2020高中化学 专题1 化学反应与能量变化 第二单元 化学能与电能的转化 第3课时课件 苏教版选修

[明确学习目标]1.会描述电解池的工作原理，能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式。2.熟悉电解规律和电解产物的判断方法。23学生自主学习1.电解(1)定义：在直流电的作用下，在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。(2)能量转化特点：将电能转化为化学能。2．电解池(1)定义：将电能转化为化学能的装置称为电解池。(2)电极及电极反应阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应。3．电解原理(1)电解熔融氯化钠电解装置(2)电解CuCl2溶液电解装置1．如何简单地区分原电池装置和电解池装置？提示：有外接电源的装置为电解池装置，无外接电源的装置为原电池装置。提示2．电解质溶液导电与金属导电过程一样吗？提示：不一样，金属导电是因为金属中存在自由电子，是自由电子的定向移动形成电流，是物理过程；而电解质溶液是靠溶液中的自由离子定向移动形成电流，并分别在两极发生氧化反应或还原反应。提示3．在氯化铜溶液中除了Cu2＋和Cl－之外还有H＋和OH－，这两种离子为什么没有得到或失去电子？提示：电解时，溶液中离子的放电先后顺序与离子的氧化性或还原性强弱有关，氧化性强的阳离子先得电子被还原，还原性强的阴离子先失电子被氧化。Cu2＋比H＋更容易得电子，而Cl－比OH－更容易失电子，可从氧化性强弱的角度比较得电子的顺序，从还原性强弱的角度比较失电子的顺序。提示23师生课堂互动一、电解池的工作原理1．电解池工作原理分析接通外界电源后，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子的定向运动形成内电路，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极，在该过程中电解质溶液(或熔融液)中的阳离子按氧化性由强到弱的顺序在阴极上得电子，发生还原反应，阴离子(或阳极金属)按还原性由强到弱的顺序在阳极上失电子，发生氧化反应。2．电解池中电解产物的判断方法(1)阳极产物的判断先看电极再判断，如果是活性电极(除Au、Pt以外的金属电极都是活性电极)，则电极材料失去电子，被溶解；如果是惰性电极(如石墨、Au、Pt等电极)，根据阴离子的放电顺序判断。阴离子的放电顺序：S2－I－Br－Cl－OH－。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序判断。阳离子放电顺序：Ag＋Fe3＋Cu2＋H＋。3．电解池中按规律书写电极反应式[对点练习]1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)用石墨作阳极、铁作阴极分别电解稀硫酸和硫酸钠溶液时，它们阴极和阳极的产物都相同。()(2)用石墨作电极电解氯化钠和硫酸铜的混合液，最初一段时间阴极和阳极析出的物质分别是铜和氯气。()(3)用石墨作电极电解熔融氯化钠的阴极反应式为Na＋＋e－===Na。()(4)用石墨作阴极、铜作阳极电解硫酸铜溶液的阳极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。()√√√×(5)用石墨作电极电解硝酸银溶液的离子方程式为4Ag＋＋2H2O=====通电4Ag＋4H＋＋O2↑。()(6)铜作阳极电解盐酸的化学方程式为Cu＋2HCl=====通电CuCl2＋H2↑。()√√2．如图是电解氯化铜溶液的装置，其中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，氯离子浓度不变答案C答案解析由图示电流方向可知，a是电源正极，b是电源负极；则c是电解池的阳极，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，溶液中氯离子不断减少，则氯离子浓度也降低；d是电解池的阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，d电极质量不断增加。解析规律方法电解池阴极和阳极的判断依据二、酸、碱、盐溶液的电解规律1．原电池与电解池的区别原电池电解池本质化学能转化为电能电能转化为化学能装置判断无外加电源有外加电源电极判断负极：还原性较强的极或电子流出的极正极：还原性较弱的极或电子流入的极阳极：与直流电源正极相连的极阴极：与直流电源负极相连的极原电池电解池电极上的反应(1)负极本身或其他还原剂失去电子发生氧化反应(2)正极：溶液中某些阳离子或其他氧化剂得到电子发生还原反应(1)阳极发生氧化反应即阳极金属或溶液中阴离子失去电子的反应(2)阴极本身不反应，溶液中的阳离子得到电子发生还原反应电子流向负极→外电路→正极电源负极――→导线阴极；阳极――→导线电源正极原电池电解池电流方向正极→外电路→负极电源正极――→导线阳极――→溶液阴极――→导线电源负极(1)同一原电池的正负极的电极反应得失电子数相等。(2)同一电解池的阴、阳极的电极反应中得失电子数相等2．用惰性电极电解电解质溶液的规律[对点练习]3．用惰性电极进行电解，下列说法正确的是()A．电解稀硫酸，实质是电解水，故溶液浓度不变B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液浓度减小C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2D．电解足量氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1答案D答案解析电解稀硫酸，实质是电解水，硫酸的物质的量不变，但溶液体积减小，浓度增大，A项错误；电解稀NaOH溶液，实质是电解水，NaOH溶液浓度增大，B项错误；电解Na2SO4溶液，实质为电解水，故在阴极析出H2，阳极析出O2，两者的物质的量之比为2∶1，C项错误；电解CuCl2溶液时，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，Cu和Cl2的物质的量之比为1∶1，D项正确。解析4．采用惰性电极，从NO－3、SO2－4、Cl－、Cu2＋、Ba2＋、Ag＋、H＋中选出适当的离子组成电解质并电解：(1)若两极分别放出H2和O2，电解质可能为____________。(2)若阴极析出金属，阳极放出O2，电解质可能为____________。(3)若两极均放出气体，且体积比为1∶1，电解质可能为____________。答案(1)H2SO4、HNO3或Ba(NO3)2(2)AgNO3、Cu(NO3)2或CuSO4(3)HCl或BaCl2答案解析惰性电极的条件下，在阴极放电的阳离子的放电顺序是Ag＋Cu2＋H＋Ba2＋，在阳极放电的阴离子的放电顺序是Cl－OH－NO－3(或SO2－4)。(1)若两极分别放出H2和O2，说明溶液中的阳离子应该是放电能力不超过H＋的离子，如H＋、Ba2＋，溶液中的阴离子应该是放电能力弱于OH－的离子，如NO－3、SO2－4，再考虑到阴、阳离子在溶液中的共存情况(不可能为BaSO4)，可知符合条件的电解质可能为H2SO4、HNO3或Ba(NO3)2。解析(2)若阴极析出金属，说明阳离子的放电能力超过了H＋，如Cu2＋、Ag＋，阳极放出氧气，说明阴离子的放电能力弱于OH－，如NO－3、SO2－4，再考虑到阴、阳离子在溶液中的共存情况(不可能为Ag2SO4)，可知符合条件的电解质可能为AgNO3、Cu(NO3)2或CuSO4。(3)由题意知，两极产生的气体分别为H2和Cl2时，才能满足体积比为1∶1，此时，电解质为HCl或BaCl2。解析规律方法解答有关电解问题的步骤(1)首先要判定是否为电解池，有外接直流电源则为电解池，否则不是电解池。(2)对于电解池，首先要考虑阳极材料，若为惰性电极，溶液中的阴离子被氧化；若为活泼金属电极，则被氧化的是电极本身。(3)若溶液中的阴、阳离子有多种，则根据离子放电顺序判定什么离子先放电，什么离子后放电或不放电，并写出电极反应式。(4)根据电极反应式解答相关问题。本课归纳总结23学习效果检测1．如下图所示装置中，属于电解池的是()答案C答案解析根据电解池的构成条件进行判断：装置A、B、D中无直流电源，且装置D中不能形成闭合回路，故不属于电解池。解析2．在某电解质溶液里，用M和N作电极，通电一段时间后，发现M极质量减小，N极质量增大，符合这一情况的是()A．电解质溶液是稀硫酸B．金属M是阳极，金属N是阴极C．M和N是石墨电极D．M是阴极，N是阳极解析由题意可知，M极溶解，发生氧化反应，为阳极；N极质量增加，有金属单质在N极上析出，发生还原反应，为阴极；电解质溶液为盐溶液，M为金属电极。解析答案B答案3．把含等物质的量的Na2SO4、NaCl、KI的混合溶液用惰性电极进行电解，阳极首先生成的物质是()A．H2B．O2C．Cl2D．I2解析混合溶液中阴离子在阳极的放电顺序为I－Cl－OH－SO2－4，故I－先放电，电极反应为2I－－2e－===I2。解析答案D答案4．按A图装置进行实验，若图B的x轴表示流入电极的电子的量，则y轴不可能表示的是(溶液体积变化忽略不计)()A．c(Ag＋)B．c(NO－3)C．溶液的pHD．银棒的质量答案D答案解析A中银是阳极，通电后失去电子生成Ag＋进入溶液，Ag＋在阴极上得到电子析出Ag，溶液中c(Ag＋)、c(NO－3)保持不变，溶液的体积不变，故pH不变。解析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物质(方括号内物质)，能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是()A．AgNO3[AgNO3]B．NaOH[H2O]C．NaCl[NaCl]D．CuSO4[Cu(OH)2]答案B答案解析选项A，电解硝酸银溶液时，氢氧根离子和银离子分别在阳极和阴极放电，要使其复原，需加入适量的氧化银或碳酸银；选项B，电解氢氧化钠溶液时，氢氧根离子和氢离子分别在阳极和阴极放电，要使其复原，需加入适量的水；选项C，电解氯化钠溶液时，氯离子和氢离子分别在阳极和阴极放电，要使其复原，需通入适量的氯化氢；选项D，电解硫酸铜溶液时，氢氧根离子和铜离子分别在阳极和阴极放电，要使其复原，需加入适量的氧化铜或碳酸铜。解析