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第三单元化学能与电能的转化第3课时电能转化为化学能[目标导学]1．初步认识电解反应原理，并能正确书写电极反应式。2．初步了解电解在生产和生活中的应用，感受化学在促进社会发展，提高人们生活质量中的重要作用。3．掌握精炼Cu的原理。[背诵经典导学]1．电解池的两极中，阳极与电源正极相连，发生氧化反应；阴极与电源负极相连，发生还原反应。2．电解池内部，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。3．离子的放电顺序(惰性电极)：(1)阳极：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子(还原性强弱)；(2)阴极：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞……(氧化性强弱)。4．电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，含Cu2＋的盐溶液作电解质溶液，反应后，比铜活泼的金属以阳离子形式存在于溶液中，比铜不活泼的金属形成阳极泥。扬帆起航温习双基课前学习空间1．电解池(1)电解池是将_____________转化为___________的装置。电能化学能(2)电解CuCl2溶液实验名称电解CuCl2溶液实验操作实验名称电解CuCl2溶液实验现象阴极：______________阳极：______________淀粉KI试纸______________反应方程式阴极：_____________________阳极：_______________________总反应式：_______________________红色物质析出黄绿色气体生成变蓝Cu2＋＋2e－===Cu2Cl－－2e－===Cl2↑CuCl2=====通电Cu＋Cl2↑2.电解池应用实验操作实验现象反应方程式粗铜：___________精铜：___________阳极：______________________________________阴极：_____________________逐渐变细逐渐变粗Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋Cu2＋＋2e－===Cu——小试身手考查：11．下图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关的判断正确的是()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，氯离子浓度不变解析：根据电解池中电流的方向可知，a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极，A、B错；电解过程中，d电极的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，故电极质量增加，C正确；c电极的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，电解过程中氯离子浓度减小，D错。答案：C2．(1)电解精炼铜时，阳极材料和阴极材料分别是什么？对电解质溶液有什么要求？(2)电解精炼铜一段时间后，电解质溶液(如CuSO4)的浓度如何变化？答案：(1)阳极材料是粗铜、阴极是纯铜。电解质溶液必须是含Cu2＋的盐溶液(如CuSO4溶液)。(2)减小。核心要点突破定位重点深化理解知识点一电解原理1．电解原理图解2．电解池构成条件(判断依据)①两电极与直流电源相连；②两电极插入电解质溶液；③形成闭合回路。3．阴阳极的判断方法电解池的阴阳极与电极材料无关，取决于外电源的正负极。与电源正极相连的为电解池的阳极；与电源负极相连的为电解池的阴极。4．电极产物的判断(1)阳极产物的判断——还原性较强的物质失去电子被氧化首先看电极，如果是活性电极(金属活动顺序表中Ag以前)，则电极材料失电子，电极溶解，电解质溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要看电解质溶液中的阴离子放电能力的强弱，阴离子放电能力由强到弱的顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子(含氧酸根离子在通常情况下不放电)。其电极反应式分别为：S2－－2e－===S↓，2X－－2e－===X2,4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。【名师提示】放电是指阳离子得到电子或阴离子失去电子的过程。(2)阴极产物的判断——氧化性较强的物质得到电子被还原，不论是活性电极，还是惰性电极，均是溶液(或熔融物)中的阳离子放电。直接根据阳离子放电顺序进行判断。阳离子放电顺序：Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋(Fe3＋和Fe2＋放电能力不同)。其电极反应式可表示为Mn＋＋ne－===M或2H＋＋2e－===H2↑。【名师提示】1阴极或阳极有多种离子时，应首先考虑放电能力强的阳离子或阴离子先发生还原反应或氧化反应，判断开始的电解产物。2书写电极反应式时，要注意原子守恒、电荷守恒和不能忽略介质参与反应。3弱电解质、气体、难溶物溶液中、单质或氧化物等均以化学式表示，可溶性的强电解质以离子符号表示，与写离子方程式的方法一致。4在分析阳极产物时，一定要看清是惰性电极，还是活性电极。而分析阴极产物时，与电极材料无关。5．惰性电极的电解池电极反应式的书写步骤(1)分析电解质溶液中存在的离子。(2)分析离子的放电顺序。(3)确定电极，写出电极反应式。(4)写出电解反应式。知识点二电解原理的应用1．氯碱工业：电解饱和食盐水制取烧碱、氯气和氢气。阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑电解反应式：2NaCl＋2H2O=====通电＋Cl2阳极↑2．冶炼金属：如电解熔融氯化钠制取金属钠、电解熔融氯化镁制取金属镁、电解熔融氧化铝制取金属铝等。2NaCl=====通电2Na＋Cl2↑MgCl2=====通电Mg＋Cl2↑2Al2O3=====直流电冰晶石4Al＋3O2↑3．铜的电解精炼：在电解精炼铜时，用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用可溶性铜盐作电解液。实验操作实验现象电极反应式粗铜：变小精铜：变大阳极：Zn－2e－===Zn2＋Fe－2e－===Fe2＋Ni－2e－===Ni2＋Cu－2e－===Cu2＋阴极：Cu2＋＋2e－===Cu电解精炼过程中，电解质溶液的浓度基本保持不变，但需要定时除去其中的杂质和阳极泥(从阳极沉积下来的活泼性比铜差的金、银等金属)。知识点三电解的计算1．分析电极变化：首先根据题给信息，判断出是原电池还是电解池，再根据电极材料及反应原理判断出相应的电极名称和放电顺序。2．书写电极反应式：根据原电池或电解池原理，写出相应的电极反应式，从而判断出电极及电解质溶液的变化情况。3．利用得失电子守恒进行计算：无论是原电池还是电解池，因为发生的都是氧化还原反应，故在反应中必然遵循得失电子守恒规律，故如果利用两个电极反应式进行计算时，一定需结合两极的得失电子守恒进行相应的计算。【名师提示】(1)可利用各电极转移电子相等，找到各电极反应或生成物质之间关系。例如：2Cl2～2H2～O2～4e－～2Cu～4Ag～2Fe。(2)如果电解质溶液为多种溶质的混合物，则不同阶段电解的物质不同，要根据离子放电顺序分析。例如：溶质物质的量都为1mol的CuSO4和NaCl溶液，用惰性电极电解，分三段：①CuCl2=====电解Cu＋Cl2↑；②2CuSO4＋2H2O=====电解2Cu＋O2↑＋2H2SO4；③2H2O=====电解2H2↑＋O2↑。——对点训练考查：知识点一【例1】用铂电极电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别为H2和O2的是()A．稀Na2SO4溶液B．稀HCl溶液C．CuCl2溶液D．AgNO3溶液【解析】电解Na2SO4的实质是电解水，阴极和阳极上的主要产物分别为H2和O2，选项A正确；电解HCl的实质是电解溶质本身，在阴极和阳极上的主要产物分别为H2和Cl2，选项B错误；电解CuCl2的实质是电解溶质本身，在阴极和阳极上的主要产物分别为Cu和Cl2，选项C错误；电解AgNO3属于“放氧生酸型”，在阴极和阳极上的主要产物分别为Ag和O2，选项D错误。答案选A。【答案】A考查：知识点一【例2】下列关于电解池的叙述中，正确的是()A．电解质中的闭合回路仅是由电子的定向移动形成的B．金属导线中，电子从电源的负极流向电解质的阳极，从电解池的阴极流向电源的正极C．在电解质溶液中，阴离子向阴极移动，阳离子向阳极移动D．相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子数与阴离子在阳极上失去的电子数相等【解析】在电解质溶液里，闭合回路是靠离子的定向移动形成的，A项错误；金属导线中，电子从电源的负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极，B项错误；在电解质溶液中，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，C项错误；不论如何，两极上转移的电子数是相等的，D项正确。【答案】D考查：知识点一【例3】现有如下图所示的三种装置，对电极名称、反应的变化说法正确的是()A．属于原电池的只有①，属于电解池的只有③B．铝作负极的只有①，作正极的只有②，作阴极的只有③C．铝片质量减轻的有①②，质量增加的有③D．化学能转化为电能的只有①，电能转化为化学能的有②③【解析】从原电池、电解池的构成条件可知：①②为原电池，③为电解池。①②的电极总反应分别为2Al＋3CuSO4===Al2(SO4)3＋3Cu、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，故①②中铝均作负极，③中铝为阴极，A、B、D项均错误；①②中铝片因溶解而质量减轻，③中阴极发生的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，故③中铝片质量增加，C项正确；原电池为化学能转化为电能，即①②，电解池为电能转化为化学能，即③，D项错误。【答案】C考查：知识点二【例4】金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe，Zn，Cu，Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)()A．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2＋＋2e－===NiB．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt【解析】阳极发生氧化反应，金属失电子变成对应的金属离子，A错；虽然在电解过程中得失电子守恒，但阳极减少的金属与阴极增加的金属并非同一种金属，所以两者质量不相等，B错；溶液中存在的金属阳离子还有Cu2＋，C错；比镍不活泼的金属Cu和Pt不放电进入阳极泥，D正确。【答案】D考查：知识点二【例5】某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是()A．a为正极，b为负极；NaClO和NaClB．a为负极，b为正极；NaClO和NaClC．a为阳极，b为阴极；HClO和NaClD．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl【解析】通电时，为使Cl2被完全吸收，Cl2必须由下而上，即在下端产生，所以b为正极。【答案】B考查：知识点三【例6】如下图所示装置中、甲、乙、丙三个烧杯分别盛放100g5%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10%的K2SO4溶液，电极均为石墨。(1)接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4的浓度为10.47%，乙中电极c的质量增加。①电源的N端为________极；②电极b上发生的电极反应为__________________；③电极b上生成的气体在标准状况下的体积为________；④电极c的质量的变化量为________g。(2)如果电解过程中铜全部析出，此时电解________(填“能”或“不能”)继续进行，原因是______________________________________________________________________________________________________。【解析】(1)①乙中电极c的质量增加，则c处发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu，即c为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。②甲中为NaOH溶液，相当于电解H2O，阳极b处为阴离子OH－放电，即4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。③丙中为K2SO4溶液，相当于电解水，设电解的水的质量为x，由电解前后溶质的质量相等，有100