1、第2课时 电能转化为化学能 1.通过对电解氯化铜溶液的实验探究，认识电能转化为化学能的装置。2.初步认识电解反应原理。3.能够正确书写电极反应式。4.能根据原电池、电解池的构成条件识别原电池、电解池。5.认识电解原理在电解饱和食盐水、电解氧化铝、电镀和铜的电解精炼中的应用。6.了解可用电解法制备一些活泼金属单质和非金属单质。一、电解池 1.电解池：将_转化为_的装置。2.电解池的四个构成条件：(1)两个电极。(2)电解质溶液或熔融电解质。(3)直流电源。(4)构成闭合回路。电能 化学能 3.电解原理(以惰性电极电解氯化铜溶液为例)：电极名称 阳极 阴极 电极判断 与电源_相连 与电源_相连 现
2、 象 产生_ _ 电极上有_ 析出 正极 负极 黄绿色有刺激性 气味的气体 红色物质 电极名称 阳极 阴极 反应类型 _电子，发生_反应 _电子，发生_反应 电极反应 _ _ 总反应式 _ 粒子流向 外电路：电子由_流入_，_流入_;内电路：阳离子移向_，阴离子移向_ 通电=CuCl2 Cu+Cl2 失 氧化 还原 2Cl-2e-=Cl2 Cu2+2e-=Cu 负极 阳极 正极 阴极 阳极 得 阴极 二、电解的应用 1.制备物质：用电解法可制备Na、Mg、Al、F2、Cl2等活泼的金 属和非金属等。(1)电解NaCl溶液制备烧碱、H2、Cl2：反应可表示为_。(2)电解熔融的氧化铝获取铝：反应
3、可表示为_。(3)电解熔融的氯化镁获取镁：反应可表示为_。通电=2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2+H2 通电=2Al2O3(熔融)4Al+3O2 通电=MgCl2(熔融)Mg+Cl2 2.电镀：利用电解原理可以对某些器件进行电镀。3.铜的电解精炼：(1)构成：(2)电极反应：阳极：_、_等。阴极：_。(3)反应特点：比铜_的金属：以阳离子形式存在于溶液中。比铜_的金属：形成阳极泥。电解过程中电解质溶液浓度降低，需及时补充。粗铜 纯铜 硫酸酸化的硫酸铜溶液 Zn-2e-=Zn2+Cu-2e-=Cu2+Cu2+2e-=Cu 活泼 不活泼【思考辨析】1.判断正误：(1)电解池中的两个电极活泼
4、性一定不同。()分析：电解池中的两个电极的活泼性可以不同，也可以相同，但必须是导体。(2)电解池的阳极失电子，发生氧化反应。()分析：电解池的阳极连接电源正极，失电子，发生氧化反应。(3)原电池放电和电解池充电互为可逆反应。()分析：原电池放电是将化学能转化为电能，电解池是将电能转 化为化学能，二者是一个相反的过程，但反应条件不同，不是 同时进行的，故不属于可逆反应。(4)电镀时应把镀件金属作为阴极材料。()分析：电解池中阴极发生还原反应，镀层离子在阴极上得电子 被还原，生成致密的镀层。(5)电解精炼铜时，电解液的浓度保持不变。()分析：电解精炼铜时阳极的粗铜中含有比铜活泼的金属，当它 们失去
5、电子时，阴极上也有铜析出，故溶液中的铜离子的浓度 会减小。2.问题思考：(1)电解质溶液的导电与金属导电相对比有何不同?分析：电解质溶液导电是通过阴、阳离子的定向移动完成的，导电过程中两个电极上发生化学反应，是化学变化;金属导电是通过自由电子的定向移动实现的，导电过程中没有新物质生成，是物理过程。(2)电解过程中阴、阳离子的移动方向与在原电池中的一样吗?试分析说明。分析：不一样。原电池中：阳离子正极，阴离子负极;电解池中：阳离子阴极(与电源负极相连)，阴离子阳极(与电源正极相连)。【知识链接】惰性电极 在电解池中，电极本身不参与反应的电极称为惰性电极，只起传递电子的作用;反之称为非惰性电极。石
6、墨、铂等电极为惰性电极，其他电极一般为非惰性电极。电镀 利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀时，镀层金属作阳极，待镀的器件作阴极，含镀层金属阳离子的溶液作电镀液，镀层金属的阳离子在待镀器件表面被还原形成镀层，从而起到防止腐蚀，提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。一、电解池中的电极反应 1.电极反应：(1)电极的确定：根据电源正负极判断 与电源正极相连的是阳极;与电源负极相连的是阴极。根据反应类型判断 发生氧化反应的是阳极;发生还原反应的是阴极。根据电流方向判断 电流流入的极是阳极;电流流出的极是阴极。根据离子流向判断：阴离子不断移向的是阳极;阳离子不断移向的
7、是阴极。(2)电极反应的确定：阳极：若为活泼电极(除Au、Pt、石墨以外的金属材料)，则电极材料失去电子变成金属阳离子，发生氧化反应。若为惰性电极，则是溶液中的阴离子移向阳极，失去电子，发生氧化反应。阴极：溶液中的阳离子移向阴极，得到电子，发生还原反应。2.电解反应方程式的书写：(1)写出两电极反应式。(2)在确保两极电子转移数目相同的条件下，将两电极反应式合并即得总反应式。(3)总反应式要注明条件：通电。【知识备选】电解中离子放电的顺序(1)阴离子放电顺序：(2)阳离子放电顺序：【学而后思】(1)电解池两极转移的电子数有何关系?提示：电解池中，阳极上失去电子发生氧化反应，阴极上得到电子发生还
8、原反应，根据氧化还原反应中电子守恒定律知，阴极上得电子总数与阳极上失电子总数相等。(2)若在铁片上电镀铜，怎样选择电极材料和电解质溶液?提示：电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应。若在铁片上镀铜，就是使Cu2+在铁片上还原析出，故铁片应为电解池的阴极，电解质溶液应是含Cu2+的溶液(如CuSO4溶液)，为保持溶液中Cu2+的浓度不变，阳极材料应用单质铜。二、原电池与电解池的比较 内容 原电池 电解池 能量转化 化学能转化为电能 电能转化为化学能 构成条件 活泼性不同的两电极 电极插入电解质溶液并可与其自发反应 形成闭合回路 两电极接直流电源 两电极插入电解质溶液 形成闭合回路 内容
9、原电池 电解池 电极反应 负极：失电子，发生氧化反应 阳极：失电子，发生氧化反应 正极：得电子，发生还原反应 阴极：得电子，发生还原反应 电极判断 负极：较活泼或失电子、发生氧化反应的一极 阳极：与电源正极相连或失电子、发生氧化反应的一极 正极：不活泼或得电子、发生还原反应的一极 阴极：与电源负极相连或得电子、发生还原反应的一极 内容 原电池 电解池 粒子流向 电子 负极导线正极 电源负极导线阴极;阳极导线电源正极 溶液中离子 阳离子移向正极;阴离子移向负极 阳离子移向阴极;阴离子移向阳极【学而后思】(1)如何判断装置是电解池还是原电池?提示：若无外接电源，可能是原电池，然后根据电池的形成条件
10、判定。若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，若阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同则为电镀池。若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。(2)如何判断装置是电镀池还是电解精炼池?提示：两极材料不同，且阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同的为电镀池;两极材料相同，且阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同的为电解精炼池。类型 一 电解池原理 【典例】(2013温州高一检测)如图是电解NaCl溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关的判断错误的是()A.a为正极、b为负极 B.c为阳极、d为阴极 C.电解过程中，溶液的碱性逐渐增强
11、 D.电解过程中，将湿润淀粉KI试纸靠近d电极，看到试纸变蓝【解题指南】解答本题注意以下两点：(1)根据电流方向准确判断电源的正负极。(2)根据溶液中的离子的放电顺序准确推断出阴阳两极上的电极反应及现象。【解析】选D。根据电流方向可知a为电源正极，b为电源负极。c极与电源正极相连，为电解池的阳极，发生氧化反应，对应的电极反应为2Cl-2e-=Cl2，将湿润淀粉KI试纸靠近c电极，看到试纸变蓝;d极与直流电源的负极相连，为电解池的阴极，发生还原反应，对应的电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2，所以电解后溶液的碱性增强。【名师点评】讲解本题时应注意讲清以下3点：(1)强调学生必须明确外接电源
12、与电解池的阴阳极的对应关系，即与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极。(2)明确在电解中一些常见离子的放电顺序。(3)熟记电解池电极的反应类型：阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。【方法规律】用惰性电极电解溶液时，离子的放电顺序(1)阳极：按照阴离子的还原性顺序放电：S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子()F-。(2)阴极：按照阳离子的氧化性顺序放电：Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+。22343NOSOCO、【变式训练】(双选)关于用惰性电极电解CuCl2溶液的实验的说法正确的是()A.溶液中Cu2+向阳极移动，Cl-向阴极移动 B.阳极上发生还原反应，阴极上发生
13、氧化反应 C.阴极反应：Cu2+2e-=Cu D.可以用湿润的KI-淀粉试纸检验阳极产生的气体为Cl2【解析】选C、D。溶液中Cu2+向阴极移动，Cl-向阳极移动，A错误;阴极发生还原反应：Cu2+2e-=Cu，阳极发生氧化反应：2Cl-2e-=Cl2，可以用湿润的KI-淀粉试纸检验阳极产生的气体Cl2，故B错误，C、D正确。【变式备选】现将氯化铝溶液蒸干灼烧并熔融后用铂电极进行电解，下列有关电极产物的判断正确的是()A.阴极产物是氢气 B.阳极产物是氧气 C.阴极产物是铝和氧气 D.阳极产物只有氯气【解析】选B。将氯化铝溶液蒸干灼烧得到Al2O3，电解熔融的Al2O3，阳极为O2-放电，阳极
14、产物为氧气;阴极为Al3+放电，阴极产物为Al。类型 二 电解池原理的应用 【典例】(2013余姚高一检测)电解原理在化学工业中有广泛 应用。如图表示一个电解池，装有电解液a;X、Y是两电极板，通过导线与直流电源相连。回答以下问题：(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和CuCl2溶液，则 电解池中Y极上的电极反应式为 。检验Y电极反应产物的方法是 。当导线上通过3.011023个电子时，X电极生成的物质的质量为 。(2)如要用电解方法精炼粗铜，电解质溶液a选用CuSO4溶液，则 X的电极材料是 ，电极反应式为 。Y的电极材料是 ，电极反应式为 。(说明：杂质发生的电极反应不必写出)【解析】(1)
15、该装置为利用惰性电极电解CuCl2溶液的实验装 置，其中X极为阴极，Y极为阳极。其电极反应式为：阳极(Y 极)2Cl-2e-=Cl2，阴极(X极)Cu2+2e-=Cu，电解总反 应式CuCl2 Cu+Cl2。由以上电极反应式可得知在Y极附 近有Cl2产生，可以把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近检 验Cl2的产生，若试纸变蓝，说明有Cl2产生。当导线上通过 3.011023个电子时，其物质的量为0.5 mol，根据电子转移 守恒，X电极生成0.25 mol Cu，质量为16 g。通电=(2)根据电解精炼铜装置的构成可知：粗铜作为阳极材料，纯 铜作为阴极材料，含有铜离子的可溶性盐溶液作为电解液。
16、因此 电极X作为阴极，其材料为纯铜，电极反应为Cu2+2e-=Cu;电极Y作为阳极，其材料应为粗铜，电极反应为Cu-2e-=Cu2+。答案：(1)2Cl-2e-=Cl2 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色 16 g(2)纯铜 Cu2+2e-=Cu 粗铜 Cu-2e-=Cu2+【变式训练】(2013蚌埠高一检测)下列关于电解法精炼粗铜的叙述中不正确的是()A.粗铜板作阳极 B.电解时，阳极发生氧化反应，而阴极发生的反应为 Cu2+2e-=Cu C.粗铜中所含Ni、Fe、Zn等金属杂质，电解后以单质形式沉积槽底，形成阳极泥 D.电解铜的纯度可达99.95%99.98%【解析】选C。电
17、解法精炼粗铜时以粗铜为阳极，发生反应 Cu-2e-=Cu2+，在此以前由于粗铜中的Ni、Fe、Zn均比铜容易失去电子，这些金属首先失去电子变成Ni2+、Fe2+、Zn2+进入溶液，而其中的金、银等活动性较弱的金属在阳极沉积下来，形成阳极泥。以纯铜为阴极，电极反应为Cu2+2e-=Cu，而Ni2+、Fe2+、Zn2+得电子能力弱于Cu2+，这些金属离子不可能重新变成金属，最后存在于电解质溶液中。经电解精炼铜后，铜的纯度高达99.95%99.98%。类型 三 电解池与原电池的比较 【典例】在一个U形管里盛有氯化铜溶液，并插入两块锌片作电极，按如图连接：(1)如果把开关K接A，该装置应是 ，Zn()
18、极是 极，电极反应式为 。(2)上述反应进行5 min后，置换开关K至C，则该装置是 ，Zn()极是 极，电极反应式是 。(3)上述装置进行2 min后，再置换开关K至B，则Zn()极发生反应的化学方程式为 ，Zn()极发生的有关电化学的反应方程式为 。【解析】(1)开关K接A时，有外接电源连入，应为电解池，Zn()极与电源的正极相连，为电解池的阳极，其电极反应式为Zn-2e-=Zn2+;而Zn()极与电源的负极相连，为电解池的阴极，其电极反应式为Cu2+2e-=Cu;(2)由第(1)问知，在Zn()极上有铜析出，当置换开关K至C时，会形成铜锌原电池。Zn()极为铜电极，应为原电池的正极，其电
19、极反应式为Cu2+2e-=Cu;(3)当上述装置进行2 min后，再置换开关K至B时，Zn()极直接与氯化铜溶液发生如下反应：CuCl2+Zn=Cu+ZnCl2;而此时Zn()极上由于有铜析出，会形成铜锌原电池。其正极反应式为Cu2+2e-=Cu，负极反应式为Zn-2e-=Zn2+。答案：(1)电解池 阳 Zn-2e-=Zn2+(2)原电池 正 Cu2+2e-=Cu(3)Zn+CuCl2=Cu+ZnCl2 负极：Zn-2e-=Zn2+，正极：Cu2+2e-=Cu【互动探究】(1)当开关K接A时，若将Zn()极的电极材料改为石墨电极，反应中的现象有哪些?提示：开关K接A时，有外接电源连入，应为电
20、解池，将Zn()极的电极材料改为石墨电极，由于该电极与电源正极相连，则电解池的阳极为惰性电极，阳极反应式为2Cl-2e-=Cl2，阴极反应式为Cu2+2e-=Cu;故有如下现象：Zn()极上有红色物质析出，阳极上有黄绿色气体产生，蓝色溶液的颜色变浅。(2)当开关K接A时，线路中转移4 mol电子，Zn()极上产生物质的质量为多少?提示：开关K接A时，有外接电源连入，应为电解池，Zn()极为阴极，其电极反应式为Cu2+2e-=Cu，又知线路中转移的电子与阴极上得到的电子相等，则由电极反应式可得，析出铜的物质的量为2 mol，其质量为128 g。1.下列关于电解池的叙述中，不正确的是()A.与电源
21、正极相连的是电解池的阴极 B.与电源负极相接的是电解池的阴极 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向电解池的阴极【解析】选A。与电源正极相连的是电解池的阳极。2.电解池中，阳极的电极材料一定()A.发生氧化反应 B.与电源正极相连 C.是铂电极 D.得电子【解析】选B。阳极材料若为活泼金属将直接失去电子发生氧化反应，若为惰性材料，则电极材料不发生反应;阳极的电极材料一定是与电源的正极相连，故选B。3.如图所示的装置能够组成电解池的是()【解析】选C。根据电解池的形成条件一一对比判断。构成电 解池的条件：外加直流电源，连接固体电极材料，并且与电解 质溶液构成闭合回路。4.
22、关于惰性电极电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是()A.在电解过程中H+向阴极移动，Cl-向阳极移动 B.电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠 C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色 D.电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性【解析】选A。电解氯化钠水溶液，阳极Cl-放电生成氯气;阴极H+放电，生成氢气，B错;阴极附近由于H+减少，余下大量 OH-，溶液显碱性，遇酚酞变红，C错;电解一段时间后溶液呈碱性，D错。5.甲、乙两池电极材料都是铁棒与碳棒(如图)。请回答下列问题：(1)若两池中均盛放CuSO4溶液，反应一段时间后：有红色物质析出的是：甲池中的 棒;乙
23、池中的 棒。在乙池中阳极的电极反应式是 。(2)若两池中均盛放饱和NaCl溶液：写出乙池中总反应的离子方程式：。将湿润的KI-淀粉试纸放在乙池附近，发现试纸变蓝，待一段时间后又发现蓝色褪去。这是因为过量的Cl2将生成的I2氧化。若反应的Cl2和I2的物质的量之比为51，且生成两种酸，则该反应的化学方程式为 。【解析】(1)铜析出的电极反应式为Cu2+2e-=Cu，故应为原电池的正极或电解池的阴极。甲为原电池，Fe比C活泼，Fe为负极，C为正极，乙为电解池，由电子的流向，可判断Fe为阴极，C为阳极;故有红色物质析出的是：甲池中的碳棒;乙池中的铁棒。乙池中阳极的电极反应式为4OH-4e-=2H2O
24、+O2。(2)乙为电解池，C为阳极，为惰性电极，电解质溶液为饱和 NaCl溶液，则该电解总反应的离子方程式为2Cl-+2H2O H2+Cl2+2OH-;Cl2为氧化剂，其产物为HCl，则5 mol Cl2完 全反应得到10 mol电子，I2被氧化，假设其产物中的碘元素价 态为m，则由得失电子守恒可得：10 mol=1 mol2(m-0)，m=5，则其对应的产物为HIO3，则其反应方程式为 5Cl2+I2+6H2O=10HCl+2HIO3。通电=答案：(1)碳 铁 4OH-4e-=2H2O+O2(2)2Cl-+2H2O H2+Cl2+2OH-5Cl2+I2+6H2O=10HCl+2HIO3 通电
25、=电解饱和食盐水的实验探究 从下图选择必要的装置可进行电解饱和食盐水及产物体积测定、产物验证的实验。请结合电解原理及相关物质的性质思考以下问题：(1)A极和B极发生的电极反应式分别是什么?提示：A极铁棒只能作阴极，产生H2，电极反应式为 2H+2e-=H2;B极为阳极，产生Cl2，电极反应式为 2Cl-2e-=Cl2。(2)用上述气体实验装置制取0.002 mol H2时，各仪器接口的正确连接顺序是什么?提示：A极为阴极，产生H2，测定氢气的体积可以用排水法，而最后产生氢气的体积为44.8 mL，所以应该选择100 mL的量筒，连接顺序应为A接G、F接H。(3)用于检验产物氯气的装置应如何连接?提示：检验Cl2可以用淀粉KI溶液，最后将多余的Cl2用NaOH溶液吸收，防止污染空气，所以连接顺序应为B接D、E接C。(4)证明产物中有氯气的实验现象是什么?提示：氯气可将碘离子氧化为碘单质，淀粉遇碘单质变蓝色。故证明产物中有氯气的实验现象为淀粉KI溶液变蓝色。