学年苏教版化学必修二同步学习讲义专题2第3单元化学能与电能的转化 第3课时 Word版含答案.docx

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学年苏教版化学必修二同步学习讲义专题2第3单元化学能与电能的转化第3课时Word版含答案

第3课时　电能转化为化学能

[学习目标定位]　1.知道电解的原理和电解池的形成条件，会分析电解的应用。

2.能熟练书写电解池的电极反应式和电解反应方程式。

一、电解池的构成条件及工作原理

1．下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．根据上述实验，讨论回答下列问题：

（1）上述实验装置中的能量变化是电能转化为化学能，化学上把具备这种特点的装置称为电解池。

（2）电解池的构成条件是①直流电源，②两个固体电极，③电解质溶液或熔融电解质，④构成闭合回路。

（3）电极名称与电极反应

①阴极是与电源负极相连的电极，发生还原反应。

②阳极是与电源正极相连的电极，发生氧化反应。

3．从装置上比较原电池与电解池的区别是什么？

答案　原电池中没有外加电源，电解池中有外加电源。

电解池的工作原理及电解的概念

（1）电解池的工作原理

（2）电解是在直流电的作用下，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。

1．下列关于电解池的说法正确的是（　　）

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的阴极

C．与直流电源负极相连的电极上发生还原反应

D．阳极上发生还原反应

答案　C

解析　解答本题需了解电解池阴、阳极的判断及电解的特点。

电解池的阴、阳极是根据直流电源的正、负极确定的。

与电源负极相连的电极为电解池的阴极，该电极上发生还原反应；与电源正极相连的电极为电解池的阳极，该电极上发生氧化反应。

思维启迪　电解池电极名称的判断方法

2．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

答案　C

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电极质量增加，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。

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：

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。

回答下列问题：

（1）写出阴极和阳极上的电极反应式。

答案　阴极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu；阳极反应式是Cu－2e－===Cu2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Zn－2e－===Zn2＋。

（2）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？

答案　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。

（3）从阳极沉积下来的阳极泥中含有哪些金属？

答案　不如铜活泼的金属金、银等。

（4）在电解过程中电解质CuSO4溶液浓度发生怎样的变化？

答案　电解过程中电解质CuSO4溶液的浓度减少，需及时补充。

电解产物的判断——“先看阳极材料，再看离子放电顺序”

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：

2．阴极产物的判断

不管阴极的电极材料如何，都只起传导电子的作用，所以在阴极上，一定是阳离子得电子。

阳离子得电子顺序可依据金属活动性顺序确定。

阳离子放电顺序：

3．下列关于电解精炼铜的叙述中不正确的是（　　）

A．粗铜板：

阳极

B．电解时，阳极发生氧化反应，而阴极发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu

C．粗铜中所含Ni、Fe、Zn、Ag等杂质，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%

答案　C

解析　电解精炼铜时，比金属铜活泼的金属锌、铁、镍会先于金属铜失电子，比金属铜活泼性差的Pt、Ag等固体会沉积下来形成阳极泥。

思维启迪　电解池问题解答思路

判断阴、阳电极→观察电极材料→分析放电顺序→确定电极产物→解答。

4．下列有关电化学的图示，完全正确的是（　　）

答案　D

解析　原电池中活泼金属作负极，A错；电解精炼铜粗铜作阳极，B错；电镀中镀层金属作阳极，待镀金属作阴极，C错；D对。

1．如图所示装置中，属于电解池的是（　　）

答案　C

解析　若要形成电解池必须具备以下条件：

①有一个外加直流电源；②有两个电极与电源相连；③形成闭合电路。

2．关于电解池的叙述不正确的是（　　）

A．与电源正极相连的是电解池的阳极

B．电解质溶液中的阳离子向阴极移动

C．在电解池的阳极发生氧化反应

D．电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，再经电解质溶液流入电解池的阳极

答案　D

解析　与电源正极相连的是电解池的阳极，电解池中的阴离子移向阳极，失去电子发生氧化反应，A、B、C正确；电子由电源负极流向电解池阴极，不能经电解质溶液流向电解池的阳极，D错误。

3．某同学按如图所示的装置进行电解实验。

下列说法正确的是（　　）

A．电解过程中，铜电极上有H2产生

B．电解初期，主反应方程式为

Cu＋H2SO4

CuSO4＋H2↑

C．电解一段时间后，石墨电极质量不变

D．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大

答案　B

解析　铜作阳极：

Cu－2e－===Cu2＋，铜电极上无H2产生，A错误；石墨作阴极：

2H＋＋2e－===H2↑，所以电解初期总方程式为Cu＋H2SO4

CuSO4＋H2↑，电解一段时间后，溶液中Cu2＋浓度增大，并不断向阴极定向移动，故石墨电极上有铜析出，B正确、C错误；在电解开始阶段，2H＋＋2e－===H2↑，H＋的浓度减小，D错误。

4．有关下图的说法正确的是（　　）

A．构成原电池时溶液中的SO

移向Cu电极

B．构成原电池时Cu极反应式：

Cu－2e－===Cu2＋

C．要使Fe极不被腐蚀，Cu片换Zn片或a接直流电源负极

D．a和b分别接直流电源正、负极，Fe片上有气体产生

答案　C

解析　根据金属活动性顺序表可知，Fe比Cu活泼，则构成原电池时，外电路中Fe是流出电子的负极，Cu是流入电子的正极，内电路中带负电的SO

移向负极，带正电的Cu2＋移向正极，故A项不正确；构成原电池时，Cu2＋移向正极，并且在正极上得到电子发生还原反应，析出单质铜覆盖在正极表面，即Cu2＋＋2e－===Cu，故B项不正确；保护Fe极的方法就是使其作正极或阴极，可以与比Fe活泼的金属构成原电池，或者与直流电源的负极相连，故C项正确；D项中构成电解池时，Fe极为阳极，Cu极为阴极，Fe片上的反应为Fe－2e－===Fe2＋，Cu2＋移向阴极，并且在阴极上得到电子发生还原反应，析出单质铜覆盖在阴极表面，即Cu2＋＋2e－===Cu，故D项不正确。

5．如图所示，A、B两个装置的烧杯中分别盛有足量的CuCl2溶液。

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

（2）A池中Zn是________极，发生________（填“氧化”或“还原”，下同）反应，电极反应式为________________________________________________________________________。

Cu是__________极，发生____________反应，电极反应式为___________________________。

A池中总的化学方程式为___________________________________________。

（3）B池中C是________极，发生________反应，电极反应式为____________________________。

Pt是________极，发生________反应，电极反应式为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

B池中总的化学方程式为_____________________________________________。

答案　

（1）A　B

（2）负　氧化　Zn－2e－===Zn2＋　正　还原

Cu2＋＋2e－===Cu　Zn＋CuCl2===ZnCl2＋Cu

（3）阴　还原　Cu2＋＋2e－===Cu　阳　氧化

2Cl－－2e－===Cl2↑　CuCl2

Cu＋Cl2↑

解析　由装置图和题给条件知，A为原电池，B为电解池。

对于原电池，活泼电极作负极，负极发生氧化反应，不活泼电极作正极，正极上发生还原反应。

对于电解池，与电源负极相连为阴极，阴极上发生还原反应，与电源正极相连为阳极，阳极上发生氧化反应。

[基础过关]

题组一　电解池的工作原理

1．下列关于电解池形成的闭合回路的叙述中，不正确的是（　　）

A．电解池中的闭合回路是由电子的定向运动形成的

B．金属导线中，电子从电源的负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极

C．在电解质溶液中，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动

D．相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相等

答案　A

解析　电解池中电解质溶液依靠阴、阳离子的定向移动而导电。

2．以下能用电解原理说明的是（　　）

①电解是把电能转化成化学能　②电解是把化学能转化成电能　③电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化　④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现　⑤任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生

A．①②③④B．②③⑤

C．③④D．①③④⑤

答案　D

3．用惰性电极Pt电解下列物质的溶液，阴极上有金属析出的是（　　）

A．Na2SO4B．NaClC．AgNO3D．KOH

答案　C

4．如图电解池中装有硫酸铜溶液，选用不同材料的电极进行电解。

下列说法正确的是（　　）

选项

电极材料

通电后的变化

阴极

阳极

A

石墨

石墨

阴极质量增加，溶液的酸性减弱

B

铜

铜

阳极质量减小，阴极质量增加

C

铁

铁

两极的质量不发生变化

D

铂

铁

阴极质量不变

答案　B

解析　A项，阳极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，溶液中有H2SO4生成，溶液酸性增强，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，阴极质量增加；B项，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，因此阳极质量减小，阴极质量增加；C项，阳极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，因此阳极质量减小，阴极质量增加；D项，阳极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，因此阳极质量减小，阴极质量增加。

题组二　电解原理的应用

5．下列描述中，不符合生产实际的是（　　）

A．电解熔融的Al2O3制取铝，用石墨作阳极

B．电解法精炼铜，用纯铜作阴极

C．工业上电解饱和食盐水，可制得烧碱、氢气和氯气

D．电解氯化镁溶液，可制得镁和氯气

答案　D

解析　电解氯化镁溶液阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，无金属镁生成。

工业上通过电解熔融氯化镁制取镁与氯气。

6．若某电能与化学能的转化装置（电解池或原电池）中发生的总反应的离子方程式是Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑。

则下列关于该装置的有关说法正确的是（　　）

A．该装置可能是原电池，也可能是电解池

B．该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸

C．该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极

D．该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸

答案　C

解析　该反应不能自发进行，只有在外加电源的条件下发生，故该装置为电解池，且铜作阳极。

7．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，发生还原反应

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

答案　D

解析　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错误；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。

8．下列各组溶液电解一段时间后，再加入相关物质，溶液能恢复原状况的是（　　）

选项

电解质溶液

阳极

阴极

加入的物质

A

NaCl溶液

碳

铁

盐酸

B

NaOH溶液

碳

碳

水

C

硫酸铜溶液

碳

碳

硫酸铜

D

硫酸

铁

碳

H2O

答案　B

解析　电解过程中，损耗什么物质，补充什么物质。

但往往是两极损耗物质的化合物。

对于A，在阳极产生Cl2，在阴极产生H2，应补充H、Cl元素，但加入H2、Cl2显然不行，应加HCl，本例中加盐酸则多引入了水；

对于B，只电解了水，补充水是正确的；

对于C，阳极放出O2，阴极析出Cu，应补充CuO；

对于D，因阳极材料是铁，所以电极反应式是

阳极：

Fe－2e－===Fe2＋，

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑。

按理应补H去Fe，其实这种变化加一种物质无法恢复。

9．用Pt作电极电解下列某种溶液，当阳极生成112mL气体时，阴极上析出0.64g金属。

则该电解池中溶质可能是（　　）

A．CuSO4B．MgSO4

C．Al2（SO4）3D．Na2SO4

答案　A

解析　因Mg2＋、Al3＋、Na＋的氧化性弱于H＋，故水溶液中三种离子不放电，即不会析出金属，只有A能析出金属Cu，正确。

10．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念，设计制取Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应：

2Cu＋H2O

Cu2O＋H2↑。

下列说法正确的是（　　）

A．石墨电极上产生氢气

B．铜电极发生还原反应

C．铜电极接直流电源的负极

D．当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成

答案　A

解析　根据方程式可知，铜失去1个电子，发生氧化反应，所以铜和电源的正极相连，作阳极，则石墨是阴极。

溶液中的氢离子得到电子，产生氢气，A项正确、B项和C项不正确；当有0.1mol电子转移时，有0.05molCu2O生成，所以D项不正确。

[能力提升]

11．根据如图所示电化学实验装置图，回答下列问题。

（1）若只闭合S1，该装置属于________，能量转化形式为________，锌极作________极。

（2）若只闭合S2，该装置属于________，能量转化形式为________，锌极上所发生反应的电极方程式为________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）若只闭合S3，该装置属于________，铜极作________极，锌极上所发生反应的电极方程式为____________，总反应的化学方程式为____________________。

答案　

（1）原电池　化学能转化为电能　负　

（2）电解池　电能转化为化学能　Zn－2e－===Zn2＋　

（3）电解池　阳　2H＋＋2e－===H2↑　Cu＋H2SO4

CuSO4＋H2↑

解析　

（1）若只闭合S1，没有外接电源，则Zn、Cu、稀硫酸构成原电池，该装置将化学能转化为电能，较活泼的锌作负极。

（2）若只闭合S2，装置中有外接电源，该装置为电解池，将电能转化为化学能，与电源正极相连的锌极作阳极，锌被氧化。

（3）若只闭合S3，该装置为电解池，与电源正极相连的铜极作阳极，铜被氧化，溶液中的H＋在阴极（锌极）上被还原为H2。

12．如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。

（1）正极为________（填“a”或“b”），阳极为________（填“c”或“d”）。

（2）阳极反应式为_____________________________________________

________________________________________________________________________，

检验该阳极产物的方法是________。

（3）电解一段时间后发现阴极增重6.4g，则外电路中通过的电子的物质的量是________mol，若该电解反应所需的电子全部由氢氧燃料电池提供，则至少需要消耗________L氢气（标准状况下）才能满足需要。

答案　

（1）a　c　

（2）2Cl－－2e－===Cl2↑　用湿润的淀粉碘化钾试纸放在该电极附近，试纸变蓝　（3）0.2　2.24

13．电解原理在化学工业中有广泛应用。

如图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。

请回答以下问题：

（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞溶液，则：

①电解池中X极上的电极反应式为__________________________________________。

在X极附近观察到的实验现象是_________________________________________

________________________________________________________________________。

②Y电极上的电极反应式为_______________________________________________。

（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则

①X电极的材料是__________________，电极反应式为

________________________________________________________________________。

②Y电极的材料是________，电极反应式为_______________________________________

______________________。

（说明：

杂质发生的电极反应不必写出）

答案　

（1）①2H＋＋2e－===H2↑　放出气体，溶液变红

②2Cl－－2e－===Cl2↑

（2）①纯铜　Cu2＋＋2e－===Cu

②粗铜　Cu－2e－===Cu2＋

解析　

（1）用惰性电极电解饱和食盐水时阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑。

X极反应产物为H2和NaOH，H2逸出，NaOH使溶液呈现碱性，加入酚酞变红，Y极产生氯气，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。

14．某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题。

当闭合该装置的电键时，观察到电流计的指针发生了偏转。

请回答下列问题：

（1）甲装置的名称是________（填“原电池”或“电解池”），Zn为________极，Pt为________极。

（2）写出电极反应式：

Pt极_______________________________________________，

Cu极______________________________。

当甲中产生0.1mol气体时，乙中析出铜的质量应为________________________________________________________________________。

（3）若乙中溶液不变，将其电极都换成铜电极，电键闭合一段时间后，乙中溶液的颜色________（填“变深”、“变浅”或“不变”）。

答案　

（1）原电池　负　阳　

（2）2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑　6.4g　（3）不变

解析　

（1）由图中的铜、锌两种电极和电解质稀硫酸构成闭合电路知：

该装置为原电池，Zn活泼，则Zn作负极；乙为电解池，Pt作阳极。

（2）甲装置为原电池，乙装置为电解池，石墨和铂都为惰性电极，连接电源正极的铂电极为电解池的阳极，发生氧化反应：

2Cl－－2e－===Cl2↑，Cu为原电池的正极，发生还原反应：

2H＋＋2e－===H2↑。

连接电源负极的碳电极为电解池的阴极，发生：

Cu2＋＋2e－===Cu，根据电子守恒，当甲中产生0.1mol气体时，铜正极上发生2H＋＋2e－===H2↑，转移0.2mol电子，根据Cu2＋＋2e－===Cu，乙中析出铜0.1mol，即6.4g。

（3）若乙中溶液不变，将其电极都换成铜电极，电键闭合一段时间后，为电镀池，阳极铜溶解Cu－2e－===Cu2＋，阴极铜上铜离子得电子析出金属铜Cu2＋＋2e－===Cu，溶液中铜离子颜色为蓝色，溶液中c（Cu2＋）不变，所以颜色不变。