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第 2 节 电能转化为化学能电解,一、电解原理 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_的过程。 2.电解池(也叫电解槽) 电解池是把_的装置。,氧化还原反应,电能转变为化学能,3.电解池的组成和工作原理(电解CuCl2溶液),总反应方程式:_,阴极,阳极,还原反应,氧化反应,Cu2+2e-=Cu,2Cl-2e-=Cl2,Cu2+2Cl- Cu+Cl2,二、电解原理的应用 1.电解饱和食盐水 阳极:_ 阴极:_ 总反应:_,2Cl-2e-=Cl2,2H+2e-=H2,2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2,2.电镀与电解精炼铜,铜,粗铜,Cu-2e-=Cu2+,Cu-2e-=Cu2+,铁,纯铜,Cu2+2e-=Cu,CuSO4溶液,【思考辨析】 1.用铜作阳极、石墨作阴极电解CuCl2溶液时,阳极电极反应式为2Cl-2e-=Cl2。( ) 【分析】活性金属作阳极时,金属首先失电子被氧化,故阳极反应为:Cu-2e-=Cu2+。 2.Cu+H2SO4=CuSO4+H2可以设计成电解池,但不能设计成原电池。( ) 【分析】能设计成原电池的反应是一个自发的氧化还原反应,而电解池可以是一个非自发的氧化还原反应。,3.电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料。( ) 【分析】电解池中阳极发生氧化反应,电解食盐水时,阳极不能用金属电极,但阴极发生还原反应,故阴极可以用金属电极。 4.根据得失电子守恒可知电解精炼铜时,阳极减少的质量和阴极增加的质量相等。( ) 【分析】电解精炼铜时,阴极析出的只有Cu,而阳极减少的有活泼的Zn、Fe、Ni等形成阳离子存在于溶液中,不活泼的Ag、Au等形成阳极泥沉在底部,故两极的质量变化不相等。,考点 1 电极反应式、电解总方程式的书写,1.电极反应式的书写 (1)判断电解池的阴、阳极: 根据外接电源的正负极判断: 正极连接阳极;负极连接阴极。 根据电流方向判断: 电流从正极流向阳极,从阴极流入负极。,根据离子流向判断: 阴离子移向阳极,阳离子移向阴极。 根据电极产物判断: 电极溶解、逸出O2(或极区变酸性)或Cl2阳极;析出金属、逸出H2(或极区变碱性)阴极。,(2)分析电极产物:首先明确阳极材料和溶液中存在的所有离子,然后根据如下规律分析判断:,(3)书写电极反应式: 注意电解质溶液的环境。若电解质溶液中的离子与电极产物发生反应,一般也要把该离子写进电极反应式。 注意质量守恒、电子守恒和电荷守恒。 2.电解总方程式的书写 (1)必须在连接号上标明通电或电解。 (2)只是电解质被电解,电解化学方程式中只写电解质及电解产 物。如电解CuCl2溶液:CuCl2 Cu+Cl2。,(3)只有水被电解,只写水及电解产物即可。如电解稀硫酸、电解NaOH溶液、电解Na2SO4溶液时,化学方程式 应写为2H2O 2H2+O2。 (4)电解质、水同时被电解,则都要写进化学方程式。如电解饱和食盐水:2NaCl+2H2O H2+Cl2+2NaOH。,【高考警示】 (1)判断电解产物、书写电极反应式以及分析电解质溶液的变化时首先要注意阳极是活性材料还是惰性材料。 (2)书写电解化学方程式时,应看清电解的是水溶液还是熔融电解质。,【典例1】(2012浙江高考)以铬酸钾为原料,电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下:,下列说法不正确的是( ) A.在阴极室,发生的电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2 B.在阳极室,通电后溶液逐渐由黄色变为橙色,是因为阳极区H+浓度增大,使平衡 向右移动 C.该制备过程总反应的化学方程式为 4K2CrO4+4H2O 2K2Cr2O7+4KOH+2H2+O2 D.测定阳极液中K和Cr的含量,若K与Cr的物质的量之比(nK/nCr)为d,则此时铬酸钾的转化率为1-,【解题指南】解答本题时应注意以下两点: (1)看清阴阳极的电极材料。 (2)阴阳极上放电的离子分析。 【解析】选D。由反应的装置分析,惰性电极为阳极,则电解该溶液的实质是电解水,所以阳极是溶液中的氢氧根离子失电子, 而阴极是氢离子得电子,故在阴极发生的电极反应为2H2O+2e- =2OH-+H2,A对;由于阳极氢氧根离子放电所以剩余大量的 氢离子,会使氢离子的浓度变大,故使平衡 向右移动,B对;根据阴、阳极放电的离子可以得,知总反应式为4K2CrO4+4H2O 2K2Cr2O7+4KOH+2H2+O2, C对;假设反应后阳极区的K的物质的量为d,则Cr的物质的量为 1。设 的转化量是x,则消耗的H+的物质的量为x,则进入 阴极区的K+的物质的量为x,由此可知K+的总物质的量为d+x。 n(K2CrO4)=1/2n(K+)=n(Cr),所以1/2(d+x)=1,x=2-d, 的转化率为x/1=2-d,所以D项错。,【互动探究】 (1)你能写出阳极的电极反应式吗? (2)测定阳极液中K和Cr的含量,若K与Cr的物质的量之比(nK/nCr)为d,你能计算出电能的利用效率吗? 提示: (1)2H2O-4e-=4H+O2 (2)通过对原题的计算知, 的转化率为2-d,则H+的转化率也为2-d,每转移1 mol电子,产生1 mol H+,则用于 的转化的H+为(2-d)mol,故电能的利用效率也为2-d。,考点 2 电解的“四大类型”及相关计算,1.惰性电极电解的“四大类型” 类型一电解水型,类型二 电解电解质型,类型三 放H2生碱型,类型四 放O2生酸型,2.电解池中有关量的计算或判断 解题依据是电子守恒,具体解法有守恒法、总反应式法和关系式法:,【高考警示】 (1)电解后要恢复原电解质溶液的浓度,可以按:“析出什么,加上什么”的思路。加上适量某物质,该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。如用惰性电极电解CuSO4溶液时,若要恢复原溶液,可加入CuO、CuCO3,而不是Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3。 (2)Fe3+的放电能力大于Cu2+,其第一阶段放电反应为Fe3+e-=Fe2+,而不是Fe3+3e-=Fe。,【典例2】 (2014福州模拟)如图所示装置中,甲、乙、丙烧杯依次盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和 100 g 10.00%的K2SO4溶液,电极均为石墨电极。 接通电源,经过一段时间后,测得丙中K2SO4溶液为10.47%,乙中c电极质量增加。据此回答问题:,(1)电源的N端为 极; (2)电极b上发生的电极反应为 ; (3)列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积: ; (4)电极c的质量变化是 g; (5)电解前后各溶液的酸碱性大小是否发生变化,简述其原因: 甲溶液 ; 乙溶液 ; 丙溶液 。,【解题指南】解答本题时要明确: (1)判断各电极的类型是关键,可由“乙中c电极质量增加”判断; (2)转移电子数的判断可由K2SO4溶液浓度的增加来计算,浓度的增加是因为H2O的减少。,【解析】(1)因为乙中的c极质量增加,故c为阴极,M为电源的负极,N为正极;(2)b为阳极,反应式为4OH-4e-=2H2O+ O2;(3)设丙中电解水的质量为x,由电解前后溶质质量相等有:100 g10.00%=(100 g-x)10.47%,得x=4.5 g,为 0.25 mol,转移0.5 mol电子,而整个电路是串联的,故每个烧杯中的电极上转移电子数均为0.5 mol,则生成O2为0.5/4 =0.125(mol),标准状况下体积为0.12522.4=2.8(L); (4)Cu2+2e-=Cu,转移0.5 mol电子,则生成的m(Cu)=0.5/2 64 =16(g)。,答案:(1)正 (2)4OH-4e-=2H2O+O2 (3)水减少的质量:100 g(1- )=4.5 g 生成O2的体积: 22.4 Lmol-1=2.8 L (4)16 (5)碱性增大,因为电解后,水量减少,溶液中NaOH浓度增大 酸性增大,因为阳极上OH-失电子生成O2,溶液中H+浓度增加 酸碱性大小没有变化,因为K2SO4是强酸强碱盐,浓度增加不影响溶液的酸碱性,【互动探究】 (1)甲和丙中生成的气体的种类和体积相等吗? 提示:甲和丙中实质都是电解水,两池通过的电子数相等,故生成气体的种类和体积都相等。 (2)如果电解过程中铜全部析出,此时电解能否继续进行,为什么? 提示:铜全部析出,还可以电解水,故电解可以继续进行。,【变式训练】(2013榆林模拟)用惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液,实验装置如图甲。电解过程中的实验数据如图乙,横坐标表示电解过程中转移电子的物质的量,纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况)。则下列说法不正确的是( ),A.电解过程中,a电极表面先有红色物质析出,后有气泡产生 B.b电极上发生的反应方程式为4OH-4e-=2H2O+O2 C.曲线0P段表示O2的体积变化 D.Q点时溶液中H+的物质的量为0.4 mol,【解析】选D。由电流方向可知,b电极为阳极,电解过程中,a电极表面先有红色物质析出,后有气泡产生;b电极上发生的反应方程式为4OH-4e-=2H2O+O2;曲线0P段是阴极产生铜,阳极产生O2曲线PQ段是阴极产生H2,阳极产生O2,故A、B、C正确。0P阶段产生1.12 L(标准状况)O2,转移电子0.2 mol,消耗0.2 mol OH-积累0.2 mol H+,PQ段电解水,n(H+)不变,D不正确。,
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