高中化学第一章化学反应与能量转化第二节电能转化为化学能电解第1课时学案鲁科版选修4.docx
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高中化学第一章化学反应与能量转化第二节电能转化为化学能电解第1课时学案鲁科版选修4
第2节电能转化为化学能——电解
第1课时 电解的原理
[课标要求]
1.了解电解池的构成。
2.了解电解池的电极名称,会写电极反应方程式。
3.掌握电解池工作时,溶液中阴阳离子的放电顺序。
1.电解池组成“三条件”
(1)外接电源以及与电源相连的两个电极;
(2)电解质溶液;
(3)闭合回路。
2.电解池阴、阳极“四特点”
阳极—外接直流电源正极—流出电子—发生氧化反应—阴离子移向;
阴极—外接直流电源负极—流入电子—发生还原反应—阳离子移向。
3.离子放电“两顺序”(惰性电极)
阳极:
S2->I->Br->Cl->OH-;
阴极:
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Sn2+>Zn2+>H+水>Al3+。
1.电解熔融NaCl
(1)实验现象:
通电后,在石墨片周围有气泡产生,在铁片上生成银白色金属。
(2)实验分析:
①熔融氯化钠中存在的微粒Na+、Cl-。
②通电后离子的运动方向:
阳离子Na+(填离子符号)移向铁电极,阴离子Cl-(填离子符号)移向石墨电极。
③电极上发生的变化:
铁电极:
2Na++2e-===2Na,
石墨电极:
2Cl--2e-===Cl2↑。
(3)实验结论:
熔融的氯化钠在电流作用下发生了化学变化,分解生成了钠和氯气。
2.电解
让直流电通过电解质溶液或熔融电解质,在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
3.电解池
(1)概念:
将电能转化为化学能的装置。
(2)构成条件
①直流电源以及与电源相连的两电极;
②电解质溶液或熔融状态的电解质;
③形成闭合回路。
(3)电极及电极反应
①阳极:
发生氧化反应的电极;
阴极:
发生还原反应的电极。
②电极反应:
在电极上进行的半反应,它可以表示电极上物质的变化情况和电子的转移情况。
4.电解池工作原理
(1)电极反应类型
阳极→氧化反应;阴极→还原反应。
(2)电子流向:
电源负极→阴极;阳极→电源正极。
(3)电流方向:
电源正极→阳极;阴极→电源负极。
(4)离子流向:
阳离子→阴极;阴离子→阳极。
用石墨作电极电解CuCl2溶液。
(1)通电前溶液中存在哪些离子?
这些离子怎样运动?
提示:
由CuCl2电离出的Cu2+、Cl-、H2O电离出的少量H+、OH-,这些离子作自由移动。
(2)通电后离子怎样移动?
提示:
Cu2+、H+向阴极移动,Cl-、OH-向阳极移动。
(3)在两极各是什么离子发生反应?
产物分别是什么?
提示:
Cu2+、H+应在阴极发生还原反应,由于氧化性Cu2+>H+,则Cu2+首先被还原生成铜:
Cu2++2e-===Cu;Cl-、OH-应在阳极发生氧化反应,由于还原性Cl->OH-,Cl-首先被氧化生成氯气:
2Cl--2e-===Cl2↑,即阴极产物是铜,阳极产物是氯气。
1.电解池电极的判断
2.电解池的工作原理
接通外界电源后,电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极,经过阴、阳离子的定向运动形成内电路,再从电解池的阳极流出,并沿导线流回电源的正极,如图所示。
3.电解产物的判断方法
(1)阳极产物的判断:
首先看电极材料。
①若为活性电极(除Au、Pt石墨以外的金属材料),则电极材料失电子,电极溶解生成相应的金属阳离子。
②若为惰性电极(Au、Pt、石墨),则依据溶液中阴离子的失电子能力加以判断。
离子放电(失电子)顺序:
S2->I->Br->Cl->OH->SO
(等含氧酸根离子)。
(2)阴极产物的判断
直接根据阳离子放电(得电子)顺序判断,生成相应的金属单质(或氢气)Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
[特别提醒] ①当溶液中的Zn2+的浓度远大于水溶液中H+浓度时,得电子能力为
Zn2+>H+。
②K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Al3+只在熔融状态下放电,在水溶液中不放电。
1.如图是电解熔融NaCl制备金属钠的装置示意图,下列有关判断正确的是( )
A.通过该装置可以将化学能转变为电能
B.石墨电极为正极
C.Na+在铁极上得到电子被还原为钠原子
D.铁电极为阳极
解析:
选C 该装置为电解装置,电能转化为化学能,石墨电极作阳极,铁电极为阴极。
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
解析:
选C 电流从电源的正极流出,因此a为电源正极,b为负极,则c为阳极,d为阴极;电解CuCl2溶液电极反应为阳极(c电极)2Cl--2e-===Cl2↑,阴极(d电极)Cu2++
2e-===Cu,故C项正确。
1.电解方程式的书写步骤
以用石墨作电极电解CuSO4溶液为例。
第一步:
明确溶液中存在的离子。
阳离子:
Cu2+、H+;阴离子:
OH-、SO
。
第二步:
判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。
阴极:
Cu2+>H+;阳极:
OH->SO
。
第三步:
写出电极反应式和总的电解方程式。
阴极:
2Cu2++4e-===2Cu;
阳极:
2H2O-4e-===O2↑+4H+。
根据得失电子数相等,两极反应式相加得总方程式:
2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4。
2.电解规律
类型
电解质类别
电极反应
电解质
复原
电解
水型
含氧酸,
如H2SO4
阴极:
4H++4e-===2H2↑
阳极:
4OH--4e-===
2H2O+O2↑
电解化学方程式:
2H2O
2H2↑+O2↑
加水
可溶性强碱,
如NaOH
活泼金属
含氧酸盐,
如KNO3
电解
电解
质自
身型
无氧酸,
如HCl
阴极:
2H++2e-===H2↑
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑
电解化学方程式:
2HCl
H2↑+Cl2↑
加溶质
(如HCl)
不活泼金属
无氧酸盐,
如CuCl2
阴极:
Cu2++2e-===Cu
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑
电解化学方程式:
CuCl2
Cu+Cl2↑
加溶质
(如CuCl2)
放H2
生碱
型
活泼金属
无氧酸盐,
如NaCl
阴极:
2H++2e-===H2↑
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑
电解离子方程式:
2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH-
加HCl
放O2
生酸
型
不活泼金属
含氧酸盐,
如CuSO4
阴极:
2Cu2++4e-===2Cu
阳极:
4OH--4e-===
2H2O+O2↑
电解离子方程式:
2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+
加CuO
1.用铂做电极电解下列物质的水溶液,电解方程式正确的是( )
A.CuSO4溶液:
2H2O
2H2↑+O2↑
B.稀硫酸:
2H2O
2H2↑+O2↑
C.CuCl2溶液:
2CuCl2+2H2O
2Cu+O2↑+4HCl
D.NaCl溶液:
2NaCl
2Na+Cl2↑
解析:
选B 当电解池的电极是惰性电极时,阳极不溶解。
A项,正确的电解方程式为2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4;B项,实质是电解水,电解方程式正确;C项,正确的电解方程式为CuCl2
Cu+Cl2↑;D项,电解的是NaCl溶液,而不是熔融NaCl,正确的电解方程式为2NaCl+2H2O
H2↑+Cl2↑+2NaOH。
2.用惰性电极电解下列溶液,一段时间后,再加入一定量的另一种物质(括号内物质),电解液基本不变的是( )
A.CuCl2(CuSO4) B.NaOH(NaOH)
C.NaCl(HCl)D.CuSO4[Cu(OH)2]
解析:
选C C中电解NaCl溶液时NaOH仍留在原溶液中,H2、Cl2逸出,则损失了H、Cl两种元素,且物质的量之比是1∶1,故加入HCl是正确的;A中电解CuCl2溶液时,损失了Cu和Cl两种元素,加入CuSO4不能弥补Cl-,而多了SO
;B中电解NaOH溶液时,损失了H、O两种元素,若加入NaOH则增加了Na;D中电解CuSO4溶液时,损失了Cu、O两种元素,若加入Cu(OH)2则增加了H2O。
3.写出用惰性电极电解下列溶液的电极反应式和总反应方程式:
(1)电解NaCl溶液:
阳极:
______________________________________________________________;
阴极:
_______________________________________________________________。
总反应式:
_____________________________________________________________。
(2)电解CuSO4溶液:
阳极:
_______________________________________________________________;
阴极:
_________________________________________________________________。
总反应式:
______________________________________________________________。
答案:
(1)2Cl--2e-===Cl2↑ 2H++2e-===H2↑
2NaCl+2H2O
H2↑+Cl2↑+2NaOH
(2)4OH--4e-===O2↑+2H2O 2Cu2++4e-===2Cu 2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4
[三级训练·节节过关]
1.下列是电解不同物质的电极反应,其中错误的是( )
A.电解饱和食盐水
阴极:
Na++e-===Na
B.电解Na2SO4溶液
阳极:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
C.电解熔融NaCl
阴极:
Na++e-===Na
D.电解NaOH溶液
阳极:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
解析:
选A A项中电解饱和食盐水时,阴极应是H2O电离出的H+得电子放出H2。
2.用惰性电极电解下列溶液,电解一段时间后,阴极质量增加,电解液的pH下降的是( )
①CuSO4 ②AgNO3 ③BaCl2 ④H2SO4
A.①② B.②③
C.③④D.①④
解析:
选A 阴极质量增加,应是金属阳离子在阴极放电;电解液pH下降,应是OH-在阳极放电。
3.用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为1∶3的CuSO4和NaCl的混合溶液,可能发生的反应有( )
①2Cu2++2H2O
2Cu+4H++O2↑
②Cu2++2Cl-
Cu+Cl2↑
③2Cl-+2H2O
2OH-+H2↑+Cl2↑
④2H2O
2H2↑+O2↑
A.①②③B.①②④
C.②③④D.②④
解析:
选C 阴极阳离子的放电先后顺序为Cu2+、H+,阳极阴离子放电的先后顺序为Cl-、OH-,通电时首先发生的反应为Cu2++2Cl-
Cu+Cl2↑,Cu2+全部还原后,Cl-还有剩余,此时阴极放电的离子是H2O电离产生的H+,因此反应为:
2Cl-+2H2O
2OH-+H2↑+Cl2↑,当Cl-全部氧化后,溶液中的溶质为Na2SO4、NaOH,继续通电实质是电解水:
2H2O
2H2↑+O2↑
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- 高中化学 第一章 化学反应 能量 转化 第二 节电 化学能 电解 课时 学案鲁科版 选修