是電解_________。例如:2HCl H2↑+Cl2↑　CuCl2 Cu+Cl2↑(3)電解活潑金屬無氧酸鹽溶液時(shí),電解的總化學(xué)方程式的通式可表示為溶質(zhì)+H2O H2↑+堿+鹵素單質(zhì)X2(或S),溶質(zhì)本身,,,,(4)電解不活潑

7、金屬含氧酸鹽的溶液時(shí),電解的總化學(xué)方程式的通式可表示為溶質(zhì)+H2O O2↑+酸+金屬單質(zhì),,【思維診斷】(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)(1)用銅作電極電解CuSO4溶液的方程式為2Cu+2H2O 2Cu+O2↑+4H+　(　　)提示:×。銅作電極電解CuSO4溶液時(shí),陽極上Cu失去電子生成Cu2+,不會得到O2。,,(2)電解NaCl溶液得到22.4 L H2(標(biāo)準(zhǔn)狀況),理論上需要轉(zhuǎn)移NA

8、個(gè)電子?！　?　　)提示:×。電解NaCl溶液的陰極反應(yīng):2H++2e-====H2↑,產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4 L H2,可轉(zhuǎn)移2NA個(gè)電子。,(3)電解質(zhì)溶液通電后,電解質(zhì)溶液發(fā)生了電離,陰、陽離子分別向兩極移動。(　　)提示:×。電解質(zhì)在水分子的作用下發(fā)生電離無須通電。,【方法點(diǎn)撥】(1)電極判斷的“五”方法:注意:只要產(chǎn)生氧氣、氯氣的一極一定是陽極。,,,(2)電解時(shí)溶液pH的變化規(guī)律。①若

9、電解時(shí)陰極上產(chǎn)生H2,陽極上無O2產(chǎn)生,電解后溶液pH增大;②若陰極上無H2產(chǎn)生,陽極上產(chǎn)生O2,則電解后溶液pH減小;,③若陰極上有H2產(chǎn)生,陽極上有O2產(chǎn)生,且 ,則有“酸更酸,堿更堿,中性就不變”,即:a.如果原溶液是酸溶液,則pH變小;b.如果原溶液為堿溶液,則pH變大;c.如果原溶液為中性溶液,則電解后pH不變。,(3)電解質(zhì)溶液的復(fù)原措施:電解后的溶液恢復(fù)到原狀態(tài),出什么加什么(即一般加入陰極產(chǎn)物與

10、陽極產(chǎn)物的化合物)。如用惰性電極電解鹽酸(足量)一段時(shí)間后,若使溶液復(fù)原,應(yīng)通入HCl氣體而不能加入鹽酸。,【高考模擬預(yù)測】1.下列各組中,每種電解質(zhì)溶液電解時(shí)只生成氫氣和氧氣的是(　　),A.HCl、CuCl2、KOHB.NaOH、AgNO3、H2SO4C.NaOH、HNO3、K2CO3D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2【解析】選C。CuCl2、AgNO3、NaBr電解時(shí)分別產(chǎn)生Cu、Ag、Br2單質(zhì),A、B、D錯(cuò)誤;

11、NaOH、HNO3、K2CO3溶液電解時(shí)只生成氫氣和氧氣,C正確。,2.(2017·淮北模擬)1 L某溶液中含有的離子如下表:,用惰性電極電解該溶液,當(dāng)電路中有3 mol e-通過時(shí)(忽略電解時(shí)溶液體積的變化及電極產(chǎn)物可能存在的溶解現(xiàn)象),下列說法正確的是(　　),A.電解后溶液呈酸性B.a=3C.陽極生成1.5 mol Cl2D.陰極析出的金屬是銅與鋁,【解析】選A。1 mol Cu2+放電的過程中,另一極Cl-和OH

12、-各放電1 mol,故溶液顯酸性,A正確;根據(jù)電荷守恒可推知a=4,B錯(cuò)誤;Cl-的物質(zhì)的量為1 mol,陽極不會產(chǎn)生1.5 mol Cl2,C錯(cuò)誤;鋁較活潑,在溶液中Al3+不會放電,D錯(cuò)誤。,【加固訓(xùn)練】1.用惰性電極電解足量的AgNO3溶液,下列說法錯(cuò)誤的是　(　　)A.電解過程中陰極質(zhì)量增加B.電解過程中溶液的pH不斷降低C.向溶液中加入適量的Ag2O固體可使溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài)D.電解后兩極產(chǎn)生的氣體體積比為2∶1

13、,【解析】選D。電解反應(yīng)為4AgNO3+2H2O 4Ag+O2↑ +4HNO3。陰極上析出Ag,陽極上放出O2,A正確、D錯(cuò)誤;由于生成HNO3溶液,pH應(yīng)不斷降低,B正確;加入Ag2O可以使溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài),C正確。,2.用惰性電極電解一定濃度CuSO4溶液,通電一段時(shí)間后,向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH。則下列說法正確的是　(　　)A.電解過程中陰極沒有氣體生成B.

14、電解過程中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為0.4 molC.原CuSO4溶液的濃度為0.1 mol·L-1D.電解過程中陽極收集氣體體積為1.12 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下),【解析】選B。加入0.1 mol Cu(OH)2相當(dāng)于加入0.1 mol CuO和0.1 mol H2O,故CuSO4電解完后還電解了部分水,陰極析出了0.1 mol Cu和0.1 mol H2,A錯(cuò)誤;析出0.1 mol Cu轉(zhuǎn)移電子0.2 mol,析出0.1

15、mol H2轉(zhuǎn)移電子0.2 mol,故轉(zhuǎn)移的電子的總物質(zhì)的量為0.4 mol,B正確;原CuSO4溶液的物質(zhì)的量為0.1 mol,不知溶液體積,無法求濃度,C錯(cuò)誤;電解過程中陽極始終,產(chǎn)生O2,根據(jù)轉(zhuǎn)移的電子的總物質(zhì)的量為0.4 mol,產(chǎn)生O2體積為2.24 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下),D錯(cuò)誤。,考點(diǎn)二　電解原理的應(yīng)用 【核心自主排查】1.電解飽和食鹽水:(1)電極反應(yīng)及電極判斷。陽極:_________________(_

16、____反應(yīng));產(chǎn)生黃綠色氣體的一極或使淀粉KI試紙變___的一極。陰極:_______________(_____反應(yīng));產(chǎn)生無色氣體或加入酚酞先變紅的一極。,2Cl--2e-====Cl2↑,氧化,2H++2e-====H2↑,還原,藍(lán),(2)總反應(yīng)方程式。2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑離子反應(yīng)方程式:___________________________陽極產(chǎn)物:___陰極產(chǎn)物:_____

17、、__(3)應(yīng)用:氯堿工業(yè)制_____、_____和_____。,2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑,Cl2,NaOH,H2,燒堿,氯氣,氫氣,2.電鍍:(1)待鍍金屬作___極,鍍層金屬作___極。(2)電解質(zhì)溶液:_______________________。(3)電極反應(yīng):陽極:R-ne-====Rn+(R表示金屬);陰極:Rn++ne-====R。,陰,陽,含鍍層金屬離子的鹽溶液,(4)特點(diǎn):__

18、_極溶解,___極沉積,電鍍液的濃度_____。3.電解精煉銅:,陽,陰,不變,(1)電極材料:陽極為_____;陰極為_____。(2)電解質(zhì)溶液:含Cu2+的鹽溶液。(3)電極反應(yīng):陽極:Zn-2e-====Zn2+、Fe-2e-====Fe2+、Ni-2e-====Ni2+、______________;陰極:______________。,粗銅,純銅,Cu-2e-====Cu2+,Cu2++2e-====Cu,(4)

19、電解質(zhì)溶液電解一段時(shí)間后,溶液中Cu2+的濃度_____。4.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。,減小,2NaCl(熔融),2Na+Cl2↑,2Cl--2e-====Cl2↑,2Na++2e-====2Na,MgCl2(熔融),Mg+Cl2↑,2Cl--2e-====Cl2↑,Mg2++2e-====Mg,2Al2O3(熔融),4Al+3O2↑,6O2--12e-====3O2↑,4Al3++12e

20、-====4Al,【思維診斷】(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)(1)粗銅精煉和電鍍銅,以硫酸銅為電解質(zhì)溶液,溶液中的c(Cu2+)不變。　(　　)提示:×。電鍍銅時(shí)溶液中的c(Cu2+)不變,粗銅精煉時(shí)溶液中c(Cu2+)減小。,(2)電解精煉銅時(shí),以粗銅作陰極,純銅作陽極。(　　)提示:×。電解精煉銅時(shí),粗銅作陽極,純銅作陰極。,(3)電解或電鍍時(shí),電極質(zhì)量減少的電極必為金屬電極即陰極?！?　　

21、)提示:×。電解或電鍍時(shí),電極質(zhì)量減少的電極必為金屬電極即陽極;電極質(zhì)量增加的電極必為陰極,即溶液中的金屬陽離子得電子變成金屬吸附在陰極上。,【高考命題探究】【高考母題示例】(2016·乙卷)三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示,采用惰性電極,ab、cd均為離子交換膜,在直流電場的作用下,兩膜中間的Na+和 可通過離子交換膜,而兩端隔室中離子被阻擋不能進(jìn)入中間隔室。,下列敘述正確的是(　　)

22、A.通電后中間隔室的 離子向正極區(qū)遷移,正極區(qū)溶液pH增大B.該法在處理含Na2SO4廢水時(shí)可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品C.負(fù)極反應(yīng)為2H2O-4e-====O2↑+4H+,負(fù)極區(qū)溶液pH降低,D.當(dāng)電路中通過1 mol電子的電量時(shí),會有0.5 mol的O2生成,【解析】選B。電解池中陰離子向陽極移動,所以通電后中間隔室的 向正極區(qū)遷移,陽極上氫氧根離子放電產(chǎn)生氧氣,溶液中氫離子濃度增大,pH減小,A項(xiàng)錯(cuò)誤;電

23、解時(shí)在負(fù)極區(qū)生成NaOH,在正極區(qū)生成H2SO4,B項(xiàng)正確;陰極反應(yīng)是氫離子得到電子生成氫氣,溶液中氫氧根離子濃度增大,pH升高,C項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)電路中通過1 mol電子的電量時(shí),會有0.25 mol的O2生成,D項(xiàng)錯(cuò)誤。,【探究歸納總結(jié)】1.分析電解過程的思維程序:(1)首先判斷陰、陽極,分析陽極材料是惰性電極還是活性電極。(2)再分析電解質(zhì)水溶液的組成,找全離子并分陰、陽兩組(不要忘記水溶液中的H+和OH-)。(3)然后排

24、出陰、陽兩極的放電順序。,①陰極不管是什么材料,電極本身都不反應(yīng),一定是溶液(或熔融電解質(zhì))中的陽離子放電。②最常用、最重要的放電順序:陽極:S2->I->Br->Cl->OH-;陰極:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+。③電解水溶液時(shí),K+～Al3+不可能在陰極放電,即不可能用電解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金屬。,2.正確書寫電極反應(yīng)式的方法:(1)一看電極材料,若是金屬

25、(Au、Pt除外)作陽極,金屬一定被電解(注:Fe生成Fe2+)。(2)二看電解產(chǎn)物,對于規(guī)定產(chǎn)物的電極反應(yīng)式,根據(jù)電子得失書寫電極反應(yīng)式。(3)三看介質(zhì),介質(zhì)是否參與電極反應(yīng)。(4)書寫總化學(xué)方程式或離子方程式時(shí),弱電解質(zhì)要寫成分子式,且一定注明條件“電解”。,【高考模擬預(yù)測】1.為使反應(yīng)Ag+2HCl====AgCl↓+H2↑能夠發(fā)生,下列設(shè)計(jì)方案正確的是　(　　)A.用銀片作負(fù)極,石墨電極作正極,氯化鈉溶液為電解質(zhì)溶液構(gòu)

26、成原電池B.用銀片作電極,外接直流電源電解硫酸銅溶液,C.用銀片作陽極,鐵片作陰極,電解稀鹽酸D.用銀片作陰、陽電極,電解硝酸銀溶液【解析】選C。該反應(yīng)為非自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),必須設(shè)計(jì)為電解池才能發(fā)生。陽極為銀放電,陰極為H+放電,即用銀作陽極,電解質(zhì)溶液為稀鹽酸,C正確。,2.(2017·泉州模擬)電解法制備高品質(zhì)Al(OH)3的裝置如圖(中間用離子交換膜隔開),其反應(yīng)原理為4Na[Al(OH)4]+2H2O

27、 4Al(OH)3↓+4NaOH+O2↑+2H2↑。下列有關(guān)說法正確的是　(　　),A.Al(OH)3在陰極區(qū)析出B.離子交換膜為陰離子交換膜(允許陰離子通過,防止陽離子通過)C.陰極區(qū)滴加酚酞呈紅色D.電路中通過2 mol電子時(shí),理論上可制得78 g Al(OH)3,【解析】選C。陽極反應(yīng):4[Al(OH)4]--4e-====4Al(OH)3↓+O2↑,陰極反應(yīng):2H2O+2e-====H2↑+2OH-,故Al(OH)

28、3在陽極區(qū)析出;防止Al(OH)3溶于堿性溶液,故選用陽離子交換膜,防止陰極區(qū)OH-透過;陰極區(qū)c(OH-)增大,故使酚酞變紅色;由Al(OH)3～e-可知,轉(zhuǎn)移2 mol e-時(shí)析出2 mol Al(OH)3。,【加固訓(xùn)練】1.以石墨為電極,電解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列說法錯(cuò)誤的是　(　　)A.陰極附近溶液呈紅色　B.陰極逸出氣體C.陽極附近溶液呈藍(lán)色　D.溶液的pH變小,【解析】選D。電解反應(yīng)為2KI+2H2

29、O 2KOH+H2↑+I2(類似于電解飽和食鹽水),陰極產(chǎn)物是H2和KOH,陽極產(chǎn)物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉,所以陽極附近的溶液會變藍(lán)(淀粉遇碘變藍(lán)),陰極附近的溶液會變紅(溶液呈堿性), A、B、C正確;由于電解產(chǎn)物有KOH生成,所以溶液的pH逐漸增大,D錯(cuò)誤。,2.(2017·深圳模擬)電解加工是利用電解原理使金屬在電解液中溶蝕成預(yù)定形狀的方法。電解加工一銅構(gòu)件的示意圖如圖,陽極銅件被溶蝕,而陰極的

30、質(zhì)量和形狀都保持不變,則原始電解液不宜含有大量的(　　),A. 　　　　　　　 B.Cl-C.Na+ D.Cu2+,【解析】選D。由題意陰極的質(zhì)量和形狀都保持不變,可判斷陰極沒有金屬析出,故原電解液不宜含有大量的Cu2+。,3.酸性廢水中含 ,采用電解法進(jìn)行處理。電解時(shí)采用Fe作陽極,惰性電極作陰極。已知:①氧化性: >Fe3+;② 的還原產(chǎn)物是Cr3+;③

31、 [Cr(OH)3]=6.3×10-31mol4·L-4。下列說法正確的是　(　　),A.陽極材料也可以是CuB.陰極每產(chǎn)生3 mol H2,則有1 mol 被還原C.一段時(shí)間后溶液中發(fā)生反應(yīng) +6Fe2++14H+====2Cr3++6Fe3++7H2OD.電解最后階段需要加堿,使溶液中的陽離子轉(zhuǎn)化為沉淀,【解析】選C。陽極材料若是Cu,電解過程生成的Cu2+沒有還原性

32、,不能還原 ,A錯(cuò)誤;陰極產(chǎn)生3 mol H2,轉(zhuǎn)移電子6 mol,根據(jù)氧化還原反應(yīng)得失電子守恒得6Fe～12e-～6Fe2+～ ～2Cr3+,則有0.5 mol 被還原,B錯(cuò)誤;電解過程中陽極產(chǎn)生的Fe2+與廢水中的 發(fā)生氧化還原反應(yīng),C正確;反應(yīng)過程中不斷消耗H+,溶液的堿性增強(qiáng),電解最后階段不需要加堿,D錯(cuò)誤。,【課時(shí)小結(jié) 構(gòu)建知識體系 明確掌控重點(diǎn)】【脈絡(luò)構(gòu)建】電解池及應(yīng)用:,【核心