苏教版必修二第三单元 化学能与电能的转化第二课时一课一练

第二课时　电能转化为化学能

1．电解水得到的产物是什么？你能写出反应的化学方程式吗？

提示：电解水得到H2和O2；2H2O2H2↑＋O2↑。

2．如何检验某化学反应产生的黄绿色气体是氯气？

提示：用湿润的淀粉碘化钾试纸检验，若试纸变蓝，证明该黄绿色气体是Cl2。

3．你知道Ag＋、Fe3＋、Cu2＋、H＋四种离子氧化能力的强弱顺序吗？试比较Cl－和S2－还原性的强弱。

提示：氧化性：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋，还原性：S2－＞Cl－。

[新知探究]

探究1　电解食盐水得到的产物是什么？反应中能量是如何转化的？

提示：电解食盐水制得纯碱、氯气和氢气。反应中能量的转化形式是电能转化为化学能。

探究2　用石墨作电极电解CuCl2溶液，阳极产物和阴极产物各是什么？依据教材P44观察与思考，完成表格：

探究3　用石墨作电极电解CuCl2溶液，通电后溶液中的离子如何移动？其中阳极和阴极发生反应的类型是什么？

提示：通电后，阴离子(如Cl－)向阳极移动，阳离子(如Cu2＋)向阴极移动。电解时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。

[必记结论]

1．电解反应实例

(1)电解H2O：2H2O2H2↑＋O2↑。

(2)电解NaCl溶液：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

2．电解池

(1)电解：使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。

(2)电解池：将电能转化为化学能的装置。

(3)构成条件：

(4)工作原理图示：

[成功体验]

1．用短线将下列电极与电极反应(或离子移动方向)连接起来。

解析：原电池的负极与电解池的阳极均发生氧化反应；原电池的正极与电解池的阴极均发生还原反应；在原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动；在电解池中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。

答案：(1)—A、D　(2)—B、C　(3)—B、C　(4)—A、D

2.按如图所示装置，以石墨为电极电解氯化铜溶液。

(1)阴极为________，阳极为________。(填写“A”或“B”)

(2)在阴极发生反应的微粒为__________，电极反应式为___________________________________________________________，

现象为_______________________________。

(3)在阳极发生反应的微粒为____________，

电极反应式为_________________________________，

现象为_____________________________________。

答案：(1)B　A

(2)Cu2＋　Cu2＋＋2e－===Cu

有红色固体析出

(3)Cl－　2Cl－－2e－===Cl2↑

产生黄绿色气体

[新知探究]

探究1　工业上如何制备金属铝？你能写出阳极反应式和阴极反应式吗？

提示：工业上用电解熔融Al2O3的方法冶炼铝。阳极反应式：6O2－－12e－===3O2↑，阴极反应式：4Al3＋＋12e－===4Al。

探究2　电解精炼铜时，阳极材料和阴极材料分别是什么？对电解质溶液有什么要求？

提示：阳极材料是粗铜、阴极是纯铜。电解质溶液必须是含Cu2＋的溶液(如CuSO4溶液)。

探究3　电解精炼铜一段时间后，电解质溶液(如CuSO4)的浓度如何变化？

提示：减小。

[必记结论]

1．制备Na、Mg、Al、Cl2等活泼的金属和非金属单质

(1)制取钠：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。

(2)制取铝：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。

2．电解精炼铜

反应特点：

①比铜活泼的金属：以阳离子形式存在于溶液中；

②比铜活泼性差的金属：形成阳极泥；

③电解过程中电解质溶液浓度减小。

[成功体验]

3．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，阴极发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu

C．粗铜中所含Ni、Fe、Zn等金属杂质，电解后以单质形式沉积槽底，形成阳极泥

D．电解铜的纯度可达99.95%～99.98%

解析：选C　阳极泥是金、银等比铜活泼性差的金属的沉积物。

4．[双选](山东高考节选)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是(　　)

A．电能全部转化为化学能

B．粗铜接电源正极，发生氧化反应

C．溶液中Cu2＋向阳极移动

D．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属

解析：选BD　电解精炼铜过程中电能转变为化学能的同时，部分电能转化为热能，A错；电解精炼铜时，粗铜作阳极，与电源正极相连，发生氧化反应，B对；电解过程中        Cu2＋向阴极移动，C错；粗铜中Ag、Pt、Au放电能力比铜弱，形成阳极泥，可以回收，D对。

———————————————[关键语句小结]————————————————

1．将电能转化为化学能的装置，叫电解池；电解池和原电池的最大区别是电解池有外加直流电源。

2．电解池的两极中，阳极与电源正极相连，发生氧化反应；阴极与电源负极相连，发生还原反应。

3．电解池内部，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。

4．离子的放电顺序(惰性电极)：

(1)阳极：S2－>Cl－>OH－>含氧酸根离子(还原性强弱)；

(2)阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>……(氧化性强弱)。

5．电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，含Cu2＋的盐溶液作电解质溶液，反应后，比铜活泼的金属以阳离子形式存在于溶液中，比铜不活泼的金属形成阳极泥。

1．惰性电极

指在作阳极时不被氧化的电极，常见的有金属铂、金和石墨，其他物质作电极，一般称作活性电极。

2．电极产物的判断

(1)阳极产物：

①如果是活性电极(Pt、Au、石墨之外的材料)，则电极材料失电子，电极溶解。

②如果是惰性电极(Pt、Au、石墨等)，则溶液中的阴离子失电子，放电顺序：S2－>Cl－>   OH－>含氧酸根。

电极反应式：S2－－2e－===S；

2Cl－－2e－===Cl2↑；

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。

(2)阴极产物：

①无需考虑电极材料。

②阳离子放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>……

电极反应式：

Ag＋＋e－===Ag；

Fe3＋＋e－===Fe2＋；

Cu2＋＋2e－===Cu；

2H＋＋2e－===H2↑。

[例1]　如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关的判断正确的是(　　)

A．a为负极、b为正极

B．d为阳极、c为阴极

C．d极反应为Cu2＋＋2e－===Cu

D．电解过程中，氯离子浓度不变

解析：选C　电流从电源的正极流出，故a为电源的正极，b为电源的负极，与电源正极相连的c为阳极，与电源负极相连的d为阴极。在电解过程中，因Cu2＋是阳离子，移向阴极(d)，在阴极放电析出Cu，所以d电极质量增加；Cl－是阴离子，移向阳极(c)，在阳极放电生成Cl2，会导致溶液中氯离子浓度降低。

电解池阴、阳极的判断方法

(1)若例1中未给出电流的方向，而是已知c极质量增加，则电源的正极是a极，还是b极？

(2)溶液的颜色如何变化？

提示：(1)c极质量增加，说明c为阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，则a为电源负极，b为电源正极。

(2)因Cu2＋放电，故c(Cu2＋)减小，溶液颜色变浅。

答案：(1)b　(2)溶液颜色变浅

电解规律(惰性电极)——“四大类型”

[例2]　用惰性电极实现电解，下列说法正确的是(　　)

A．电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变

B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小

C．电解硫酸铜溶液一段时间，加入Cu(OH)2可使溶液恢复原状况

D．电解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

解析：选D　电解稀硫酸溶液，实质是电解水，硫酸溶液浓度增大，溶液pH减小；电解稀氢氧化钠溶液，也是电解水，NaOH溶液浓度增大，故溶液pH增大；电解CuSO4溶液一段时间后要使溶液恢复到原状况，应加入CuO而不是Cu(OH)2；电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物分别是Cu和Cl2，两者的物质的量之比为1∶1。

电解质溶液电解后恢复原状态的方法：

加入电解时“脱离体系的物质”，即“出什么加什么”，如电解NaCl溶液时脱离溶液的是H2和Cl2，若恢复原状态，应通入HCl气体，而不是加入盐酸。

用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，加原溶质能恢复原状态的是(　　)

A．CuSO4　　　　　　　　　B．CuCl2

C．BaCl2                   D．H2SO4

解析：选B　阴极质量增加，说明有不活泼金属阳离子被还原成金属析出，A、B选项符合，但电解CuSO4溶液时生成Cu、O2和稀H2SO4，应加入CuO才能恢复原状态，而电解CuCl2溶液时生成Cu和Cl2，故再加适量CuCl2能恢复原状态。

1．下列有关电极的说法正确的是(　　)

A．铜锌原电池中铜是负极

B．用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极

C．在电解CuCl2溶液时阳极上产生Cl2

D．电解NaCl溶液时，NaOH在阳极上生成

解析：选C　A项，锌比铜活泼，故铜作正极，错误；B项，电解冶炼铜时，粗铜作阳极，错误；D项，电解NaCl溶液时，在阴极上产生H2、NaOH，错误。

2．在原电池和电解池的电极上所发生的反应，属于氧化反应的是(　　)

A．原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应

B．原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应

C．原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应

D．原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应

解析：选C　原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应为氧化反应，原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应为还原反应。

3．用石墨作电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，电解结束后，向剩余电解液中加适量的水，能使溶液和电解前相同的是(　　)

A．AgNO3　　　　　　　　B．CuSO4

C．NaOH                 D．NaCl

解析：选C　电解NaOH溶液，实质上是电解水，故若复原应加水。

4．将粗铜和硫酸铜溶液组成电解池，利用电解的方法可以将粗铜提纯。下列叙述正确的是(　　)

A．阳极发生还原反应

B．电解过程中，阳极质量减少量与阴极质量增加量相等

C．粗铜连接电源的正极，发生的主要电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋

D．由于阳极上铜溶解的速率与阴极上铜沉积的速率相等，所以溶液中硫酸铜的浓度保持不变

解析：选C　与电源正极相连的是电解池的阳极，阳极铜因发生氧化反应而被溶解；粗铜中含有比铜活泼的锌、镍、铁等杂质，电解过程中这些杂质先失去电子，变成金属阳离子进入溶液中，所以电解过程中阳极质量减少量与阴极质量增加量并不相等，阳极上铜溶解的速率与阴极上铜沉积的速率也不相等，溶液中硫酸铜的浓度减小。

5．如图所示，A、B两个装置中的两个烧杯分别盛有足量的CuCl2溶液。

(1)A、B两个装置中属于原电池的是__________(填标号，下同)，属于电解池的是__________。

(2)A池中Zn是________极，Cu极发生________反应。

(3)B池中C是____________极，发生__________反应，电极反应式为_______________。

解析：判断装置是原电池还是电解池，关键是看它有没有外接直流电源，有则为电解池，无则为原电池。由此可知A为原电池，B为电解池。A中Zn作负极失去电子被氧化，发生反应为Zn－2e－===Zn2＋；Cu为正极，电解液中阳离子在正极上得电子被还原，发生反应为Cu2＋＋2e－===Cu。A池中总反应为上述这两个半反应的和，即Cu2＋＋Zn===Cu＋Zn2＋。装置B溶液中的H＋和Cu2＋均移向阴极，但因盐溶液中阳离子得电子能力Cu2＋>H＋，因而发生还原反应Cu2＋＋2e－===Cu。同时溶液中失电子能力较强的Cl－在阳极Pt表面被氧化，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。总反应的化学方程式为CuCl2Cu＋Cl2↑。

答案：(1)A　B　(2)负　还原　(3)阴　还原

Cu2＋＋2e－===Cu