1、第第 2 节节 电能转化为化学能电能转化为化学能电解电解 第 1 课时 电解的原理 目标导航 预习导引 1.了解电解过程中能量的转化形式。 2.了解电解池的构造特点和工作原理,能正确书写电解池的电 极反应式和电解的总方程式 1.了解电解池的构造特点和工作原理。 2.能正确书写电解池的电极反应式和电解的总方程式,掌握电 子转移与氧化还原的关系。 3.准确判断电解池中电极材料的特点、阴阳离子的放电顺序 及产物 目标导航 预习导引 1.让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质,在两电极上分别发 生氧化反应和还原反应的过程叫做电解。在日常生活中,人们常常 需要通过电解使许多不能自发进行的反应顺利进行,电解
2、过程中电 能转化为化学能。人们把将电能转化为化学能的装置称为电解池。 2.构成电解池的条件 (1)两个相同或不同的电极;(2)外接直流电源;(3)电解质溶液或熔 融的电解质,以上三部分形成闭合回路。 目标导航 预习导引 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.电极的判断及电极反应 (
3、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。 目标导航 预习导引 预习交流1 如何确定电解池的阴阳极? 答案：电解池的两极可由电解池中的电极与电源正、负极的连 接情况直接判断:与电源正极相连的电极为电解池的阳极; 与电源 负极相连的电极为电解池的阴极。如果装置中未标有电源的正、 负极,可由两极的反应来判定:发生氧化反应的为阳极,发生还原反 应的为阴极。即: 目标导航 预习导引 预习交流2 如何书写电解池中电极反应式和总反应式? 答案：电解池中电极反应式和总反应式书写可按以下四步: 分析阳
4、极是活性材料还是惰性材料。 分析溶液中所有阴、阳离子,并按放电顺序排序。 得电子能力强的阳离子、失电子能力强的阴离子(或活性电极) 先放电。 阴、阳两极电极反应式相加(分析放电离子来源物质,以物质 代替离子)即得电解总反应式。 问题导学 即时检测 一 二 一、电解池的基本工作原理 活动与探究 工业上可以用电解熔融氯化钠的方式生产金属钠,如图所示。容 器中盛有熔融的氯化钠,用石墨和铁皮作电极,两电极分别与电源 的正极和负极相连。请回答以下问题: 问题导学 即时检测 一 二 (1)通电前,熔融氯化钠中存在哪些离子?这些离子的运动情况怎 样? (2)通电后,外电路上的电子流动方向怎样? (3)接通电
5、源后,熔融氯化钠中Na+、Cl-各向哪个方向运动? (4)移到两极表面的Na+、Cl-将发生什么变化? 答案：(1)在熔融NaCl中,存在自由移动的Na+和Cl-。(2)通电后, 电子由电源的负极流出,在铁电极上被Na+获得,Cl-在石墨电极上失 去电子,电子沿导线流入电源正极。(3)由于正负电荷相互吸引,Na+ 要移向铁电极,Cl-要移向石墨电极。(4)Na+在铁电极上得到电 子,Na+e- Na,发生还原反应。Cl-在石墨电极上失去电子,2Cl- 2e- Cl2,发生氧化反应。为了维持电流,Cl-不断地定向移动到 石墨电极上失去电子,这样在通电的情况下NaCl就分解成了Na和 Cl2,电能
6、就转化为化学能储存到Na和Cl2里面了。 问题导学 即时检测 一 二 思考与交流 同学们能够结合电解熔融的氯化钠说出什么是电解、电解池以 及如何判断电极和电极产物吗? 答案：使电流通过电解质溶液在阴、阳两极引起氧化还原反应 的过程叫做电解。这种把电能转变为化学能的装置叫做电解池。 电解池两极的判断: 问题导学 即时检测 一 二 阳极产物的判断: 活性电极(金属活动性顺序中Ag以前的),则电极材料失电子,电极 被溶解,溶液中的阴离子不失电子。 惰性电极(Pt、Au、石墨),则要看溶液中离子的失电子能力,常见 阴离子放电顺序为S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子,此时根据阴 离子放电顺序加以判
7、断。 阴极产物的判断: 直接根据阳离子放电顺序进行判断,阳离子放电顺序与金属活动 顺序相反,常见为Ag+Fe3+Cu2+H+。 问题导学 即时检测 一 二 电解质溶液的导电过程,就是该溶液的电解过程。 电解质溶液的导电过程发生化学变化。 电解池的阴阳极取决于外接电源的正负极,与电极材料的金属 活动性无关。 阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。 电解池中,阴离子移向阳极,阳离子移向阴极。 问题导学 即时检测 一 二 二、电解的有关计算 活动与探究 500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c( )=6 mol L-1,用石 墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到22.4 L
8、气体 (标准状况),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法中不正确的 是( ) A.原混合溶液中c(K+)为2 mol L-1 B.上述电解过程中共转移4 mol电子 C.电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol D.电解后溶液中c(H+)为4 mol L-1 答案：C NO3 - 问题导学 即时检测 一 二 迁移与应用 例题将含有0.4 mol CuSO4和0.2 mol NaCl的水溶液1 L,用惰性电 极电解一段时间后,在一个电极上得到0.3 mol Cu,若不考虑气体的 溶解,则另一个电极上析出气体在标准状况下的体积为( ) (导 学号52160012) A.4.48 L B.5
9、.6 L C.6.72 L D.13.44 L 解析：阴极反应为 Cu2+2e-Cu,因为反应的 n(Cu2+)=0.3 mol, 而电解质溶液中 n(Cu2+)的总量为 0.4 mol,说明 Cu2+过量,电解中共 转移 0.6 mol 电子。由电子守恒可知,阳极上的反应应失去 0.6 mol 电子。阳极首先发生 2Cl-2e-Cl2,因为 0.2 mol Cl-只能失去 0.2 mol 电子,另外 0.4 mol 电子只能由水电离出的 OH-失去,阳极反应还 有 4OH-4e-2H2O+O2,则阳极共放出气体体积:(0.1 mol+0.1 mol) 22.4 L mol-1=4.48 L,
10、故应选 A。 答案：A 问题导学 即时检测 一 二 迁移训练1用石墨电极电解100 mL H2SO4和CuSO4的混合溶液, 通电一段时间后,两极均收集到2.24 L气体(标准状况下),原混合溶 液中Cu2+的物质的量浓度为 ( ) A.1 mol L-1 B.2 mol L-1 C.3 mol L-1 D.4 mol L-1 答案：A 迁移训练2将分别盛有饱和KCl溶液和CuSO4溶液的两个电解槽 (电极均为石墨电极)串联,通电一段时间后,在甲池(饱和KCl溶液) 的阳极收集到1.12 L气体(标准状况下),如果乙池溶液(CuSO4溶液) 的体积为1 L,则电解后乙池溶液的c(H+)为 mo
11、l L-1(电解 过程中溶液体积不变)。 答案：0.1 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 6 1.用铂电极(惰性)电解下列溶液时,阴极和阳极上的主要产物分别 是H2和O2的是( ) A.稀NaOH溶液 B.HCl溶液 C.CuSO4溶液 D.酸性AgNO3溶液 解析：根据阴离子、阳离子的放电顺序,由阴极和阳极上的主要产 物分别是H2和O2可知,溶液中存在的阳离子放电顺序肯定在H+之 后;溶液中存在的阴离子放电顺序也肯定也在OH之后。B的电极 产物是氢气和氯气;C的电极产物是Cu和氧气;D的电极产物是银和 氧气。所以答案选择A。 答案：A 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 6 2.下
12、列叙述中不正确的是( ) A.电解池的阳极上发生氧化反应,阴极上发生还原反应 B.直流电源与电解池连接后,电子从电源负极流向电解池阳极 C.电解质溶液中的阴离子移向电解池的阳极 D.电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极 解析：根据电解原理,原电池(直流电源)跟电解池连接后,电子从电 池负极沿导线流向电解池阴极。对电解池的阴阳两极的记忆,可用 音同字不同加强记忆,如可用“氧化反应阳极”这一对应关系帮 助记忆。也可以用外接电源的正负极来判断电解池两个电极是阳 极还是阴极,如“正极阳极”,“负极阴极”。 答案：B 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 6 3.如图是电解CuCl2溶液的装置,其中
13、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：电流从电源的正极流出,故a为电源的正极,b为负极;与电源 正极相连的c为阳极,与电源负极相连的d为阴极。在电解过程 中,Cu2+移向阴极d,在阴极放电析出Cu,所以d电极质量增加;Cl-移向 阳极c,在阳极放电析出Cl2,溶液中氯离子浓度降低。 答案：C 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 6 4.用石墨作电极,电解1 mol L-1下列物质的溶液,电解完毕,溶液的酸 碱度保持不变的是( ) (导学号52160013) A.
14、HCl B.NaOH C.Na2SO4 D.NaCl 解析：电解HCl溶液生成H2、Cl2,溶液酸性降低;电解NaOH、NaCl 溶液c(OH-)都增大,碱性增强;电解Na2SO4溶液即为电解水,酸碱性 不变。 答案：C 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 6 5.用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净 物(方括号内的物质),能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是( ) A.AgNO3AgNO3 B.NaOHH2O C.KClKCl D.CuSO4Cu(OH)2 解析：A 项:4AgNO3+2H2O4Ag+O2+4HNO3,脱离反应体系的 物质是 4Ag+O2,相当于 2Ag2
15、O,所以应当加入适量 Ag2O 才能复原 (加入 AgNO3,会使 NO3 - 的量增加);B 项:2H2O2H2+O2,脱离反 应体系的是 2H2+O2,相当于 2H2O,加入适量水可以复原;C 项:2KCl+2H2O2KOH+H2+Cl2,脱离反应体系的是 H2+Cl2,相 当于 2HCl,应通入适量 HCl 气体才能复原(加入盐酸时,同时也增加 了水);D 项:2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2,脱离反应体系的是 2Cu+O2,相当于 2CuO,加入适量 CuO 可以复原。 答案：B 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 6 6.按图甲装置进行实验,若图乙中横坐标x表示通过电极的电子的 物质的量。下列叙述正确的是( ) (导学号52160014) A.F表示反应生成Cu的物质的量 B.E表示反应实际消耗H2O的物质的量 C.E表示反应生成O2的物质的量 D.F表示反应生成H2SO4的物质的量 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 6 解析：电解CuSO4溶液的化学方程式为2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO4,当转移4 mol e-时,分别生成2 mol Cu、1 mol O2、 2 mol H2SO4、消耗2 mol H2O,故B正确。 答案：B
