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學(xué)案2電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能目標(biāo)大瀏覽知識(shí)與技能目標(biāo)1.了解電解原理。2.了解電解應(yīng)用——工業(yè)制Cl2、電鍍。過(guò)程與方法目標(biāo)通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)電解原理,培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和觀察能力。情感、態(tài)度與價(jià)值觀認(rèn)識(shí)電解在工業(yè)生產(chǎn)中的重要運(yùn)用。要點(diǎn)大思考1.借助于電流引起氧化還原反應(yīng)的裝置,也就是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置叫做_______或_______。2.構(gòu)成電解池的條件:(1)直流電源。(2)________。其中與電源的正極相連的電極叫做_____,與電源的負(fù)極相連的電極叫做_____。(3)________________________。3.電解CuCl2溶液會(huì)有什么現(xiàn)象?_____________________________________。陰極:_______________。陽(yáng)極:_______________。電解CuCl2溶液的化學(xué)反應(yīng)方程式:___________________。4.銅的電解精煉陽(yáng)極:材料_____,電極反應(yīng)_______________。陰極:材料_____,電極反應(yīng)_______________。5.電鍍銅陽(yáng)極:材料________,電極反應(yīng)______________。陰極:材料_______,電極反應(yīng)_______________。電解池電解槽兩個(gè)電極陽(yáng)極陰極電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解質(zhì)陽(yáng)極有黃綠色氣體產(chǎn)生,陰極析出紅色的銅Cu2++2e-→CuCuCl2Cu+Cl2↑2Cl--2e-→Cl2↑粗銅純銅Cu-2e-
→Cu2+Cu2++2e-
→Cu鍍層金屬Cu-2e-
→Cu2+待鍍層Cu2++2e-→Cu
電解
學(xué)點(diǎn)大清倉(cāng)交流研討學(xué)點(diǎn)1電解池問(wèn)題1:原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,發(fā)生氧化還原反應(yīng),電能能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能嗎?銅離子能將氯離子氧化嗎?我們通過(guò)下面的實(shí)驗(yàn)探究上面提出的問(wèn)題。在一燒杯中加入氯化銅溶液,溶液中有哪些離子呢?(Cu2+、Cl-、H+、OH-),運(yùn)動(dòng)情況如何呢?(無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng))將兩碳棒電極插入溶液中,分別連接在外加電源的正負(fù)極。又觀察到何現(xiàn)象呢?與電源正極相連的一極叫陽(yáng)極,有氣泡產(chǎn)生,將濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙靠近陽(yáng)極,出現(xiàn)藍(lán)色,證明有氯氣生成。與電源負(fù)極相連的陰極有銅析出。這說(shuō)明在外加電場(chǎng)的作用下離子作定向運(yùn)動(dòng),陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)得到電子被還原,陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)失去電子被氧化。即陰、陽(yáng)離子在外加電場(chǎng)的作用下定向移動(dòng),到達(dá)兩極分別得失電子發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),同學(xué)們知道在一般條件下銅離子不可能氧化Cl-,但在外加電流的作用下卻能夠發(fā)生,從能量的角度消耗了電能,使一個(gè)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生,轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。我們把這樣的裝置叫做電解池,它有兩極(陰陽(yáng)極),外加電源(直流電源),電解質(zhì)溶液組成,如上圖所示。歸納總結(jié):1.電解定義:______________________________________________________叫做電解。電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置叫做______________。使電流通過(guò)電解質(zhì)溶液而在陰、陽(yáng)兩極上引起氧化還原反應(yīng)的過(guò)程電解池或電解槽2.電解原理(1)構(gòu)成條件:電解池兩極電解質(zhì)溶液外加直流電源陰極——與____________相連陽(yáng)極——與____________相連外加電源負(fù)極外加電源正極(2)電解的原理電解質(zhì)在溶于水或熔融狀態(tài)下電離出能自由移動(dòng)的離子。通電時(shí),電流由正極流向陽(yáng)極,電子由負(fù)極流向陰極,電解質(zhì)溶液中自由移動(dòng)的離子做定向移動(dòng),陽(yáng)離子移向___極,在陰極上得到電子而發(fā)生______反應(yīng);陰離子移向____極,在陽(yáng)極上失去電子而發(fā)生______反應(yīng)。電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過(guò)程就是______過(guò)程。陰還原陽(yáng)氧化電解學(xué)點(diǎn)2電解反應(yīng)規(guī)律交流研討問(wèn)題2:怎樣書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式?首先明確兩極名稱,是陰極還是陽(yáng)極。陰極發(fā)生還原,看一看溶液中有哪些陽(yáng)離子,哪種陽(yáng)離子先放電,再次哪種陽(yáng)離子放電等;陽(yáng)極發(fā)生氧化,此時(shí)特別注意陽(yáng)極材料,若是惰性電極,考慮溶液中陰離子放電,有多種陰離子考慮放電的先后順序。若是活性電極,考慮電極材料本身放電。書(shū)寫(xiě)電解總的離子反應(yīng)式時(shí),H+或OH-若是水電離出來(lái)的,必須寫(xiě)成H2O的形式。溶液中Na+、Mg2+、Al3+一般不放電,而熔化態(tài)的Na+、Mg2+、Al3+放電。1.陽(yáng)極放電規(guī)律活性陽(yáng)極>S2->I->Cl->OH->含氧酸根陰極放電規(guī)律Ag+>Fe3+>Cu2+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H+歸納總結(jié):注意:(1)溶液中的Na+、Mg2+、Al3+一般不放電,而熔化狀態(tài)的可以放電,如電解融熔的NaCl,陽(yáng)極:2Cl--2e-=Cl2↑,陰極:2Na++2e-=2Na。(2)溶液中有多種離子時(shí),首先考慮它們之間的反應(yīng),例某一溶液中有Ag+、Na+、Cl-、NO3-離子的物質(zhì)的量相同,電解時(shí)先考慮Ag++Cl-=AgCl↓,然后余下的溶液為NaNO3溶液,實(shí)質(zhì)電解水。2.電解各種電解質(zhì)溶液的情況(惰性電極)類型電極反應(yīng)實(shí)例電解對(duì)象PH電解質(zhì)濃度電解質(zhì)溶液恢復(fù)電解水型陰極:4H++4e-=2H2↑陽(yáng)極:4OH-4e-=O2↑+2H2O強(qiáng)堿水增增大加水硫酸水減增大加水硫酸鈉水不變?cè)龃蠹铀娊怆娊赓|(zhì)型電解質(zhì)的離子在兩極放電鹽酸電解質(zhì)增降低加氯化氫氯化銅電解質(zhì)增降低加無(wú)水氯化銅電解溶液放H2產(chǎn)生堿型陽(yáng)極:陰離子放電陰極:H2+堿氯化鈉電解質(zhì)+水增降低加氯化氫電解溶液放O2產(chǎn)生酸型陽(yáng)極:O2+酸陰極:陽(yáng)離子放電硫酸銅電解質(zhì)+水降低降低加氧化銅硝酸銀加氧化銀學(xué)點(diǎn)3電解的應(yīng)用交流研討問(wèn)題3:電鍍是特殊的電解,與一般電解有什么不同?電解精煉銅和電鍍銅時(shí)電解質(zhì)溶液的濃度如何變化?電鍍是利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過(guò)程,它是電解原理的重要應(yīng)用。電鍍時(shí),一般都是用含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)配成電鍍液;把待鍍金屬制品浸入電鍍液中與直流電源的負(fù)極相連,作為陰極;而用鍍層金屬作為陽(yáng)極(一般用純金屬),與直流電源正極相連。通入低壓直流電,陽(yáng)極上的鍍層金屬失去電子形成離子進(jìn)入電解質(zhì)溶液,而又在陰極上得到電子還原成單質(zhì),從而附著在陰極的表面。因此電鍍時(shí),電解質(zhì)溶液中的離子濃度不變。而電解精煉銅時(shí),粗銅作陽(yáng)極,其中的Zn、Fe、Cu均放電,而溶液中Cu2+放電,因此濃度略有減小。1.電解原理的應(yīng)用(1)電解精煉銅歸納總結(jié):①裝置圖②原理:電解槽里裝的電解液是用硫酸酸化的硫酸銅溶液。與直流電源正極相連的電極是含有鋅、金、銀等金屬雜質(zhì)的粗銅板,作為陽(yáng)極,它在電解時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng),金屬銅和比銅活潑的金屬雜質(zhì)如鋅等,轉(zhuǎn)化為陽(yáng)離子進(jìn)入溶液。與直流電源負(fù)極相連的電極是純薄銅片,作為陰極,它在電解時(shí)發(fā)生還原反應(yīng),溶液中的銅離子結(jié)合電子成為金屬銅析出。電解消耗電能,得到純度大于99.9%的精銅(電解銅)。③為什么在電解槽里會(huì)有含金、銀等雜質(zhì)的“陽(yáng)極泥”沉積?按金屬活動(dòng)性順序位于銅之后的銀、金等金屬雜質(zhì),因?yàn)榻o出電子的能力比銅弱,難以在陽(yáng)極失去電子變成陽(yáng)離子溶解下來(lái),當(dāng)陽(yáng)極上的Cu失去電子變成離子溶解之后,它們是以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽底形成陽(yáng)極泥(陽(yáng)極泥可作為提煉金、銀等貴重金屬的原料)。陽(yáng)極:粗銅:Zn-2e-=Zn2+,Cu-2e-=Cu2+,陰極:純銅:Cu2++2e-=Cu。電解液濃度:基本不變,略有減小。(2)電解飽和食鹽水電解飽和食鹽水制取氯氣和燒堿(氯堿工業(yè))。電解前應(yīng)除去食鹽溶液中的Ca2+、Mg2+、SO2-4等雜質(zhì)離子。電極反應(yīng):陽(yáng)極(石墨):2Cl--2e-=Cl2↑陰極(鋼鐵):2H++2e-=H2↑總反應(yīng):2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑
電解
(3)電鍍陽(yáng)極鍍層:Cu-2e-=Cu2+陰極待鍍層:Cu2++2e-=Cu電解質(zhì)溶液含Cu2+,且電鍍過(guò)程中Cu2+不變。題型一原電池、電解池區(qū)別【例1】分析下圖,哪個(gè)是原電池,哪個(gè)是電解池?!敬鸢浮吭姵兀孩佗邰蓦娊獬兀孩蔻摺窘馕觥繀^(qū)分原電池和電解池的組成,原電池由電解質(zhì)溶液、正負(fù)極組成,且形成閉合回路,電解池由外加直流電源、陰陽(yáng)極、電解質(zhì)溶液組成,形成閉合回路。1.如圖所示是電解CuCl2溶液的裝置,其中c、d為石墨電極。則下列有關(guān)的判斷正確的是()A.a為負(fù)極、b為正極B.a為陽(yáng)極、b為陰極C.電解過(guò)程中,d電極質(zhì)量增加D.電解過(guò)程中,氯離子濃度不變C【解析】由電流方向,a為正極,c為陽(yáng)極,b為負(fù)極,d為陰極,陰極:Cu2++2e-=Cu,陽(yáng)極:2Cl--2e-=Cl2↑。因此只有C項(xiàng)正確。題型二電解原理【例2】指出下列裝置的名稱、電極名稱,寫(xiě)出電極反應(yīng)式,并表示出電子移動(dòng)方向?!敬鸢浮考诪樵姵亍X?fù)極:Zn-2e-=Zn2+,正極:2H++2e-=H2↑乙為電解池。陽(yáng)極:4OH--4e-=O2↑+2H2O,陰極:2H++2e-=H2↑,電子由鋅流向碳棒【解析】由圖知甲為原電池,乙為電解池。Zn為負(fù)極,Zn-2e-=Zn2+,Cu為正極2H++2e-=H2↑,乙中陽(yáng)極:4OH--4e-=O2↑+2H2O,乙中陰極2H++2e-=H2↑。2.圖為直流電源電解稀Na2SO4水溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊試液,下列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中正確的是()A.逸出氣體的體積:a電極的小于b電極的B.一電極逸出無(wú)味氣體,另一電極逸出刺激性氣味氣體C.a電極附近呈紅色,b電極附近出現(xiàn)藍(lán)色D.a電極附近呈藍(lán)色,b電極附近出現(xiàn)紅色D【解析】Na2SO4=2Na++SO42-,H2O=H++OH-,SO42-和OH-移向b電極,Na+和H+移向a電極,在b電極上:4OH--4e-=2H2O+O2↑,在a電極上:2H++2e-=H2↑,所以產(chǎn)生的氣體體積a電極的大于b電極的;兩種氣體均為無(wú)色無(wú)味的氣體;由于a電極上的H+放電,所以a電極附近的c(OH-)>c(H+),滴加石蕊試液a電極附近變藍(lán)色,同理,b電極附近變紅色。題型三電解計(jì)算【例3】在相同條件下,以石墨作為電極,通以相同的電量,分別電解足量的CuCl2溶液和AgNO3溶液,如果析出64g銅,則析出銀的質(zhì)量為()A.108gB.54gC.216gD.64gC【解析】Cu2++2e-=Cu,n(Cu)=1mol,n(e-)=2mol,2Ag++2e-=2Ag,n(Ag)=2mol,質(zhì)量為216g。3.常溫時(shí),將500mLpH=5的CuSO4溶液用石墨電極電解一段時(shí)間,測(cè)得溶液的H+濃度為0.01mol·L-1,若使溶液的濃度、pH與電解前相同,可采用的方法是()A.向溶液中加入0.245gCu(OH)2B.向溶液中加入0.31gCuSO4C.向溶液中加入0.0025molH2SO4并加熱D.向溶液中加入0.2gCuOD【解析】2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑,
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