第二节电能转化为化学能第二节电能转化为化学能电解电解学习目标学习目标1.了解电解池的工作原理，能写出电极反应和了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。电池反应方程式。2了解食盐水电解的原理，清楚离子在电极了解食盐水电解的原理，清楚离子在电极上的放电顺序。上的放电顺序。3了解电解精炼铜和电镀的原理，会设计简了解电解精炼铜和电镀的原理，会设计简单的电镀池。单的电镀池。 课堂互动讲练课堂互动讲练探究整合应用探究整合应用知能优化训练知能优化训练第第二二节节电电能能转转化化为为化化学学能能电电解解课前自主学案课前自主学案课前自主学案课前自主学案自主学习自主学习一、电解的原理一、电解的原理1电解电解让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质，让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。的过程。2电解池电解池(1)定义：将定义：将_转化为转化为_的装置。的装置。(2)组成：组成：_电源，电源，_电极材料，电解质电极材料，电解质溶液或溶液或_电解质。电解质。(3)电极及电极反应电极及电极反应电能电能化学能化学能直流直流固体固体熔融熔融电极的确定电极的确定电极反应电极反应在电极上进行的在电极上进行的_，它可以表示电极上，它可以表示电极上物质的变化和电子的转移。物质的变化和电子的转移。二、电解原理的应用二、电解原理的应用1电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气(1)装置装置半反应半反应(2)现象现象阳极上：有气体产生；阳极上：有气体产生；阴极上：有气体产生，阴极附近溶液变红。阴极上：有气体产生，阴极附近溶液变红。(3)原理分析及电极反应原理分析及电极反应电解时电解时U形管中，形管中，_移向阳极，移向阳极，_移向阴极。移向阴极。Cl、OHH、Na阳极离子放电顺序：阳极离子放电顺序：_，电极反应：电极反应：2ClCl22e(_反应反应)；阴极离子放电顺序：阴极离子放电顺序：_，电极反应：电极反应：2H2eH2(_反应反应)。ClOH氧化氧化HNa还原还原2铜的电解精炼铜的电解精炼(1)装置装置(2)电极反应电极反应阳极：阳极：CuCu22e阴极：阴极：Cu22eCu(3)阳极泥阳极泥铜的电解精炼过程中，粗铜中不如铜活泼的铜的电解精炼过程中，粗铜中不如铜活泼的金属与其他不溶性杂质混在一起沉积在电解金属与其他不溶性杂质混在一起沉积在电解池底部形成的物质。池底部形成的物质。3电镀电镀(1)定义：应用定义：应用_原理，在金属表面镀上一原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。薄层金属或合金的方法。(2)目的：使金属目的：使金属_能力增强且增加金属能力增强且增加金属表面的耐磨性和美观性。表面的耐磨性和美观性。(3)电镀池构成电镀池构成镀层金属作镀层金属作_，镀件作，镀件作_，含有，含有_的盐溶液作电解质溶液。的盐溶液作电解质溶液。电解电解抗腐蚀抗腐蚀阳极阳极阴极阴极镀层金属离子镀层金属离子问题探究问题探究1如何确定电解池的阴、阳极？如何确定电解池的阴、阳极？【提示提示】(1)通过与直流电源的连接：通过与直流电源的连接：阳极阳极连接电源正极；阴极连接电源正极；阴极连接电源连接电源负极负极(2)通过发生的反应：通过发生的反应：阳极阳极发生氧化反应；阴极发生氧化反应；阴极发生还原发生还原反应反应(3)通过电子流向及反应中电子得失：通过电子流向及反应中电子得失：阳极阳极电子流出，反应中失电子电子流出，反应中失电子阴极阴极电子流入，反应中得电子电子流入，反应中得电子2电极反应式表达了什么意义？电极反应式表达了什么意义？【提示提示】电极反应式可表示电极上发生的电极反应式可表示电极上发生的物质变化情况和电子转移情况。物质变化情况和电子转移情况。3铜的电解精炼前后溶液中铜的电解精炼前后溶液中Cu2的浓度是的浓度是否有变化？为什么？否有变化？为什么？【提示提示】有变化。粗铜中比铜活泼的金属有变化。粗铜中比铜活泼的金属失电子进入溶液，溶液中失电子进入溶液，溶液中Cu2在阴极上得在阴极上得到电子析出，使溶液中到电子析出，使溶液中Cu2浓度减小。浓度减小。自主体验自主体验1如图所示的装置能够组成电解池的是如图所示的装置能够组成电解池的是()解析：解析：选选D。电解池的构成：。电解池的构成：直流电源，直流电源，两个电极，两个电极，电解质溶液电解质溶液(或熔融电解质或熔融电解质)，形成闭合回路，由此分析，可知答案为形成闭合回路，由此分析，可知答案为D。2下列说法正确的是下列说法正确的是()A电解饱和电解饱和NaCl溶液时，溶液时，Na向阴极移动，向阴极移动，在阴极表面得电子析出在阴极表面得电子析出B电解精炼铜装置中粗铜做阴极电解精炼铜装置中粗铜做阴极C电镀池中镀层金属做阳极电镀池中镀层金属做阳极D通过电解通过电解MgCl2溶液的方法冶炼金属镁溶液的方法冶炼金属镁解析：解析：选选C。电解饱和。电解饱和NaCl溶液时，放电顺溶液时，放电顺序序HNa，阴极反应为，阴极反应为2H2eH2，Na不放电；电解精炼铜时粗铜做阳极；不放电；电解精炼铜时粗铜做阳极；电镀时镀层金属做阳极；镁为活泼金属，工电镀时镀层金属做阳极；镁为活泼金属，工业上常用电解熔融业上常用电解熔融MgCl2的方法冶炼的方法冶炼Mg。3火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金和如锌、金和银等银等)，其性能远不能达到电气工业的要求，工业上，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。在电解精炼时常用电解精炼法将粗铜提纯。在电解精炼时(A粗铜接电源负极粗铜接电源负极B纯铜做阴极纯铜做阴极C杂质都将以单质形式沉积到池底杂质都将以单质形式沉积到池底D纯铜片增重纯铜片增重2.56 g，电路中通过电子为，电路中通过电子为0.04 mol课堂互动讲练课堂互动讲练1电解产物的判断电解产物的判断(1)阳极产物的判断阳极产物的判断如果是活性电极如果是活性电极(除除Au、Pt、石墨以外的、石墨以外的金属材料作电极金属材料作电极)，则电极材料失电子，电，则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中阴离子不能失电子。极被溶解，溶液中阴离子不能失电子。电解产物的判断及电解电解产物的判断及电解反应式的书写反应式的书写(2)阴极产物的判断阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断。阳离子直接根据阳离子放电顺序进行判断。阳离子放电顺序：放电顺序：AgHg2Fe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2Al3Mg2NaCa2K。若金属阳离子。若金属阳离子(Fe3除外除外)放电放电则得到相应金属单质；若则得到相应金属单质；若H放电，则得放电，则得H2。(3)写电极反应式写电极反应式电极反应式的书写可概括为：电极反应式的书写可概括为：列物质、标得失；列物质、标得失；选离子、配电荷；选离子、配电荷；配个数、巧用水。配个数、巧用水。3总反应式的书写总反应式的书写(1)通过最小公倍数法使两个电极反应式的电通过最小公倍数法使两个电极反应式的电子数相等。子数相等。(2)把两个电极反应式相加，消去相同项，并把两个电极反应式相加，消去相同项，并注明条件注明条件“通电通电”。(3)若是水电离出的若是水电离出的H或或OH得或失电子，得或失电子，在总反应式中应是在总反应式中应是H2O参与反应。参与反应。特别提醒：特别提醒：1.书写电极反应式要注意：反应书写电极反应式要注意：反应物与产物间用物与产物间用“”连接，离子与电荷间连接，离子与电荷间一律用一律用“”连接。连接。2阴极材料无论是活泼金属还是惰性电极阴极材料无论是活泼金属还是惰性电极均不参与放电，放电的总是电解质的阳离子。均不参与放电，放电的总是电解质的阳离子。 如图所示，如图所示，a为铜棒，为铜棒，b为碳棒，电解为碳棒，电解质溶液为质溶液为CuCl2溶液，有关此电解池的说法溶液，有关此电解池的说法正确的是正确的是()例例例例1 1AX、Y分别为电源的负极和正极分别为电源的负极和正极Ba、b两极分别发生还原反应和氧化反应两极分别发生还原反应和氧化反应Ca极电极反应为极电极反应为2ClCl22eDb极电极反应为极电极反应为Cu22eCu【思路点拨思路点拨】根据电解原理和电子流向，根据电解原理和电子流向，先确定阴极、阳极和电源的正极、负极，再先确定阴极、阳极和电源的正极、负极，再进一步确定电极反应及电极反应类型。进一步确定电极反应及电极反应类型。【解析解析】选项选项内容指向内容指向联系分析联系分析结论结论A、Ba极是电子流出的一极，发生氧化反极是电子流出的一极，发生氧化反应，应接电源的正极，则应，应接电源的正极，则b极是阴极，极是阴极，发生还原反应，发生还原反应，Y极为电源的负极极为电源的负极A、B均均错误错误Ca极是铜，为活性电极，极是铜，为活性电极，a极是阳极，极是阳极，故电极本身失电子，电极反应为故电极本身失电子，电极反应为CuCu22eC错错误误Db极是阴极，溶液中的阳离子极是阴极，溶液中的阳离子Cu2和和H中，中，Cu2得电子能力强，故得电子能力强，故Cu2得电子：得电子：Cu22eCuD正正确确【答案答案】D【规律方法规律方法】书写电极反应式时应注意的书写电极反应式时应注意的问题和规律：问题和规律：(1)看电极：看电极： 主要看阳极是何类型的电极，主要看阳极是何类型的电极，若为活性电极，电极本身被氧化；若为惰性若为活性电极，电极本身被氧化；若为惰性电极，溶液或熔融状态的电解质中的阴离子电极，溶液或熔融状态的电解质中的阴离子被氧化。阴极电极一般不参与反应。被氧化。阴极电极一般不参与反应。(2)看离子：弄清溶液或熔融状态的电解质中看离子：弄清溶液或熔融状态的电解质中有哪些阳离子、阴离子，然后根据离子放电有哪些阳离子、阴离子，然后根据离子放电顺序确定两极参加反应的物质，再书写电极顺序确定两极参加反应的物质，再书写电极反应式。反应式。(3)注意电极反应式的格式：反应物与产物间注意电极反应式的格式：反应物与产物间以以“”相连，电子均以相连，电子均以“ne”方式出方式出现。现。(4)阴极、阳极反应式同时写出时，注意两电阴极、阳极反应式同时写出时，注意两电极得失电子数相等。极得失电子数相等。变式训练变式训练1(2011年济南高二检测年济南高二检测)下面列出了电解下面列出了电解不同物质的电极反应式，其中错误的是不同物质的电极反应式，其中错误的是()A电解饱和食盐水阴极：电解饱和食盐水阴极：NaeNaB电镀铜时电镀铜时(电解质溶液为电解质溶液为CuSO4溶液溶液)阳极：阳极：CuCu22eC电解熔融电解熔融NaCl阴极：阴极：NaeNaD电解电解NaOH溶液阳极：溶液阳极：4OH2H2OO24e解析：解析：选选A。本题考查了电极反应式的书写。本题考查了电极反应式的书写和电极产物的判断。和电极产物的判断。A中电解饱和食盐水时，中电解饱和食盐水时，阴极应是阴极应是H2O电离出的电离出的H得电子放出得电子放出H2。电解质水溶液电解类型电解质水溶液电解类型总结总结特别提醒：特别提醒：1.根据电解质水溶液中离子的放根据电解质水溶液中离子的放电顺序推断电解产物，不可死记硬背。电顺序推断电解产物，不可死记硬背。2电解质溶液电解一段时间后，要恢复原电解质溶液电解一段时间后，要恢复原状，应根据电解产物而定，一般是将电解池状，应根据电解产物而定，一般是将电解池中析出中析出(或逸出或逸出)的物质中，对应元素的的物质中，对应元素的“化化合物合物”加入电解后的溶液中即可复原。加入电解后的溶液中即可复原。例例例例2 2(2)若使电解质含量不变而水量减少进行电解，若使电解质含量不变而水量减少进行电解，可采用的电解质是可采用的电解质是_。(3)若使电解质和水量都减少进行电解，可采若使电解质和水量都减少进行电解，可采用的电解质是用的电解质是_、_。【解析解析】本题主要考查了电解过程中电解本题主要考查了电解过程中电解质的电解类型情况及规律。电解质含量减少，质的电解类型情况及规律。电解质含量减少，水量不变的情况应是电解的电解质本身，无水量不变的情况应是电解的电解质本身，无氧酸氧酸(如氯化氢如氯化氢)、不活泼金属无氧酸盐属于、不活泼金属无氧酸盐属于此种情况；电解质不变，水量减少，实质电此种情况；电解质不变，水量减少，实质电解水，含氧酸解水，含氧酸(如如H2SO4)、强碱、强碱(NaOH)、活、活泼金属含氧酸盐泼金属含氧酸盐(Na2SO4)属于此种情况；电属于此种情况；电解质和水都减少，活泼金属无氧酸盐解质和水都减少，活泼金属无氧酸盐(NaCl)和不活泼金属含氧酸盐和不活泼金属含氧酸盐(CuSO4)属于此种情属于此种情况。况。【答案答案】(1)CuCl2HCl(2)H2SO4(3)BaCl2CuSO4变式训练变式训练2将一直流电源的正、负极将一直流电源的正、负极(电极电极材料为材料为Pt)，用玻璃片分别压在一张用食盐，用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是色分别是()ABCD阳极阳极蓝蓝白白红红蓝蓝阴极阴极白白蓝蓝蓝蓝蓝蓝解析：解析：选选D。因为用惰性电极，故电极产物。因为用惰性电极，故电极产物只与离子放电顺序有关。在阳极上，只与离子放电顺序有关。在阳极上，I先放先放电生成电生成I2，I2使淀粉变蓝色；阴极上，只有使淀粉变蓝色；阴极上，只有H放电，放电，H放电后使溶液中放电后使溶液中c(H)B电极上析出物质的质量：电极上析出物质的质量：，A不正不正确；确；B选项中选项中中在阴极上发生中在阴极上发生Cu22eCu，在阳极上发生：，在阳极上发生：4OH2H2OO24e，析，析出出Cu和和O2，而在而在中只在阴极上析出中只在阴极上析出H2，故电极上析出，故电极上析出物质的质量物质的质量；C选项中电解选项中电解CuSO4溶液溶液时，生成了时，生成了H2SO4(2CuSO42H2O 2Cu2H2SO4O2)使溶液酸性增强，使溶液酸性增强，pH减小；减小；中反应消耗了中反应消耗了H2SO4，使，使c(H)减小，减小，pH增大，只有选项增大，只有选项D正确。正确。探究整合应用探究整合应用电解原理在工业生产中的应用电解原理在工业生产中的应用用惰性材料作阳极电解饱和食盐水，生成用惰性材料作阳极电解饱和食盐水，生成Cl2、H2和和NaOH。阳极：阳极：2ClCl22e(放电顺序：放电顺序：ClOH)阴极：阴极：2H2eH2(放电顺序：放电顺序：HNa) 阳离子交换膜电解槽运用到氯碱工业，阳离子交换膜电解槽运用到氯碱工业，使产品的纯度大大提高，主要归功于阳离子使产品的纯度大大提高，主要归功于阳离子交换膜的严格把关，它只允许阳离子自由通交换膜的严格把关，它只允许阳离子自由通过，其工作原理如图所示。过，其工作原理如图所示。例例例例(1)在氯碱工业中电解饱和食盐水制备氢气、在氯碱工业中电解饱和食盐水制备氢气、氯气和氢氧化钠溶液时，各入口和出口加入氯气和氢氧化钠溶液时，各入口和出口加入或流出的物质分别是：或流出的物质分别是：A_、B_、C_、D_、E_、F_。(2)请设计简单实验证明这种特制的阳离子交请设计简单实验证明这种特制的阳离子交换膜的功能是否具备：换膜的功能是否具备：_。(3)该装置也可用于物质的提纯，工业品氢氧该装置也可用于物质的提纯，工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。离子交换膜法电解提纯。该电解槽的阳极反应式是该电解槽的阳极反应式是_。通电开始后，阴极附近溶液通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，会增大，请简述原因：请简述原因：_。除去杂质后氢氧化钾溶液从液体出口除去杂质后氢氧化钾溶液从液体出口_(填写填写“A”或或“B”)导出。导出。【解析解析】该题考查的主要是电解饱和食盐该题考查的主要是电解饱和食盐水的原理、有关元素化合物知识及分析解决水的原理、有关元素化合物知识及分析解决实际问题的能力。实际问题的能力。(1)Cl不能通过阳离子交换膜，而又必须在不能通过阳离子交换膜，而又必须在阳极上放电，故饱和食盐水只能从阳极上放电，故饱和食盐水只能从C口进入，口进入，Cl在阳极上放电生成在阳极上放电生成Cl2从从E口逸出，与此口逸出，与此同时水电离出的同时水电离出的H在阴极上得电子生成在阴极上得电子生成H2从从F口逸出，富集的口逸出，富集的OH与透过阳离子交换与透过阳离子交换膜的膜的Na生成的氢氧化钠溶液从生成的氢氧化钠溶液从B口流出。口流出。(2)由于阴离子不能通过阳离子交换膜，因此阳极区不会有由于阴离子不能通过阳离子交换膜，因此阳极区不会有OH，阴极区不会有，阴极区不会有Cl，故取阴极区溶液或阳极区溶液检验即，故取阴极区溶液或阳极区溶液检验即可。可。(3)结合题中给出的信息提示进行解题。结合题中给出的信息提示进行解题。溶液中存在的阴离溶液中存在的阴离子是子是OH和含氧酸根离子，应是和含氧酸根离子，应是OH放电；放电；溶液中存在的溶液中存在的阳离子是阳离子是K和和H，应是，应是H先放电，在阴极由于先放电，在阴极由于H放电，放电，H不断减少，水的电离平衡正向移动，不断减少，水的电离平衡正向移动，OH浓度增大，浓度增大，pH增增大；大；K可通过阳离子交换膜流向可通过阳离子交换膜流向B口，口，B口的口的OH不断增多，不断增多，但无法通过阳离子交换膜，故氢氧化钾溶液从但无法通过阳离子交换膜，故氢氧化钾溶液从B口导出。口导出。【答案答案】(1)水水(含少量氯化钠含少量氯化钠)氢氧化钠氢氧化钠溶液饱和食盐水水溶液饱和食盐水水(含少量氢氧化钠含少量氢氧化钠)氯气氢气氯气氢气(2)取适量阴极区的溶液于试管中，加入硝酸取适量阴极区的溶液于试管中，加入硝酸至呈酸性，再加硝酸银溶液，无白色沉淀出至呈酸性，再加硝酸银溶液，无白色沉淀出现，则证明阳离子交换膜具备应有的功能现，则证明阳离子交换膜具备应有的功能(或取适量阳极区的溶液于试管中，用或取适量阳极区的溶液于试管中，用pH试试纸检验，溶液不显碱性则证明阳离子交换膜纸检验，溶液不显碱性则证明阳离子交换膜具备应有的功能具备应有的功能)(3)4OH2H2OO24eH放电，促进水的电离，放电，促进水的电离，OH浓度增大浓度增大B