1、专题二化学反应与能量转化第三单元 化学能与电能的转化第3课时 电能转化为化学能课时作业01课前自主学习02课堂互动探究03随堂基础巩固一、电解池1定义将转化为的装置叫做电解池。2电解池的构成条件(1)；(2)；(3)；以上三部分形成。电能化学能两个相同或不同的电极外接直流电源电解质溶液闭合回路3电解原理电子从外接电源的流出，经到达电解池的，电解质溶液中的离子移向阴极，氧化性强的离子在极电子而被发生反应；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极上电子(也可能是阳极很活泼而本身失去电子)而被发生反应，这样电子又从电解池的阳极流出，沿流回外接直流电源的极。负极导线阴极阳阴获得还
2、原还原阳失去氧化氧化导线正4电子流向从电源极流向极，电解质溶液中的离子移向阳极，电子自阳极流入电源极，形成闭合回路。5电极反应及电极的判断(1)阳极：与电源极相连，溶液中离子移向此极，电子，发生反应。(2)阴极：与电源极相连，溶液中离子移向此极，电子，发生反应。负阴阴正正阴失去氧化负阳得到还原二、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：作阳极，铁作阴极，作电解质溶液。电解过程中主要的电极反应为：阳极(碳)：；阴极(铁)：；电解总反应：。石墨棒饱和食盐水2Cl2e=Cl22H2e=H22NaCl2H2O=通电 Cl2H22NaOH2电解精炼铜电解池构成：阳极为；阴极为；电解质溶液为
3、。电解过程中主要的电极反应为：阳极：(反应)；阴极：(反应)。最终纯铜在阴极析出，粗铜全部溶解，电解质溶液浓度。粗铜(待精炼的铜)纯铜硫酸酸化的硫酸铜溶液Cu2e=Cu2氧化Cu22e=Cu还原基本保持不变3制备 Na、Mg、Al、F2 等活泼金属和非金属(1)制取钠；(2)制取铝。2NaCl(熔融)=通电 2NaCl22Al2O3(熔融)=通电 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
4、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)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
5、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)，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
6、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()DA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，SO24 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
7、。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 H2O 电离产生的 OH开始在阳极放电，SO24 不参与电极反应。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 SO24 的浓度几乎没有变化。正确的是(设 Cl2、Br2 全部从溶液中逸出)()AB仅CD均正确A解析：此题电解的是混合溶液，目的是
8、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、SO24、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，SO24在溶液中不放电，阳离子先放电的是 Cu2，其次是 H。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(SO24)会增大。探究点二 用惰性
9、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，
10、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 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，
11、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)2 BNaOH、CuSO4、H2SO4CNaOH、H2SO4、Ba(OH)2DNaBr、H2SO4、Ba(OH)2C【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 是电解电解质型，CuSO4 是放氧生酸型，NaBr 是放氢生碱型。从 SO24、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(写化学式或反应式，
12、下同)。(2)若使电解质和水量都减少，可采用的电解质是，其阳极的电极反应为，其总反应方程式为。CuCl2、HClCuSO44OH4e=2H2OO22CuSO42H2O=电解 2Cu2H2SO4O2(3)若两极分别放出 H2 和 O2，可采用的电解质是。(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，其阴极电极反应为。H2SO4HCl2H2e=H2解析：首先明确，上述离子可组成的电解质有：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：CuCl2=电解 CuCl2、2HCl
13、=电解 H2Cl2；H2SO4 是电解水型，电解方程式：2H2O=电解 2H2O2；CuSO4 放 O2 生酸型，电解方程式：2CuSO42H2O=电解 2Cu2H2SO4O2，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：6O212e=3O2，阴极：4Al312e=4Al，总反应式：2Al2O3(熔融)=电解冰晶石4Al3O2。(2)铜的电解精炼：电解精炼的装置如下：电解精
14、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。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
15、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
16、。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、F
17、e2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、Ni、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
18、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弱的顺序(Ni2Fe2Zn2)发生还原反应，即 Ni22e=Ni。Fe2、
19、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。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()BAa 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；HClO 和 NaClDa 为阴极，b
20、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()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A BCDD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的发生，同
21、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()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。B3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：电解熔融
22、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。A4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()DAa 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
23、FeCu2=Fe2Cu，C 项正确；D 项若按题意连接，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()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。C6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
24、溶质可能是()ACuSO4 BMgSO4CAl(NO3)3 DNa2SO4解析：根据阴极上析出的金属，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。A7如图是电解 CuCl2 溶液的装置，其中 c、d 为石墨电极。(1)正极为(填“a”或“b”)，阳极为(填“c”或“d”)。(2)阳极电极反应式为，检验该阳极产物的方法是。(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 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
25、 L 氢气(标准状况下)才能满足需要。ac2Cl2e=Cl2用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近 c 电极处检验，试纸变蓝0.22.248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。在 X 极附近观察到的现象是。2H2e=H2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，电极反应式为。Y 电极的材料是，电极反应式为。(说明：杂
26、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(填“增加”或“减少”)的质量为 g。纯铜Cu22e=Cu粗铜Cu2e=Cu2增加9.6解析：(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)64 g0.3 mol2 mol9.6 g。温示提馨请 做：课时作业 14PPT文稿（点击进入）