1、第3節電能轉化為化學能電解第1課時電解的原理學習目標1.通過對電解池構成的探究,掌握電解池的工作原理。2.通過對比四種電解類型,掌握不同類型電解的區別與聯系。學習任務1探究電解池的工作原理1.電解的概念:將直流電通過熔融電解質或電解質溶液,在兩個電極上分別發生氧化反應和還原反應的過程。2.電解池及構成條件(1)電解池:將電能轉化為化學能的裝置。(2)電解池構成條件。直流電源(電能提供裝置)。固體電極材料(一般為金屬、石墨或某些特殊導電性材料)。電解質(熔融或溶液狀態)。構成閉合回路。3.電解池電極的判斷電極陰極陽極根據電源連接電源的負極連接電源的正極根據反應發生還原反應發生氧化反應根據離子移動

2、方向陽離子移向陰離子移向根據電子移動方向電子流入電子流出根據電流移動方向電流流出電流流入某同學用硫酸銅溶液作電解液,用銅管作電極連在電池的正極上,放入硫酸銅溶液中。然后用鱷魚夾夾住一枚硬幣并連接在電池的負極上,然后把硬幣放入硫酸銅溶液中。過一段時間取出來,發現硬幣變為銅幣。該同學認為這是一個電解裝置。這是否科學呢?我們一起探究。探究電解池的工作原理問題1:直流電源在該裝置(電解池)中的作用是什么?提示:直流電源為電解裝置提供能量,并強制電子轉移以達到發生氧化還原反應的目的。問題2:該裝置中硬幣電極上發生什么反應?硬幣是陽極還是陰極?提示:由于電源電子流向該極,所以電極表面的氧化劑(Cu2+)就

3、會在此電極上得電子發生還原反應,發生的電極反應為Cu2+2e-Cu,所以硬幣表面析出Cu變為銅幣;硬幣是陰極。問題3:該裝置中銅管電極上發生什么反應?銅管是陽極還是陰極?提示:由于電源強制移走了該電極的電子,所以該電極(Cu)發生氧化反應,發生的電極反應為Cu-2e-Cu2+;銅管是陽極。電解的原理1.(2021江蘇揚州期中)如圖所示的電解裝置可實現低電位下高效催化還原CO2。下列說法不正確的是(C)A.a極連接外接電源的負極B.b極的電極反應為Cl-2e-+2OH-ClO-+H2OC.電解過程中Na+從左池移向右池D.外電路上每轉移1 mol電子,理論上可催化還原標準狀況下CO2氣體11.2

4、 L解析:從圖示中可以看出,b極上Cl-失去電子生成ClO-,b極為電解池陽極,a極上CO2得到電子生成CO,a極為電解池陰極;與b極相連的電源電極為正極,與a極相連的電源電極為負極。根據分析,a極與外接電源的負極相連,A正確;因右池電解液中含有大量的OH-,故b極的電極反應為Cl-2e-+2OH-H2O+ClO-,B正確;電解池中陽離子移向陰極,故電解過程中Na+從右池移向左池,C不正確;根據B選項的電極反應及得失電子守恒,每轉移2 mol電子,可還原標準狀況下22.4 L的CO2,故電路中轉移1 mol電子,可還原標準狀況下11.2 L的CO2,D正確。2.(2021江西新余月考)在傳統的

5、電解氯化氫回收氯氣技術的基礎上,科學家采用碳基電極材料設計了一種新的工藝方案,主要包括電化學過程和化學過程,下列說法正確的是(C)A.電路中轉移1 mol電子,需消耗氧氣5.6 LB.正極區發生的反應有Fe3+e-Fe2+、4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2OC.整個過程的總反應為4HCl+O22Cl2+2H2OD.Fe2+在過程中起催化劑作用解析:根據題圖,左邊元素化合價降低,得到電子,為電解池的陰極,右邊元素化合價升高,失去電子,為電解池的陽極。不清楚是否為標準狀況,無法計算氧氣的體積,故A錯誤;電解池陰極發生的反應為Fe3+e-Fe2+、4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O,故B

6、錯誤;陽極反應為2Cl-2e-Cl2,總反應為4HCl+O22Cl2+2H2O,故C正確;總反應為4HCl+O22Cl2+2H2O,根據題中信息得到Fe3+在過程中起催化劑作用,故D錯誤。學習任務2離子放電順序與四種電解類型一、離子放電順序1.陽離子在陰極放電順序Ag+Fe3+Cu2+H+(酸)Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+(H2O)Al3+Mg2+Na+Ca2+K+。微點撥:酸中H+放電優先于水中的H+,因為酸溶液中H+濃度大于水中H+濃度,氧化劑濃度越大,氧化性越強。2.陰離子在陽極放電順序SO42-(或其他含氧酸根離子)OH-Cl-Br-I-S2-Zn2+。該同學父親在電鍍鋅工廠上

7、班,通過父親他了解到電鍍鋅是用ZnSO4溶液作電解質溶液。該同學感到迷惑,按照課本知識,不應該是氫離子得電子優先放電嗎?怎么能給鍍件鍍上一層鋅呢?我們幫他一起探究一下離子放電順序問題。探究為什么離子放電順序不同問題1:不同離子的氧化能力、還原能力是否相同?放電順序與氧化、還原能力有何關系?提示:不同離子的氧化能力、還原能力各不相同,所以放電(即反應)順序也不相同。一般氧化能力強的優先在陰極得電子(放電),還原能力強的優先在陽極失電子(放電)。問題2:離子放電順序是否一成不變?提示:不是一成不變,濃度不同、溫度不同、電解電流強度不同都會影響放電順序。如按放電順序Cl-OH-,理論上電解NaCl溶

8、液時陽極先產生Cl2而不會產生O2,但實際上如果電解電流強度很大,兩者會同時產生,陽極附近Cl-由于擴散速度的限制,濃度變得很低,因此OH-就會放電產生氧氣,這體現了電解電流對放電順序的影響。問題3:為什么電鍍鋅用ZnSO4溶液作電解質溶液時,是Zn2+優先放電而不是H+?提示:放電順序H+Zn2+,前提是兩者濃度相同,即酸性很強時的一種結果。實際電鍍鋅時Zn2+濃度大約為3.5 molL-1,而pH為23,也就是氫離子濃度為0.0010.01 molL-1,再加上電解電流等工藝控制,因此實際電鍍過程中Zn2+優先于H+放電。電解過程離子放電順序是一個非常復雜的問題。首先應該從題目所給信息分析

9、,電極上發生氧化反應肯定是陽極反應,發生還原反應肯定是陰極反應。若題目沒有信息才考慮根據離子放電順序分析。1.(2021黑龍江哈爾濱月考)用石墨作電極電解CuSO4與NaCl的混合溶液,陰極和陽極上最先析出的物質分別為(B)A.H2和Cl2B.Cu和Cl2C.H2和O2D.Cu和O2解析:用石墨作電極電解CuSO4與NaCl的混合溶液,陽極放電順序為Cl-OH-SO42-,所以陽極上最先析出的物質為Cl2,陰極的放電順序為Cu2+H+Na+,所以陰極上最先析出的物質為Cu,故B符合題意。2.(2021福建福州期中)按圖甲裝置進行實驗,若圖乙中橫坐標x表示通過電極的電子的物質的量,下列敘述正確的

10、是(B)A.電解過程中,Cu2+濃度保持不變B.E可以表示反應生成Cu的物質的量C.電解過程中,石墨棒附近溶液的pH有所增大D.若電解過程中共轉移了4 mol電子,則需向燒杯中加入80 g CuO才能使電解質恢復到原狀態解析:該實驗是用石墨作陽極,銅單質作陰極,電解硫酸銅溶液。陽極反應是2H2O-4e-4H+O2,陰極反應是Cu2+2e-Cu。據分析,電解過程中,Cu2+濃度不斷減小,A錯誤;由E可看出電極通過4 mol電子得到2 mol物質,符合銅與電子的化學計量關系,E可以表示反應生成Cu的物質的量,B正確;據分析,電解過程中,石墨棒附近溶液的酸性增強,pH減小,C錯誤;若電解過程中共轉移

11、了4 mol電子,則體系析出氧氣1 mol,析出銅2 mol,要使電解質恢復到原狀態需要2 mol CuO,質量是160 g,D錯誤。3.(2021河南南陽期中)用惰性電極分別電解下列各組中的三種溶液,電解過程中,溶液中pH依次為減小、不變、增大的是(D)A.HCl、HNO3、K2SO4B.AgNO3、CuCl2、Cu(NO3)2C.CaCl2、KOH、NaNO3D.CuSO4、Na2SO4、KCl解析:電解HCl時生成氯氣和氫氣,電解本身,電解HNO3時生成氫氣和氧氣,即電解水型,電解K2SO4時生成氫氣和氧氣,即電解水型,溶液的pH依次為增大、減小、不變,故A錯誤;電解AgNO3時會生成硝

12、酸、銀和氧氣,溶液的pH減小,氯化銅溶液呈酸性,電解CuCl2時會生成銅和氯氣,電解后濃度減小,溶液的pH增大,電解Cu(NO3)2時會生成銅、硝酸和氧氣,溶液的pH減小,故B錯誤;電解CaCl2時生成氫氧化鈣、氯氣和氫氣,電解KOH時生成氫氣和氧氣,即電解水型,電解NaNO3時生成氫氣和氧氣,即電解水型,溶液的pH依次為增大、增大、不變,故C錯誤;電解CuSO4時生成銅和氧氣以及硫酸,電解Na2SO4時生成氫氣和氧氣,即電解水型,電解KCl時會生成氫氣、氯氣和氫氧化鉀,溶液的pH依次為減小、不變、增大,故D正確。電解類型分析:若H+、OH-在兩極放電則為電解水型;若電解質的陰、陽離子分別在陽、陰極放電則為電解電解質型;若水的H+、電解質的陰離子(常見Cl-)在兩極放電則為放氫生堿型;若水的OH-、電解質的陽離子(一般為H后的金屬離子,比如Cu2+、Ag+)在兩極放電則為放氧生酸型。【知識整合】一、電解池的工作原理二、電解時電極產物的判斷【易錯提醒】1.誤認為離子放電順序是一定的,不會改變。其實不然,離子放電順序是各離子濃度相同、且濃度較小時的一種理論上的理想情況。離子濃度改變、溫度改變、電極材料改變、電解電流改變都可能會影響放電順序。所以要根據題目信息做出判斷,若無任何信息才可根據放電順序分析。2.誤認為離子跑得很快