第2讲 电能转化为化学能 电解
第6单元 第2节 电能转化为化学能——电解
解析 答案
第六单元
考点一
考点二
第2节 电能转化为化学能——电解
核心考点分·分层层突突破破 体系构建·随堂演练
-13-
必备知识·自主预诊 关键能力·考向突破
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用石墨作电极电解 KNO3 和 Cu(NO3)2 的混合溶液,阳极反应式为 4OH--4e- 2H2O+O2↑,阴极先后发生两个反应:Cu2++2e- Cu, 2H++2e- H2↑。从收集到 O2 为 2.24 L(标准状况下)这个事实可推 知电解过程中共转移 0.4 mol 电子,而在生成 2.24 L H2 的过程中转移 0.2 mol 电子,所以 Cu2+共得到 0.4 mol-0.2 mol=0.2 mol 电子,电解前 Cu2+的物质的量和电解得到的 Cu 的物质的量都为 0.1 mol。电解前
-17-
必备知识·自主预诊 关键能力·考向突破
电解原理在工业生产中的应用
1.电解饱和食盐水
(1)电极反应。
阳极:
2Cl--2e-==Cl2↑
阴极:
2H++2e-==H2↑
(2)总反应式。
(反应类型:氧化反应), (反应类型:还原反应)。
总反应方程式: 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 。
电子:从电源 负极 流出后,流向电解池的 阴极 ;从电解池
的 阳极 流出,流向电源的 正极 。
离子:阳离子移向电解池的 阴极 ,阴离子移向电解池的 阳极 。
第六单元
第2节 电能转化为化学能——电解
核心考点分·分层层突突破破 体系构建·随堂演练
-5-
考点一
2014年高考化学一轮复习：6-2 电能转化为化学能——电解
3．电解的有关计算 (1)常见计算类型： ①两极产物的定量计算(求析出固体的质量、产生气体的体积 等)； ②溶液 pH 的计算； ③相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算； ④某元素的化合价或确定物质的化学式； ⑤根据电量求产物的量或根据产物的量求电量等。
(2)解答此类问题的常用方法： ①守恒法：原子守恒、电量守恒等； ②总反应式法； ③关系式法，如： 物质(或微粒)： H2～O2～Cl2～Cu～Ag～H＋～OH－～e－ n(mol) 2 1 2 2 4 4 4 4
第2节 电能转化为化学能——电解
[考纲展示] 1．了解电解池的工作原理。 2．能写出电极反应和电解总反应方程式。
一、电解原理 1．电解的定义及能量转化形式 (1)定义 在直流电作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还 原反应的过程。 (2)能量转化形式为：电能转化为化学能。
2．电解池的构造及电极反应
此时溶液中 c(H＋)为(假设体积不变)( )
A．1.5 mol·L－1
3．电镀 (1)阳极：镀层金属。 (2)阴极：镀件。 (3)电镀液：一般用含有镀层金属离子的电解质溶液作电镀液。 (4)电极质量及离子浓度变化：电镀池工作时，阳极质量减少， 阴极质量增加，电解质溶液浓度不变。
1．Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑可以设计成电解池，但不能设 计成原电池。( )
(3)以铂为电极，使电解质和水量都减少进行电解，则电解质是
____________________________________________________。
【解析】(1)电解电解质型，水不参与反应，可以是无氧酸或较 不活泼金属的无氧酸盐，如 HCl、CuCl2。
(2)电解水型，电解质不参与反应，只起增强溶液导电性作用， 可以是含氧酸，活泼金属的含氧酸盐或强碱，如 H2SO4、Na2SO4。
2、电能转化为化学能——电解
第 2 节 电能转化为化学能——电解
栏目 导航
考点一 电解的原理及其规律 考点二 电解原理的实际应用
课时分层训练
考纲定位
全国卷 5 年考情
2017 年：Ⅰ卷 T11；Ⅱ卷 T11
1.了解电解池的构成、工作原理及应用。 2.能书写电极反应式和总反应方程式。
2016 年：Ⅰ卷 T11；Ⅲ卷 T11 2015 年：Ⅱ卷 T28(2) 2014 年：Ⅰ卷 T27(4)；Ⅱ卷 T27(3)
C
．
电
解
过
程
中
，
Cr2O
2－ 7
被
还
原
的
离
子
方程式为来自Cr2O2－ 7
＋
6Fe2
＋
＋
14H
＋
===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
D．电解过程中，阳极附近生成 Fe(OH)3 和 Cr(OH)3 沉淀
D [电解法处理含铬废水的原理：用 Fe 作电极进行电解，Fe 被氧化生成 Fe2＋，Fe2＋作还原剂把 Cr2O27－还原成毒性较低的 Cr3＋。电解过程中，H＋在阴极 放电生成 H2，使阴极附近溶液中的 c(H＋)<c(OH－)，溶液显碱性，反应生成的阳 离子 Fe3＋、Cr3＋迁移到阴极附近后与 OH－结合转化成 Fe(OH)3 和 Cr(OH)3 沉淀而 除去。]
【答案】 阴极 2OH－＋Cl－－2e－===ClO－＋H2O
命题点 3 隔膜在电化学中的应用
[典例导航] (2016·全国Ⅰ卷)三室式电渗析法处理含 Na2SO4 废水的原理如图所示，采用 惰性电极，ab、cd 均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的 Na＋和 SO24－可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
电能转化为化学能-电解
阳极
阴极
氧气
氢 气
实例
电极反应
浓度
PH值
复原
Na2SO4
实例
电极反应
浓度
PH值
复原
Na2SO4
阳极: 4OH- → 4e- ＋ 2H2O+O2 ↑
阴极: 4H ++ 4e- → 2H2 ↑
阴极：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>（H+）>Al3+>Mg2+>Na+
电解
2H2O + 2NaCl = H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH
电解
现象： 阳极：有黄绿色气体产生，使湿润的淀粉－KI溶液变蓝 阴极：有气泡产生，滴加酚酞溶液变红
Cl2会和NaOH反应，会使得到的NaOH不纯
H2和Cl2 混合不安全
上述装置的弱点：
02
1、生产设备名称：离子交换膜电解槽
阳极：金属钛网(涂钛钌氧化物) 阴极：碳钢网(有镍涂层) 阳离子交换膜：只允许阳离子通过，把电解槽隔成阴极室和阳极室。
（3）分析电解质溶液的变化情况： 氯化铜溶液浓度降低
CuCl2 Cu+Cl2 ↑
电解
思考：
为何当一个电极存在多种可能的放电离子时，不是大家共同放电，而是只有一种离子放电？放电能力与什么因素有关？
离子放电顺序：
阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。
①当阳极为活性电极时：金属在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液，阴离子不容易在电极上放电。 ②当阳极为惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：溶液中阴离子的放电顺序（由难到易）是：
第二节 电能转化为化学能——电解
电解质溶液用惰性电极电解的示例：
电解 类型 举例 物质类别 含氧酸 强碱 活泼金属的 含氧酸盐 无氧酸 不活泼金属 的无氧酸盐 活泼金属的 无氧酸盐 不活泼金属的 含氧酸盐 实例 H2SO4 NaOH Na2SO4 HCl CuCl2 NaCl 阳极： 阳极：2Cl- → 2e-＋Cl2↑ ＋ 阴极： 阴极：2H++2e- → H2↑ 阳极： 阳极：2Cl- → 2e- ＋Cl2↑ 阴极： 阴极：Cu2++2e- → Cu↓ 阳极： 阳极：2Cl- → 2e- ＋Cl2↑ 阴极： 阴极：2H++2e- → H2↑ 阳极： 阳极：4OH- → 4e- ＋O2↑+2H2O 阴极： 阴极：2Cu2++4e- → 2Cu↓ 阳极： 阳极：4OH-→4e-＋O2+2H2O ＋ 阴极： 阴极：4H+ + 4e- → 2H2↑ 电极反应 溶液 PH 变化 减小 增大 不变 增大 减少 增大 HCl CuCl2 HCl H2O 溶液复 原方 法
自我诊断 1．下列有关电解的说法中正确的是( D ) ．下列有关电解的说法中正确的是 ①电解是把电能转变成化学能 ②电解是化学能转化成电能 电解质溶液导电是化学变化， ③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， 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 任何溶液被电解时， ⑤任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反 应的发生 A．①②③④ B．②③⑤ ． ． C．③④ D．①③④⑤ ． ．
C C
FeCl3、CuSO4 混合溶液
2．电极反应式的书写 ． (1)首先判断阴、阳极。分析电极材料，判断是电极材 首先判断阴、 首先判断阴 阳极。分析电极材料， 料放电还是溶液中的离子放电， 料放电还是溶液中的离子放电，阳极为金属活性电极 电极材料放电。 时，电极材料放电。 (2)再分析溶液中的离子种类。根据离子放电顺序，分 再分析溶液中的离子种类。 再分析溶液中的离子种类 根据离子放电顺序， 析电极反应，并判断电极产物，写出电极反应式。 析电极反应，并判断电极产物，写出电极反应式。 (3)电解水溶液时，应注意放电顺序中 ＋、OH－之后 电解水溶液时， 电解水溶液时 应注意放电顺序中H 的离子一般不参与放电反应。 的离子一般不参与放电反应。 【 C C c C Cu C 练 一 练 】
电能转化为化学能——电解
淡盐水
阳极 金属钛网
Cl2 +
Cl2
H2 －
H+ Na+
NaOH溶液
阴极 碳钢网
Cl—
OH—
阴
阳
极
极
室
室 精制饱和
离子交换膜
NaCl溶液
H2O（含少量NaOH）
精制食盐水
粗盐的成分： 泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42－杂质，会与
碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜
杂质的除去过程：
粗盐水 过量 BaCl 2 过量NaOH
①电极：
铁
铜
阳极——镀层金属 或惰性电极 片
片
阴极——待镀金属制品
硫酸铜溶液
②电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。
溶液中CuSO4的浓度保持不变或变小
4.冶炼铝
原理:
阳极：6O2--12 e- ====3O2↑ 阴极：4Al3+ + 12e- ====4Al 总式：2Al2O3 通电 4Al+3O2 ↑
②以电解熔融氯化钠为例讲一下电解池工作原理。
电解池阴、阳极的判断
【归纳提高】 阳极材料：
惰性电极 (石墨、铂、金)：
阴离子放电；
活性电极(除铂、金以外的金属)： 阳极自身失电子；活性阳极先于阴离子放电
阴极不参与电解反应。
记住这句话： 电解质导电的过程就是电解过程，发生了化学反应。
阴极： 阳离子 Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>活泼金属阳离子
(除SO
2 4
)
(除Mg2.Fe3 )
过量Na2CO3 (除Ca2.Ba2 )
电能转化为化学能——电解
通电后，石墨电极上有 气泡 产生，
铁电极上有 银白色金属 析出 作用下发生
实验结论
熔融的氯化钠在 电流
通电
了化学变化，生成了 钠 和 氯气 。 反应原理方程式： 2NaCl 2Na+Cl2↑
二、电解的原理
1、电解：
使电流通过电解反应 和 还原反应 的过程。
2、电解池：
（1）概念：
将 电能 转变为 化学能 的装置，也称为电解槽。
（2）形成条件 ①直流电源； ② 电解质 溶液或熔融 电解质 ； ③固体电极材料，其中包括两个电极：
发生 还原反应 ； 与电源 负极 相连的电极， 阴极：
阳极： 与电源 正极 相连的电极， 发生 氧化反应 ； ④在电解池中要形成 闭合回路 。
（3）工作原理
阳离子 阴离子
阴极 阳电极
发生 还原 反应 发生 氧化 反应
电子 流出 ，反应中 失 电子。 阳极： 电子 流入 ，反应中 得 电子。 阴极：
三、合作探究
1、工业制镁是采用电解熔融的氯化镁的方法。试分析电 解熔融的MgCl2的原理，写出有关的电极反应式及总反应式。 1、熔融MgCl中存在微粒： Mg2＋ 、 Cl- ； 2、通电后离子运动方向： Mg2+ Cl阴 极， 发生 还原 反应； 阳 极， 发生 氧化 反应。 石墨电极： 2Cl-―2e-→Cl2↑ 4、反应原理方程式：MgCl2 Mg+Cl2↑
稀H2SO4
原电池
化学能
化学反应
电能
第二节 电能转化为化学能—电解
一、电解熔融氯化钠
实验装置：
实验分析
1、熔融氯化钠中存在微粒有： Na+、Cl2、离子运动方向： Na+ 移向铁电 极， Cl- 移向石墨电极 还原反应 3、电极反应：
电能转化为化学能——电解原理
原理分析水的电解过程
(1)、纯水中有哪些微粒？
H2O
H+ + OH-
H+、OH-、H2O
(2)、H2是怎么产生的？O2又会是如何产生的？
H+ →H2↑ 2H++2e-=H2↑
OH- →O2↑ 4OH--4e-=O2↑+2H2O
（发生还原反应） （发生氧化反应）
(3)、在接通电源时，微粒如何运动？
H+向负极(阴极)移动、OH-向正极(阳极)移动。
Байду номын сангаас
电极反应：
半反应 叫电极反应。 （1）电极上进行的——————
氧化 反应，阴极 发生———— 还原 反应。 （2）阳极 发生————
（3）电解熔融时的电极反应式为
-→Cl ↑+2e2Cl 2 阳极：—————————————— （氧化反应） ++2e-→2Na 2Na 阴极：——————————————（还原反应）
举例 特点
Na++ClNaCl==______________
自由移动离子 只产生—————————
氧化还原反应 生成新物 发生———————— 化学 电 质，————能转化为———— 能。
联系
电解必须建立在电离的基础上
巩固提高：
1、判断 （1）电解、电离均需要通电才能实现（ （2）电解质溶液导电过程就是电解过程(
第2节 电能转化为化学能 ——电解
（一） 电解原理
说课提纲
方绪磊
一、说教材
1、教材的地位及作用
有关电化学的知识是无机化学中重要的知识点，它 及涉及到理论知识又与元素化合物知识密切相关。本节 内容根据由浅入深，由简到繁的原则，在学生已有熔融 盐知识的基础上，以单一熔融体系为入手点，学习电解 原理。借助电解池，可以使不自发的氧化还原过程分别 在两极进行，通过电能和化学能之间的相互转化，能够 使学生对氧化还原的认识及反应中能量变化的认识更加 深刻。从而进一步树立能量观点和辩证唯物主义观点。
第2节 电能转化为化学能---电解 第3课时 电解原理3
NaCl CuSO4
阳极2Cl—-2e— = Cl2↑ 阴极：2H2O+2e—=H2↑+2OH-
增大 减小
HCl CuO
练习：惰性电极分别电解饱和 AgNO3 CuSO4溶液，试写出电极反应式。
阳极:4OH- -4e- =O2↑+2H2O 阴极: 4Ag ++ 4e- = 4Ag
通电
4AgNO3 +2H2O
Na2SO4
HCl
CuCl2
阳极2Cl—-2e— =Cl2↑ 阴极：4H++4e—=2H2↑
增大
HCl CuCl2
阳极2Cl—-2e- =Cl2↑
阴极：Cu2++2e—=Cu
溶质和 活泼金属的 水同时 无氧酸盐 电解 不活泼金属 的含氧酸盐
NaCl CuSO4
阳极2Cl—-2e— = Cl2↑ 阴极：2H2O+2e—=H2↑+2OH阴极：2Cu2++4e—=2Cu 阳极：4OH—-4e—=O2↑+2H2O
电极反应
水 电 解
溶 质 电 解
减小 增大 不变 H2O
活泼金属的 含氧酸盐 无氧酸 不活泼金属 的无氧酸盐
Na2SO4
HCl
CuCl2
阳极2Cl—-2e— =Cl2↑ 阴极：4H++4e—=2H2↑
增大
HCl CuCl2
阳极2Cl—-2e- =Cl2↑
阴极：Cu2++2e—=Cu
溶质和 活泼金属的 水同时 无氧酸盐 电解 不活泼金属 的含氧酸盐
2HNO3+O2 ↑ +4Ag
阴极:2Cu2++4e- =2Cu 阳极：4OH- - 4e- =2H2O+O2↑
第2节电能转化为化学能—电解
第2节 电能转化为化学能—电解第1课时【教学目标】1. 通过对熔融氯化钠电解体系的分析，使学生掌握电解、电解池的概念。
2. 建立电极反应的概念，能正确判断阴极和阳极，正确书写电极反应式。
【重点难点】1. 电解原理及电解池构成。
2. 阴极和阳极以及电极反应的概念。
【知识链接】化学1（必修）第2节 电解质1. 什么是电解质？2. 电解质电离的条件是什么？第3节 氧化剂 还原剂1. 什么是氧化还原反应、氧化反应、还原反应？2. 氧化还原反应的实质是什么？【自学导航】自学课本P 11-13“电解的原理”，思考：1. 在下列物质中，哪些仅在熔融条件下是电解质，哪些仅在水溶液中是电解质，哪些在熔融或水溶液中均是电解质？①NaCl ②Na 2O ③NH 4HCO 3 ④CaCO 3 ⑤HCl ⑥H 2SO 4 ⑦蔗糖 ⑧酒精2. 结合课本P 11图1-2-2电解熔融氯化钠装置示意图，回答：（1）接通电源后，熔融氯化钠中Na +、Cl -各向哪个方向移动？（2）移到两极表面的Na +和Cl -将发生什么变化？3. 什么是电解？电解质在什么条件下才能发生电解？非电解质能否被电解？为什么？4. 电解池由哪几个部分构成？5. 什么是电极反应？在一个电解池中能否只发生阳极反应或阴极反应？阳极反应与阴极反应之间存在着怎样的联系呢？【知识梳理】一、电解原理1、电解：在外加电源的作用下使电流通过 溶液而在阴、阳两极引起 的过程。
2、电解原理明确：（1）电流是发生氧化—还原反应的根源、动力。
⑵阴阳离子在做定向运动导电的同时，也就在两极发生了氧化还原反应，生成了新物质；而金属导电是由自由电子的定向运动形成，无反应发生，无新物质生成，两者有本质区别。
Fe 、Cu 、Ag 等,做阴极本身 反应, 做阳极本身溶解。
C 、Pt 、Au 等，不论做阴极、阳极，本身都不反应。
活泼电极： 与外电源正极相连的电极， 电子， 反应。
与外电源负极相连的电极， 电子， 反应。
《电能转化为化学能—电解》深入理解
《电能转化为化学能—电解》深入理解在我们的日常生活和工业生产中，电能与化学能之间的相互转化扮演着至关重要的角色。
其中，电能转化为化学能的过程——电解，更是有着广泛的应用和深刻的科学内涵。
电解，简单来说，就是通过外加直流电的作用，使电解质溶液或熔融电解质中的离子发生定向移动，并在电极上发生氧化还原反应，从而实现电能向化学能的转化。
为了更深入地理解电解，我们先来了解一下电解池的基本构成。
一个典型的电解池通常由直流电源、两个电极（阳极和阴极）、电解质溶液或熔融电解质以及导线等组成。
其中，阳极是连接电源正极的电极，在电解过程中发生氧化反应；阴极则是连接电源负极的电极，发生还原反应。
在电解质溶液中，存在着可以自由移动的离子。
当直流电通过时，这些离子会在电场的作用下定向移动。
阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。
在电极表面，离子得失电子，发生氧化还原反应。
例如，在电解氯化铜溶液时，溶液中的铜离子（Cu²⁺）向阴极移动，在阴极得到电子被还原为铜单质；氯离子（Cl⁻）向阳极移动，在阳极失去电子被氧化为氯气（Cl₂）。
整个过程可以用以下化学方程式表示：阴极：Cu²⁺＋ 2e⁻＝ Cu阳极：2Cl⁻ 2e⁻＝ Cl₂↑电解的应用十分广泛。
在工业上，电解法被用于制取许多重要的化学物质。
比如，通过电解食盐水可以制取氢氧化钠（NaOH）、氯气和氢气。
这一过程被称为氯碱工业，对于化工、纺织、造纸等行业都具有重要意义。
在金属冶炼方面，电解也发挥着巨大的作用。
像电解熔融的氧化铝可以制取金属铝。
由于铝的活泼性较强，通过常规的化学方法难以从其化合物中还原出铝单质，而电解法为铝的大规模生产提供了可行的途径。
此外，电解还可以用于电镀。
通过在金属表面进行电解沉积，可以在其表面镀上一层更耐腐蚀、更美观的金属镀层，如镀铬、镀镍等。
然而，电解过程也并非一帆风顺，它存在着一些问题和挑战。
比如，电解需要消耗大量的电能，这使得生产成本较高。
电能转化为化学能—电解
第2讲 电能转化为化学能—电解一、选择题(本题包括12个小题，每小题5分，共60分)1．铝及铝合金经过阳极氧化，铝表面能生成几十微米厚的氧化铝膜。
某研究性学习小组模拟工业法对铝片表面进行氧化处理。
分别以铅片、铝片为电极，以硫酸溶液为电解液，按照 如图所示装置连接电解池装置，电解40 min 后取出铝片，用水冲洗，放在水蒸气中 封闭处理20～30 min ，即可得到更加致密的氧化膜。
下列有关说法正确的是 ( )A. 电解时电子从电源负极→导线→铝极，铅极→导线→电源正极B ．在电解过程中，H ＋向阳极移动，SO 2－4向阴极移动 C ．电解过程阳极周围溶液的pH 下降D ．电解的总反应为2Al ＋6H ＋===2Al 3＋＋3H 2↑ 2．如图所示是典型氯碱工业的关键设备——离子交换膜电解槽，该电解槽的特点是用离子交换膜将槽分隔为左右两室，它能够阻止一些物质通过，也能允许一些物质通过。
下列有关说法正确的是 ( )A ．离子交换膜的特点是允许气体分子通过，而不允许阴离子通过B ．图中X 是指氧气C ．电解槽右室的电极反应式为2H ＋―→H 2↑＋2e －D ．电解槽左室也称为阴极室3．串联电路中的四个电解池分别装有0.05 mol/L 下列溶液，用惰性电极电解，连接直流电源一段时间后，溶液的pH 最小的是(假定产生的气体全部放出)( ) A ．KNO 3 B ．NaCl C ．AgNO 3 D ．CuCl 24．用惰性电极电解M(NO 3)x 的水溶液，当阴极上增重a g 时，在阳极上同时产生b L O 2(标准状况)，从而可知M 的相对原子质量为( ) A.22.4 ax b B.11.2 ax b C.5.6 ax b D.2.5 ax b5．铁—镍蓄电池充电放电时发生的反应为：Fe＋NiO2＋2H2O Fe(OH)2＋Ni(OH)2关于此蓄电池的下列说法中不正确的是() A．放电时Fe为负极B．充电时阴极的电极反应式为Ni(OH)2―→NiO2＋2H＋＋2e－C．放电时NiO2的反应为NiO2＋2e－＋2H2O―→Ni(OH)2＋2OH－D．蓄电池的电极必须浸在碱性电解质溶液中6．下列描述中，不符合生产实际的是() A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极7．不能用来说明金属X比金属Y还原性强的是() A．把X和Y组成的合金放于潮湿的空气中，X先被腐蚀B．X原子最外层电子数比Y原子最外层电子数少C．X能从Y的盐溶液中把Y置换出来D．电解X和Y的盐的混合液，阴极上先析出Y8．下列说法正确的是() A．金属腐蚀就是金属原子失去电子被还原的过程B．钢铁吸氧腐蚀时，负极反应式为2H2O＋O2＋4e－―→4OH－C．氯碱工业中，阳极发生的反应为2Cl－―→Cl2↑＋2e－D．镀锌铁皮的镀层损坏后，铁更容易腐蚀9．电镀等工业废水中常含有剧毒、致癌的Cr2O2－7。
专题2 电能转化为化学能--电解
专题二电能转化为化学能----电解已知：2mol固体钠与1mol氯气生成2mol固体氯化钠放出822.3kJ的热量，写出该反应的热化学方程式。
若由氯化钠制备金属钠则应从外界获得能量，实际生产中能量又是来自何处？一、电解的原理画出电解熔融氯化钠的电解池装置示意图，指出电极、标出导线中电子的定向移动方向和熔融氯化钠中离子的定向移动方向、写出电极反应式和总反应方程式。
1、电解：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的过程。
2、电解池：将电能转化为化学能的装置。
（1）电解池的构成：直流电源、固体电极材料、电解质溶液或熔融电解质、闭合回路。
（2）电解池电极的确定：阳极：与电源相连，发生反应；阴极：与电源相连，发生反应。
说明：1、惰性电极：用石墨、金、铂等材料做的电极，一般通电条件下不发生反应；2、活性电极：用铁、锌、铜等还原性较强金属做的电极，活性电极作阳极时，优先发生氧化反应。
（3）电极反应和电极反应式：电极反应：在电极上进行的半反应。
可用电极反应式表示电极上物质的变化及电子转移情况。
（4）电解过程中电子及离子的移动方向：二、电解时电极产物的判断1、阳极产物判断：首先看，如果是电极（指金属活动顺序表Ag以前的金属电极），则电极材料失电子，电极被氧化，溶液中的阴离子不能失电子。
如果是电极(Pt、Au、石墨)，则要再看溶液中的阴离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断。
阳极放电顺序：应是失电子能力强的优先反应，活泼电极＞S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH-＞含氧酸根＞F-2、阴极产物的判断：直接根据顺序进行判断。
阴极放电顺序：应是得电子能力强的优先反应，Ag+＞Fe3+＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+3、用惰性电极电解各类电解质溶液（熔融物）归纳见下表：电解液电极反应总反应相当于电解溶液pH 溶液复原NaOH溶液升高H2SO4溶液降低Na2SO4溶液不变CuCl2溶液-----------HCl溶液升高NaCl溶液升高CuSO4溶液降低NaCl(熔融)练习：关于硫酸铜溶液电解的问题①惰性电解电解足量硫酸铜溶液，阴极析出固体6.4 g，溶液如何恢复电解前状态？②惰性电极电解硫酸铜溶液一段时间，加0.1mol氢氧化铜恢复到电解前的状态，则电解转移的电子数是多少？③用石墨电极电解100mL H2SO4与CuSO4的混合液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L（标况）气体，则原混合液中Cu2+的物质的量浓度是多少？三、电解原理的应用1、氯碱工业：（1）分别画出实验室和工业电解氯化钠溶液的装置示意图，回忆相关知识点。
鲁科版-化学反应原理-化学反应与能量转化-第2节电能转化为化学能——电解优质课比赛一等奖
《电能转化为华讯呢过——电解》知识体系梳理
【本节三维体系构建】
答案：1．氯碱工业；2．精炼铜；3．电镀；4．电解池由直流电源；5．固体电极材料；6．电解质溶液或熔融电解质组成；7．形成闭合回路；8．依据电解方程式或电极反应式；9．依据各电极、线路中转移的电子守恒。
课外天地
金属的冶炼
人们日常应用的金属材料，多为合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中提炼出来，这就是人们常说的金属的冶炼。
金属的冶炼方法很多，其实质是用还原法使金属化合物中金属离子得到电子变成金属原子。
由于金属的活性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也不同，因此采取的方法也不同。
工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法或电解法。
1．热分解法：对于有些不活泼的金属仅用此法制取。
一般是位于金属活动顺序表中氢后面的金属。
如：2HgO2Hg ＋O2↑；2Ag2O4Ag ＋O2↑。
2．热还原法：大多数金属的冶炼用此法。
常用的还原剂有焦碳、一氧化碳、氢气和活泼金属等。
如：Fe2O3＋3CO 2Fe ＋3CO2；WO3＋3H2 W ＋3H2O ；Fe2O3＋2Al 2Fe ＋Al2O3 。
3．电解法：在金属活动性顺序表中，钾、钠、钙、镁、铝等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。
如：2Al2O34Al ＋3O2↑；MgCl2Mg ＋Cl2↑。
对于某些不活泼的金属，如铜、银等，也常用电解其盐溶液的方法进行精炼，但电解法要消耗大量电能，成本较高。
电能转化为化学能—电解》电解中的能量变化
电能转化为化学能—电解》电解中的能量变化《电能转化为化学能—电解》电解中的能量变化在我们的日常生活和工业生产中，电能与化学能之间的相互转化扮演着至关重要的角色。
其中，电解作为一种将电能转化为化学能的重要方法，不仅具有广泛的应用，还涉及到一系列有趣的能量变化。
让我们先来了解一下什么是电解。
简单来说，电解就是在直流电的作用下，使电解质溶液或熔融电解质中的离子发生定向移动，并在电极上发生氧化还原反应的过程。
这个过程中，电能被输入到体系中，促使化学反应的发生。
在电解过程中，能量的变化主要体现在以下几个方面。
首先，从电能的输入角度来看。
为了使电解反应能够顺利进行，需要提供足够的电压来克服电解池中的各种阻力，包括溶液的电阻、电极的极化等。
当直流电通过电解池时，电能被不断地消耗，转化为其他形式的能量。
其次，在电极表面发生的氧化还原反应中，也伴随着能量的变化。
在阳极，失去电子的物质发生氧化反应，这个过程通常是能量释放的过程。
而在阴极，得到电子的物质发生还原反应，往往需要吸收能量。
例如，在电解水的过程中，阳极的水分子失去电子生成氧气和氢离子，这个过程释放出一定的能量。
而在阴极，氢离子得到电子生成氢气，这是一个需要吸收能量的过程。
此外，电解过程中的能量变化还与电解质溶液的浓度、温度等因素有关。
一般来说，电解质溶液的浓度越高，电阻越小，电能的消耗相对就会减少。
而温度的升高则可以提高离子的迁移速度，降低反应的活化能，从而使电解反应更容易进行，减少电能的消耗。
电解的应用十分广泛，这也从侧面反映了其在能量转化方面的重要性。
比如在电解精炼金属方面。
通过电解，可以将粗金属中的杂质去除，得到纯度较高的金属。
以电解精炼铜为例，粗铜作为阳极，纯铜作为阴极，硫酸铜溶液作为电解质溶液。
在电解过程中，阳极的粗铜逐渐溶解，其中的杂质如铁、锌等比铜活泼的金属优先失去电子进入溶液，而金、银等不活泼的金属则沉淀形成阳极泥。
阴极上则是铜离子得到电子还原为铜单质，从而实现了铜的精炼。
《电能转化为化学能—电解》电解的应用实例
《电能转化为化学能—电解》电解的应用实例在我们的日常生活和工业生产中，电能转化为化学能的过程——电解，发挥着至关重要的作用。
电解是一种通过电流驱动化学反应的技术，它使得原本难以自发进行的化学反应得以实现，从而创造出许多有价值的物质和产品。
首先，电解在金属冶炼方面有着广泛的应用。
以电解精炼铜为例，粗铜中通常含有锌、铁、镍、银、金等杂质。
将粗铜作为阳极，纯铜作为阴极，放入硫酸铜溶液中进行电解。
在电解过程中，阳极的铜以及比铜活泼的金属（如锌、铁、镍等）会失去电子，变成离子进入溶液；而阴极上，溶液中的铜离子会得到电子，在阴极上析出纯铜。
经过一段时间的电解，阳极的粗铜逐渐溶解，而阴极上则沉积出纯度更高的铜。
这种电解精炼的方法能够有效地提高铜的纯度，满足各种工业和电子领域对高纯度铜的需求。
电解在氯碱工业中也扮演着不可或缺的角色。
氯碱工业通过电解饱和食盐水来制取烧碱（氢氧化钠）、氯气和氢气。
在电解槽中，以涂有钛、钌等氧化物涂层的钛网作为阳极，以铁丝网或石墨作为阴极。
电解时，在阳极，氯离子失去电子生成氯气；在阴极，水电离出的氢离子得到电子生成氢气，同时溶液中的钠离子与氢氧根离子结合形成氢氧化钠溶液。
这个过程不仅为化工生产提供了重要的基础原料，如烧碱用于造纸、纺织、印染等行业，氯气用于生产塑料、农药、消毒剂等，氢气则是一种清洁的能源和化工原料。
此外，电解还被用于电镀。
电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的过程。
例如，在铁制品表面镀铜，将铁制品作为阴极，纯铜作为阳极，放入含有铜离子的电镀液中进行电解。
在电流的作用下，阳极的铜溶解成铜离子进入溶液，同时溶液中的铜离子在阴极上得到电子，沉积在铁制品表面形成一层均匀、致密的铜镀层。
通过电镀，可以提高金属制品的耐腐蚀性、耐磨性和美观度，广泛应用于汽车、电子、五金等行业。
在电解水制氢方面，电解也展现出了巨大的潜力。
随着全球对清洁能源的需求不断增加，氢气作为一种清洁能源受到了广泛关注。
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化学
题组三
电极、电池反应式的书写
1.(2015 杭州一中摸底)用惰性电极电解物质的量浓度为 1∶3 的 CuSO4 和 NaCl 的混 合溶液,可能发生的反应有( C ①2Cu2++2H2O ②Cu2++2Cl③2Cl-+2H2O ④2H2O 2Cu+4H++O2↑ Cu+Cl2↑ 2OH-+H2↑+Cl2↑ )
化学
2.制备单质锰的实验装置如图,阳极以稀硫酸为电解液,阴极以硫酸 锰和硫酸混合液为电解液,电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的 方向。下列说法不正确的是( C ) A.M 是电源的负极 B.左侧气孔逸出的气体可能为副产物 H2 C.电解槽中发生的总反应为 MnSO4+2H2O MnO2+H2↑+H2SO4 D.右侧 H2SO4 的浓度增大
解析:根据阴离子的移动方向,石墨为阳极,铂为阴极,即 N 为正极,M 为 负极,电极反应式:铂电极为 2Mn2++4e2Mn(副反应为 2H++2eH2↑),石墨电极为 4OH -4e O2↑+2H2O,总反应为 2MnSO4+2H2O 2Mn+O2↑+2H2SO4,结合右侧有 H+生成和 S O 4 的进入,右侧 H2SO4 的浓度 增大,故 A、B、D 正确。
化学
2.电解池的组成和工作原理(惰性电极电解CuCl2溶液)
总反应的离子方程式:Cu2++2Cl-
Cu+Cl2↑。
化学
3.离子的放电顺序 (1)阳极 ①活性电极:电极材料失电子,生成相应的金属阳离子。 ②惰性电极:阴离子失电子,生成相应的单质或高价化合物(阴离子放电顺 序:S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子>F-)。 (2)阴极
常用的计算关系为4e-～4OH-～2H2～2Cu～4Ag～4H+～O2～2Cl2～ 2Cu2+～4Ag+。
化学
考点二:电解原理的应用
梳理整合
1.电解饱和食盐水
化学
2.电解精炼铜
3.电镀铜
化学
4.电解冶炼钠
化学
【感悟测评】 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 (1)用铜做阳极、石墨做阴极电解 CuCl2 溶液时,阳极电极反应式为 2Cl--2eCl2↑。( 2Cl-+2H2O (4)Cu+H2SO4 ) Cl2↑+H2↑+2OH-。( ) ) ) ) (2)电解 MgCl2 溶液所发生反应的离子方程式为: (3)氯碱工业用阳离子交换膜把阴极室和阳极室分开。(
即从a极流向b极,故C错误;④装置中的离子交换膜允许Na+通过,OH-、Cl-不
能通过,可以避免生成的Cl2与NaOH溶液反应,故D正确。
化学
2.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有 Fe、Zn、Cu、Pt 等杂质,可用电解法制 得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知:氧化性 Fe <Ni <Cu )( A.阳极发生还原反应,其电极反应式为:Ni2++2eC.电解后,溶液中存在的阳离子只有 Fe 和 Zn
2+ + -
H2↑,此过程中转移电子 Cu,可知 n(Cu2+)=
为 0.01 mol,则铜离子放电转移电子 0.01 mol,Cu2++2e-
0.005 mol,则 A 池原混合溶液中 Cu 的浓度为 0.05 mol/L。
化学
技法归纳 电化学计算常用的一个关系式
串联电路中各电极上转移的电子数目相同,根据电子守恒,电化学中
2
化学
技法归纳 电解池电极的判定方法
判断依据 电源标记 电极反应类型 电子流动方向 离子移动方向 阳极 与电源正极相连 氧化反应 电子输出一极 阴离子移向一极 (1)电极材料溶解一极; (2)有无色、无味气体生成 (OH-放电时); (3)有刺激性气味气体生成 (Cl-放电时) 阴极 与电源负极相连 还原反应 电子输入一极 阳离子移向一极 (1)电极增重(金属阳离子放 电时); (2)有无色、无味气体生成 (H+放电时)
解析:N为电解池的阴极,根据放电顺序,首先Cu2+得电子生成红色物质Cu,然后H+得电子生
成H2,A正确;根据图乙,OP段阴极发生Cu2+得电子生成Cu的反应,P点后阴极H+放电生成H2,
阳极反应一直是OH-失电子生成O2,所以P点以后相当于电解水,A点只加入CuO固体不能恢 复到起始状态,B错误;由图乙可以看出,OP段电路通过a mol电子,阳极生成氧气体积为 b L,PQ段又通过a mol电子,阳极生成氧气体积为b L,则到Q点时,阳极共生成氧气2b L, 生成氢气为(4b-2b)L=2b L,C正确;若M电极材料换成Cu做电极,阳极上则是Cu失电子,阴 极上Cu2+得电子,所以电解过程中CuSO4溶液的浓度不变,D正确。
化学
题组四
电解的计算
1.用石墨做电极电解 200 mL CuSO4溶液,电解过程中电子转移的物质的量 n(e-)与产生气体的体积V(标准状况)的关系如图所示。下列说法正确的是 ( C ) A.电解前CuSO4溶液的物质的量浓度为2 mol· L-1 B.电解后所得溶液中c(H+)=2 mol· L-1
生成 0.15 mol O2,故 V(H2)∶V(O2)=2∶3,如果电解过程中仅发生反应:2CuSO4+ 2Cu+2H2SO4+O2↑,加入 0.2 mol CuO 可使电解质溶液恢复为电解前的 2H2↑+O2↑。 浓度,实际上电解后期发生反应:2H2O
化学 2.如图所示,通电一段时间后,Cu电极增重2.16 g,同时在A池中收集到标准状况 下的气体224 mL,设A池中原混合溶液的体积为100 mL,则通电前A池原混合溶液 中Cu2+的浓度为( A ) A.0.05 mol/L C.0.025 mol/L B.0.035 mol/L D.0.020 mol/L
a电极
b电极
X电极
溶液
A
B C D
锌
石墨 银 石墨
石墨
石墨 铁 铜
负极
正极 负极 正极
CuSO4
NaOH AgNO3 NaNO3
化学
【解题关键】 (1)a极板质量增加。 (2)b极板放出的是无色无味气体。
解析:由通电后 a、 b 两极的现象知,X 为负极,Y 为正极,故 B、 D 错误;b 为阳极,A 项中的阳极反应:4OH--4e反应:Fe-2e错误。 O2↑+2H2O,C 项中的阳极发生 Fe2+,结合 b 极板处有无色无味气体放出,则 A 正确,C
化学
2.Na2FeO4是一种既能杀菌、消毒,又能絮凝净水的水处理剂,其电解制法如
图所示,请根据图示分析:Fe电极的电极反应为 的为电源的 极。 ,与铁电极相连
解析:首先分析化合价 Fe H,Fe-6e-+8OH2
0
Na2 Fe O4,铁做阳极 Fe-6e-
+6
Fe O 2 4 ,依据电
解质溶液显碱性,可知用 OH-配平电荷,Fe-6e-+8OH-
①阳离子得电子,生成相应的单质或低价化合物。
②阳离子放电顺 序:Ag+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
化学
【多维思考】 1.电解质溶液通电时,一定会发生化学反应吗?为什么?
提示:一定发生化学反应。因为在电解池的阴极、阳极分别发生了还原反
解析:铜电极质量增加:Ag +e
+
-
Ag,由 n(Ag)=
2.16 g =0.02 mol 可知,转移 108g / mol
1 ×22.4 L/mol= 4
电子 0.02 mol。由 4e-～O2 知 A 池阳极产生 O2 为 0.02 mol× 0.112 L=112 mL;故阴极还产生 112 mL 氢气:2H +2e
示。x轴表示电解过程中转移电子的物质的量,y轴表示电解过程中产生气体的总体积。 则下列说法不正确的是(
B
)
A.电解过程中N电极表面先有红色物质生成,后有气泡产生
B.A点所得溶液只需加入一定量的CuO固体就可恢复到起始状态
C.Q点时M、N两电极上产生的气体在相同条件下体积相同 D.若M电极材料换成Cu做电极,则电解过程中CuSO4溶液的浓度不变
电极现象
化学
题组二
电解规律的考查
1.用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液,在电解后的电解液中加 适量水,能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是( A.NaCl C.CuSO4 B.Na2CO3 D.K2S B )
解析:加适量水能使溶液恢复到电解前的浓度,则实际是电解水,故只有 B项符合条件。
化学
2.用如图甲装置电解一定量的CuSO4溶液,M、N为惰性电极。电解过程实验数据如图乙所
B.②装置中待镀铁制品应与电源正极相连
C.③装置中电子由b极流向a极 D.④装置中的离子交换膜可以避免生成的Cl2与NaOH溶液反应
化学
解析:①装置是电解池,阴极是溶液中阳离子得到电子发生还原反应,应是 铜离子得到电子生成铜,故A错误;②装置待镀制品和电源负极相连做电解 池的阴极,故B错误;③装置是原电池,电子流向是从负极经导线流向正极,
Fe O 4 ,用水配平
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Fe O 4 +4H2O,最后用 O 检查是否配平。