高二化学上学期鲁科版选修第一册电能转化为化学能电解《讲义教师版》.docx

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高二化学上学期鲁科版选修第一册电能转化为化学能电解《讲义教师版》

电能转化为化学能——电解

学习目标

知识集结

知识元

电解池的原理

知识讲解

1.探究：

实验1：

将两根碳棒分别插进U形管内的CuCl2溶液中，如图①。

实验2：

将两根碳棒用导线连接后，浸入U形管内的CuCl2溶液中，如图②。

实验3：

将两根碳棒分别跟直流电源的正极和负极相连接，浸入U形管内的CuCl2溶液中，再接通直流电，如图③。

过一段时间后，再把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的电极附近。

问题思考：

（1）实验1、实验2和实验3的现象有什么不同？

实验3的两电极的现象是什么？

【提示】　实验1和实验2中均无明显现象。

实验3中碳棒上有Cu析出，且有能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝的气体生成。

（2）实验3中CuCl2溶液中通电前离子如何运动？

通电后离子如何运动？

根据实验现象和氯化铜溶液的组成成分以及原有知识分析推断两极生成物的名称。

【提示】　通电前CuCl2溶液中的Cu2＋、Cl－等自由运动。

通电后Cu2＋和Cl－发生了定向移动。

根据实验现象可知，与电源负极相连的一极有Cu生成，与电源正极相连的一极有Cl2生成。

（3）电离和电解有何区别和联系？

请完成下表。

电离

电解

条件

电解质_______或______状态下

电解质电离后，再通________电

过程

电解质离解成为自由移动的________

阴、阳离子定向________，在两极上放电

举例

CuCl2===Cu2＋＋2Cl－

CuCl2

Cu＋Cl2↑

特点

只产生自由移动的离子

发生________反应，形成新物质

联系

电解必须建立在电离的基础上

【提示】　在水溶液中　熔融　　直流　离子　移动　化学

2．电解池构成条件

①直流电源；②固体电极；③电解质溶液或熔融电解质。

与电源正极相连的称为阳极，与电源负极相连的称为阴极。

3．电解池的工作原理

接通直流电流后，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子的定向运动形成内电路，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极，如图所示。

例题精讲

电解池的原理

例1.

（2021∙忻府区校级自主招生）电化学在日常生活中用途广泛，图甲是原电池，电池总反应为Mg+C10-+H2O=Cl-+Mg（OH）2，图乙是电解池，用于含Cr2O72-的工业废水的处理。

下列说法错误的是（　）

A．图甲中发生的氧化反应是Mg-2e-=Mg2+

B．图乙中惰性电极作电解池的阴极，电极棒上有H2放出

C．图乙中Cr2O72-向惰性电极移动，该极附近有Cr（OH）3生成

D．若图甲作为图乙的电源，当消耗3.6g镁时，理论上也消耗8.4g铁

【答案】C

【解析】

题干解析:

A．该原电池中，镁作负极，发生氧化反应，负极反应为Mg-2e-═Mg2+，故A正确；

B．图乙中惰性电极为阴极，Fe电极为阳极，溶液中的H+在阴极得电子，发生还原反应生成H2，故B正确；

C．图乙中惰性电极为阴极，Fe电极为阳极，则Cr2O72-离子向阳极金属铁电极移动，Fe2+与Cr2O72-反应生成Cr（OH）3，故C错误；

D．由电子守恒可知，Mg〜2e-〜Fe，n（Fe）=n（Mg）=

=0.15mol，阳极氧化Fe的质量为0.15mol×56g∙mol-1=8.4g，故D正确；

例2.

（2021春∙驻马店期末）如图是新型镁一锂双离子二次电池，下列关于该电池的说法正确的是（　）

A．放电时，Li+由右向左移动

B．放电时，正极的电极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe-═LiFeP04

C．充电时，外加电源的负极与Y相连

D．充电时，导线上每通过1mole-，左室溶液质量减轻12g

【答案】B

【解析】

题干解析:

A．放电时，电解质溶液中锂离子透过锂离子交换膜移向正极，即放电时，Li+由左向右移动，故A错误；

B．右边为正极、得电子、发生还原反应，电极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4，故B正确；

C．左边镁失电子、为负极，右边电极上得电子、为正极，即X为负极接线柱、Y为正极接线柱，充电时，外加电源的正极与电池正极相连，负极与电池负极相连，即外加电源的负极与X相连，故C错误；

D．充电时，导线上每通过1mole-，左室得电子发生还原反应，反应式为Mg2++2e-=Mg，但右侧将有1molLi+移向左室，所以溶液质量减轻12-7=5g，故D错误；

例3.

（2021春∙驻马店期末）某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究，设计的实验装置示意图如图。

下列叙述正确的是（　）

A．Y的电极反应为：

Pb-2e-+SO42-═PbSO4

B．电解池内仅发生反应：

2Al+6H2O

2Al（OH）3↓+3H2↑

C．若电解池阴极上有0.5moLH2生成，则铅蓄电池中消耗H2SO4为98g

D．用电絮凝法净化过的水，pH显著升高

【答案】C

【解析】

题干解析:

A．根据以上分析，X为负极Pb，Y为正极PbO2，正极上电极反应式为PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O，故A错误；

B．阳极铝电极反应为：

2Al-6e-=2Al3+，阴极铁电极电极反应为6H2O+6e-=3H2↑+6OH-，总反应为2Al+6H2O

Al（OH）3（胶体）+3H2↑，在铝的表面有氧气产生，说明还存在电解水的过程：

2H2O

O2↑+2H2↑，故B错误；

C．根据串联电路中电子转移守恒，H2与消耗H2SO4的关系式为：

2H2SO4～2e-～H2，所以n（H2SO4）=2n（H2）=1mol，电解池阴极上有0.5moLH2生成，则铅蓄电池中消耗H2SO4为1mol，故C正确；

D．根据电解总反应2Al+6H2O

Al（OH）3（胶体）+3H2↑和2H2O

O2↑+2H2↑，则用电絮凝法净化过的水，pH基本不变，故D错误。

例4.

（2021春∙绵阳期末）铅蓄电池是最早使用的充电电池。

目前汽车上使用的电瓶大多数仍是铅蓄电池，其电池反应为：

Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O，下列说法正确的是（　）

A．该电池的充、放电过程互为可逆反应

B．放电时，电池的正极反应为：

Pb-2e-+SO42-═PbSO4

C．该电池放电过程中，正、负极质量均增大

D．放电过程中，Pb2+、H+向电池的负极移动

【答案】C

【解析】

题干解析:

A、反应的不是在同一条件发生，所以不是可逆反应，故A错误；

B、正极发生还原反应，负极发生氧化反应，所以负极电极反应式为：

Pb-2e-+SO42-═PbSO4，故B错误；

C、负极由Pb生成PbSO4固体，附着在电极上使电极质量增大，正极二氧化铅转化为硫酸铅质量增大，故C正确；

D、原电池中阳离子向正极移动，所以放电过程中，Pb2+、H+向电池的正极移动，故D错误；

例5.

（2021春∙湖北期末）关于下列各装置图的叙述中，不正确的是（　）

A．用装置①精炼铜，则a极为粗铜，电解质CuSO4溶液浓度不变

B．装置②的总反应是：

Fe+2Fe3+=3Fe2+

C．装置③中辅助阳极应为惰性电极

D．装置④中的铁钉几乎没被腐蚀

【答案】A

【解析】

题干解析:

A．电解精炼粗铜时，粗铜作阳极、纯铜作阴极，电解质溶液为可溶性铜盐，根据电流方向知，a为阳极、b为阴极，则a为粗铜、b为纯铜，纯铜中还有其它金属失电子进入电解质溶液、纯铜上析出Cu，则溶解的Cu质量小于析出Cu的质量，所以硫酸铜溶液浓度减小，故A错误；

B．该原电池中，负极上Fe失电子、正极上铁离子得电子，电池反应式为Fe+2Fe3+=3Fe2+，故B正确；

C．该装置为外接电源的阴极保护法，阳极材料不失电子，所以阳极应该为惰性电极，故C正确；

D．浓硫酸具有吸水性，铁钉和干燥空气不能构成原电池，所以铁钉和干燥空气不反应，则铁钉几乎没有被腐蚀，故D正确；

当堂总结

电镀

知识讲解

1.探究：

模拟电解原理在化工生产中的应用，实验装置如下图，装置闭合电键K时，电流计G的指针将发生偏转。

问题思考：

（1）哪个装置是原电池？

哪个装置是电解池？

【提示】　甲、乙构成原电池，丙是电解池。

（2）a、b、c、d电极名称分别是什么？

【提示】　a是负极，b是正极，c是阳极，d是阴极。

（3）若模拟氯碱工业生产烧碱、氯气和氢气，如何选用电极材料和电解质溶液？

【提示】　c电极用Pt或石墨，d电极用铁丝（导体均可），X溶液为饱和食盐水。

（4）若模拟电镀生产，在铁件上镀一层金属银，如何选用电极材料和电解质溶液？

电极反应式如何书写？

【提示】　c电极用Ag，d电极用Fe，X溶液为AgNO3溶液；阳极：

Ag－e－===Ag＋，阴极：

Ag＋＋e－===Ag。

（5）若模拟电解精炼铜，如何选用电极材料和电解质溶液？

【提示】　c电极用粗铜，d电极用纯铜，X溶液为CuSO4溶液。

2．电镀铜与精炼铜的比较

电镀铜

精炼铜

能量转变

电能转化为化学能

电能转化为化学能

阳极材料

纯铜

粗铜（含锌、银、金等杂质）

阴极材料

镀件

纯铜

阳极反应

Cu－2e－===Cu2＋

Zn－2e－===Zn2＋

Cu－2e－===Cu2＋等

阴极反应

Cu2＋＋2e－===Cu

Cu2＋＋2e－===Cu

电解质溶

液及其变化　

硫酸铜溶液保持不变

反应后硫酸铜溶液中混有Zn2＋等，Cu2＋浓度减小

例题精讲

电镀

例1.

（2021秋∙湘西州期末）下列关于电解精炼铜的说法中不正确的是（　）

A．电解质溶液中要含有Cu2+

B．粗铜作阳极，精铜作阴极

C．电解时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应

D．粗铜中所含Zn、Fe、Ni等杂质电解后以单质形式沉枳于阳极泥中

【答案】D

【解析】

题干解析:

A、根据电解精炼铜的工作原理，阳极上金属失电子变成离子进入溶液，Cu-2e-=Cu2+，而阴极发生的反应为：

Cu2++2e-=Cu，电解质溶液中要含有Cu2+，故A正确；

B、电镀法精炼铜时，粗铜为阳极，精铜为阴极，故B正确；

C、粗电解时，阳极上金属Cu失电子变成离子进入溶液，Cu-2e-=Cu2+，阳极发生氧化反应，而阴极发生还原反应，故C正确；

D、铜中所含Pt、Au、Ag等金属杂质，电解后以单质形式沉积槽底，形成阳极泥，而金属镍、铁、锌都比铜活泼，先于金属铜失电子，故D错误；

例2.

（2021春∙武威期末）电解精炼铜时，下列叙述不正确的是（　）

A．与电源正极相连的电极是粗铜板

B．阴极发生反应：

Cu2++2e-═Cu

C．电解池的阳极材料为纯铜薄片

D．粗铜板上发生氧化反应

【答案】C

【解析】

题干解析:

A．电解精炼铜时，粗铜做阳极，与电源正极相连，故A正确；

B．阴极上是电解质溶液中铜离子得到电子发生还原反应生成铜，电极反应：

Cu2++2e-═Cu，故B正确；

C．电解池的阳极材料为粗铜薄片，故C错误；

D．.电解精炼铜时，粗铜做阳极，铜失电子发生氧化反应，故D正确；

例3.

（2021∙浙江模拟）关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是（　）

A．都用粗铜做阳极、纯铜做阴极

B．电解液的成分都保持不变

C．阳极反应都只有Cu-2e-═Cu2+

D．阴极反应都只有Cu2++2e-═Cu

【答案】D

【解析】

题干解析:

A、镀铜时，铜做阳极，镀件做阴极，而电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜做阴极，故A错误；

B、电解精炼铜时，阳极上是金属锌、铁、镍先于铜失电子，但是电镀池中，阳极上始终是金属铜失电子，所以电镀池中，电解质浓度不变，但是，电解精炼铜的装置中，电解质溶液中铜离子浓度减小，故B错误；

C、电镀池中，阳极上金属铜失电子，但是电解精炼铜时，阳极上是金属锌、铁、镍先于铜失电子，故C错误；

D、镀铜和电解精炼铜装置中，阴极反应都只有Cu2++2e-═Cu，故D正确。

例4.

（2021秋∙福州期末）下列叙述错误的是（　）

A．在铁件上镀铜时，金属铜作阳极

B．电解精炼粗铜时，电解质CuSO4溶液加少量硫酸是抑制CuSO4水解

C．纯锌与稀硫酸反应时，加入少量CuSO4，可使反应速率加快

D．甲醇和氧气以及KOH溶液构成的新型燃料电池中，其负极上发生的反应为：

CH3OH+6OH-+6e-═CO+5H2O

【答案】C

【解析】

题干解析:

A．电镀时，镀层作阳极、镀件作阴极，所以在铁件上镀铜时，镀层Cu作阳极、镀件Fe作阴极，故A错误；

B．电解精炼粗铜时，阳极上不仅有铜还有比铜活泼的金属失电子，阴极上只有Cu析出，所以阴极析出的铜质量大于阳极溶解的铜质量，则电解质溶液中铜离子浓度减小，故B错误；

C．原电池能加快负极金属被腐蚀速率，Zn置换出Cu，Zn、Cu和稀硫酸构成原电池且Zn作负极，所以加快Zn被腐蚀速率，故C正确；

D．甲醇燃料碱性电池中，负极上生成碳酸根离子而不是二氧化碳，负极反应式为2CH3OH+3O2+4OH-→2CO32-+6H2O，正极反应为：

O2+2H2O+4e-=4OH-，故D错误；

当堂总结

电解池中有关量的计算或判断

1．题型特点

主要包括以下几方面：

根据直流电源提供的电量求产物的量（析出固体的质量、产生气体的体积等）、溶液的pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。

2．解题方法

当堂练习