《高中化学 12《电能转化为化学能 电解》课件 鲁科版选修4.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学 12《电能转化为化学能 电解》课件 鲁科版选修4.ppt（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 2 节 电能转化为化学能电解一、一、电电解原理解原理1.1.电电解解: :使使电电流通流通过电过电解解质质溶液溶液( (或熔融的或熔融的电电解解质质) )而在阴、而在阴、阳两极引起阳两极引起_的的过过程。程。2.2.电电解池解池( (也叫也叫电电解槽解槽) )电电解池是把解池是把_的装置。的装置。氧化氧化还还原反原反应应电电能能转变为转变为化学能化学能3.3.电电解池的解池的组组成和工作原理成和工作原理( (电电解解CuClCuCl2 2溶液溶液) )总总反反应应方程式方程式:_:_阴极阴极阳极阳极还原反应还原反应氧化反应氧化反应CuCu2+2+2e+2e- -=Cu=Cu2Cl2Cl-
2、-2e-2e- -=Cl=Cl2 2CuCu2+2+2Cl+2Cl- - Cu+Cl Cu+Cl2 2通电通电=二、二、电电解原理的解原理的应应用用1.1.电电解解饱饱和食和食盐盐水水阳极阳极:_:_阴极阴极:_:_总总反反应应:_:_2Cl2Cl- -2e-2e- -=Cl=Cl2 22H2H+ +2e+2e- -=H=H2 22NaCl+2H2NaCl+2H2 2O 2NaOH+HO 2NaOH+H2 2+Cl+Cl2 2通电通电=2.2.电镀电镀与与电电解精解精炼铜炼铜电镀电镀(Fe(Fe上上镀镀Cu)Cu)电电解精解精炼铜炼铜阳阳极极电电极极材料材料_(_(含含ZnZn、FeFe、Ni
3、Ni、AgAg、AuAu等等杂质杂质) )电电极极反反应应_Zn-2eZn-2e- -=Zn=Zn2+2+Fe-2eFe-2e- -=Fe=Fe2+2+Ni-2eNi-2e- -=Ni=Ni2+2+铜铜粗粗铜铜Cu-2eCu-2e- -=Cu=Cu2+2+Cu-2eCu-2e- -=Cu=Cu2+2+电镀电镀(Fe(Fe上上镀镀Cu)Cu)电电解精解精炼铜炼铜阴阴极极电电极极材料材料_电电极极反反应应_电电解解质质溶溶液液_注注: :电电解精解精炼铜时炼铜时, ,粗粗铜铜中的中的AgAg、AuAu等不反等不反应应, ,沉在沉在电电解池底解池底部形成阳极泥。部形成阳极泥。铁铁纯铜纯铜CuCu2+
4、2+2e+2e- -=Cu=CuCuSOCuSO4 4溶液溶液【思考辨析】思考辨析】1.1.用用铜铜作阳极、石墨作阴极作阳极、石墨作阴极电电解解CuClCuCl2 2溶液溶液时时, ,阳极阳极电电极反极反应应式式为为2Cl2Cl- -2e-2e- -=Cl=Cl2 2。( )( )【分析】【分析】活性金属作阳极时活性金属作阳极时, ,金属首先失电子被氧化金属首先失电子被氧化, ,故阳极反故阳极反应为应为:Cu-2e:Cu-2e- -=Cu=Cu2+2+。2.Cu+H2.Cu+H2 2SOSO4 4=CuSO=CuSO4 4+H+H2 2可以可以设计设计成成电电解池解池, ,但不能但不能设计设计
5、成原成原电电池。池。( )( )【分析】【分析】能设计成原电池的反应是一个自发的氧化还原反应能设计成原电池的反应是一个自发的氧化还原反应, ,而电解池可以是一个非自发的氧化还原反应。而电解池可以是一个非自发的氧化还原反应。3.3.电电解解饱饱和食和食盐盐水水时时, ,两个两个电电极均不能用金属材料。极均不能用金属材料。( )( )【分析】【分析】电解池中阳极发生氧化反应电解池中阳极发生氧化反应, ,电解食盐水时电解食盐水时, ,阳极不能阳极不能用金属电极用金属电极, ,但阴极发生还原反应但阴极发生还原反应, ,故阴极可以用金属电极。故阴极可以用金属电极。4.4.根据得失根据得失电电子守恒可知子
6、守恒可知电电解精解精炼铜时炼铜时, ,阳极减少的阳极减少的质质量和阴量和阴极增加的极增加的质质量相等。量相等。( )( )【分析】【分析】电解精炼铜时电解精炼铜时, ,阴极析出的只有阴极析出的只有Cu,Cu,而阳极减少的有活而阳极减少的有活泼的泼的ZnZn、FeFe、NiNi等形成阳离子存在于溶液中等形成阳离子存在于溶液中, ,不活泼的不活泼的AgAg、AuAu等形成阳极泥沉在底部等形成阳极泥沉在底部, ,故两极的质量变化不相等。故两极的质量变化不相等。考点考点 1 1 电极反应式、电解总方程式的电极反应式、电解总方程式的书写书写 1.1.电电极反极反应应式的式的书书写写(1)(1)判断判断电
7、电解池的阴、阳极解池的阴、阳极: :根据外接根据外接电电源的正源的正负负极判断极判断: :正极正极连连接阳极接阳极; ;负负极极连连接阴极。接阴极。根据根据电电流方向判断流方向判断: :电电流从正极流向阳极流从正极流向阳极, ,从阴极流入从阴极流入负负极。极。根据离子流向判断根据离子流向判断: :阴离子移向阳极阴离子移向阳极, ,阳离子移向阴极。阳离子移向阴极。根据根据电电极极产产物判断物判断: :电电极溶解、逸出极溶解、逸出O O2 2( (或极区或极区变变酸性酸性) )或或ClCl2 2阳极阳极; ;析出金属、逸析出金属、逸出出H H2 2( (或极区或极区变变碱性碱性)阴极。阴极。(2)
8、(2)分析分析电电极极产产物物: :首先明确阳极材料和溶液中存在的所有离子首先明确阳极材料和溶液中存在的所有离子, ,然后根据如下然后根据如下规规律分析判断律分析判断: :(3)(3)书书写写电电极反极反应应式式: :注意注意电电解解质质溶液的溶液的环环境。若境。若电电解解质质溶液中的离子与溶液中的离子与电电极极产产物物发发生反生反应应, ,一般也要把一般也要把该该离子写离子写进电进电极反极反应应式。式。注意注意质质量守恒、量守恒、电电子守恒和子守恒和电电荷守恒。荷守恒。2.2.电电解解总总方程式的方程式的书书写写(1)(1)必必须须在在连连接号上接号上标标明通明通电电或或电电解。解。(2)(
9、2)只是只是电电解解质质被被电电解解, ,电电解化学方程式中只写解化学方程式中只写电电解解质质及及电电解解产产物。如物。如电电解解CuClCuCl2 2溶液溶液:CuCl:CuCl2 2 Cu+Cl Cu+Cl2 2。 电解电解=(3)(3)只有水被只有水被电电解解, ,只写水及只写水及电电解解产产物即可。如物即可。如电电解稀硫酸、解稀硫酸、电电解解NaOHNaOH溶液、溶液、电电解解NaNa2 2SOSO4 4溶液溶液时时, ,化学方程式化学方程式应应写写为为2H2H2 2O 2HO 2H2 2+O+O2 2。(4)(4)电电解解质质、水同、水同时时被被电电解解, ,则则都要写都要写进进化学
10、方程式。如化学方程式。如电电解解饱饱和食和食盐盐水水:2NaCl+2H:2NaCl+2H2 2O HO H2 2+Cl+Cl2 2+2NaOH+2NaOH。通电通电=通电通电=【高考警示】【高考警示】(1)(1)判断电解产物、书写电极反应式以及分析电解质溶液的变判断电解产物、书写电极反应式以及分析电解质溶液的变化时首先要注意阳极是活性材料还是惰性材料。化时首先要注意阳极是活性材料还是惰性材料。(2)(2)书写电解化学方程式时书写电解化学方程式时, ,应看清电解的是水溶液还是熔融电应看清电解的是水溶液还是熔融电解质。解质。【典例【典例1 1】(2012(2012浙江高考浙江高考) )以以铬铬酸酸
11、钾为钾为原料原料, ,电电化学法制化学法制备备重重铬铬酸酸钾钾的的实验实验装置示意装置示意图图如下如下: :下列下列说说法不正确的是法不正确的是( () )A.A.在阴极室在阴极室, ,发发生的生的电电极反极反应为应为2H2H2 2O+2eO+2e- -=2OH=2OH- -+H+H2 2B.B.在阳极室在阳极室, ,通通电电后溶液逐后溶液逐渐渐由黄色由黄色变为变为橙色橙色, ,是因是因为为阳极区阳极区H H+ +浓浓度增大度增大, ,使平衡使平衡 向右移向右移动动C.C.该该制制备过备过程程总总反反应应的化学方程式的化学方程式为为4K4K2 2CrOCrO4 4+4H+4H2 2O 2KO
12、2K2 2CrCr2 2O O7 7+4KOH+2H+4KOH+2H2 2+O+O2 2D.D.测测定阳极液中定阳极液中K K和和CrCr的含量的含量, ,若若K K与与CrCr的物的物质质的量之比的量之比(n(nK K/n/nCrCr) )为为d,d,则则此此时铬时铬酸酸钾钾的的转转化率化率为为1-1- 通电通电=【解题指南】【解题指南】解答本题时应注意以下两点解答本题时应注意以下两点: :(1)(1)看清阴阳极的电极材料。看清阴阳极的电极材料。(2)(2)阴阳极上放电的离子分析。阴阳极上放电的离子分析。【解析】【解析】选选D D。由反应的装置分析。由反应的装置分析, ,惰性电极为阳极惰性电
13、极为阳极, ,则电解该则电解该溶液的实质是电解水溶液的实质是电解水, ,所以阳极是溶液中的氢氧根离子失电子所以阳极是溶液中的氢氧根离子失电子, ,而阴极是氢离子得电子而阴极是氢离子得电子, ,故在阴极发生的电极反应为故在阴极发生的电极反应为2H2H2 2O+2eO+2e- -=2OH=2OH- -+H+H2 2,A,A对对; ;由于阳极氢氧根离子放电所以剩余大量的由于阳极氢氧根离子放电所以剩余大量的氢离子氢离子, ,会使氢离子的浓度变大会使氢离子的浓度变大, ,故使平衡故使平衡 向右移动向右移动,B,B对对; ;根据阴、阳极放电的离子可以得根据阴、阳极放电的离子可以得知总反应式为知总反应式为4
14、K4K2 2CrOCrO4 4+4H+4H2 2O 2KO 2K2 2CrCr2 2O O7 7+4KOH+2H+4KOH+2H2 2+O+O2 2,C C对对; ;假设反应后阳极区的假设反应后阳极区的K K的物质的量为的物质的量为d,d,则则CrCr的物质的量为的物质的量为1 1。设。设 的转化量是的转化量是x,x,则消耗的则消耗的H H+ +的物质的量为的物质的量为x,x,则进入则进入阴极区的阴极区的K K+ +的物质的量为的物质的量为x,x,由此可知由此可知K K+ +的总物质的量为的总物质的量为d+xd+x。n(Kn(K2 2CrOCrO4 4)=1/2n(K)=1/2n(K+ +)=
15、n(Cr),)=n(Cr),所以所以1/2(d+x)=1,x=2-d,1/2(d+x)=1,x=2-d,的转化率为的转化率为x/1=2-d,x/1=2-d,所以所以D D项错。项错。通电通电=【互【互动动探究】探究】(1)(1)你能写出阳极的你能写出阳极的电电极反极反应应式式吗吗? ?(2)(2)测测定阳极液中定阳极液中K K和和CrCr的含量的含量, ,若若K K与与CrCr的物的物质质的量之比的量之比(n(nK K/n/nCrCr) )为为d,d,你能你能计计算出算出电电能的利用效率能的利用效率吗吗? ?提示提示: : (1)2H (1)2H2 2O-4eO-4e- -=4H=4H+ +O
16、+O2 2(2)(2)通过对原题的计算知通过对原题的计算知, , 的转化率为的转化率为2-d,2-d,则则H H+ +的转化率的转化率也为也为2-d,2-d,每转移每转移1 mol1 mol电子电子, ,产生产生1 mol H1 mol H+ +, ,则用于则用于 的转化的转化的的H H+ +为为(2-d)mol,(2-d)mol,故电能的利用效率也为故电能的利用效率也为2-d2-d。考点考点 2 2 电解的电解的“四大类型四大类型”及相关计算及相关计算 1.1.惰性电极电解的惰性电极电解的“四大类型四大类型”类型一电解水型类型一电解水型实实例例电电极反极反应应特点特点电电解解质质浓浓度度pH
17、pH电电解解质质溶液复原溶液复原NaOHNaOH阴极阴极:4H:4H+ +4e+4e- -=2H=2H2 2阳极阳极:4OH:4OH- -4e-4e- -=2H=2H2 2O+OO+O2 2增大增大增大增大加水加水H H2 2SOSO4 4增大增大减小减小加水加水NaNa2 2SOSO4 4增大增大不不变变加水加水类型二电解电解质型类型二电解电解质型实实例例电电极反极反应应特点特点电电解解质质浓浓度度pHpH电电解解质质溶溶液复原液复原HClHCl电电解解质电质电离出的阴、阳离出的阴、阳离子分离子分别别在两极放在两极放电电减小减小增大增大通通氯氯化化氢氢CuClCuCl2 2减小减小加加氯氯化
18、化铜铜类类型三放型三放H H2 2生碱型生碱型实实例例电电极反极反应应特点特点电电解解质质浓浓度度pHpH电电解解质质溶溶液复原液复原NaClNaCl阴极阴极:H:H2 2O O放放H H2 2生成碱生成碱阳极阳极: :电电解解质质阴离子放阴离子放电电生成新生成新电电解解质质增大增大通通氯氯化化氢氢类类型四放型四放O O2 2生酸型生酸型实实例例电电极反极反应应特点特点电电解解质质浓浓度度pHpH电电解解质质溶液溶液复原复原CuSOCuSO4 4阴极阴极: :电电解解质质阳离子阳离子放放电电阳极阳极:H:H2 2O O放放O O2 2生成酸生成酸生成新生成新电电解解质质减小减小加氧化加氧化铜铜
19、2.2.电电解池中有关量的解池中有关量的计计算或判断算或判断解解题题依据是依据是电电子守恒子守恒, ,具体解法有守恒法、具体解法有守恒法、总总反反应应式法和关系式法和关系式法式法: :【高考警示】【高考警示】(1)(1)电解后要恢复原电解质溶液的浓度电解后要恢复原电解质溶液的浓度, ,可以按可以按:“:“析出什么析出什么, ,加加上什么上什么”的思路。加上适量某物质的思路。加上适量某物质, ,该物质可以是阴极与阳极该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。如用惰性电极电解产物的化合物。如用惰性电极电解CuSOCuSO4 4溶液时溶液时, ,若要恢复原溶若要恢复原溶液液, ,可加入可加入CuOCuO、
20、CuCOCuCO3 3, ,而不是而不是Cu(OH)Cu(OH)2 2、CuCu2 2(OH)(OH)2 2COCO3 3。(2)Fe(2)Fe3+3+的放电能力大于的放电能力大于CuCu2+2+, ,其第一阶段放电反应为其第一阶段放电反应为FeFe3+3+e+e- -=Fe=Fe2+2+, ,而不是而不是FeFe3+3+3e+3e- -=Fe=Fe。【典例【典例2 2】 (2014 (2014福州模福州模拟拟) )如如图图所示装置中所示装置中, ,甲、乙、丙甲、乙、丙烧烧杯依次盛放杯依次盛放100 g 5.00%100 g 5.00%的的NaOHNaOH溶液、足量的溶液、足量的CuSOCuS
21、O4 4溶液和溶液和100 g 10.00%100 g 10.00%的的K K2 2SOSO4 4溶液溶液, ,电电极均极均为为石墨石墨电电极。极。接通接通电电源源, ,经过经过一段一段时间时间后后, ,测测得丙中得丙中K K2 2SOSO4 4溶液溶液为为10.47%,10.47%,乙中乙中c c电电极极质质量增加。据此回答量增加。据此回答问题问题: :(1)(1)电电源的源的N N端端为为极极; ;(2)(2)电电极极b b上上发发生的生的电电极反极反应为应为; ;(3)(3)列式列式计计算算电电极极b b上生成的气体在上生成的气体在标标准状况下的体准状况下的体积积: : ; ;(4)(4
22、)电电极极c c的的质质量量变变化是化是g;g;(5)(5)电电解前后各溶液的酸碱性大小是否解前后各溶液的酸碱性大小是否发发生生变变化化, ,简简述其原因述其原因: :甲溶液甲溶液; ;乙溶液乙溶液; ;丙溶液丙溶液。【解题指南】【解题指南】解答本题时要明确解答本题时要明确: :(1)(1)判断各电极的类型是关键判断各电极的类型是关键, ,可由可由“乙中乙中c c电极质量增加电极质量增加”判判断断; ;(2)(2)转移电子数的判断可由转移电子数的判断可由K K2 2SOSO4 4溶液浓度的增加来计算溶液浓度的增加来计算, ,浓度的浓度的增加是因为增加是因为H H2 2O O的减少。的减少。【解
23、析】【解析】(1)(1)因为乙中的因为乙中的c c极质量增加极质量增加, ,故故c c为阴极为阴极,M,M为电源的为电源的负极负极,N,N为正极为正极;(2)b;(2)b为阳极为阳极, ,反应式为反应式为4OH4OH- -4e-4e- -=2H=2H2 2O+O+O O2 2;(3);(3)设丙中电解水的质量为设丙中电解水的质量为x,x,由电解前后溶质质量相等由电解前后溶质质量相等有有:100 g10.00%=(100 g-x)10.47%,:100 g10.00%=(100 g-x)10.47%,得得x=4.5 g,x=4.5 g,为为0.25 mol,0.25 mol,转移转移0.5 mo
24、l0.5 mol电子电子, ,而整个电路是串联的而整个电路是串联的, ,故每个烧故每个烧杯中的电极上转移电子数均为杯中的电极上转移电子数均为0.5 mol,0.5 mol,则生成则生成O O2 2为为0.5/40.5/4=0.125(mol),=0.125(mol),标准状况下体积为标准状况下体积为0.12522.4=2.8(L);0.12522.4=2.8(L);(4)Cu(4)Cu2+2+2e+2e- -=Cu,=Cu,转移转移0.5 mol0.5 mol电子电子, ,则生成的则生成的m(Cu)=0.5/2m(Cu)=0.5/264 =16(g)64 =16(g)。答案答案: :(1)(1
25、)正正(2)4OH(2)4OH- -4e-4e- -=2H=2H2 2O+OO+O2 2(3)(3)水减少的质量水减少的质量:100 g(1- )=4.5 g:100 g(1- )=4.5 g生成生成O O2 2的体积的体积: 22.4 Lmol: 22.4 Lmol-1-1=2.8 L=2.8 L(4)16(4)16(5)(5)碱性增大碱性增大, ,因为电解后因为电解后, ,水量减少水量减少, ,溶液中溶液中NaOHNaOH浓度增大浓度增大酸性增大酸性增大, ,因为阳极上因为阳极上OHOH- -失电子生成失电子生成O O2 2, ,溶液中溶液中H H+ +浓度增加浓度增加酸碱性大小没有变化酸
26、碱性大小没有变化, ,因为因为K K2 2SOSO4 4是强酸强碱盐是强酸强碱盐, ,浓度增加不影浓度增加不影响溶液的酸碱性响溶液的酸碱性【互【互动动探究】探究】(1)(1)甲和丙中生成的气体的种甲和丙中生成的气体的种类类和体和体积积相等相等吗吗? ?提示提示: :甲和丙中实质都是电解水甲和丙中实质都是电解水, ,两池通过的电子数相等两池通过的电子数相等, ,故生故生成气体的种类和体积都相等。成气体的种类和体积都相等。(2)(2)如果如果电电解解过过程中程中铜铜全部析出全部析出, ,此此时电时电解能否解能否继续进继续进行行, ,为为什什么么? ?提示提示: :铜全部析出铜全部析出, ,还可以电
27、解水还可以电解水, ,故电解可以继续进行。故电解可以继续进行。【变变式式训练训练】(2013(2013榆榆林模林模拟拟) )用惰性用惰性电电极极电电解一定量的硫解一定量的硫酸酸铜铜溶液溶液, ,实验实验装置如装置如图图甲。甲。电电解解过过程中的程中的实验实验数据如数据如图图乙乙, ,横坐横坐标标表示表示电电解解过过程中程中转转移移电电子的物子的物质质的量的量, ,纵纵坐坐标标表示表示电电解解过过程中程中产产生气体的生气体的总总体体积积( (标标准状况准状况) )。则则下列下列说说法不正确法不正确的是的是( () )A.A.电电解解过过程中程中,a,a电电极表面先有极表面先有红红色物色物质质析出
28、析出, ,后有气泡后有气泡产产生生B.bB.b电电极上极上发发生的反生的反应应方程式方程式为为4OH4OH- -4e-4e- -=2H=2H2 2O+OO+O2 2C.C.曲曲线线0 0P P段表示段表示O O2 2的体的体积变积变化化D.QD.Q点点时时溶液中溶液中H H+ +的物的物质质的量的量为为0.4 mol0.4 mol【解析】【解析】选选D D。由电流方向可知。由电流方向可知,b,b电极为阳极电极为阳极, ,电解过程中电解过程中,a,a电电极表面先有红色物质析出极表面先有红色物质析出, ,后有气泡产生后有气泡产生;b;b电极上发生的反应电极上发生的反应方程式为方程式为4OH4OH-
29、 -4e-4e- -=2H=2H2 2O+OO+O2 2;曲线曲线0 0P P段是阴极产生铜段是阴极产生铜, ,阳阳极产生极产生O O2 2曲线曲线P PQ Q段是阴极产生段是阴极产生H H2 2, ,阳极产生阳极产生O O2 2, ,故故A A、B B、C C正确。正确。0 0P P阶段产生阶段产生1.12 L(1.12 L(标准状况标准状况)O)O2 2, ,转移电子转移电子0.2 mol,0.2 mol,消耗消耗0.2 0.2 mol OHmol OH- -积累积累0.2 mol H0.2 mol H+ +,P,PQ Q段电解水段电解水,n(H,n(H+ +) )不变不变,D,D不正确。不正确。
