高中化学《电能转化为化学能》导学案+课后提升练习.docx
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高中化学《电能转化为化学能》导学案+课后提升练习
第三课时 电能转化为化学能
[学习目标] 1.知道电解原理和电解池的形成条件,会分析电解原理的应用。
2.能熟练书写电解池的电极反应式和电解反应方程式。
知识点
电解池及其工作原理
[学生预习区]
1.电解池:
将
电能转化为
化学能的装置。
2.电解原理
实验探究:
以石墨作电极电解CuCl2溶液
1.用石墨作电极电解CuCl2溶液,通电后溶液中的离子如何移动?
其中阳极和阴极发生反应的类型是什么?
提示:
通电后,阴离子(如Cl-)向阳极移动,阳离子(如Cu2+)向阴极移动。
电解时,阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。
[教师点拨区]
1.电解池构成条件
2.电解池的工作原理
(1)电解是在直流电的作用下,在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
(2)电解池的工作原理
3.电解池阴、阳极的判断方法
(1)根据所连接的外加直流电源判断
与直流电源正极相连的为阳极,与直流电源负极相连的为阴极。
(2)根据溶液中离子的移动方向判断
阳离子向阴极移动;阴离子向阳极移动。
(3)根据两极产物判断
阴极:
一般析出金属或有H2放出;阳极:
一般有非金属单质生成或金属溶解。
[对点即时练]
1.(双选)用惰性电极电解熔融的MgCl2以生产活泼金属Mg,则下列电极反应式正确的是( )
A.阴极:
2H++2e-===H2↑
B.阴极:
Mg2++2e-===Mg
C.阳极:
4OH--4e-===O2↑+2H2O
D.阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑
答案 BD
解析 阴极发生还原反应,得到Mg;阳极发生氧化反应,得到Cl2,B、D两项正确。
2.如图所示是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极。
则下列有关的判断正确的是( )
A.a为负极、b为正极
B.a为阳极、b为阴极
C.电解过程中,d电极质量增加
D.电解过程中,氯离子浓度不变
答案 C
解析 由于电流从电源的正极流出,则a为电源的正极,b为电源的负极,A、B两项错误;在电解过程中,与电源正极相连的c极(阳极)发生氧化反应,电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑,溶液中氯离子浓度减小,D项错误;与电源负极相连的d极(阴极)发生还原反应,电极反应式为Cu2++2e-===Cu,所以d极质量增加,C项正确。
规律方法
电解产物的判断
(1)阴极产物的判断
①在电解过程中,溶液中的阳离子向阴极移动,阳离子在阴极得到电子,发生还原反应。
②几种常见阳离子的放电顺序:
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+。
(2)阳极产物的判断
①看电极材料,如果是活泼金属电极,则金属自身失去电子,发生氧化反应,变成相应的阳离子;如果是惰性电极(Pt、石墨等),则要看溶液中的阴离子放电能力的强弱。
②几种常见阴离子的放电顺序:
S2->I->Br->Cl->OH-。
知识点
电解原理的应用
[学生预习区]
电解在工业生产中有着广泛的应用:
电解精炼铜;对某些器件进行电镀;制备Na、Mg、Al、F2等活泼的金属和非金属。
铜的电解精炼
(1)图示
(2)电极反应
阳极:
Zn-2e-===Zn2+、
Cu-2e-===Cu2+等。
阴极:
Cu2++2e-===Cu。
(3)反应特点
①金属铜和比铜活泼的金属:
失去电子,以
阳离子的形式留在电解液中。
②活动性比铜弱的金属:
以金属单质的形式沉积在电解槽底部,形成
阳极泥。
2.在铜的电解精炼实验中,CuSO4溶液的浓度会发生怎样的变化?
提示:
会减小。
[教师点拨区]
1.在电解精炼铜时,由于在阳极上溶解的金属有Fe、Zn、Ni、Cu等,而在阴极上只有Cu析出,根据得失电子守恒原理可知,阳极产生的铜离子数目和阴极得电子变成单质铜的铜离子数目不相等,故电解液中Cu2+的浓度减小。
2.电镀是应用电解原理在某些器件表面镀上一层其他金属或合金的方法。
目的是使金属增强抗腐蚀能力,增加美观和表面硬度。
3.制备活泼金属
(1)Na:
2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑。
(2)Mg:
MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑。
(3)Al:
2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑。
4.氯碱工业
(1)电解原理分析及电极反应:
NaCl是强电解质,在溶液中完全电离,水也能部分电离,NaCl===Na++Cl-、H2OH++OH-。
且放电能力:
H+>Na+,Cl->OH-,通直流电后,H+、Na+向阴极移动,H+被还原成H2,Cl-、OH-向阳极移动,Cl-被氧化成Cl2。
阴极:
2H++2e-===H2↑(还原反应)
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应)
电解过程中阴极的H+来自水的电离,同时剩余OH-,则生成NaOH,故电解饱和食盐水的总反应为2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑。
(2)由于阴极产物为H2、NaOH,阳极产物为Cl2,故工业上习惯把电解饱和食盐水叫做氯碱工业。
[对点即时练]
3.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器,用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液,通电时,为使Cl2被完全吸收,制得有较强杀菌能力的消毒液,设计了如图的装置,则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是( )
A.a为正极,b为负极;NaClO和NaCl
B.a为负极,b为正极;NaClO和NaCl
C.a为阳极,b为阴极;HClO和NaCl
D.a为阴极,b为阳极;HClO和NaCl
答案 B
解析 利用电解饱和氯化钠溶液生成的氯气和氢氧化钠进一步反应制得含NaClO的消毒液,为了让氯气与氢氧化钠溶液充分反应,所以让氯气在下端生成,下端应为阳极,与电源的正极相连接,b为正极,a为负极。
4.在铁制品上镀上一定厚度的铜层,以下设计方案正确的是( )
A.铜作阳极,镀件作阴极,溶液中含有铜离子
B.铁作阴极,镀件作阳极,溶液中含有铜离子
C.铁作阳极,镀件作阴极,溶液中含有亚铁离子
D.铜作阴极,镀件作阳极,溶液中含有锌离子
答案 A
解析 在铁制品上镀铜,需要将铁制品作阴极,铜作阳极,溶液中含有铜离子,A项正确。
规律方法
原电池与电解池电极的判断
[A篇 知识对点训练]
知识点
电解池及其工作原理
1.如图所示装置中,属于电解池的是( )
答案 C
解析 若要形成电解池必须具备以下条件:
①有一个外加直流电源;②有两个电极与电源相连;③形成闭合电路。
2.下列关于电解池的说法正确的是( )
A.电源的负极就是阴极
B.与直流电源正极相连的是电解池的阴极
C.与直流电源负极相连的电极上发生还原反应
D.阳极上发生还原反应
答案 C
解析 电解池的阴、阳极是根据直流电源的正、负极确定的。
与电源负极相连的电极为电解池的阴极,该电极上发生还原反应;与电源正极相连的电极为电解池的阳极,该电极上发生氧化反应。
3.下列关于电解池的叙述中,正确的是( )
A.电解池中的闭合回路仅是由电子的定向移动形成的
B.金属导线中,电子从电源的负极流向电解池的阳极,从电解池的阴极流向电源的正极
C.在电解质溶液中,阴离子向阴极移动,阳离子向阳极移动
D.相同时间内,阳离子在阴极上得到的电子数与阴离子在阳极上失去的电子数相等
答案 D
解析 在电解池溶液里,闭合回路是靠离子的定向移动形成的,A项错误;金属导线中,电子从电源的负极流向电解池的阴极,从电解池的阳极流向电源的正极,B项错误;在电解质溶液中,阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动,C项错误。
4.用石墨电极电解CuCl2溶液(见图)。
下列分析正确的是( )
A.a端是直流电源的负极
B.通电使CuCl2发生电离
C.阳极上发生的反应:
Cu2++2e-===Cu
D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体
答案 A
解析 电解过程中,阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,阴极与直流电源的负极相连,阳极与直流电源的正极相连,A项正确;电解质在溶液中的电离是因为水分子的作用,与通电无关,B项错误;电解过程中阳极上发生的反应为氧化反应,阳极反应为2Cl--2e-===Cl2↑,在阳极附近可观察到黄绿色气体,C、D两项错误。
5.如图所示,A、B两个装置中的两个烧杯分别盛有足量的CuCl2溶液。
(1)A、B两个装置中属于原电池的是________(填标号,下同),属于电解池的是________。
(2)A池中Zn是________极,Cu极发生________反应。
(3)B池中C是________极,发生________反应,电极反应式为____________。
答案
(1)A B
(2)负 还原 (3)阴 还原 Cu2++2e-===Cu
解析 判断装置是原电池还是电解池,关键是看它有没有外接直流电源,有则为电解池,无则为原电池。
由此可知A为原电池,B为电解池。
A中Zn作负极;Cu为正极,电解液中阳离子在正极上得电子被还原,发生反应为Cu2++2e-===Cu。
B中C是阴极,发生还原反应,溶液中的H+和Cu2+均移向阴极,但因盐溶液中阳离子得电子能力Cu2+>H+,因而发生还原反应Cu2++2e-===Cu。
知识点
电解原理的应用
6.下列描述中,不符合生产实际的是( )
A.电解熔融的氧化铝制取金属铝,用铁作阳极
B.电解法精炼粗铜,用纯铜作阴极
C.电解饱和食盐水制烧碱,用铁作阴极
D.在镀件上电镀锌,用锌作阳极
答案 A
解析 A项,用铁作阳极,则电极本身被氧化,错误;B项,电解法精炼粗铜,用纯铜作阴极,用粗铜作阳极,正确;C项,电解饱和食盐水制烧碱,用铁作阴极,正确;D项,在镀件上电镀锌,用锌作阳极,镀件作阴极,含有Zn2+的溶液为电解质溶液,正确。
7.用石墨电极电解下列物质,两个电极上都有气体产生的是( )
A.饱和食盐水B.氯化铜溶液
C.熔融氧化铝D.熔融氯化钠
答案 A
解析 电解饱和食盐水时,阳极产生氯气,阴极产生氢气;电解其他三种物质都只有一个电极上有气体产生。
8.实验室电解饱和食盐水,下列说法正确的是( )
A.可以用Fe作阳极
B.阳极产生Cl2
C.阳极发生还原反应
D.酚酞溶液在阳极区显红色
答案 B
解析 阳极应为惰性电极(碳棒),不能用Fe作阳极,Fe作阳极发生反应:
Fe-2e-===Fe2+。
当用碳棒作阳极时,阳极发生反应为2Cl--2e-===Cl2↑,该反应为氧化反应,阴极反应为2H++2e-===H2↑,在阴极区附近呈碱性(酚酞变红)。
9.关于镀铜和电解精炼铜,下列说法中正确的是( )
A.都用粗铜作阳极、纯铜作阴极
B.电解液的成分都保持不变
C.阳极反应都只有Cu-2e-===Cu2+
D.阴极反应都只有Cu2++2e-===Cu
答案 D
解析 A项电镀时镀件作阴极;B项电解精炼铜时电解液成分改变;C项电解精炼铜时,有比铜活泼的金属杂质(如锌)放电,则阳极还会发生反应Zn-2e-===Zn2+。
10.电解原理在化学工业中有广泛的应用。
如图表示一个电解池装置,装有电解液a,X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连。
请回答下列问题:
(1)若X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液,则Y电极上的电极反应式为________________,检验该电极反应产物的方法及现象是_______________。
(2)如果用该装置电解精炼粗铜,电解液a选用CuSO4溶液,则X电极的材料是________,Y电极的材料是________。
答案
(1)2Cl--2e-===Cl2↑ 把湿润的淀粉KI试纸放在Y电极附近,试纸变蓝
(2)纯铜 粗铜
解析
(1)Y与电源正极相连,作阳极,当电解饱和NaCl溶液时,发生的电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑,放出Cl2,Cl2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝。
(2)电解精炼铜,粗铜作阳极,纯铜作阴极。
[B篇 综合提升训练]
11.关于电解池的叙述不正确的是( )
A.与电源正极相连的是电解池的阳极
B.电解质溶液中的阳离子向阴极移动
C.在电解池的阳极发生氧化反应
D.电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极,再经电解质溶液流入电解池的阳极
答案 D
解析 与电源正极相连的是电解池的阳极,电解池中的阳离子移向阴极,阳极上发生氧化反应,A、B、C正确;电子由电源负极流向电解池阴极,不能经电解质溶液流向电解池的阳极,D错误。
12.下列指定电极的电极反应式书写不正确的是( )
A.铜锌原电池(稀硫酸作电解质溶液)的负极:
Zn-2e-===Zn2+
B.电解精炼铜的电解池阴极:
Cu-2e-===Cu2+
C.电解CuCl2溶液的电解池阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑
D.电解熔融氧化铝的电解池阴极:
Al3++3e-===Al
答案 B
解析 电解精炼铜时,在阴极上Cu2+发生还原反应生成Cu,电极反应式为Cu2++2e-===Cu,B项错误。
13.如图所示,E是用CuCl2溶液和品红试液的混合液润湿的滤纸,甲和乙是石墨电极,通电后发现乙附近滤纸变为无色,则下列判断正确的是( )
A.b是阳极,a是阴极
B.a是正极,b是负极
C.乙是正极,甲是负极
D.乙是阳极,甲是阴极
答案 D
解析 乙附近滤纸变为无色,说明乙上生成了氯气,氯气溶于水生成了有漂白性的次氯酸,所以乙是阳极,b是电源的正极。
14.某小组为研究电化学原理,设计如图装置,下列叙述不正确的是( )
A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为:
Cu2++2e-===Cu
C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D.a和b分别连接直流电源正、负极,电压足够大时,Cu2+向铜电极移动
答案 D
解析 a和b不连接时,铁与CuSO4溶液发生反应:
Fe+Cu2+===Fe2++Cu,A项正确;a和b用导线连接时,组成了原电池,Fe为负极,Cu为正极,铜片上发生还原反应:
Cu2++2e-===Cu,铁片上发生氧化反应:
Fe-2e-===Fe2+,B项正确;通过以上分析可知,无论a和b是否连接,均发生反应:
Fe+Cu2+===Fe2++Cu,故溶液均从蓝色(Cu2+的颜色)逐渐变成浅绿色(Fe2+的颜色),C项正确;a和b分别连接直流电源正、负极时,构成电解池,铜片为阳极,铁片为阴极,Cu2+应向阴极(铁电极)移动,D项错误。
15.根据如图所示电化学实验装置图,回答有关问题。
(1)若只闭合S1,该装置属于________,能量转化形式为______________,锌极作________极。
(2)若只闭合S2,该装置属于________,能量转化形式为________________,锌极上的电极反应式为____________。
(3)若只闭合S3,该装置属于________,铜极作________极,锌极上的电极反应式为________________,总反应的化学方程式为____________________。
答案
(1)原电池 化学能转化为电能 负
(2)电解池 电能转化为化学能 Zn-2e-===Zn2+
(3)电解池 阳 2H++2e-===H2↑ Cu+H2SO4
CuSO4+H2↑
解析
(1)若只闭合S1,没有外接电源,则Zn、Cu、稀硫酸构成原电池,该装置将化学能转化为电能,较活泼的锌作负极。
(2)若只闭合S2,装置中有外接电源,该装置为电解池,将电能转化为化学能,与电源正极相连的锌极作阳极,锌被氧化。
(3)若只闭合S3,该装置为电解池,与电源正极相连的铜极作阳极,铜被氧化,溶液中的H+在阴极(锌极)上被还原为H2。
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- 电能转化为化学能 高中化学 电能 转化 化学能 导学案 课后 提升 练习