1、第2节 电能转化为化学能电解,考纲要求:1.理解电解池的构成、工作原理及应用。 2.能书写电解池电极反应和总反应方程式。(宏观辨识与微观探析),-3-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,电解原理 1.电解池 (1)电解池:把 转化为 的装置。 (2)构成条件: 与直流电源相连的两个电极; 电解质溶液(或熔融盐); 形成闭合回路。,电能,化学能,-4-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(3)工作原理(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)。总反应离子方程式:Cu2+2Cl- Cu+Cl2 电极。 阴极:与电源 相连, 电子,发生 反应。 阳极:与电源 相连, 电
2、子,发生 反应。 电子和离子的移动方向。 电子:从电源 流出后,流向电解池的 ;从电解池的 流出,流向电源的 。 离子:阳离子移向电解池的 ,阴离子移向电解池的 。,氧化,还原,负极,得到,还原,正极,失去,氧化,负极,阴极,阳极,正极,阴极,阳极,-5-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,2.电极反应式的书写步骤与方法,-6-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,自主练习 1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)电解池的阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应 ( ) (2)直流电源跟电解池连接后,电子从电源负极流向电解池阳极 ( ) (3)电解CuCl
3、2溶液,阴极逸出的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸最终变蓝 ( ) (4)用惰性电极电解饱和食盐水,溶液的pH不变 ( ) (5)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现 ( ) (6)电解NaCl溶液得到22.4 L H2(标准状况),理论上需要转移NA个电子 ( ),-7-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,2.如图所示,X、Y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色无味的气体放出,符合这一情况的是( ),答案,解析,-8-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考向1 电解基本原理及规律 例1(2018课标全国,13)最近我国科学
4、家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示,其中电极分别为ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为: EDTA-Fe2+-e-=EDTA-Fe3+ 2EDTA-Fe3+H2S=2H+S+2EDTA-Fe2+,-9-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,该装置工作时,下列叙述错误的是( ) A.阴极的电极反应:CO2+2H+2e-=CO+H2O B.协同转化总反应:CO2+H2S=CO+H2O+S C.石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低 D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe
5、2+,溶液需为酸性,答案,解析,-10-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,归纳总结用惰性电极电解电解质溶液的规律,-11-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,-12-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,对点演练 下图装置中X和Y均为石墨电极,电解质溶液为500 mL某蓝色溶液,电解一段时间后,观察到X电极表面有红色的固态物质生成,Y电极有无色气体生成;溶液中原有溶质完全电解后,停止电解,取出X电极,洗涤、干燥、称量,电极增重1.6 g。下列有关说法中错误的是( )A.X电极是阴极 B.Y电极产生气体的体积为0.224 L C.电解后溶液的
6、pH=1 D.要使电解后溶液恢复到电解前的状态,需加入一定量的CuO或CuCO3,答案,解析,-13-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考向2 电解的有关计算 例2500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(N O 3 )=0.6 molL-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到2.24 L气体(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法正确的是( ) A.原混合溶液中c(K+)为0.2 molL-1 B.上述电解过程中共转移0.2 mol电子 C.电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol D.电解后溶液中c(H+)为0.2
7、 molL-1,答案,解析,-14-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,归纳总结电化学的计算技巧 原电池和电解池的相关计算,主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量的计算、阿伏加德罗常数测定的计算、溶液pH的计算,根据产物的量求转移电子的物质的量及根据转移电子的物质的量求产物的量等。在进行有关计算时,可运用以下基本方法: (1)根据总反应式计算。 先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。 (2)根据电子守恒计算。 用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是各电极上转移的电子数相等。 用于混合溶液中电解的分阶段计算。,-1
8、5-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(3)根据关系式计算。 根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁,构建计算所需的关系式。 如以通过4 mol e-为桥梁可构建如下关系式:,(式中M为金属,n为金属离子的化合价数值) 该关系式具有总揽电化学计算的作用,熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 提示在电化学计算中,还常利用Q=It和Q=n(e-)NA1.6010-19 C来计算电路中通过的电量。,-16-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,对点演练 用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时,通电一段时间后,向所得的溶液中
9、加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好使溶液恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为( ) A.0.4 mol B.0.5 mol C.0.6 mol D.0.8 mol,答案,解析,-17-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,电解原理在工业生产中的应用 1.电解饱和食盐水 (1)电极反应。 阳极: (反应类型:氧化反应), 阴极: (反应类型:还原反应)。 (2)总反应式。 总反应方程式: 。 总反应离子方程式: 。,2Cl-2e-=Cl2,2H+2e-=H2,-18-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,
10、(3)应用:氯碱工业制烧碱、氢气和氯气。,-19-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,2.电解精炼铜,粗铜,精铜,Cu-2e-=Cu2+,Cu2+2e-=Cu,-20-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,3.电镀铜,精铜,待镀金属,Cu2+,Cu-2e-=Cu2+,Cu2+2e-=Cu,-21-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,4.电冶金,2Cl-2e-=Cl2,2Na+2e-=2Na,2Cl-2e-=Cl2,Mg2+2e-=Mg,6O2-12e-=3O2,4Al3+12e-=4Al,-22-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考
11、向突破,2.电镀铜时,Cu2+浓度如何改变?电解精炼铜时,CuSO4溶液的浓度是否改变?,自主练习 1.电解饱和食盐水时,如何用简便的方法检验产物?,提示 阳极产物Cl2可以用湿润的淀粉KI试纸检验;阴极产物H2可以通过点燃检验,NaOH可以用酚酞溶液检验。,提示 电镀铜时,电解质溶液中的Cu2+浓度不变;电解精炼铜时,粗铜中的Zn、Fe、Ni等比Cu活泼的金属在阳极失去电子,阴极上只有Cu2+得电子,所以CuSO4溶液的浓度会降低。,-23-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,3.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是( )A.氯碱工业中,X电极上
12、反应式是4OH-4e-=2H2O+O2 B.电解精炼铜时,Z溶液中的Cu2+浓度不变 C.在铁片上镀铜时,Y是纯铜 D.制取金属镁时,Z是熔融的氯化镁,答案,解析,-24-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考向 电解原理的应用 例(1)(2018课标全国,27节选)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题: 制备Na2S2O5可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为 。电解后, 室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。,-25-,必备知识
13、自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,(2)(2017江苏化学,16节选)电解Na2CO3溶液的原理如下图所示。阳极的电极反应式为 ,阴极产生的物质A的化学式为 。,-26-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,-27-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,归纳总结电解原理应用的四点注意事项 1.阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例),只允许阳离子(Na+)通过,而阻止阴离子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通过,这样既能防止H2和Cl2混合发生爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液反应生成NaClO而影响烧碱的质量。 2.电解或电镀时,电极质量减小的电极必为
14、金属电极阳极;电极质量增加的电极必为阴极,即溶液中的金属阳离子得电子变成金属附着在阴极上。 3.电解精炼铜,粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子,变成金属阳离子进入溶液,其他活泼性弱于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2+浓度会逐渐减小。 4.电镀时,阳极(镀层金属)失去电子的数目与阴极镀层金属离子得到电子的数目相等,因此电镀液中电解质的浓度保持不变。,-28-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,对点演练 (2016课标全国,11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两
15、膜中间的Na+和 可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是( ) A.通电后中间隔室的 离子向正极迁移,正极区溶液pH增大 B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C.负极反应为2H2O-4e-=O2+4H+,负极区溶液pH降低 D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成,答案,解析,-29-,2,3,4,1,-30-,1,2,3,4,1.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知:氧化性Fe2+Ni2+Cu2+)( ) A.阳极发生还原反
16、应,其电极反应式为:Ni2+2e-=Ni B.电解过程中,阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等 C.电解后,溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+ D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt,答案,解析,-31-,1,2,3,4,2.(2017课标全国,11,6分)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( ) A.待加工铝质工件为阳极 B.可选用不锈钢网作为阴极 C.阴极的电极反应式为:Al3+3e-=Al D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动,答案,解析,-32-,1,2,3,4,3.(2018广东汕头
17、一模)在日常生活中,我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众多的金属腐蚀现象。可以通过下列装置所示实验进行探究。下列说法正确的是( )A.按图装置实验,为了更快更清晰地观察到液柱上升,可采用酒精灯加热具支试管的方法 B.图是图所示装置的原理示意图,图的正极材料是铁 C.铝制品表面出现白斑可以通过图装置进行探究,Cl-由活性炭区向铝箔表面迁移,并发生电极反应:2Cl-2e-=Cl2 D.图装置的总反应为4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3,生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑,答案,解析,-33-,1,2,3,4,4.(2015福建理综,11)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是( )A.该装置将化学能转化为光能和电能 B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移 C.每生成1 mol O2,有44 g CO2被还原 D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e-=C3H8O+5H2O,答案,解析,
