2011年高一化学精品课件：2.3.3　电能转化为化学能（苏教版必修2）

(共43张PPT)
第3课时　电能转化为化学能
第3课时
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
探究整合应用
课前自主学案
自主学习
一、电能转化为化学能
1．电解反应实例
2.电解CuCl2溶液
红
实验装置
实验现象 阴极：有___色固体物质析出
阳极：产生黄绿色、________气味的气体，湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色
刺激性
3.电解
(1)概念：电流通过电解质溶液时引起阴、阳两极发生_________反应的过程。
(2)电解池：将____转化为______的装置。
(3)电极：
氧化还原
电能
化学能
Cu2＋＋2e－===Cu
2Cl－－2e－===Cl2↑
正极
氧化
还原
负极
思考感悟
1．(1)在电解的过程中，是否有能量变化？如果有，是什么形式的能量变化？
(2)电解与电离有何区别？
【提示】　(1)有，电能转化为化学能。
(2)电离是电解质溶于水或熔化状态下离解成自由移动离子的过程，电解是在电流作用下，电解质溶液中的阴、阳离子在电极上发生氧化还原反应的过程，电解必须建立在电离的基础上。
二、电解的应用
1．制备Na、Mg、Al、F2等活泼金属和非金属如电解熔融的氧化铝获得铝：
——————————————
2．电解精炼铜
(1)电解池的构成：
①_____作阳极；
②_____作阴极；
③_____________________作
电解液。
(2)实验装置
粗铜
纯铜
硫酸酸化的CuSO4溶液
(3)电极反应
阳极：_______________、________________等。
阴极：___________________。
(4)反应特点
①比铜活泼的金属：以______形式存在于溶液
中。
②比铜不活泼的金属：形成________。
③电解过程中电解质溶液浓度____，需及时补
充。
阳离子
阳极泥
降低
Zn－2e－===Zn2＋
Cu－2e－===Cu2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
思考感悟
2．通过电解原理能否实现不能自发进行的反应Cu＋H2SO4(稀)===CuSO4＋H2↑？
自主体验
答案：B
答案：D
3．下列对如图所示装置实验现象的描述中正确的是(　　)
a电极 b电极 X溶液 实验现象
A 石墨 石墨 CuCl2 a极质量增加，b极放出无色气体
B Fe 石墨 KNO3 a极质量增加，b极放出无色气体
C Fe Cu CuSO4 a极质量增加，b极质量减少
D 石墨 石墨 HCl a、b极都放出无色气体
答案：C
课堂互动讲练
电解原理
1．电解：使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。
2．电解池的形成条件
(1)有两导体作两极
(2)外加直流电源
(3)形成闭合回路
(4)两极插入电解质溶液(或熔融电解质)
3．阴、阳极的判断方法
(1)由电源正、负极判断。
(2)由电极反应现象判断：产生O2或Cl2等或电极本身质量减轻的是阳极，析出金属或H2的是阴极。
4．放电顺序
(1)若阳极材料为惰性电极(如石墨、Pt)
阳极：(阴离子放电)失电子能力：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子>F－
阴极：(阳离子放电)得电子能力：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(浓度高时)>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(浓度低时)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋
(2)若阳极材料为活性电极(除石墨、Pt、Au外的金属电极)，阳极放电失电子。
例1
以学习小组为单位完成实验，并观察、记录实验现象。
[探究过程]①将两根碳棒分别插进U形管内的CuCl2溶液中(稍候，若碳棒表面无明显实验现象，可取出碳棒继续下一步操作)；②将两根碳棒用导线连接后，浸入U形管内的CuCl2溶液中
(稍候，若碳棒表面无明显实验现象，可取出碳棒继续下一步操作)；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。
[实验现象]阴极：碳棒上逐渐覆盖了一层红色物质。阳极：生成有刺激性气味、能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝的气体。
[问题提出]结合以上实验，回答下列问题：
(1)CuCl2溶液中通电前离子如何运动？
(2)通电后离子如何运动？
(3)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。
【解析】　通电后，在电场的作用下，带负电的Cl－移向阳极，并失去电子被氧化成氯原子，进而结合成Cl2，电极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑；带正电的Cu2＋移向阴极，并得到电子被还原成铜，电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu，生成的铜覆盖在阴极上。通过实验我们发现电解质溶液在导电过程中有新物质产生，是化学变化。通过上述装置实现了电能转换为化学能的过程。
【答案】　(1)在CuCl2溶液中，通电前溶液中的Cu2＋、Cl－等做无规则的自由运动。
(2)接通直流电源以后，Cl－和OH－向阳极移动，Cu2＋和H＋向阴极移动；溶液中的离子发生定向移动，形成电流。
(3)溶液中存在Cu2＋、Cl－、OH－和H＋，而在阴极上析出一层红色物质，说明是Cu；阳极生成的有刺激性气味、能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝的气体应该是Cl2。
变式训练1　 (2011年承德高一检测)如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极，则下列有关判断正确的是(双选)(　　)
A．a为负极，b为正极
B．a为阳极，b为阴极
C．电解过程中，d电极质量增加
D．电解过程中，c电极上有气体产生
解析：选CD。该题考查的是电解池的工作原理。根据电流方向可以判断出a是电源的正极，b是电源的负极；在电解CuCl2溶液时，阳极上产生氯气，阴极上析出铜单质，所以C、D选项正确。
惰性电极电解电解质溶液的规律
1．电解类型及电极反应特点
类型 电极反应特点
电解水型 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
电解电解质型 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电
放H2生碱型 阴极：放出H2生成碱
阳极：电解质阴离子放电
放O2生酸型 阴极：电解质阳离子放电
阳极：OH－放电生成酸
2.实例
实例 电解物质 电解质溶液浓度 pH 电解质溶液复原
NaOH 水 增大 增大 水
H2SO4 水 增大 减小 水
Na2SO4 水 增大 不变 水
HCl 电解质 减小 增大 氯化氢
CuCl2 电解质 减小 增大 氯化铜
NaCl 电解质和水 生成新电解质 增大 氯化氢
CuSO4 电解质和水 生成新电解质 减小 氧化铜
例2
(2011年徐州高一检测)用惰性电极实现电解，下列说法正确的是(　　)
A．电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变
B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小
C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
【解析】　电解稀硫酸溶液，实质上是电解
水，c(H＋)增大，pH减小；电解稀氢氧化钠
溶液，实质上是电解水，c(OH－)增大，pH
增大；电解硫酸钠溶液，实质上是电解水，
阴极析出氢气，阳极析出氧气，物质的量之
比为2∶1；电解氯化铜溶液，实质上是电解
氯化铜本身，阳极析出Cl2，阴极析出铜，物
质的量之比为1∶1。
【答案】　D
变式训练2 pH＝a的某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液的pH＞a，则该电解质可能是(　　)
A．NaOH　　　　　　
B．H2SO4
C．AgNO3
D．Na2SO4
　
解析：选A。电解前后，溶液的pH＝a→pH＞a，原溶液显酸性、碱性、中性并不知道，但根据pH的变化，可知溶液中c(H＋)下降，c(OH－)上升。对于A、B、D选项，均属于电解水类型，溶质浓度均增大。NaOH溶液中c(OH－)上升，符合题意；H2SO4溶液中c(H＋)增大，pH下降；Na2SO4溶液中pH不变，不符合题意；对于AgNO3溶液，属于放O2生酸型，则pH下降，不符合题意。
电解原理的应用
2．电解精炼
如粗铜(含Zn、Fe、Ag、Au等)的提纯
电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液(如CuSO4溶液)
阳极(粗铜)：Zn－2e－===Zn2＋
Fe－2e－===Fe2＋
Cu－2e－===Cu2＋
阴极(纯铜)：Cu2＋＋2e－===Cu
电解过程中，活泼性比Cu弱的Ag、Au不放电，形成阳极泥(可从阳极泥中提纯Ag、Au)，电解质溶液中c(Cu2＋)会不断减小，应定期更换电解质溶液。
例3
电解原理在化学工业中有广泛应用。图中表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则
①电解池中X极上的电极反应式为________________，在X极附近观察到的实验现象是________________________________________________________________________；
②Y电极上的电极反应式为________________________________________________________________________，
检验该电极反应产物的方法是__________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则
①X电极的材料是________，电极反应式为________________________________________________________________________；
②Y电极的材料是________，电极反应式为________________________________________________________________________。
(说明：杂质发生的电极反应不必写出)
【解析】　电解饱和NaCl溶液时，H＋移向阴极得电子生成氢气，2H＋＋2e－===H2↑，促进了水的电离，阴极附近呈碱性，使溶液变红。Y极上Cl－失电子，2Cl－－2e－===Cl2↑，用KI-淀粉试纸检验。粗铜精炼时，粗铜作阳极，粗铜是活性电极，失电子，Cu－2e－===Cu2＋，纯铜作阴极，Cu2＋＋2e－===Cu。
【答案】　(1)①2H＋＋2e－===H2↑　溶液变红
②2Cl－－2e－===Cl2↑　把湿润的KI-淀粉试纸放在Y电极气体出口处，试纸变蓝色
(2)①纯铜　Cu2＋＋2e－===Cu
②粗铜　Cu－2e－===Cu2＋
变式训练3　
据此回答下列问题：
(1)电解熔融氢氧化钠制钠，阳极发生电极反应为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)若戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠，则两反应中转移的电子总数之比为________。
(3)目前工业上常用电解熔融氯化钠法制钠(如图)，电解槽中石墨极为________极，铁为________极。
答案：(1)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　(2)1∶2
(3)阳　阴
探究整合应用
原电池和电解池的比较和判断
1．原电池和电解池的区别和联系
内容 原电池 电解池
装置图
定义 将化学能转变为电能的装置 将电能转化为化学能的装置
内容 原电池 电解池
形成条件 ①活动性不同的两电极(连接)；②电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应)；③形成闭合回路 ①两电极接直流电源；②两电极插入电解质溶液；③形成闭合回路
两电极规定及反应 负极：较活泼金属，发生氧化反应；正极：较不活泼金属(或能导电的非金属)，发生还原反应 阴极：与电源负极相连，发生还原反应。
阳极：与电源正极相连，发生氧化反应
电子流向 负极→导线→正极 负极→阴极→阳离子
正极←阳极←阴离子
2.原电池、电解池的判定
(1)若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判定。
(2)若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则是电解池。
(3)若是多个电池串联且无外加电源，则其中只有1个原电池，其余为电解池。一般情况下电极金属性相差最大的为原电池。
例
在A、B、C三只烧杯中各盛放稀硫酸溶液、氯化钠溶液和硝酸银溶液各1000 mL。根据下图判断下列说法中正确的是(假设溶液的体积变化忽略不计，两极产物不发生反应)(　　)
A．A池为电解装置
B．C池为原电池装置
C．A池铜棒上的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
D．当A池产生0.05 mol H2时，B池中溶液OH－的浓度为0.05 mol/L
【思路点拨】　解答本题需要明确以下两点：
(1)根据电极金属性的差异判断出原电池。
(2)闭合回路中电极连接顺序是：负极→阴极→阳极→阴极→阳极→正极→负极。
【答案】　C