高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1电能转化为化学能—电解图文课件ppt

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2.电解与电解池(1)电解:将直流电通过熔融电解质或电解质溶液,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①定义:将电能转化为化学能的装置。②构成条件:a.直流电源以及与电源相连的两电极;b.电解质溶液或熔融电解质;c.形成闭合回路。3.电解池的工作原理(1)电极名称和电极反应式(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)
(2)三个流向①电子流向:物质在阳极失电子 电源正极;电源负极 阴极(物质在阴极得电子)②电流方向:电源正极→阳极→阴极→电源负极;③离子流向:阳离子→阴极,阴离子→阳极(“阴阳相吸”)。
注意    金属导电是物理变化,而电解质溶液导电是化学变化。
4.电解规律(1)阳极产物的判断①活性电极(除Au、Pt以外的金属材料)作阳极,电极材料失电子,生成金属阳离子。②惰性电极(Pt、Au、石墨等)作阳极,要依据阴离子的放电顺序加以判断。阴离子的放电顺序:S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子。　　S2-、I-、Br-、Cl-放电,产物一般分别是S、I2、Br2、Cl2;若OH-放电,则得到O2。(2)阴极产物的判断　　无论是惰性电极还是活性电极都不参与阴极反应,发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子放电顺序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+。　　若金属阳离子(Fe3+除外)放电,一般得到相应金属单质;若H+放电,则得到H2。
特别提醒    放电顺序本质遵循氧化还原反应的“优先规律”,即得(失)电子能力强的离子先放电。
5.电解池中电极的判断及电极反应式书写的关注点【详见定点1】6.用惰性电极电解电解质溶液【详见定点2】
1.电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气(1)实验装置 (2)实验过程探究①通电前:溶液中存在Na+、Cl-和水电离出的少量H+、OH-。②实验现象:接通电源后,连接电源正极的电极(阳极)表面有气泡冒出,产生的黄绿色气体能
使湿润的KI淀粉试纸变蓝;连接电源负极的电极(阴极)表面有气泡冒出,点燃产生的无色气体,可听到轻微爆鸣声;加有酚酞试液的电解质溶液变红。③实验分析:通电时,Na+、H+向阴极移动,OH-、Cl-向阳极移动。电极反应分别为:阳极:2Cl--2e-  Cl2↑(氧化反应);阴极:2H++2e-  H2↑(还原反应);总反应方程式:2NaCl+2H2O  2NaOH+H2↑+Cl2↑。(3)工业电解食盐水制备烧碱(氯碱工业)
 总反应为2NaCl+2H2O  2NaOH+H2↑+Cl2↑。
2.铜的电解精炼(1)装置(2)电极反应及产物分析
易错警示    阳极溶解的金属为Fe、Zn、Ni、Cu,而在阴极上只有铜析出,根据得失电子守恒,溶解的Cu的量小于析出的Cu的量,故电解前后,电解质溶液中CuSO4的浓度略减小。3.电镀(1)定义:应用电解原理,在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。(2)主要目的:提高金属的抗腐蚀能力、耐磨性能或改善金属制品的外观。(3)电解原理(以铁上镀铜为例)
知识归纳　电镀的特点:“一多、一少、一不变”(1)一多:是指阴极上有镀层金属沉积;(2)一少:是指阳极上有镀层金属溶解;(3)一不变:是指电镀前后,电解质溶液中的离子浓度保持不变。
5.电化学计算的基本方法和技巧【详见定点3】
1.电解氢氧化钠溶液实质是电解水,故溶液的pH不发生变化。这种说法正确吗? (　    ) 电解氢氧化钠溶液,溶液中水的质量减小,氢氧化钠溶液浓度增大,溶液的pH增大。2.电解精炼铜时,阴极增加的质量等于阳极减少的质量。这种说法正确吗? (　    ) 电解精炼铜时,粗铜为阳极,纯铜为阴极,阳极上粗铜中铜以及比铜活泼的金属Zn、Fe、Ni等放电,比铜活动性差的Au、Ag等以金属单质的形式沉积,形成阳极泥,阴极上析出铜,阳极溶解的金属与阴极析出的金属不完全相同,故阴极增加的质量不等于阳极减少的质量。
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。
3.用惰性电极电解硫酸铜溶液一小段时间,为了复原可加入适量Cu(OH)2。这种说法正确吗? (　    ) 用惰性电极电解电解质溶液时,若要使电解后的溶液恢复到原状态,加入的物质由电解过程中从溶液中析出的物质(以气体或固体形式脱离电解质溶液的物质)决定,应遵循“析出什么加什么,析出多少加多少”的原则。用惰性电极电解一小段时间硫酸铜溶液,阳极反应式为4OH--4e-  O2↑+2H2O,阴极反应式为2Cu2++4e-  2Cu,所以为了复原可加入适量CuO或CuCO3。4.通过分别电解熔融的MgCl2和Al2O3来制取Mg、Al,也可通过分别电解熔融的MgO和AlCl3来制取Mg、Al。这种说法正确吗? (　    ) MgO熔点很高,一般不电解熔融的MgO来制取镁;AlCl3为共价化合物,熔融状态不导电,所以电解熔融的AlCl3得不到金属铝。
5.电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料,这种说法正确吗? (　    ) 金属材料Pt和Au都是惰性电极,阴、阳两极都可用,也可用较活泼金属Zn、Fe等作阴极。
1.电解池中阴、阳极的判断
2.电极反应式书写的关注点
(1)电极材料　　若阳极是金属(Au、Pt除外),则金属一定被氧化(一般情况下,Fe被氧化为Fe2+,但具体应结合背景信息)。例如,采用如图装置制取具有广泛用途的K2FeO4,则结合电解质溶液为KOH浓溶液可知阳极反应式为Fe-6e-+8OH-  Fe +4H2O。 (2)电解质溶液的酸碱性
　　若电解质溶液呈碱性,一般用OH-或H2O来配平电荷与原子数;若电解质溶液呈酸性,一般用H+或H2O来配平电荷与原子数。如图所示用石墨作为电极电解HNO3溶液,b极有NO生成,则b极的电极反应式为N +4H++3e- NO↑+2H2O。 (3)电解质状态　　若电解质是熔融态金属氧化物或盐,一般为金属的冶炼。例如:电解熔融氧化铝制取金属铝。
特别提醒    ①书写电解池中的电极反应式时,如果实际放电的离子来自弱电解质的电离,应用弱电解质的化学式表示,在书写总反应的离子方程式时,也要使用弱电解质的化学式。如电解水时,阳极反应式为2H2O-4e-  O2↑+4H+。②要确保两极电子转移数目相等才能将两极的电极反应式相加得总反应式,且总反应式中应注明条件“通电”。
典例　采用惰性电极,以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如下图所示。忽略温度变化的影响,下列说法错误的是 (　    ) A.阳极的电极反应为2H2O-4e-  4H++O2↑B.电解一段时间后,阳极室的酸碱性不变C.电解过程中,H+由a极区向b极区迁移D.电解一段时间后,a极生成的O2与b极反应的O2等量
2.电解后电解质溶液pH的变化(1)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(饱和溶液除外),因而原溶液若呈酸性,则pH变小;原溶液若呈碱性,则pH变大;原溶液若呈中性,则pH不变。(2)电解过程中,产生H2(不产生O2),溶液中OH-浓度增大,pH变大。(3)电解过程中,产生O2(不产生H2),溶液中H+浓度增大,pH变小。
典例　LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿(MnCO3)制备LiMn2O4的流程中,需要将MnSO4溶液(呈弱酸性)置于电解槽中电解得到MnO2,装置如图所示。下列说法错误的是 (　    ) A.电解过程中为了保证电解液成分稳定,应不断补充Mn(OH)2B.电解槽中,阳极的电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O  MnO2+4H+C.一段时间后,电解液酸性减弱D.在电解槽中,发生电解反应的离子方程式为Mn2++2H2O  MnO2+2H++H2↑
思路点拨：先根据题干信息分析元素化合价的变化,写出阴、阳两极的电极反应式,再判断溶液成分变化及电极附近溶液的酸碱性变化。
解析：破题流程:根据以上分析知C错误,A、B、D正确。
　　原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算,溶液的pH计算,相对原子质量的计算等。通常有下列三种方法。1.根据得失电子守恒计算①用于串联电路中阴、阳两极产物或正、负两极产物的量的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。②用于混合溶液中电解的分阶段计算。2.根据总反应式计算　　先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列比例式计算。3.根据关系式计算　　运用得失电子守恒建立已知量与未知量之间的关系式。如以通过4 ml e-为桥梁可构建电极产物间如下关系式:
熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
典例　电化学知识在物质制备领域的应用前景较好。按如图1所示装置进行电解,A、B、C、D均为铂电极,回答下列问题。 图1已知一:甲槽电解的是200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4的混合溶液,理论上两极所得气体体积随时间变化的关系如图2所示(气体体积已换算成标准状况下的体积,电解前后溶液的体积变化忽略不计)。
 图2(1)原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为　　    ml·L-1,CuSO4的物质的量浓度为　　　    ml·L-1。已知二:乙槽电解的是200 mL CuSO4溶液。
(2)若通电一段时间后,向乙槽溶液中加入0.2 ml Cu(OH)2才能恰好恢复到电解前的浓度,则电解过程中转移的电子数为　　　    (用NA表示阿伏加德罗常数的值)。
思路点拨：电化学反应是氧化还原反应,无论是单一电解池还是串联电解池,各电极上转移电子的物质的量相等。
解析：(1) t1 s时产生224 mL气体,由分析知为0.01 ml Cl2,则原混合溶液中n(Cl-)=0.02 ml,原混合溶液中c(NaCl)= =0.1 ml·L-1;t2 s时产生(336-224) mL=112 mL O2(0.005 ml),此时电路中转