《化学能与电能的转化+课件(苏教版选修4)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学能与电能的转化+课件(苏教版选修4)（79页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、化学能与电能的转化1.工业上通常对比较活泼的金属的冶炼是通过电解其熔融盐的方法，如钠的制取就是通过电解熔融氯化钠，镁的制取是通过电解熔融氯化镁，而铝的制取是通过电解熔融氧化铝，讨论写出用石墨电极电解熔融氧化铝的电极反应及总的电解反应。提示：阳极：6O2-12e-=3O2阴极：4Al3+12e-=4Al电解反应：2Al2O3 4Al+3O2通电=2.结合教材P19“活动与探究”中的实验，请讨论回答以下问题。(1)CuCl2溶液中存在哪些离子？通电后这些离子怎样运动？提示：CuCl2电离成Cu2+和Cl-，H2O发生微弱的电离，生成H+和OH-。通电前这些离子无规则运动，通电后，在电场作用下，Cu
2、2+、H+向阴极移动，Cl-、OH-向阳极移动。(2)电解过程中，电子的移动方向怎样，两电极上各发生什么反应？提示：电解时，电子从电源负极通过导线流向电解池的阴极，在阴极上Cu2+发生还原反应，在阳极上Cl-发生氧化反应，电子通过导线流向电源正极。(3)写出两电极的电极反应式，预测两电极的现象。提示：阴极：Cu2+2e-=Cu，碳棒上有红色物质析出，阳极：2Cl-2e-=Cl2，碳棒上有气泡生成。3.结合电解CuCl2溶液的反应，推测溶液中有多种离子时，常见的阴、阳离子的放电顺序。提示：阴离子在阳极放电被氧化，按还原能力的强弱常见阴离子的放电顺序是I-Br-Cl-OH-含氧酸根，阳离子在阴极放
3、电被还原，按氧化能力的强弱常见阳离子的放电顺序是Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+(H+浓度较大时)Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+(H+浓度较小时)Al3+Mg2+Na+Ca2+K+。4.请思考将电解CuCl2溶液装置的阳极材料换成铜棒，阴极材料换成铁棒，则两极将会发生什么反应？提示：因为金属铜的还原性比Cl-强，故用铜棒作阳极时，铜被氧化，生成Cu2+。阴极上仍然是Cu2+被还原，铁不参与反应。现象是阳极铜棒被腐蚀，阴极铁棒上有铜析出。5.请讨论如何检验用惰性电极电解CuCl2溶液时阳极上的产物？提示：用惰性电极电解CuCl2溶液时阳极上的产物是Cl2，通常将湿润的淀粉KI试纸靠近阳极
4、附近，若试纸变蓝，证明有Cl2产生。【典例1】如图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4的电解池，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.88.0，酸性-红色，碱性-黄色)回答下列问题： (1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是(填编号)_；A管溶液由红变黄；B管溶液由红变黄；A管溶液不变色；B管溶液不变色(2)写出A管中发生反应的反应式：_。(3)写出B管中发生反应的反应式：_。(4)检验a管中气体的方法是_。(5)检验b管中气体的方法是_。(6)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是_。【思路点拨】(1)由图判断该装置为电
5、解池。(2)根据阴、阳离子的放电顺序，判断A、B两极分别为H+和OH-放电，进一步确定溶液的酸碱性。(3)掌握气体的检验方法。【自主解答】由装置图可知A为电解池的阴极，电极反应为:4H+4e-=2H2；B为电解池的阳极，电极反应为：4OH-4e-=2H2O+O2。根据放电情况可知A极由于H+放电附近显碱性，指示剂应显黄色，同时还会发生反应:Mg2+2OH-=Mg(OH)2；B极由于OH-放电附近显酸性，指示剂仍显本身的颜色红色。在检验H2时利用其可燃性，检验O2时利用其能使带火星的木条复燃进行检验。由于该电解池实质是电解水，所以将电解液倒入烧杯后，整个溶液呈中性，故指示剂呈红色，Mg(OH)2
6、沉淀会消失(或大部分溶解)。答案：(1)(2)2H+2e-=H2，Mg2+2OH-=Mg(OH)2(3)4OH-4e-=2H2O+O2(4)用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰(5)用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带火星的木条伸入试管内会复燃(6)溶液呈红色，白色沉淀溶解(或大部分溶解)1.饱和食盐水为何需要精制？提示：粗盐的成分：粗盐中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。杂质的危害：Ca2+、Mg2+、Fe3+等金属离子在碱性环境中会产生沉淀，损坏离子交换膜，此外，杂质的存在会使得到的产品不纯。2
7、.请思考工业上电解饱和食盐水时常用阳离子交换膜将阳极区和阴极区隔开，使得阴极区的OH-不能进入阳极区，这是为什么？提示：电解饱和食盐水阳极区的产物是Cl2，若阴极区产生的OH-进入阳极区，则发生反应：2OH-+Cl2=Cl-+ClO-+H2O，不能得到烧碱和氯气。3.在某镀件上镀铜时，电镀液中CuSO4的浓度如何变化？电解精炼铜时，电解液中CuSO4的浓度如何变化？提示：在镀件上镀铜时，阳极：Cu-2e-=Cu2+,阴极：Cu2+2e-=Cu,所以电镀液c(CuSO4)不变；而电解精炼铜时，阴极：Cu2+2e-=Cu,阳极：Cu-2e-=Cu2+(主要)，Zn-2e-=Zn2+,Fe-2e-=
8、Fe2+(杂质失电子)。因此阳极溶解的铜比阴极析出的铜少，故c(CuSO4)减小。4.结合电极反应和电解产物分析判断以下物质电解一段时间后，溶液的pH怎样变化？要使溶液恢复原状需加入什么物质？(1)电解Na2SO4溶液提示：电解Na2SO4溶液，阴极生成H2，阳极生成O2，只消耗水，溶液浓度变大，pH不变。加入H2O即可恢复原状。(2)电解NaOH溶液提示：电解NaOH溶液，两极分别生成H2和O2，实际是电解水，溶液浓度变大，pH增大。加入H2O可使溶液恢复原状。(3)电解CuCl2溶液提示：电解CuCl2溶液，阴极生成Cu，阳极生成Cl2，消耗CuCl2，溶液浓度减小，pH不变。加入CuCl
9、2固体可使溶液恢复原状，但不能加CuCl2溶液。(4)电解稀盐酸提示：电解稀盐酸，阴极生成H2，阳极生成Cl2，消耗HCl，溶液浓度变小，pH增大。通入HCl可使溶液恢复原状，但不能加入盐酸。(5)电解CuSO4溶液提示：电解CuSO4溶液，阴极生成Cu，阳极生成O2。消耗Cu和氧元素。生成H2SO4，溶液pH减小。加入CuO或CuCO3可使溶液恢复原状。【典例2】(双选)利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是A.电解时以精铜作阳极B.电解时阴极发生还原反应C.粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu Cu2+2e-D.电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金
10、属的阳极泥【思路点拨】(1)电解精炼铜，以粗铜作阳极(2)不如Cu活泼的金属在阳极不放电【自主解答】选B、D。电解法精炼金属铜时，粗铜作阳极，失去电子逐渐溶解，Cu2+得到电子后析出，附着在阴极上，故精铜作阴极；在电解池中，阴极接电源的负极，发生还原反应，阳极接电源的正极，发生氧化反应，A、C错误，B正确；越活泼的金属越易失去电子，故比铜活泼的Fe、Zn先失去电子，变成Fe2+、Zn2+进入溶液，然后是铜失去电子，变成Cu2+进入溶液，因Ag、Pt等金属不如铜活泼，故在铜溶解后便沉淀在阳极底部成为阳极泥，D正确。知识点一：电解的原理1.(双选)如图所示的装置能够组成电解池的是( )【解析】选C
11、、D。本题考查电解池的形成条件，解题时根据电解池的形成条件一一对比判断。构成电解池的条件：外加直流电源，连接固体电极材料，并且与电解质溶液构成闭合回路，C、D符合条件。2.能用电解原理说明的问题是( )电解是把电能转变成化学能 电解是化学能转变成电能 电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化 不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现 任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生A. B.C. D.【解析】选D。从能量角度看，电解是把电能转变成化学能的过程，故对、错。电解质溶液的导电过程，必将伴随着两个电极上氧化还原反应的发生，同时生成新的物质，故、对。某些不能自发进行的氧化还原反
12、应，通过电解的原理供给电能也可以实现，故对。所以D选项符合题意。3.(2010淄博高二检测)用石墨作电极，电解CuSO4和NaNO3和NaCl的混合溶液，阴极和阳极上首先析出的物质分别是( )A.Cu和Cl2 B.H2和Cl2C.H2和O2 D.Cu和O2【解析】选A。本题考查离子的放电顺序。解题时分析溶液中存在的微粒，然后依据放电顺序判断电极产物。溶液中存在的离子有Cu2+、Na+、Cl-、H+、OH-、SO42-和NO3-，阳离子的放电顺序为Cu2+H+Na+，阴离子的放电顺序为Cl-OH-NO3-(SO42-)，故首先析出的物质为Cu和Cl2。知识点二：电解原理的应用4.在铁制品上镀上一
13、定厚度的铜层，以下电镀方案中正确的是( )A.铜作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Fe2+B.铜作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Fe2+C.铜作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Fe3+D.铜作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Cu2+【解析】选D。本题考查电解原理的应用电镀，解题时应根据电镀原理判断电镀池的组成。根据电镀原理，应用镀层金属作阳极、镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。5.观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是( )A装置中阳极上析出红色固体B装置的待镀铁制品应与电源正极相连C装置闭合电键后，外电路电子由a极流向b极D装置的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过【解析】选C
14、。本题所涉及的四个装置图全部来源于高中教材，装置，电解氯化铜的装置图中没有标电极材料的名称，但根据溶液的组成及所给提示“电解CuCl2溶液实验装置示意图”，不难判断，铜应该在阴极上析出。电镀实验中，待镀金属作为阴(负)极，故在装置电镀铜实验中，待镀铁制品应与电源负极相连。装置，根据氢气的入口，故很容易判断出原电池的左边为负极，氢气在左边电极上失电子，故外电路电子由a极流向b极。装置的离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子、水分子自由通过，不允许阴离子通过。6.在25 时，用石墨电极电解2.0 L 0.5 molL-1 CuSO4溶液。5 min后，在一个石墨电极上有6.4 g Cu生成。试回答
15、下列问题：(1)发生氧化反应的是_极，电极反应式为_。(2)若将溶液恢复到与电解前一样，则需加入_mol的_。(3)若用等质量的两块铜片代替石墨作电极，电解后两铜片的质量相差_g，电解液的pH_。(填“变小”、“变大”或“不变”)【解析】(1)n(CuSO4)=2.0 L0.5 mol/L=1.0 mol，而在阴极析出的Cu为 =0.1 mol，故CuSO4未完全电解，阳极发生氧化反应，电极反应为4OH-4e-=2H2O+O2。(2)电解后生成的0.1mol Cu和0.05mol O2脱离该体系，即相当于0.1 mol CuO，因此若将溶液复原，则应加入0.1 mol CuO。也可以加入CuCO3，CO2挥发，溶液恢复原状。(3)此时成为电镀池，阳极Cu-2e-=Cu2+，阴极： Cu2+2e-=Cu,因此若阴极上析出6.4 g铜，则阳极溶解6.4 g铜，电解后两铜片质量差为6.4 g+6.4 g=12.8
