第1课时电解的原理.

化学第2节电能转化为化学能——电解第1课时电解的原理化学【新课导入】(教师用书备用)在现代生活中,金属铝以及铝合金制品大量应用于我们的生活中,由于其优越的抗腐蚀性能,在很多场合代替了钢铁。但是在100多年前,铝曾是一种稀有的金属,被称为“银色的金子”。法国皇帝拿破仑三世为了显示自己的富有和尊贵,制造了一顶名贵的皇冠——铝皇冠。在举行盛大宴会时,只有他使用一套铝餐具。为什么铝制品在当时那么昂贵呢?但是今天铝制品却被广泛使用,这又是为什么呢?因为当时铝的冶炼比较困难,但是今天我们找到了铝的冶炼方法——电解法。我们这节课就来学习一下电解的原理。化学【学习目标】1.理解电解的原理,掌握电解、电解池、电极反应的概念。2.能正确判断阴极、阳极,根据阴、阳离子在电极上的放电顺序,能正确写出电极反应式和电解总方程式。3.初步掌握有关电解的简单计算。化学课前预习课堂探究化学课前预习读教材学基础回顾知识衔接1.电解质:在水溶液中或熔融状态下能够导电的化合物。2.化学反应过程中的能量变化可看做“储存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能、电能或光能等释放出来,或者是热能、电能或光能等转化为物质内部的能量(化学能)被“储存”起来的过程。化学预习教材新知一、电解熔融氯化钠的实验1.实验装置2.实验现象通电后,在石墨片周围有气泡产生,在铁片上生成银白色金属。化学3.实验分析(1)熔融氯化钠中存在的微粒、。(2)通电后离子的运动方向阳离子(填离子符号)移向电极,阴离子(填离子符号)移向电极。Na+Cl-Na+铁Cl-石墨(3)电极上发生的变化铁电极: 2Na2e2Na,石墨电极:22Cl2eCl。化学【思考1】电解熔融NaCl时,从得失电子角度分析,在两个电极上Na+、Cl-分别发生什么反应?答案:Na+得电子生成金属钠发生还原反应,Cl-失电子生成氯气,发生氧化反应。4.实验结论熔融的氯化钠在电流作用下发生化学变化分解生成了Na和Cl2:22NaCl2NaCl通电。化学二、电解原理1.基本概念(1)电解让直流电通过电解质溶液或,在两个电极上分别发生反应和反应的过程。熔融的电解质氧化还原(2)电解池①定义:将转化为的装置。②组成:直流电源、固体电极材料以及电解质溶液或。电能化学能熔融电解质(3)电极阳极——发生反应的电极(与电源正极相连)阴极——发生反应的电极(与电源负极相连)氧化还原(4)电极反应在电极上进行的半反应,可以用电极反应式表示。化学2.工作原理以惰性电极进行电解时【思考2】电解质溶液完成导电过程时,一定发生化学反应吗?答案:一定发生。电解质溶液的导电过程是通过溶液中的阴、阳离子分别向阳、阴极定向移动并在电极上失、得电子而实现的。阴、阳离子在两电极上失、得电子发生了氧化还原反应。化学自评预习效果1.下列关于电解池的叙述中不正确的是()A.与电源正极相连的是电解池的阴极B.电解质溶液中的阳离子移向阴极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入电解池的阴极A化学2.以下关于电解的说法中正确的是()①电解是把电能转变成化学能②电解是把化学能转变成电能③电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化④某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现⑤任何溶液被电解时,必须导致氧化还原反应的发生A.仅①②③④B.仅②③⑤C.仅③④D.仅①③④⑤D3.如图是电解熔融NaCl制备金属钠的装置示意图,下列有关判断正确的是()A.通过该装置可以将化学能转变为电能B.石墨电极为正极C.Na+在铁电极上得到电子被还原为钠原子D.电流从负极流出,流入铁电极C化学课堂探究解疑难提能力探究1问题导引1.阴极、阳极上离子的放电顺序是怎样的?2.请写出以惰性电极材料为电极电解NaCl、H2SO4、CuCl2的溶液时的电极反应式及总反应式。3.用惰性电极电解NaCl、H2SO4、CuCl2等的溶液时,溶液的pH如何变化?如何能将电解质溶液复原?电解规律及电极反应式的书写化学【疑难剖析】1.阴阳离子放电顺序(1)阴极阳离子在阴极放电,其顺序为232222AgHgFeCuHFeZnHHO在水溶液中只考虑此部分酸322A1MgNaCaK只在熔融状态放电(2)阳极①活性电极(除Au、Pt等以外的金属)时,电极自身放电:R-ne-Rn+。②惰性电极(Au、Pt、石墨等)时,阴离子在阳极放电,其顺序为:2SIBrC1OH在水溶液中只考虑此部分含氧酸根化学【特别提示】①Fe3+在阴极放电时,电极反应为:Fe3++e-Fe2+,而不是Fe3++3e-Fe。②阳极材料为Fe时,电极反应为:Fe-2e-Fe2+,而不是Fe-3e-Fe3+。化学2.惰性电极电解规律类型电解质溶液电极反应特点电解水型含氧酸、强碱、活泼金属(K、Ca、Na、Mg、Al)的含氧酸盐溶液阴极:4H++4e-2H2↑阳极:4OH--4e-2H2O+O2↑电解电解质型无氧酸(HF除外)、不活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)溶液电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电放H2生碱型活泼金属(K、Ca、Na、Mg、Al)的无氧酸盐(氟化物除外)溶液阴极:水电离出的H+放电,生成碱阳极:电解质阴离子放电放O2生酸型不活泼金属的含氧酸盐溶液阴极:电解质阳离子放电阳极:水电离出的OH-放电,生成酸化学【特别提示】(1)电解时若阴极为H+放电,则阴极区c(OH-)增大;若阳极为OH-放电,则阳极区c(H+)增大;若阴、阳两极同时有H+、OH-放电,相当于电解水,电解质溶液浓度增大。(2)欲使电解后的溶液恢复原状,可遵循“出什么加什么”。如电解NaCl溶液时,发生反应为:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,出的是“H2、Cl2”,加入相当量的HCl即可。化学3.电极反应式和总反应式的书写步骤以石墨为电极电解NaCl溶液为例第1步:判断电极材料(主要是阳极)是惰性电极还是活性电极。第2步:分别写出两极上出现的离子。阴极:Na+、H+,阳极:Cl-、OH-。第3步:根据放电顺序写出电极反应式。阴极:2H++2e-H2↑,阳极:2Cl--2e-Cl2↑。第4步:将两电极反应式相加,可得总的电解方程式。若H+或OH-来自水,则在电解方程式中以水的形式出现。2H2O+2NaClH2↑+Cl2↑+2NaOH。化学A.a是电解池的阴极、b是电解池的阳极B.b电极上的电极反应为:4OH--4e-2H2O+O2↑C.通电一段时间后,溶液的pH减小D.通电一段时间后,欲使电解液恢复到起始状态,应向溶液中加入适量的CuSO4【例1】化学兴趣小组的同学用如图实验装置电解硫酸铜溶液,a、b为惰性电极。则下列说法错误的是()解析:根据题中的电流方向,很容易知道a接电源负极是阴极,b接电源正极是阳极,A正确;溶液存在的阴离子有:OH-、24SO,在电解过程中都向阳极b电极移动,根据离子的放电顺序,只有OH-可以放电:4OH--4e-2H2O+O2↑,B正确;此时在阴极上阳离子有:Cu2+、H+,Cu2+得到电子,H+留在溶液中,随电解的进行,溶液中H+浓度逐渐增大,pH逐渐减小,C正确;由于a、b电极上析出的分别是Cu、O2,所以只有加入CuO才能使电解液恢复到起始状态,D错误。答案:D化学【名师点睛】判断电解池阴、阳极的方法(1)电子流动方向判断:阴极流入、阳极流出(电流方向相反)。(2)离子移动方向判断:阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。(3)反应类型实质判断:阳极失去电子发生氧化反应,阴极得到电子发生还原反应。(4)反应现象变化判断:电极(材料)减轻是阳极,电极增重是阴极。化学【跟踪训练1】用惰性电极电解某溶液时,发现两极只有H2和O2生成,则电解一段时间后,下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中正确的有()①该溶液的pH可能增大②该溶液的pH可能减小③该溶液的pH可能不变④该溶液的浓度可能增大⑤该溶液的浓度可能不变⑥该溶液的浓度可能减小A.仅①②③B.仅①②③④C.仅①②③④⑤D.全部解析:用惰性电极电解时两极只得到H2和O2,则实质上电解的是水,电解质不参与反应。该电解质溶液有3种可能的类型,如电解H2SO4溶液时,水被电解,H2SO4浓度变大,pH减小;电解NaOH溶液时,水被电解,NaOH浓度变大,pH增大;电解Na2SO4溶液时,水被电解,Na2SO4浓度变大,pH不变;但如果电解的NaOH溶液、Na2SO4溶液是饱和溶液,则电解后浓度不变,①、②、③、④、⑤都有可能,⑥不可能。C化学探究2问题导引1.请讨论在实验室中以惰性电极电解500mL0.03mol·L-1NaCl溶液,通电一段时间后溶液中的c(OH-)变为0.01mol·L-1时(设电解过程中溶液体积变化忽略不计),阴极产生气体的体积(标准状况)。2.请你归纳电解计算时常用的方法有哪些。有关电解的计算化学【疑难剖析】1.电子守恒法:当有多个电解池串联时,各电解池的电极上、电路中通过的电子物质的量相等。在分析某一电解池时,可把其他电解池看做导线。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:根据得失电子守恒的关系建立已知量与未知量之间的桥梁,确定计算所需的关系式。如:4H+～4OH-～O2～4e-～2Cu～4Ag【特别提示】进行电解计算时,首先要正确书写电极反应式(要特别注意阳极材料);当溶液中多种离子共存时,要根据离子放电顺序确定离子放电的先后顺序;最后根据得失电子守恒进行相关计算。化学【例2】把物质的量均为0.1mol的CuCl2和H2SO4溶于水制成100mL的混合溶液,用石墨做电极电解,并收集两电极所产生的气体,一段时间后在两极收集到的气体在相同条件下体积相同,则下列叙述正确的是()A.电路中共转移0.6NA个电子B.阳极得到的气体中O2的物质的量为0.2molC.阳极质量增加3.2gD.电解后剩余溶液中硫酸的浓度为1mol/L化学解题导引:解答本题需抓住两个关键点:①在两极放电的离子,②利用电极反应式或电解总方程式进行计算。答案:A解析:根据两极均产生气体知,阴极电极反应有:Cu2++2e-Cu和2H++2e-H2↑,阳极电极反应有:2Cl--2e-Cl2↑和4OH--4e-O2↑+2H2O,设阴极生成xmolH2,结合n(CuCl2)=0.1mol和电子守恒得:x=0.1+2x,解得x=0.2。电路中共转移电子:(0.1×2+0.2×2)mol=0.6mol,A正确;阳极得到气体中含O2:0.22mol=0.1mol,B错误;阳极的质量不变,C错误;电解后H2SO4的物质的量不变,但水减少,故溶液的体积减小,故c(H2SO4)1mol/L,D错误。化学【跟踪训练2】以惰性电极电解CuSO4溶液,一段时间后取出电极,加入9.8gCu(OH)2后的溶液与电解前的溶液完全相同,则电解过程中阳极产生的气体在标准状况下的体积为()A.1.12LB.1.68LC.2.24LD.3.36L解析:n[Cu(OH)2]=9.8g98g/mol=0.1mol,即加入0.1molCuO和0.1molH2O后电解质溶液复原,故V(O2)=0.1mol+0.1mol2×22.4L/mol=2.24L。C化学点击进入素能测评点击进入课时训练化学谢谢观赏Thanks!