化学苏教必修2讲义专题2 化学反应与能量转化 第3单元 第2课时.docx

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化学苏教必修2讲义专题2化学反应与能量转化第3单元第2课时

第2课时　电能转化为化学能

学习目标

核心素养建构

1.通过对电解氯化铜溶液的实验探究，认识电能转化为化学能的装置。

2.初步认识电解反应原理。

3.能根据原电池、电解池的构成条件识别原电池、电解池。

4.了解电解原理的应用。

[知识梳理]

一、电解原理

1．实验探究：

如图为电解氯化铜溶液的实验装置。

（1）通电数分钟后，阴极观察到的现象是有红色物质析出；阳极观察到的现象是有黄绿色刺激性气味气体产生。

（2）实验原理分析与讨论

①通电前，氯化铜溶液中存在的离子是Cu2＋、Cl－、H＋、OH－。

②通电后，移向阴极的离子是Cu2＋、H＋，移向阳极的离子是Cl－、OH－。

③阴极电极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu，阳极电极反应式是2Cl－－2e－===Cl2↑。

（3）反应的化学方程式是CuCl2

Cu＋Cl2↑。

2．电解

（1）电解原理：

使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应。

（2）电解池

①概念：

把电能转化为化学能的装置，也就是借助于电流引起氧化还原反应的装置。

②构成条件：

a.有一个外加直流电源；b.有与电源相连的两个电极；c.两电极插入电解质溶液或熔融态电解质中；d.成闭合回路。

③电极：

阴极——连接直流电源负极，在该电极上微粒得到电子，发生还原反应；阳极——连接直流电源正极，在该电极上微粒失去电子，发生氧化反应。

④电子流向：

电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，电子从电解池的阳极沿导线流回电源正极，电流方向与电子流向相反。

⑤电解质溶液中的离子流向：

阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动。

【自主思考】

1．从装置上比较原电池与电解池的区别是什么？

提示　原电池中没有外加电源，电解池中有外加电源。

2．你怎样判断电解池的阴极和阳极？

提示　看连接的电源：

与电源负极相连的是电解池的阴极，与电源正极相连的是电解池的阳极。

3．电解质溶液是如何导电的？

提示　电解质溶于水电离出能自由移动的离子。

通电时，自由移动的离子作定向移动，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，分别在两极上发生氧化还原反应。

二、电解原理的应用

1．下图为冶炼金属钠电解槽示意图。

（1）熔融氯化钠中存在的微粒：

Na＋、Cl－。

（2）通电后离子的运动：

阳离子Na＋（填离子符号）移向阴极；

阴离子Cl－（填离子符号）移向阳极。

（3）电极反应式：

阴极：

2Na＋＋2e－===2Na，阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑。

（4）结论是熔融的氯化钠在直流电作用下发生了氧化还原反应，分解生成了Na和Cl2。

2．下图为铜的电解精炼示意图。

粗铜作阳极，电极反应式：

Cu－2e－===Cu2＋

纯铜作阴极，电极反应式：

Cu2＋＋2e－===Cu

用硫酸铜溶液作电解液。

【自主思考】

4．铜的精炼过程中，粗铜中的杂质（锌、铁、金、银等）是怎样被除去的？

提示　粗铜中的锌、铁等比铜活泼的金属发生氧化反应，溶解变成金属阳离子进入溶液；银、金等不如铜活泼的金属，在电解过程中不发生反应，沉积在电解池的底部形成阳极泥；而阴极只有Cu2＋放电，Zn2＋、Fe2＋等留在电解质溶液中。

5．从阳极沉积下来的阳极泥中含有哪些金属？

提示　不如铜活泼的金属金、银等。

6．在电解过程中CuSO4溶液浓度发生怎样的变化？

提示　电解过程中电解质溶液的浓度减少，需及时补充。

[效果自测]

1．判断

（1）只要有电解反应发生就必将发生氧化还原反应。

（　　）

（2）电解池中的两个电极活泼性一定不同。

（　　）

（3）原电池放电和电解池充电互为可逆反应。

（　　）

（4）电解饱和食盐水阳极产生Cl2。

（　　）

（5）电解时电子的流向为电源负极→阴极→溶液→阳极→电源正极。

（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×

2．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．电解时以纯铜作阳极

B．电解时阴极发生氧化反应

C．粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu－2e－===Cu2＋

D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥

解析　电解精炼铜时，粗铜与电源正极相连，作阳极，电极反应有Cu－2e－===Cu2＋，Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，阴极用纯铜与电源负极相连，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，发生的是还原反应。

电解后阳极形成含少量Pt、Ag等较不活泼金属的阳极泥。

答案　D

探究一、电解池与原电池的区别

【合作交流】

1．原电池和电解池的电极名称及其发生反应的类型是什么？

提示　原电池

电解池

2．原电池和电解池工作时能量转化形式有什么区别？

提示　原电池工作时化学能转化为电能，电解池工作时电能转化为化学能。

【点拨提升】

1．电解池与原电池的联系与区别

电池类别

原电池

电解池

能量转变

化学能转化为电能

电能转化为化学能

装置特点

无外接直流电源

有外接直流电源

电极

正极、负极

阴极、阳极

电极确定

由电极材料本身的相对活泼性决定，较活泼的是负极，较不活泼的是正极

由外接电源的正、负极决定，与负极相连的为阴极，与正极相连的为阳极

电极反应

负极发生氧化反应，正极发生还原反应

阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应

电子流向

负极流向正极

从电源负极流向阴极，从阳极流向电源正极

形成条件

①两个电极

①外接电源

②电解质溶液

②电极（惰性或非惰性）

③形成闭合回路

③形成闭合回路

④自发发生氧化还原反应

④电解质（水溶液或熔化态）

反应自发性

能自发进行的氧化还原反应

反应一般不能自发进行，需电解条件

举例

Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu

CuCl2

Cu＋Cl2↑

相似之处

均能发生氧化还原反应，且同一个装置中两个电极在反应过程中转移的电子总数相等

2.电解池阴阳极的判断方法

判断方法

阳极

阴极

与电源连接方式

与电源正极相连的电极

与电源负极相连的电极

电子或电流流动方向

电子流出，电流流入的电极

电子流入，电流流出的电极

离子迁移方向

阴离子移向的电极

阳离子移向的电极

反应类型

发生氧化反应的电极

发生还原反应的电极

【典题例证1】　如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。

则下列判断中正确的是（　　）

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

解析　由于电流从电源正极流出，故a为电源的正极，b为电源的负极，A项错误；电源称正、负极，B项错误；Cu2＋向阴极移动，d电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，在阴极上析出Cu，所以d极质量增加，C项正确；Cl－向阳极移动，c电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，导致溶液中c（Cl－）降低，D项错误。

答案　C

【学以致用1】　某兴趣小组设计如下微型实验装置。

实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。

下列有关描述正确的是（　　）

A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：

2H＋＋2Cl－

Cl2↑＋H2↑

B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红

C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应为：

Cl2＋2e－===2Cl－

D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极

解析　断开K2，闭合K1时，为电解池，两极均有气泡产生，说明Cu极不是阳极，所以阳极（石墨）反应为：

2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极（Cu）反应为：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－（Cu极附近溶液变红，B项错误），总电解反应为2Cl－＋2H2O

H2↑＋2OH－＋Cl2↑（A项错误）。

断开K1，闭合K2时，为原电池，有Cl2的石墨为正极（D项正确），反应为：

Cl2＋2e－===2Cl－（C项错误）；有H2的Cu极为负极，反应为：

H2－2e－＋2OH－===2H2O（C项错误）。

答案　D

探究二、电解时两电极产物的判断与电极反应式的书写

【合作交流】

3．电解池工作时，溶液中的阴、阳离子分别向什么电极移动？

提示　阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。

4．电解硫酸钠溶液时，在阴、阳两极上放电的离子分别是什么？

提示　阴极：

H＋，阳极：

OH－

【点拨提升】

1.阳极产物的判断

（1）活性金属电极（金属活动性顺序表中在Ag之前），电极金属失电子，生成对应的金属阳离子，阴离子不放电。

（2）惰性电极（Au、Pt、石墨），溶液中的阴离子失电子，生成对应的非金属单质或高价化合物。

阴离子放电顺序：

S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>高价态含氧酸根>F－。

2．阴极产物的判断

与电极材料无关，直接根据阳离子放电顺序进行判断，溶液中的阳离子得电子生成对应的单质或低价化合物

阳离子的放电顺序：

Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞Mn2＋＞较活泼金属阳离子（注意Fe3＋的顺序）。

3．电极反应式与电解反应式的书写（以石墨电极电解CuCl2溶液为例）

（1）电极反应式的书写

①确定阴、阳极。

与电源正极相连的为阳极、与电源负极相连的是阴极。

②分别写出两极上出现的离子。

阴极：

Cu2＋、H＋，阳极：

Cl－、OH－。

③判断阴、阳极放电顺序。

阴极：

Cu2＋>H＋，阳极：

Cl－>OH－。

④写电极反应式。

列物质→标得失→选离子、配电荷→配原子个数

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

（2）电解反应方程式的书写

①通过最小公倍数法使两个电极反应式的电子数相等。

②把两个电极反应式相加，消去相同项，并注明条件“通电”。

电解CuCl2溶液总反应方程式为CuCl2

Cu＋Cl2↑

【典题例证2】　下图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置，通电后在石墨电极a和b附近分别滴加石蕊溶液。

下列实验现象正确的是（　　）

A．逸出气体的体积：

a电极的小于b电极的

B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体

C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色

D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色

解析　Na2SO4===2Na＋＋SO

，H2O电离出H＋和OH－，SO

和OH－移向b电极，Na＋和H＋移向a电极，在b电极上：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，在a电极上：

2H＋＋2e－===H2↑，所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体；由于a电极上H＋放电，所以a电极附近的c（OH－）＞c（H＋），滴加石蕊试液a电极附近变蓝色，同理，b电极附近变红色。

答案　D

【学以致用2】　关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是（　　）

A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠

B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色

C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色

D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性

解析　电解氯化钠溶液的方程式为2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

A选项，在阳极得到氯气，阴极得到氢气、氢氧化钠溶液。

B选项，在阳极附近滴入KI溶液后，氯气与KI发生反应生成I2，溶液呈现棕色。

C选项，在阴极附近滴入酚酞试液，溶液呈现红色。

D选项，电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈碱性。

答案　B

1．下列关于电解池说法正确的是（　　）

A．电源的负极就是阴极

B．与直流电源正极相连的是电解池