化学第3节 电能转化为化学能——电解课文内容课件ppt

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素养新目标1. 认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。2．了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理。3．能根据电解池的工作原理设计简单的电解池。
一、电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气1．装置 2．现象(1)阳极上：______________。(2)阴极上：___________________________。
有气体产生，阴极附近溶液变红
3．原理分析及电极反应电解时U形管中，__________移向阳极，__________移向阴极。(1)阳极离子放电顺序：________，电解反应：_________________(_____反应)。(2)阴极离子放电顺序：________，电极反应：_________________ (______反应)。4．总反应化学方程式：____________________________________________，离子方程式：_____________________________________________。
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑
5．产物及验证方法(1)用________________检验阳极放出的氯气。(2)用___________检验产物NaOH。
二、铜的电解精炼1．装置
2．电极反应阳极：_________________ (________反应)(主要)阴极：_________________ (________反应)3．阳极泥铜的电解精炼过程中，粗铜中不如铜活泼的金属(Ag、Au、Pt等)与其他不溶性杂质混在一起沉积在电解池底部形成的物质。
Cu－2e－===Cu2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
状元随笔　(1)铜的电解精炼过程中，Zn、Ni、Fe等比铜活泼的金属以及铜在阳极放电变成金属阳离子进入溶液，不如铜活泼的银、金、铂等金属不放电，与其他不溶性杂质混在一起沉积在电解池的底部形成阳极泥。(2)精炼铜时，由于阳极上溶解的金属为Fe、Zn、Ni、Cu等，而在阴极上只有Cu析出，根据电子守恒，阳极溶解的Cu的质量小于阴极析出Cu的质量。(3)电解精炼后溶液中阴离子浓度不变，阳离子浓度有的(如Cu2＋)变小，有的(如Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋等)变大。
三、电镀1．定义：应用_____原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。2．目的：提高金属的______能力、耐磨性能或改善金属制品的外观。3．电镀池构成镀层金属(或惰性电极)用作_____材料，镀件用作_____材料，含有___________的盐溶液作电镀液。
状元随笔　理解电镀时需注意“一多、一少、一不变”：一多指阴极上有镀层金属沉积，一少指阳极上有镀层金属溶解，一不变指电镀液浓度不变。
【即学即练】1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)向电解NaCl溶液的电解池中加入酚酞，阳极区变红。(　　)(2)氯碱工业可以得到金属钠、Cl2和H2。(　　)(3)电解饱和食盐水阴极产生的气体可使湿润的淀粉KI试纸变蓝。(　　)(4)粗金属精炼时，粗金属作阳极，阳极泥是比被精炼金属不活泼的金属。(　　)(5)电解法精炼粗铜时，电解质溶液中各离子浓度一定不变。(　　)(6)精炼铜后，电解质溶液中含Zn2＋、Cu2＋、Ag＋、Fe2＋等阳离子。(　　)(7)精炼铜装置中，阴极得到32 g铜，阳极电子转移1 ml。(　　)
2．用惰性电极电解未精制的饱和食盐水，食盐水装在U形管内，结果很快在某一电极附近出现食盐水变浑浊现象。造成浑浊的难溶物主要是(　　)A．碳酸镁 B．硫酸钡C．氢氧化镁 D．碳酸钡
解析：未精制的食盐，含有Ca2＋、Mg2＋等杂质，通电后溶液中c(OH－)增大、Mg2＋极易与OH－作用产生Mg(OH)2沉淀。
3．(双选)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是(　　)A.阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑B．电解一段时间后，阳极室的pH未变C．电解过程中，H＋由b极区向a极区迁移D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
解析：据图可知，b极由O2反应生成了H2O2，在这个过程中，氧元素化合价降低，发生了得电子的还原反应，因此b极是电解池的阴极，可推出阴极的电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===H2O2；a极为电解池的阳极，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。依据分析a极是阳极，属于放氧生酸型的电解池，所以阳极的反应式是2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，A项正确；电解时阳极产生氢离子，氢离子是阳离子，通过质子交换膜移向阴极，所以电解一段时间后，阳极室的pH不变，B项正确；由B的分析可知，氢离子通过质子交换膜移向阴极(b极)，C项错误；根据分析，阳极的反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极的反应为O2＋2e－＋2H＋===H2O2，总反应为O2＋2H2O===2H2O2，要消耗氧气，即a极生成的氧气小于b极消耗的氧气，D项错误。
4．电镀在工业上有着广泛的应用，可以镀锌、镀铜、镀金等。利用如图所示装置可以将铜牌变为银牌，即在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是(　　) A．通电后，Ag＋向阳极移动B．银片与电源负极相连C．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===AgD．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初
解析：铜牌上镀银，银为阳极，Ag＋向阴极移动，阴极反应为Ag＋＋e－===Ag。由于实验中镀层不可能非常均匀致密，所以将电源反接，阳极上Cu、Ag均能溶解，铜牌不可能恢复如初。
5．某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3∶1。用石墨作电极电解该混合溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是(　　)A．阴极自始至终只析出H2B．阳极先析出Cl2，后析出O2C．电解最后阶段为电解水D．溶液pH不断增大，最后为7
6．环氧乙烷(C2H4O)常用于医用消毒，一种制备方法为：使用惰性电极电解KCl溶液，用Cl－交换膜将电解液分为阴极区和阳极区，其中一区持续通入乙烯；电解结束，移出交换膜，两区混合反应：HOCH2CH2Cl＋OH－===Cl－＋H2O＋C2H4O。下列说法错误的是(　　)A．乙烯应通入阴极区B．移出交换膜前存在反应Cl2＋H2O⇌HCl＋HClOC．使用Cl－交换膜阻止OH－通过，可使Cl2生成区的pH逐渐减小D．制备过程的总反应为：H2C===CH2＋H2O===H2↑＋C2H4O
解析：根据题意，电解时两区分别生成HOCH2CH2Cl、OH－，可推知，阴极区反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，C2H4则在阳极区反应，生成HOCH2CH2Cl，A项错误；阳极区涉及反应包括：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2＋H2O⇌HCl＋HClO，HClO＋C2H4―→HOCH2CH2Cl，B项正确；由于Cl－交换膜的存在，Cl2与OH－不相互接触，阳极区总反应为2Cl－－2e－＋H2O＋C2H4===HOCH2CH2Cl＋HCl，因此pH下降，C项正确；由阳极区总反应、阴极反应以及两极混合反应，三个反应相加，可得总反应为C2H4＋H2O===H2↑＋C2H4O，D项正确。
目标一　电解原理的应用例1 利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置如图所示，
下列说法正确的是(　　)A．电极b反应式是O2＋4e－＋2H2O===4OH－B．电解后乙装置d电极附近溶液的pH不变C．c电极上的电极反应式为N2O4－2e－＋H2O===N2O5＋2H＋D．甲中每消耗1 ml SO2，乙装置中有1 ml H＋通过隔膜
状元随笔　(1)通过分析甲装置图：SO2→H2SO4，O2→H2O，判断出甲为原电池，乙为电解池。(2)工业电解食盐水制备烧碱的装置示意图 阳离子交换膜：①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过；②将电解槽隔成阳极室和阴极室。
[提升1]　(双选)金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述不正确的是(已知：氧化性Fe2＋解析：电解精炼镍时，粗镍作阳极，纯镍作阴极，电解质溶液中含有Ni2＋，则阳极发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，阴极电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，因此，电解过程中阳极减少的质量不等于阴极增加的质量，电解后，溶液中存在的金属阳离子有Fe2＋、Ni2＋、Zn2＋，电解槽底部的阳极泥中只有铜和铂，没有锌、铁、镍。
状元随笔　电解法冶炼活泼金属Na、Mg、Al的电极反应
提醒：电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解MgO冶炼镁，是因为MgO的熔点很高；电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，是因为AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电。
目标二　有关电解的计算  例2 如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答：
(1)电源中X极是____ (填“正”或“负”)极。(2)通电5 min时，B中共收集到224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(CuSO4)＝___________。(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，则电解后溶液的c(OH－)＝___________。
0.025 ml·L－1
[提升2]　碱性硼化钒(VB2)—空气电池工作时发生反应4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5。用该电池为电源，选用惰性电极电解硫酸铜溶液，实验装置如图所示。当外电路中通过0.04 ml电子时，B装置内共收集到0.448 L气体(标准状况)，则下列说法正确的是 (　　)  A．VB2电极发生的电极反应为2VB2＋11H2O－22e－===V2O5＋2B2O3＋22H＋B．外电路中电子由c电极流向VB2电极C．电解过程中，c电极表面先有红色物质析出，b电极有气泡产生D．若B装置内的液体体积为200 mL，则CuSO4溶液的物质的量浓度为0.1 ml·L－1
关键能力(1)计算的原则①阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。②串联电路中通过电解池的电子总数相等。③直流电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。
(3)常见的计算类型①两极产物的定量计算。②溶液pH的计算。③求元素化合价或确定物质的化学式。④根据电量求产物的量或根据产物的量求电量。
1．许多金属都可以通过电解的方法达到精炼的目的。下列有关该方法的叙述中，正确的是(　　)A．含杂质的粗金属作阳极，与直流电源的正极相连B．阴极只要是一种导体即可，与精炼过程无关C．电解质溶液中除了含有精炼的金属的阳离子之外，绝对不能含有其他金属阳离子D．在精炼过程中，电解质溶液的成分不发生任何变化
2. 如图为电解饱和食盐水的简单装置，下列有关说法正确的是(　　)A．电解一段时间后，向蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色B．蛋壳表面缠绕的铁丝发生氧化反应C.铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝D．蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触
3．串联电路中连接分别装有0.5 ml·L－1下列溶液的四个电解池，用惰性电极进行电解，连接直流电源一段时间后，溶液pH最小的是(电解产生的气体全部逸出)(　　)A．KNO3溶液 B．NaCl溶液C．AgNO3溶液 D．CuCl2溶液
4．(双选)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示： 下列说法正确的是(　　)A．X为电源的负极B．固体电解质中转移1 ml O2－时电路中转移1 ml电子C．电极A生成C2H4的反应式是2CH4－4e－＋2O2－===C2H4＋2H2OD．相同条件下，若生成乙烯和乙烷体积比为1∶1，则消耗CH4和CO2体积比为4∶3
5.(双选)纳米级Cu2O因具有优良的催化性能而受到广泛关注。采用离子交换膜控制电解液中OH－的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示，发生的反应为2Cu＋H2O通电Cu2O＋H2↑。下列说法正确的是(　　)A．钛电极上发生氧化反应B．阳极附近溶液的pH逐渐减小C．离子交换膜应采用阳离子交换膜D．阳极反应式为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O
解析：钛电极与电源负极相连作阴极，发生氢离子得电子的还原反应，A项错误；根据总反应可得阳极反应式为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，消耗OH－，则阳极附近溶液的pH减小，B、D项正确；阳极反应式为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，则应采用阴离子交换膜，C项错误。
7．下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，在c、d两极上共收集到336 mL(标准状况)气体。回答：
(1)直流电源中，M为____极。(2)Pt电极上生成的物质是____，其质量为____ g。(3)电源输出电子的物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为2∶____∶_____∶____。(4)AgNO3溶液的浓度______ (填“增大”“减小”或“不变”，下同)，AgNO3溶液的pH_____，硫酸的浓度______，硫酸的pH______。(5)若硫酸的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的硫酸______ g。