13-14版化学学习方略必修2课件232电能转化为化学能(苏教版)

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①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①外电路：电子由_____流入_____，_____流入_____;②内电路：阳离子移向_____，阴离子移向_____通电====CuCl2Cu+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+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑通电====2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑通电====MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑2.电镀②：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：①比铜_____的金属：以阳离子形式存在于溶液中。②比铜_______的金属：形成阳极泥。③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】①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。石墨、铂等电极为惰性电极，其他电极一般为非惰性电极。②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：①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。②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。③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。④根据离子流向判断：阴离子不断移向的是阳极;阳离子不断移向的是阴极。(2)电极反应的确定：①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。②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①活泼性不同的两电极②电极插入电解质溶液并可与其自发反应③形成闭合回路①两电极接直流电源②两电极插入电解质溶液③形成闭合回路内容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：①若无外接电源，可能是原电池，然后根据电池的形成条件判定。②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。③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，阴极上发生氧化反应C.阴极反应：Cu2++2e-====CuD.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①电解池中Y极上的电极反应式为。②检验Y电极反应产物的方法是。③当导线上通过3.01×1023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①X的电极材料是，电极反应式为。②Y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)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CuCl2Cu+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3.01×1023个电子时，其物质的量为0.5mol，根据电子转移守恒，X电极生成0.25molCu，质量为16g。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。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)①2Cl--2e-====Cl2↑②把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色③16g(2)①纯铜Cu2++2e-====Cu②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-====CuC.粗