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文档介绍
2019届一轮复习鲁科版6-2电能转化为化学能——电解教案
第2节 电能转化为化学能——电解 考纲定位 全国卷5年考情 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。 2017年：Ⅰ卷T11；Ⅱ卷T11 2016年：Ⅰ卷T11；Ⅲ卷T11 2015年：Ⅱ卷T28(2) 2014年：Ⅰ卷T27(4)；Ⅱ卷T27(3) 2013年：Ⅰ卷T10、T27(5)(6) 考点1| 电解的原理及其规律 (对应学生用书第116页) [考纲知识整合] 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。 提醒：注意电解与电离两概念的联系与区别 联系：电解是在电解质电离的基础上完成的。 区别：电解需外加电源，是化学过程，电离一般在水溶液或熔融状态下完成，为物理过程。 2．电解池及其工作原理 (1)概念：电解池是将电能转化为化学能的装置。 (2)构成条件 ①有与外接直流电源相连的两个电极。 ②电解质溶液(或熔融的电解质)。 ③形成闭合回路。 (3)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例) (4)电解池中电子和离子的移动 ①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。 ②离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。 ③电流：从电源的正极流出，流入阳极，再通过电解质溶液流入阴极，最后流向负极。 (5)两极放电(氧化或还原)顺序 ①阴极：阳离子放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。 阳极：金属(Au、Pt除外)电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。 提醒：①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融的电解质)中的阳离子放电。 ②阳极材料若是金属电极(Au、Pt除外)，溶液中的阴离子不反应，电极金属失电子被氧化。 3．惰性电极的电解规律 (1)电解水型——含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐 ①阴极反应式为4H＋＋4e－===2H2↑，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，总反应方程式为2H2O2H2↑＋O2↑。 ②电解度浓度变大，pH可能变大、变小或不变，可加H2O复原。 (2)电解电解质类型——无氧酸(如HCl)，不活泼金属无氧酸盐(CuCl2)。 电解质浓度变小，加电解质本身复原。 (3)放H2生碱型——活泼金属的无氧酸盐(如NaCl) ①阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，总方程式为2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。 ②溶液pH变大，加HCl(卤化氢)复原。 (4)放O2生酸型——不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4) ①阴极反应式为2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，总方程式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。 ②溶液pH变大，加CuO(金属氧化物)或CuCO3复原。 [应用体验] 判断正误 (正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)电解质溶液导电与金属导电原理相同，均为化学变化。( ) (2)原电池负极与电解池中连接电源负极的阴极均发生氧化反应。( ) (3)自发进行的氧化还原反应可设计成原电池，但任何反应均可设计成电解池。( ) (4)电解池工作时电子从电源的负极流出，流入阴极通过溶液到阳极，然后从阳极流出，流回电源正极。( ) (5)氯碱工业电解饱和食盐水的过程中，阴极附近产生NaOH。( ) (6)惰性电极电解Na2SO4溶液和Na2CO3溶液的过程中pH均不变。( ) (7)惰性电极电解足量CuSO4溶液，可以加入Cu(OH)2使溶液复原。( ) (8)用Cu作电极电解盐酸可发生Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑。( ) 【提示】 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)× (8)√ [高考命题点突破] 命题点1 电极反应式和电解方程式的书写 1．用惰性电极电解2 mol·L－1 NaCl和1 mol·L－1 CuSO4的混合溶液，电解过程明显分两个阶段，写出每一阶段的电极反应和总反应式。 【答案】 电解第一阶段：阳极得到Cl2、阴极得到单质Cu。电极反应式分别为阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑， 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，总反应：2Cl－＋Cu2＋Cl2↑＋Cu。 电解第二阶段：阳极得到O2、阴极得到H2。 电极反应式分别为阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑， 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑，总反应：2H2O2H2↑＋O2↑。 2．按要求书写方程式。 【导学号：95160150】 (1)用惰性电极电解MgCl2溶液 阳极反应式：___________________________________________； 阴极反应式：___________________________________________； 总反应式：____________________________________________。 (2)用铁作电极电解NaOH溶液 阳极反应式：_________________________________________； 阴极反应式：_________________________________________； 总反应式：____________________________________________。 (3)用Ag作电极电解稀盐酸 阳极反应式：___________________________________________； 阴极反应式：_______________________________； 总反应式：__________________________________________________。 (4)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜 阳极反应式：________________________________________； 阴极反应式：__________________________________________； 总反应式：_________________________________________。 (5)用Al作电极电解NaOH溶液 阳极反应式：_________________________________________； 阴极反应式：_________________________________________； 总反应式：__________________________________________。 【答案】 (1)2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑ Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑ (2)Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 2H＋＋2e－===H2↑ Fe＋2H2OFe(OH)2＋H2↑ (3)2Ag＋2Cl－－2e－===2AgCl 2H＋＋2e－===H2↑ 2Ag＋2H＋＋2Cl－2AgCl＋H2↑ (4)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋ 6H＋＋6e－===3H2↑ 2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑ (5)2Al－6e－＋8OH－===2[Al(OH)4]－ 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－(或6H＋＋6e－===3H2↑) 2Al＋6H2O＋2OH－2[Al(OH)4]－＋3H2↑ 3．离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。 【导学号：95160151】 钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为__________________________________。 若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极反应式为_________________________ ________________________________________________________________。 【解析】 在钢制品上电镀铝，故钢制品应作阴极，与电源的负极相连；因为电镀过程中“不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”，Al元素在熔融盐中以Al2Cl和AlCl形式存在，则电镀过程中负极上得到电子的反应是4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl；在水溶液中，得电子能力：H＋>Al3＋，故阴极上发生的反应是2H＋＋2e－===H2↑。 【答案】 负 4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl 2H＋＋2e－===H2↑ [易错防范] 电极反应式和电解方程式应注意下列问题 (1)做到“三看”，正确书写电极反应式 ①一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注：Fe生成Fe2＋)。 ②二看电解质，电解质是否参与电极反应。, ③三看电解质状态，是熔融状态还是水溶液。 (2)规避“三个”失分点 ①书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式，且注明“通电”条件。 ②要确保两极电子转移数目相同。 ③电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。 命题点2 电解原理及其规律 4.图中X为电源，Y为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，通电后Y中央的紫红色斑向d端扩散。下列判断正确的是( ) 【导学号：95160152】 A．滤纸上c点附近会变红色 B．Cu电极质量减小，Pt电极质量增大 C．Z中溶液的pH先减小，后增大 D．溶液中的SO向Cu电极定向移动 A [紫红色斑即MnO向d端扩散，根据阴离子向阳极移动的原理，可知d端为阳极，即b为正极，a为负极，c为阴极，NaCl溶液中H＋放电，产生OH－，c点附近会变红色，A正确；电解硫酸铜溶液时，Pt为阳极，溶液中的OH－放电：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，Cu为阴极，溶液中的Cu2＋得电子，生成铜，总反应式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，Pt电极附近生成H＋，则SO向Pt电极移动，B、D不正确；随着电解的进行，Z中溶液变为硫酸溶液，继续电解则为电解水，硫酸浓度增大，pH减小，C不正确。] 5．以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水，关于两个电解池反应的说法正确的是 ( ) 【导学号：95160153】 A．电解结束后，均可以加水恢复原溶液 B．电解结束后所得液体的pH相同 C．阴极反应式相同 D．通过相同电量时生成的气体总体积相等(同温同压) C [A项，电解水，减少的为H2O，可加水复原，电解NaCl溶液，减少的可看作为Cl2和H2 ，应加HCl复原，故A错误；B项，电解水溶液的pH不变，电解饱和氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气，pH变大，所以电解结束后所得液体的pH不相同，故B错误；C项，以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水,阴极上都是2H＋＋2e－===H2↑，所以阴极电极反应式相同，故C正确；D项，设转移电子数为4 mol，则依据电解方程式：2H2O2H2↑＋O2↑～4e－，电解水生成3 mol气体，依据电解方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑～2e－，电解饱和食盐水生成4 mol气体，故D错误。] [方法技巧] 阴、阳极的判断方法 (1)根据外接电源：正极连阳极，负极连阴极。 (2)根据电流方向：从阴极流出，从阳极流入。 (3)根据电子流向：从阳极流出，从阴极流入。 (4)根据离子流向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。 (5)根据电极产物：a.阳极：电极溶解、逸出O2(或极区变酸性)或Cl2；b.阴极：析出金属、逸出H2(或极区变碱性)。 (6)根据反应类型：阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。 考点2| 电解原理的实际应用 (对应学生用书第118页) [考纲知识整合] 1．电解饱和食盐水——氯碱工业 (1)电极反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(反应类型：氧化反应)。 阴极：2H＋＋2e－===H2↑(反应类型：还原反应)。 检验阳极产物的方法是：用湿润的KI淀粉试纸靠近阳极附近，若试纸变蓝，证明生成了Cl2。电解时向食盐水中加酚酞，阴极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为NaOH。 (2)电解方程式 化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑； 离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 (3)阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图 ①阳离子交换膜的作用 阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。 ②a、b、c、d加入或取出的物质分别是饱和食盐水、稀NaOH溶液、稀的食盐水、浓NaOH溶液；X、Y分别是Cl2、H2。 2．电镀与电解精炼铜 电镀(Fe上镀Cu) 电解精炼铜 阳极 电极材料 Cu(或铜) 粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质) 电极反应 Cu－2e－=== Cu2＋ Cu－2e－=== Cu2＋(主) Zn－2e－===Zn2＋ Fe－2e－===Fe2＋ Ni－2e－===Ni2＋ 阴极 电极材料 Fe 纯铜 电极反应 Cu2＋＋2e－===Cu 电解质溶液 含Cu2＋的盐溶液 电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥 注：①镀层金属作阳极，待镀元件作阴极，电解质溶液含有镀层金属离子。 ②电镀铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)不变；电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)减小。 3．电冶金 冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属，必须用电解法。 (1)电解熔融氯化钠得到钠 (2)电解熔融Al2O3制Al 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 电极反应： 阳极：6O2－－12e－===3O2↑； 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。 冰晶石的作用是作Al2O3的助熔剂。 提醒：(1)电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解熔融MgO冶炼镁，因MgO的熔点很高； (2)电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，因AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电。 [高考命题点突破] 命题点1 电镀和电解精炼 1．利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是( ) 【导学号：95160154】 A．氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变 C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜 D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁 D [氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。] 2．粗铜的电解精炼如图所示。 (1)在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极________(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应式为_____________________________________ ________________________________________________________________； (2)若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，则阳极的电极反应式为_________________，粗铜中的Au、Ag的存在形式和位置为______________________________，溶液中c(Cu2＋)________(选填“变大”“变小”或“不变”)。 【解析】 粗铜电解精炼时，粗铜作阳极与电源正极相连，所以粗铜板是图中电极c，d是阴极，发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu，Au、Ag不如铜活泼，以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe比铜活泼，以Fe2＋的形式进入电解质溶液中。 【答案】 (1)c Cu2＋＋2e－===Cu (2)Fe－2e－===Fe2＋、Cu－2e－===Cu2＋ Au、Ag以单质的形式沉积在c电极的下方形成阳极泥 变小 命题点2 电解原理在物质制备、环境治理方面的应用 3．电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。 (1)电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在________(填“阴极室”或“阳极室”)。 (2)电解过程中，需将阴极产生的气体及时排出，其原因是__________________________________________。 (3)c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：________________________________ ________________________________________________________________。 【解析】 (1)根据电解总反应：Fe＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，结合阳极发生氧化反应知，阳极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，结合阴极发生还原反应知，阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，则阳极室消耗OH－且无补充，故c(OH－)降低。(2)结合题给信息“Na2FeO4易被氢气还原”知，阴极产生的氢气不能接触到Na2FeO4，故需及时排出。(3)图示中随着c(NaOH)增大，c(Na2FeO4)先增大后减小，结合已知信息“Na2FeO4只在强碱性条件下稳定”知，M点c(Na2FeO4)低的原因是c(OH－)低，反应速率小且Na2FeO4稳定性差。结合已知信息“若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质”知，N点c(Na2FeO4)低的原因是c(OH－)过高，铁电极上产生Fe(OH)3或Fe2O3，使Na2FeO4产率降低。 【答案】 (1)阳极室 (2)防止Na2FeO4与H2反应使产率降低 (3)M点：c(OH－)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢；N点：c(OH－)过高，铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成，使Na2FeO4产率降低 4．电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如下： 【导学号：95160155】 电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳两极均为惰性电极。 (1)A极为________，电极反应式为_________________________________ ________________________________________________________________。 (2)B极为________，电极反应式为________________________________ ________________________________________________________________。 【解析】 产生H2是因为H2O电离的H＋在阴极上得电子，即6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－，所以B极为阴极，A极为阳极，电极反应式为CO(NH2)2 ＋8OH－－6e－===N2↑＋CO＋6H2O。 【答案】 (1)阳极 CO(NH2)2＋8OH－－6e－===N2↑＋CO＋6H2O (2)阴极 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－ 电镀废水中常含有剧毒的Cr2O。该废水处理的一种方法是利用还原剂把Cr2O还原成毒性较低的Cr3＋，再加碱生成沉淀；另一种方法是向废水中加入适量的NaCl，用Fe作电极进行电解。下列说法错误的是( ) A．电解时，阳极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ B．电解过程中，阴极能产生氢气 C．电解过程中，Cr2O被还原的离子方程式为Cr2O＋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Cr2O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＋)查看更多