1、第3课时电能转化为化学能一、电解池1定义将电能转化为化学能的装置叫做电解池。2电解池的构成条件(1)两个相同或不同的电极；(2)外接直流电源；(3)电解质溶液；以上三部分形成闭合回路。3电解原理电子从外接电源的负极流出，经导线到达电解池的阴极，电解质溶液中的阳离子移向阴极，氧化性强的离子在阴极获得电子而被还原发生还原反应；与此同时，电解质溶液中的阴离子移向阳极，其中还原性强的离子在阳极上失去电子(也可能是阳极很活泼而本身失去电子)而被氧化发生氧化反应，这样电子又从电解池的阳极流出，沿导线流回外接直流电源的正极。4电子流向从电源负极流向阴极，电解质溶液中的阴离子移向阳极，电子自阳极流入电源正极，
2、形成闭合回路。5电极反应及电极的判断(1)阳极：与电源正极相连，溶液中阴离子移向此极，失去电子，发生氧化反应。(2)阴极：与电源负极相连，溶液中阳离子移向此极，得到电子，发生还原反应。二、电解的应用1电解饱和食盐水制备氯气和烧碱电解池的构成：石墨棒作阳极，铁作阴极，饱和食盐水作电解质溶液。电解过程中主要的电极反应为：阳极(碳)：2Cl2e=Cl2；阴极(铁)：2H2e=H2；电解总反应：2NaCl2H2OCl2H22NaOH。2电解精炼铜电解池构成：阳极为粗铜(待精炼的铜)；阴极为纯铜；电解质溶液为硫酸酸化的硫酸铜溶液。电解过程中主要的电极反应为：阳极：Cu2e=Cu2(氧化反应)；阴极：Cu
3、22e=Cu(还原反应)。最终纯铜在阴极析出，粗铜全部溶解，电解质溶液浓度基本保持不变。3制备Na、Mg、Al、F2等活泼金属和非金属(1)制取钠2NaCl(熔融)2NaCl2；(2)制取铝2Al2O3(熔融)4Al3O2。探究点一 阴、阳极及放电顺序的判断与电极反应式的书写1.电解池的阴、阳极的判断方法(1)根据所连接的直流电源：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)根据电子流动方向：电子流向为电源负极阴极；阳极电源正极。(3)根据电解质溶液中离子的定向移动方向：阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动。(4)根据两极产物判断。一般情况下，阴极上的现象是：析出金属(质量增重
4、)或有气体(H2)放出；阳极上的现象是：有非金属单质生成，呈气态的有Cl2、O2或电极本身质量减轻(活性电极作阳极)。2阴阳两极上放电顺序的判断阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。离子的放电顺序取决于离子本身的性质即离子得失电子的能力，另外也与离子的浓度及电极材料有关。(1)阴极：阴极上放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。氧化性强的先放电，放电顺序：(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。若是惰性电极作阳极，则仅是溶液中的阴离子放电，常见离子的放电顺序是：特别提醒：(1)电极材料按性质分为活性电极(Zn、Fe、Cu、Ag)和隋性电极(Au、Pt、石墨)
5、，在电解质溶液中，过于活泼的金属不能作电极材料如金属Na、K。(2)当Fe3和Cu2共存时，应是Fe3先放电：Fe3e=Fe2，等Fe3放电完全后，才是Cu2放电。3电极反应式的书写(1)书写思路：先判断电极，是惰性电极还是活性电极。(2)书写原则：先分后总。(3)书写步骤：隋性材料作电极时：分析溶液中的阴离子和阳离子判断移动的方向排出阴离子和阳离子的放电顺序写电极反应找出放电离子的来源写总反应。活性材料作阳极(作阴极无影响)时：阳极参与反应写阳极电极反应写总反应。特别提醒：(1)在写总反应式时，如果H和OH来自于水，则应改写成H2O的形式。(2)阴阳极要注意得失电子数相等。【例1】现用Pt电
6、极电解1 L浓度均为0.1 mol/L的HCl、CuSO4的混合溶液，装置如下图，下列说法正确的是()A电解开始时阴极有H2放出B电解开始时阳极上发生：Cu22e=CuC当电路中通过电子的量超过0.1 mol时，此时阴极放电的离子发生了变化D整个电解过程中，SO不参与电极反应【思路分析】【解析】依据放电顺序阴极先放电的是Cu2，故阴极开始析出的是Cu，阳极先放电的是Cl，故阳极开始产生的是Cl2。答案A、B错；由阴极反应Cu22e=Cu，n(Cu2)0.1 mol，当电路中通过电子的量达到0.2 mol时，此时Cu2消耗完毕，阴极放电离子变为H，所以C错；阳极先是Cl放电，当Cl消耗完毕，此时
7、H2O电离产生的OH开始在阳极放电，SO不参与电极反应。【答案】D将含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解，且电解时间足够长。有以下结论：溶液中几乎没有Br；电解质溶液为无色；最终溶液显碱性；K、Na和SO的浓度几乎没有变化。正确的是(设Cl2、Br2全部从溶液中逸出)(A)A B仅C D均正确解析：此题电解的是混合溶液，目的是考查电解阴、阳离子的放电顺序。溶液中存在的阴离子有：Cl、Br、SO、OH，阳离子有：K、Cu2、Na、H。因用Pt电极电解足够长的时间，阴离子首先放电的是Br，其次是Cl，最后是OH，SO在溶液中不放电，阳离子先放电的是Cu2，其次是H。
8、所以先电解CuBr2，阳极逸出Br2，阴极析出Cu，当CuBr2电解完毕时，相当于继续电解HCl(H来自于水中)，当Cl被消耗尽时，则继续电解水。由于Cu2转化为单质铜，电解液变为无色；Cl放电时，水电离出的H放电，使溶液中的c(OH)增大；由于水被消耗，c(K)、c(Na)和c(SO)会增大。探究点二 用惰性电极电解电解质溶液的规律 一般而言，用惰性电极(如石墨和Pt电极)电解酸、碱、盐的水溶液时，主要有三种电解形式：电解水、电解电解质本身、电解电解质和水。其规律如下：(1)电解强碱、含氧酸、活泼金属的含氧酸盐等水溶液，实际上为电解水。(2)电解无氧酸(除氢氟酸)、不活泼金属的无氧酸盐等水溶
9、液，实际上为电解电解质本身。(3)电解活泼金属的无氧酸盐、不活泼金属的含氧酸盐等水溶液，实际上为电解电解质和水。具体情况可归纳如下：电解后溶液pH的变化规律：(1)电极区：阴极H放电产生H2，阴极区pH增大；阳极OH放电产生O2，阳极区pH减小。(2)电解质溶液：电解过程中，既产生H2，又产生O2，实质是电解水，溶液浓度增大，因而原溶液呈酸性的pH减小，原溶液呈碱性的pH增大，原溶液呈中性的pH不变。电解过程中，无H2和O2产生，pH几乎不变。电解过程中，只产生H2，溶液OH浓度增大，pH增大。电解过程中，只产生O2，溶液H浓度增大，pH减小。惰性电极电解CuSO4溶液后，用Cu(OH)2代替
10、CuO粉末加入到电解后的溶液中，能否使溶液复原？提示：不能，因为电解消耗2 mol CuSO4的同时消耗了2 mol H2O，当加入Cu(OH)2，根据H2SO4Cu(OH)2=CuSO42H2O，若要生成2 mol CuSO4，则会生成4 mol水，水量增加，溶液不能恢复原状。【例2】下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是()AHCl、CuCl2、Ba(OH)2BNaOH、CuSO4、H2SO4CNaOH、H2SO4、Ba(OH)2 DNaBr、H2SO4、Ba(OH)2【解析】电解过程中只产生氢气和氧气，因此可看作电解过程中只电解了水，即电解水型。HCl、CuCl2是电解电解
11、质型，CuSO4是放氧生酸型，NaBr是放氢生碱型。【答案】C从SO、Cl、H、Cu2中选出合适的离子组成电解质，采用碳棒作电极对其水溶液进行电解：(1)若使电解质含量减少但水量不变，可采用的电解质是CuCl2、HCl(写化学式或反应式，下同)。(2)若使电解质和水量都减少，可采用的电解质是CuSO4，其阳极的电极反应为4OH4e=2H2OO2，其总反应方程式为2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2。(3)若两极分别放出H2和O2，可采用的电解质是H2SO4。(4)若使两极分别放出气体，且体积比为11，可采用的电解质是HCl，其阴极电极反应为2H2e=H2。解析：首先明确，上述离子可组成的
12、电解质有：CuSO4、CuCl2、HCl、H2SO4四种。其次，在熟练掌握离子放电顺序的基础上要明确电解的类型：如CuCl2、HCl是电解电解质型，电解方程式：CuCl2CuCl2、2HClH2Cl2；H2SO4是电解水型，电解方程式：2H2O2H2O2；CuSO4放O2生酸型，电解方程式：2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2，其阳极电极反应式为：4OH4e=O22H2O。探究点三 电解原理的应用 (1)电解冶炼法制活泼金属：电解熔融电解质，可炼得活泼金属。如K、Na、Ca、Mg、Al等金属可通过电解其熔融的氯化物或氧化物制得。如电解冶炼铝：使用熔融Al2O3(加冰晶石助熔)电解。阳极：
13、6O212e=3O2，阴极：4Al312e=4Al，总反应式：2Al2O3(熔融)4Al3O2。(2)铜的电解精炼：电解精炼的装置如下：电解精炼原理：以粗铜(含杂质)为阳极、以纯铜为阴极，以硫酸铜溶液为电解质溶液构成电解池。a电极反应：阳极(粗铜)：Cu2e=Cu2，阴极(纯铜)：Cu22e=Cu(得纯度99.9%的精铜)。b粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等，也会同时失去电子，如：Zn2e=Zn2；Ni2e=Ni2。但是他们的阳离子比铜离子难以还原，所以它们并不在阴极获得电子析出，而只是留在电解液里
14、。而位于金属活动性顺序铜之后的银、金等杂质，因为给出电子的能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子溶解，当阳极上的铜失去电子变成离子溶解之后，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料)。(3)电解饱和食盐水实验装置和步骤(如下图)：按上图装置，在U形管里倒入饱和食盐水，插入一根石墨棒作阳极，一根石墨棒作阴极。同时在两边管中各滴入几滴酚酞试液，并用湿润的淀粉碘化钾试纸检验阳极放出的气体。接通直流电源后，注意管内发生的现象。实验原理分析：阳极(放电顺序：ClOH)：2Cl2e=Cl2(氧化反应)。阴极(放电顺序：HNa)：2H2e=H2(还原反应)。在
15、上述反应中，由于H在阴极上得到电子而生成H2，破坏了附近的水的电离平衡，促进了水继续电离，结果阴极区溶液里OH的浓度增大而呈碱性。注意：在学习电解食盐水的化学原理时，学生往往不容易理解碱为什么在阴极区生成。这点可以从H在阴极上大量被还原，从而引起水的电离平衡被破坏来分析在阴极区积累了大量OH的理由。(4)电镀：阳极材料(镀层金属)阴极材料(镀件)电解质溶液(含镀层金属离子的溶液)如在铁上镀锌：电镀池的设计如下图两极反应式：阳极：Zn2e=Zn2阴极：Zn22e=Zn1电解精炼铜时，粗铜中的杂质如何变化？提示：粗铜中往往含锌、铁、镍、金等多种金属，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动顺序表
16、中铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等，也会同时失去电子，如Zn2e=Zn2、Ni2e=Ni2。但是Zn2、Ni2、Fe2比Cu2更难被还原，所以它们并不在阴极获得电子析出，而只是留在电解质溶液里。而位于金属活动性顺序表中铜之后的金属如银、金等杂质，因为失电子能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子溶解下来，而是以金属单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料)。2电镀铜和电解精炼铜两个实验中，随着反应的进行，溶液中的Cu2各有何变化？概括电镀的特点是什么？提示：(1)电镀铜实验时，溶液中的Cu2始终恒定，而在电解精炼铜中，由于阳极上溶解的金属为Fe、Zn、N
17、i、Cu等，而在阴极上只有Cu析出，根据电子守恒，溶解的Cu的量小于析出的Cu的量，所以溶液中Cu2的浓度逐渐减小。(2)电镀特点：“一多，一少，一不变”一多指阴极上有镀层金属沉积，一少指阳极上有镀层金属溶解，一不变指电解液浓度不变。【例3】金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2Ni2FeNiCuPt)发生氧化反应，即Zn2e=Zn2，Fe2e=Fe2，Ni2e=Ni2。Cu、Pt还原性比Ni弱，不能失去电子溶解，当阳极上Ni失电子溶解后，它们以单质的形式沉淀在电解槽底，形成阳极泥。阴极上金属离子按氧化性强
18、弱的顺序(Ni2Fe2Zn2)发生还原反应，即Ni22e=Ni。Fe2、Zn2氧化性比Ni2弱，并不在阴极析出，而是留在电解液里。阳极发生氧化反应，A错误；电解过程中Zn、Fe、Ni溶解，阴极只有Ni析出，两电极质量改变不相等 ，B错误；电解液中除Fe2、Zn2外，还有Ni2，C错误。【答案】D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(B)Aa为正极，b为负极；NaClO和NaClBa为负极，b为正极；NaClO和NaClCa为阳极，b为阴极；
19、HClO和NaClDa为阴极，b为阳极；HClO和NaCl解析：本题考查电解饱和食盐水在生活中的应用。由于要制取消毒液，因此要让电解后的Cl2与NaOH充分反应生成NaCl和NaClO，故与b极相连的电极应为阳极，b为正极，与a极相连的电极为阴极，a为负极。1能用电解原理说明的问题是(D)电解是把电能转变成化学能电解是化学能转变成电能电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现任何溶液被电解时，必须导致氧化还原反应的发生ABC D解析：从能量角度看，电解是把电能转变成化学能的过程，故对、错。电解质溶液的导电过程，必将伴随着两个电极上氧化还原反应
20、的发生，同时生成新的物质，故对。某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理供给电能也可以实现，故对。所以D选项符合题意。2下列对指定电极的反应式书写不正确的是(B)A铜锌(稀硫酸作电解质溶液)原电池的负极：Zn2e=Zn2B钢铁发生电化学腐蚀的负极：Fe3e=Fe3C电解CuCl2溶液的阳极：2Cl2e=Cl2D电解熔融氧化铝的阴极：Al33e=Al解析：钢铁发生电化学腐蚀时，铁作负极只能被氧化为Fe2。3下列描述中，不符合生产实际的是(A)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，用涂镍碳钢网作阴极D在镀件上电镀锌，用锌作阳极解析：电解
21、熔融的氧化铝制取金属铝，用石墨作阳极，若用铁作阳极，铁会失电子参与反应。4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(D)Aa和b不连接时，铁片上会有金属铜析出Ba和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu22e=CuC无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色溶液变成浅绿色Da和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2向铜电极移动解析：a、b不连接时，发生化学反应FeCuSO4=FeSO4Cu，A项正确；a、b用导线连接时，构成原电池，Cu极为正极，发生反应Cu22e=Cu，B项正确；无论a和b是否连接，其总反应式均为FeCu2=Fe2Cu，C项正确；D项若按题意连接
22、，Cu为阳极、Fe为阴极，阳离子移向阴极，D项不正确。5用惰性电极实现电解，下列说法正确的是(C)A电解氢氧化钠稀溶液，溶液浓度增大，pH变小B电解氯化钠溶液，溶液浓度减小，pH不变C电解硝酸银溶液，要消耗OH，溶液pH变小D电解稀硫酸，实质是电解水，溶液pH不变解析：电解氢氧化钠相当于电解水，溶液浓度增大，pH变大；电解氯化钠生成氢氧化钠，溶液pH变大；电解稀硫酸，相当于电解水，pH变小。6用Pt作电极电解下列某种溶液，当阳极生成112 mL(标准状况)气体时，阴极上析出0.24 g金属，则该电解池中溶质可能是(A)ACuSO4BMgSO4 CAl(NO3)3DNa2SO4解析：根据阴极上析
23、出的金属，联想到放电顺序(其他选项阴极无金属析出)，直接判断出A答案。阳极生成112 mL O2时，电路中通过电子0.02 mol，A项先析出Cu后析出氢气，符合题意。7如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。(1)正极为a(填“a”或“b”)，阳极为c(填“c”或“d”)。(2)阳极电极反应式为2Cl2e=Cl2，检验该阳极产物的方法是用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近c电极处检验，试纸变蓝。(3)电解一段时间后发现阴极增重6.4 g，则外电路中通过的电子的物质的量是0.2 mol，若该电解反应所需的电子全部由氢氧燃料电池提供，则至少需要消耗2.24 L氢气(标准状况下)才能满足需要。
24、8电解原理在化学工业中有广泛应用。下图表示一个电解池，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，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则电解池中X极上的电极反应式为2H2e=H2。在X极附近观察到的现象是放出气体，溶液变红。(2)如果用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则X电极的材料是纯铜，电极反应式为Cu22e=Cu。Y电极的材料是粗铜，电极反应式为Cu2e=Cu2。(说明：杂质发生的电极反应不必写出)若测得导线中通过0.3 mol电子，此时X极增加(填“增加”或“减少”)的质量为9.6 g。解
25、析：(1)用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应：2Cl2e=Cl2；阴极反应：2H2e=H2。与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极。所以X为阴极，Y为阳极。X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H，溶液呈碱性，加入酚酞试液变成红色。(2)电解精炼Cu时，用含杂质的Cu作为阳极，纯Cu作为阴极。反应过程中阳极上Cu以及比Cu活泼的金属失去电子，成为离子进入溶液，活泼性比Cu差的金属形成阳极泥；在阴极只有Cu2能得电子成为单质，其他较活泼金属对应的离子不能得电子。根据装置图，X为阴极，Y为阳极。所以，X电极的材料是纯铜，电极反应式为Cu22e=Cu；Y电极的材料是粗铜，电极反应式为Cu2e=Cu2。当通过0.3 mol电子时，由(X)阴极反应式Cu22e=Cu可知2 mol eCu(64 g), 0.3 mol em(Cu), m(Cu)9.6 g。
