资源描述
化学能与电能的转化,1.工业上通常对比较活泼的金属的冶炼是通过电解其熔融盐的方法，如钠的制取就是通过电解熔融氯化钠，镁的制取是通过电解熔融氯化镁，而铝的制取是通过电解熔融氧化铝，讨论写出用石墨电极电解熔融氧化铝的电极反应及总的电解反应。 提示：阳极：6O2-12e-=3O2 阴极：4Al3+12e-=4Al 电解反应：2Al2O3 4Al+3O2,2.结合教材P19“活动与探究”中的实验，请讨论回答以下问题。 (1)CuCl2溶液中存在哪些离子？通电后这些离子怎样运动？ 提示：CuCl2电离成Cu2+和Cl-，H2O发生微弱的电离，生成H+和OH-。通电前这些离子无规则运动，通电后，在电场作用下，Cu2+、H+向阴极移动，Cl-、OH-向阳极移动。,(2)电解过程中，电子的移动方向怎样，两电极上各发生什么反应？ 提示：电解时，电子从电源负极通过导线流向电解池的阴极，在阴极上Cu2+发生还原反应，在阳极上Cl-发生氧化反应，电子通过导线流向电源正极。,(3)写出两电极的电极反应式，预测两电极的现象。 提示：阴极：Cu2+2e-=Cu，碳棒上有红色物质析出， 阳极：2Cl-2e-=Cl2，碳棒上有气泡生成。,3.结合电解CuCl2溶液的反应，推测溶液中有多种离子时，常见的阴、阳离子的放电顺序。 提示：阴离子在阳极放电被氧化，按还原能力的强弱常见阴离子的放电顺序是I-Br-Cl-OH-含氧酸根，阳离子在阴极放电被还原，按氧化能力的强弱常见阳离子的放电顺序是Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+(H+浓度较大时)Pb2+ Sn2+Fe2+Zn2+H+(H+浓度较小时)Al3+Mg2+Na+Ca2+ K+。,4.请思考将电解CuCl2溶液装置的阳极材料换成铜棒，阴极材料换成铁棒，则两极将会发生什么反应？ 提示：因为金属铜的还原性比Cl-强，故用铜棒作阳极时，铜被氧化，生成Cu2+。阴极上仍然是Cu2+被还原，铁不参与反应。现象是阳极铜棒被腐蚀，阴极铁棒上有铜析出。,5.请讨论如何检验用惰性电极电解CuCl2溶液时阳极上的产物？ 提示：用惰性电极电解CuCl2溶液时阳极上的产物是Cl2，通常将湿润的淀粉KI试纸靠近阳极附近，若试纸变蓝，证明有Cl2产生。,【典例1】如图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4的电解池，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.88.0，酸性-红色，碱性-黄色),回答下列问题： (1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是(填编号)_； A管溶液由红变黄；B管溶液由红变黄；A管溶液不变色；B管溶液不变色 (2)写出A管中发生反应的反应式：_。 (3)写出B管中发生反应的反应式：_。,(4)检验a管中气体的方法是_。 (5)检验b管中气体的方法是_。 (6)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是_。,【思路点拨】(1)由图判断该装置为电解池。 (2)根据阴、阳离子的放电顺序，判断A、B两极分别为H+和OH-放电，进一步确定溶液的酸碱性。 (3)掌握气体的检验方法。,【自主解答】由装置图可知A为电解池的阴极，电极反应为:4H+4e-=2H2；B为电解池的阳极，电极反应为：4OH-4e-=2H2O+O2。根据放电情况可知A极由于H+放电附近显碱性，指示剂应显黄色，同时还会发生反应:Mg2+2OH-=Mg(OH)2；B极由于OH-放电附近显酸性，指示剂仍显本身的颜色红色。在检验H2时利用其可燃性，检验O2时利用其能使带火星的木条复燃进行检验。由于该电解池实质是电解水，所以将电解液倒入烧杯后，整个溶液呈中性，故指示剂呈红色，Mg(OH)2沉淀会消失(或大部分溶解)。,答案：(1) (2)2H+2e-=H2，Mg2+2OH-=Mg(OH)2 (3)4OH-4e-=2H2O+O2 (4)用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰 (5)用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带火星的木条伸入试管内会复燃 (6)溶液呈红色，白色沉淀溶解(或大部分溶解),1.饱和食盐水为何需要精制？ 提示：粗盐的成分：粗盐中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。 杂质的危害：Ca2+、Mg2+、Fe3+等金属离子在碱性环境中会产生沉淀，损坏离子交换膜，此外，杂质的存在会使得到的产品不纯。,2.请思考工业上电解饱和食盐水时常用阳离子交换膜将阳极区和阴极区隔开，使得阴极区的OH-不能进入阳极区，这是为什么？ 提示：电解饱和食盐水阳极区的产物是Cl2，若阴极区产生的OH-进入阳极区，则发生反应：2OH-+Cl2= Cl-+ClO-+H2O，不能得到烧碱和氯气。,3.在某镀件上镀铜时，电镀液中CuSO4的浓度如何变化？电解精炼铜时，电解液中CuSO4的浓度如何变化？ 提示：在镀件上镀铜时，阳极：Cu-2e-=Cu2+, 阴极：Cu2+2e-=Cu,所以电镀液c(CuSO4)不变； 而电解精炼铜时，阴极：Cu2+2e-=Cu, 阳极：Cu-2e-=Cu2+(主要)，Zn-2e-=Zn2+, Fe-2e-=Fe2+(杂质失电子)。 因此阳极溶解的铜比阴极析出的铜少，故c(CuSO4)减小。,4.结合电极反应和电解产物分析判断以下物质电解一段时间后，溶液的pH怎样变化？要使溶液恢复原状需加入什么物质？ (1)电解Na2SO4溶液 提示：电解Na2SO4溶液，阴极生成H2，阳极生成O2，只消耗水，溶液浓度变大，pH不变。加入H2O即可恢复原状。,(2)电解NaOH溶液 提示：电解NaOH溶液，两极分别生成H2和O2，实际是电解水，溶液浓度变大，pH增大。加入H2O可使溶液恢复原状。 (3)电解CuCl2溶液 提示：电解CuCl2溶液，阴极生成Cu，阳极生成Cl2，消耗CuCl2，溶液浓度减小，pH不变。加入CuCl2固体可使溶液恢复原状，但不能加CuCl2溶液。,(4)电解稀盐酸 提示：电解稀盐酸，阴极生成H2，阳极生成Cl2，消耗HCl，溶液浓度变小，pH增大。通入HCl可使溶液恢复原状，但不能加入盐酸。 (5)电解CuSO4溶液 提示：电解CuSO4溶液，阴极生成Cu，阳极生成O2。消耗Cu和氧元素。生成H2SO4，溶液pH减小。加入CuO或CuCO3可使溶液恢复原状。,【典例2】(双选)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.电解时以精铜作阳极 B.电解时阴极发生还原反应 C.粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu Cu2+2e- D.电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥,【思路点拨】(1)电解精炼铜，以粗铜作阳极 (2)不如Cu活泼的金属在阳极不放电,【自主解答】选B、D。电解法精炼金属铜时，粗铜作阳极，失去电子逐渐溶解，Cu2+得到电子后析出，附着在阴极上，故精铜作阴极；在电解池中，阴极接电源的负极，发生还原反应，阳极接电源的正极，发生氧化反应，A、C错误，B正确；越活泼的金属越易失去电子，故比铜活泼的Fe、Zn先失去电子，变成Fe2+、Zn2+进入溶液，然后是铜失去电子，变成Cu2+进入溶液，因Ag、Pt等金属不如铜活泼，故在铜溶解后便沉淀在阳极底部成为阳极泥，D正确。,知识点一：电解的原理 1.(双选)如图所示的装置能够组成电解池的是( ),【解析】选C、D。本题考查电解池的形成条件，解题时根据电解池的形成条件一一对比判断。构成电解池的条件：外加直流电源，连接固体电极材料，并且与电解质溶液构成闭合回路，C、D符合条件。,2.能用电解原理说明的问题是( ) 电解是把电能转变成化学能 电解是化学能转变成电能 电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化 不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现 任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生 A. B. C. D.,【解析】选D。从能量角度看，电解是把电能转变成化学能的过程，故对、错。电解质溶液的导电过程，必将伴随着两个电极上氧化还原反应的发生，同时生成新的物质，故、对。某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理供给电能也可以实现，故对。所以D选项符合题意。,3.(2010淄博高二检测)用石墨作电极，电解CuSO4和NaNO3和NaCl的混合溶液，阴极和阳极上首先析出的物质分别是( ) A.Cu和Cl2 B.H2和Cl2 C.H2和O2 D.Cu和O2,【解析】选A。本题考查离子的放电顺序。解题时分析溶液中存在的微粒，然后依据放电顺序判断电极产物。溶液中存在的离子有Cu2+、Na+、Cl-、H+、OH-、SO42-和NO3-，阳离子的放电顺序为Cu2+H+Na+，阴离子的放电顺序为Cl-OH-NO3-(SO42-)，故首先析出的物质为Cu和Cl2。,知识点二：电解原理的应用 4.在铁制品上镀上一定厚度的铜层，以下电镀方案中正确的是( ) A.铜作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Fe2+ B.铜作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Fe2+ C.铜作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Fe3+ D.铜作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Cu2+,【解析】选D。本题考查电解原理的应用电镀，解题时应根据电镀原理判断电镀池的组成。根据电镀原理，应用镀层金属作阳极、镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。,5.观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是( ),A装置中阳极上析出红色固体 B装置的待镀铁制品应与电源正极相连 C装置闭合电键后，外电路电子由a极流向b极 D装置的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过,【解析】选C。本题所涉及的四个装置图全部来源于高中教材，装置，电解氯化铜的装置图中没有标电极材料的名称，但根据溶液的组成及所给提示“电解CuCl2溶液实验装置示意图”，不难判断，铜应该在阴极上析出。电镀实验中，待镀金属作为阴(负)极，故在装置电镀铜实验中，待镀铁制品应与电源负极相连。装置，根据氢气的入口，故很容易判断出原电池的左边为负极，氢气在左边电极上失电子，故外电路电子由a极流向b极。装置的离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子、水分子自由通过，不允许阴离子通过。,6.在25 时，用石墨电极电解2.0 L 0.5 molL-1 CuSO4溶液。5 min后，在一个石墨电极上有6.4 g Cu生成。试回答下列问题： (1)发生氧化反应的是_极，电极反应式为 _。 (2)若将溶液恢复到与电解前一样，则需加入_mol的_。 (3)若用等质量的两块铜片代替石墨作电极，电解后两铜片的质量相差_g，电解液的pH_。(填“变小”、“变大”或“不变”),【解析】(1)n(CuSO4)=2.0 L0.5 mol/L=1.0 mol， 而在阴极析出的Cu为 =0.1 mol，故CuSO4未 完全电解，阳极发生氧化反应，电极反应为4OH-4e- =2H2O+O2。 (2)电解后生成的0.1mol Cu和0.05mol O2脱离该体 系，即相当于0.1 mol CuO，因此若将溶液复原，则应 加入0.1 mol CuO。也可以加入CuCO3，CO2挥发，溶液 恢复原状。,(3)此时成为电镀池，阳极Cu-2e-=Cu2+，阴极： Cu2+2e-=Cu,因此若阴极上析出6.4 g铜，则阳极溶解6.4 g铜，电解后两铜片质量差为6.4 g+6.4 g= 12.8 g，而电解液的pH不变。 答案：(1)阳 4OH-4e-=2H2O+O2 (2)0.1 CuO (3)12.8 不变,7.如图所示，甲、乙为相互串联的两个电解池。,(1)甲池若为精炼铜的装置，则A电极名称为_极，电极材料是_，电极反应式为_，电解质溶液可以是_。 (2)乙池中铁极电极反应式为_，若在乙池中滴入少量酚酞试液，开始电解一段时间后，铁极附近呈_色。 (3)若将乙中的石墨电极改为银电极，则乙池为_装置，电解一段时间后，溶液的浓度_，现象_ _。,【解析】本题考查电解原理的应用电解精炼和电镀。解题时应抓住电解精炼和电镀过程的特点作答。 (1)由图示可知，甲池中A为阴极，B为阳极，在电解精炼铜时，粗铜作阳极，精铜作阴极，故A为精铜，电极反应为Cu2+2e-=Cu，电解液应为含有Cu2+的溶液如CuSO4等。(2)由图示可知乙池中铁作阴极，石墨作阳极，故铁极反应式为Ag+e-=Ag，铁极附近H+、OH-在电解过程中不发生变化，溶液呈中性，故溶液颜色基本不变。,(3)若将乙池中石墨电极改为银电极，则乙池为电镀池，电镀过程中电镀液浓度不变，铁极因发生反应Ag+e-=Ag而附着一层光亮的银。 答案：(1)阴 精铜 Cu2+2e-=Cu 含Cu2+的溶液 (2)Ag+e-=Ag 无 (3)电镀 不变 铁表面附着一层光亮的金属,一、选择题(本题包括4小题，每小题3分，共12分) 1.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，故溶液的pH不变 B.电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH-，故溶液的pH减小 C.电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为12 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11,【解析】选D。以稀硫酸、氢氧化钠、硫酸钠为电解液时，电解的实质是水被电解。由于水的消耗，电解液的pH会发生改变；以硫酸为电解液时，溶液的pH减小；以氢氧化钠为电解液时，溶液的pH增大。电解硫酸钠溶液时，阴、阳两极上产生的气体分别是氢气、氧气，所以其物质的量之比为21。电解氯化铜溶液，在阴极上析出铜，阳极上析出氯气。根据电子守恒原理，铜离子所得到的电子数目应等于氯离子所失去的电子数目，每一个铜离子得到的2个电子等于2个Cl-失去的2个电子，所以析出的铜与氯气的物质的量之比为11。,2.火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金和银等)，其性能远不能达到电气工业的要求，工业上常用电解精炼法将粗铜提纯。在电解精炼时( ) A.精炼时粗铜接电源负极 B.精炼时精铜作阴极 C.杂质都将以单质形式沉积到池底 D.精铜片增重2.56 g，电路中通过电子为0.04 mol,【解析】选B。电解精炼铜时，粗铜接电源的正极作阳极，由金属活动性顺序ZnCuAgAu可知，首先锌失去电子进入溶液，而后是铜失去电子，由于杂质Au、Ag很少，铜溶解时，二者以单质形式沉积到池底形成阳极泥；精铜增重2.56 g时，得到电子：2.56 g/64(gmol-1)2 =0.08 mol,即电路中通过电子0.08 mol。,3.用惰性电极电解下列溶液一段时间以后再加入一定量的某种纯物质(括号内物质)，能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是( ) AAgNO3(AgNO3) BNaOH(H2O) CKCl(KCl) DCuSO4Cu(OH)2,【解析】选B。分析电解反应的原理，在两极析出什么物质(固体或气体)，相当于什么物质脱离反应体系，就加入什么物质即可使溶液复原。A选项中AgNO3溶液电解析出单质银和氧气，同时生成硝酸，因此复原时加入的物质为氧化银(Ag2O)；B选项中NaOH溶液电解时实际电解的是水，在电极上析出氧气和氢气，因此复原时加入的物质为H2O；C选项中KCl溶液电解时析出氯气和氢气，同时生成KOH溶液，因此复原时加入的物质为HCl；D选项中CuSO4溶液电解时析出单质铜和氧气，同时生成了硫酸溶液，因此复原时加入的物质为CuO。,4.如图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向(乙)中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色。则以下说法正确的是( ),A.电源B极是正极 B.(甲)、(乙)装置的C、D、E、F电极均有单质生成，其物质的量之比为1222 C.欲用(丙)装置给铜镀银，H应该是Ag，电镀液是AgNO3溶液 D.装置(丁)中Y极附近红褐色变深，说明氢氧化铁胶粒带负电荷,【解析】选B。据F极显红色，推出F为阴极，电极反应：2H+2e-=H2,从而确定A为电源正极，B为负极，C、E、G、X为阳极，D、F、H、Y为阴极。故A错误，C、D、E、F分别生成单质为O2、Cu、Cl2、H2，转移电子的量相同，故其物质的量之比为1222，B正确；因G为阳极，故G应为Ag，H为铜，C错误；据Y极附近红褐色加深，说明Fe(OH)3胶体微粒带有正电荷向阴极移动，D不正确。,二、非选择题(本题包括2小题，共18分) 5.(9分)从 NO3-、SO42-、H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、Cl-中选出适当的离子组成电解质，采用惰性电极对其溶液进行电解。 (1)两极分别放出H2和O2时，电解质的化学式可能是 _； (2)若阴极析出金属，阳极放出O2，电解质的化学式可能是_； (3)两极分别放出气体，且体积比为11，电极反应式可能是_。,【解析】本题考查电解电解质水溶液的类型。解题时应把握电解产物特点，联系电解类型进行推导。题中提供的电解质离子是七种，其实还包括OH-，即八种。这些离子放电的顺序是 阳极：Cl-OH-(NO3-、SO42-)； 阴极：Ag+Cu2+H+Ba2+。 (1)两极分别放出H2和O2，即H+和OH-放电，实质是电解H2O，水中的溶质起导电作用而又不改变H+和OH-放电的顺序，它可以是HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2、Ba(OH)2中的任意一种，但不能是BaSO4。,(2)阴极析出金属，即Ag+或Cu2+放电；阳极放出O2，即OH-放电。水中的溶质可以是AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4中的任意一种，但不能是Ag2SO4。 (3)两极都生成了气体，且气体体积比为11，则放电的离子应是Cl-和H+。水中的溶质可以是HCl、BaCl2中的任意一种。,答案：(1)HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2、Ba(OH)2 (2)AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4 (3)2HCl H2+Cl2或BaCl2+2H2O Cl2+ H2+Ba(OH)2,6.(9分)请按要求回答下列问题。 (1)根据图1回答： 打开K2，合并K1。 A电极可观察到的现象是_； B极的电极反应为_。 打开K1，合并K2。 A电极可观察到的现象是_； B极的电极反应为_；,(2)根据图2回答： 将较纯净的硫酸铜溶液放入如图所 示的装置中进行电解，石墨电极上的 电极反应式为_， 电解反应的离子方程式为_； 实验完成后，铜电极增重a g，石墨电极产生标准状况下的气体体积_L。,【解析】(1)此时为原电池，A极为负极，锌不断溶解，B极为正极，反应为Cu2+2e-=Cu。 此时为电解池，A极为阴极，反应为Cu2+2e-=Cu，故A极上镀上一层红色的铜，B极为阳极，反应为Cu-2e-=Cu2+。 (2)此时为惰性电极电解CuSO4，石墨极上反应为4OH- -4e-=2H2O+O2,总反应的离子方程式为2Cu2+2H2O 2Cu+O2+4H+, V(O2)=,答案：(1)锌不断溶解 Cu2+2e-=Cu 锌镀上一层红色的铜 Cu-2e-=Cu2+ (2)4OH-4e-=2H2O+O2 2Cu2+2H2O 2Cu+O2+4H+ ,1.(5分)1 L K2SO4、CuSO4的混合液中c(SO42-)= 2 mol/L，用石墨作电极电解此溶液，通电一段时间后，两极均收集到22.4 L(标准状况下)气体，则原溶液中K+浓度为( ) A.0.5 mol/L B.1 mol/L C.1.5 mol/L D.2 mol/L,【解析】选D。由电解质溶液知，在阳极上，4OH- O2+2H2O+4e-，在阴极上，Cu2+2e- Cu，2H+ 2e- H2，根据电子转移守恒，1 mol2+n(Cu2+) 2=1 mol4，n(Cu2+)=1 mol，再根据溶液中的电荷 守恒，得出c(K+)=2 mol/L。,2.(15分)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试液，则： 电解池中X极上的电极反应式为_。在X极附近观察到的现象是_。 电极上的电极反应式为_，检验该电极反应产物的方法是_。,(2)如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则： X电极的材料是_，电极反应式为 _。 Y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),【解析】(1)与电源正极相连的电极为阳极，发生氧化反应。与电源负极相连的电极为阴极，发生还原反应；分析题意，X作阴极，溶液中的H+在X极放电，产生H2，电极反应为2H+2e=H2，由于H+减少，破坏水的电离平衡，使X极附近存在大量OH，使滴有酚酞的溶液变红色。Y作阳极，发生的反应为2Cl-2e-=Cl2，利用湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝色，可以检验Cl2的存在。,(2)若用电解方法精炼粗铜，即得到纯度更高的铜单质；电解质溶液中必须含有Cu2+，发生Cu2+2e=Cu，还原反应；要求电极材料，X极为纯铜，Y极材料为粗铜，电极反应式：Cu-2e-=Cu2+，氧化反应。,答案：(1)2H+2e=H2 放出气体，溶液变红 2Cl-2e-=Cl2 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近,观察试纸是否变蓝色 (2)纯铜 Cu2+2e=Cu 粗铜 Cu-2e-=Cu2+,
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