2021学年第3节 电能转化为化学能——电解课堂教学课件ppt

这是一份2021学年第3节 电能转化为化学能——电解课堂教学课件ppt，共48页。PPT课件主要包含了内容索引，知识铺垫，必备知识，电解熔融氯化钠，自我检测，问题探究，归纳拓展，应用体验，答案B，答案C等内容，欢迎下载使用。
基础落实•必备知识全过关
重难探究•能力素养全提升
学以致用•随堂检测全达标
1.能分析、解释电解池的工作原理,逐步形成证据推理与模型认知的学科核心素养。2.能设计简单的电解池,体现科学探究与创新意识的学科核心素养。
电池能把化学能转化为电能,电能能否转化为化学能?提示能。电能与化学能之间的相互转化具有重要的实际应用。通过将电能转化为化学能,可以使许多在通常条件下不能发生的反应得以进行,电解是将电能转化为化学能的一种重要方法。
1.实验现象通电后,石墨电极周围有黄绿色气体产生,铁片上生成银白色固体。
2.实验分析(1)熔融的氯化钠中存在的微粒有Cl-、Na+。(2)通电后离子移动的方向:Cl-向石墨电极移动,Na+向铁电极移动。(3)电极上的电极反应:铁电极:2Na++2e-==2Na。石墨电极:2Cl--2e-==Cl2↑。3.实验结论熔融的氯化钠在电流作用下发生化学变化,分解生成Na和Cl2。从氧化还原的角度分析:铁电极上发生还原反应,石墨电极上发生氧化反应。
【微思考】电解质的导电与金属导电有什么不同?提示电解质的导电过程是被电解的过程,属于化学变化;金属导电过程是电子的定向移动,属于物理变化。
二、电解原理1.电解将直流电通过熔融电解质或电解质溶液,在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫作电解。
2.电解池(1)定义:将电能转化为化学能的装置。(2)组成条件:与直流电源相连的电极材料、离子导体和电子导体、形成闭合回路。
(3)电极名称与电极反应:阳极:与电源正极相连,溶液中阴离子移向阳极,失去电子,发生氧化反应。阴极:与电源负极相连,溶液中阳离子移向阴极,得到电子,发生还原反应。(4)电子流向:电源负极→导线→电解池的阴极;电解池的阳极→导线→电源的正极。(5)电解熔融NaCl的方程式:2NaCl 2Na+Cl2↑。
【微思考】电解池中,阴阳两极的材料与电解产物有关系吗?
提示 阳极材料与阳极产物有关,阴极无关。
3.电解池与原电池的区别
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)与电源正极相连的是电解池的阴极。(　　)(2)用惰性电极电解NaCl溶液时可以得到Na和Cl2。(　　)(3)电解池工作时,阳极发生还原反应,失去电子。(　　)(4)电解池工作时,阳极上的电子通过电解质溶液移向阴极。(　　)(5)电解AgNO3溶液时,Ag+移向阳极,N 移向阴极。(　　)
1807年,戴维将表面湿润的氢氧化钾放在铂制器皿里,并用导线将铂制器皿以及插在氢氧化钾里的电极相连,整套装置都曝露在空气中。通电以后,氢氧化钾开始熔化。戴维发现在阴极附近有带金属光泽的酷似水银的颗粒生成,并生成紫色火焰,这是钾元素的发现过程。这其中的奥秘是什么呢?电解时,物质的变化是如何发生的?
提示在通电条件下,氢氧化钾发生了电解,分别在两个电极上生成了不同的物质。
1.电解池的工作原理(1)以惰性电极电解CuCl2溶液为例。
总反应离子方程式:Cu2++2Cl- Cu+Cl2↑
(2)电子和离子的移动方向(惰性电极)。
【微点拨】①金属活动性顺序中银以前的金属(含银)作为电极时,金属本身可以参与阳极反应,如Zn、Fe、Cu、Ag等,这样的电极也叫活性电极;金属活动性顺序中银以后的金属或能导电的非金属作为电极时,电极本身不参与阳极反应,称为惰性电极,主要有铂(Pt)、石墨等。②电解时,在外电路中有电子通过,而在溶液中是靠离子移动导电,即电子不会通过电解质溶液。
2.电解时电极产物的判断
3.电极反应及电解总反应的书写(1)电极反应的书写。①确定电极:与电源正极相连的为阳极,与电源负极相连的为阴极。②确定电极反应:阳极发生氧化反应,若是活性电极,电极材料本身放电;若是惰性电极,溶液中的阴离子放电。阴极发生还原反应,是溶液中阳离子放电。③写电极反应。电极反应的书写可概括为:a.列物质、标得失;b.选离子、配电荷;c.配个数、巧用水。
(2)电解总反应的书写。①在确保两极电子转移数目相同的条件下,将两电极反应合并即得电解总反应。②总反应要注明条件:通电。
【典例1】如图是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d均为石墨电极,则下列有关判断正确的是(　　)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
答案C解析电流从电源的正极流出,故a为正极,b为负极,c为阳极,d为阴极。电解时,因Cu2+移向阴极,在阴极放电析出Cu,故阴极(d电极)质量增加;Cl-移向阳极,在阳极(c电极)放电逸出Cl2,导致溶液中Cl-浓度降低。
【变式设问】(1)请写出c极的电极反应。(2)请写出电子的流动方向。
提示 (1)2Cl--2e-==Cl2↑(2)电子流向:b→d,c→a
变式训练1如图所示,下列有关实验现象的描述正确的是(　　)
答案 C　解析 a电极为阴极,得到电子,发生还原反应,b电极为阳极,失去电子,发生氧化反应。A项,a电极上有铜生成,质量增加,b电极上有黄绿色的氯气生成,错误;B项,a电极上有氢气生成,质量不变,b电极上有无色的氧气生成,错误;C项,a电极上有铜生成,质量增加,b电极上有无色的氧气生成,正确;D项,a电极上有无色的氢气生成,b电极上有黄绿色的氯气生成,错误。
1.电解H2SO4溶液与电解盐酸(惰性电极)的产物相同吗?溶液pH有何变化?
提示阴极产物相同(都是H2),阳极产物不同(H2SO4→O2,HCl→Cl2),电解H2SO4溶液后溶液的pH减小,电解盐酸后溶液的pH增大。
2.若以惰性电极电解CuSO4溶液,试分析电极产物并写出电极反应及总反应。
提示在CuSO4溶液中含有Cu2+、H+、OH-、S 四种离子,在阴极上Cu2+放电得到Cu;在阳极上OH-放电得到O2,阴极电极反应为2Cu2++4e-==2Cu,阳极电极反应为2H2O-4e-==O2↑+4H+;总反应为2CuSO4+2H2O 2H2SO4+2Cu+O2↑。
用惰性电极电解的一般规律
【微点拨】利用惰性电极电解电解质溶液后要恢复原电解质溶液的浓度,需要加适量的某物质时,遵循“少什么加什么,少多少加多少”的原则,所加物质可以是阴极与阳极产物的化合物。
【典例2】如图是利用直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是(　　)A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色
答案D解析电解Na2SO4溶液时,a电极为阴极:4H++4e-==2H2↑,b电极为阳极:4OH--4e-==O2↑+2H2O;a电极周围由于H+放电溶液呈碱性,石蕊遇碱显蓝色,b电极周围由于OH-放电溶液呈酸性,石蕊遇酸显红色。
【变式设问】(1)若电解实验停止后,把溶液充分混合,溶液的pH如何变化?(2)请写出电解过程的总反应,并分析a、b两极产生气体的体积之比(相同状况下)是多少?
提示 (1)溶液的pH不变。(2)总反应:2H2O 2H2↑+O2↑;a、b两极产生气体的体积之比为2∶1。
规律方法 判断电解后溶液中生成酸或碱的方法(1)若电解产物只有H2而无O2,则阴极周围生成碱。(2)若电解产物只有O2而无H2,则阳极周围生成酸。(3)若电解产物既有O2又有H2,且二者物质的量之比为1∶2,则实质是电解水,电解过程中阳极生成酸,阴极生成碱,最终溶液中还是原溶质。
变式训练2-1下图所示装置中,a、b都是惰性电极,通电一段时间后,b电极附近溶液呈红色。下列说法正确的是(　　)A.X是负极,Y是正极B.Pt是阴极,Cu是阳极C.CuSO4溶液的pH逐渐减小D.CuSO4溶液的pH不变
答案C解析b电极附近溶液呈现红色,说明b电极处生成了氢氧根离子。电解食盐水阳极发生氧化反应产生氯气,阴极发生还原反应产生氢气同时生成氢氧化钠,因此b电极是阴极,与电源的负极相连,则Y为负极,X为正极;铂电极与电源的正极相连作为阳极,铜电极作为阴极;电解硫酸铜溶液时,阳极发生氧化反应,水电离出的氢氧根离子放电,阴极发生还原反应,铜离子放电,这样溶液中不断产生H+,溶液的酸性增强,pH变小。
变式训练2-2用石墨电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物(方括号内物质),能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是(　　)A.AgNO3[AgNO3]B.NaOH[H2O]C.KCl[KCl] D.CuSO4[Cu(NO3)2]
解析A项,总反应为4AgNO3+2H2O 4Ag+O2↑+4HNO3,脱离反应体系的是4Ag+O2,相当于2Ag2O,所以应当加入适量Ag2O才能复原(若加入AgNO3,会使N 的量增加);B项,总反应为2H2O 2H2↑+O2↑,脱离反应体系的是2H2+O2,相当于2H2O,加入适量水可以复原;C项,总反应为2KCl+2H2O 2KOH+H2↑+Cl2↑,脱离反应体系的是H2+Cl2,相当于2HCl,应通入适量HCl气体才能复原(若加入KCl,会使K+的量增加);D项,总反应为2CuSO4+2H2O 2H2SO4+2Cu+O2↑,脱离反应体系的是2Cu+O2,加入CuO才能复原。
1.(2022北京东城高二期末)下列装置或过程能实现电能转化为化学能的是(　　)
答案 C　解析 锌锰干电池是将化学能转化为电能,A不符合题意;燃气燃烧是将化学能转化为热能,B不符合题意;电池充电是将电能转化为化学能,C符合题意;水力发电是将机械能转化为电能,D不符合题意。
2.用惰性电极分别电解下列各物质的水溶液,一段时间后,向剩余电解质溶液中加入适量相应的溶质能使溶液恢复到电解前浓度的是(　　)A.AgNO3D.KCl
解析直接加入适量溶质就能使溶液恢复到电解前的浓度应属于电解电解质型,C项符合题意;电解AgNO3溶液发生的电解反应是:4AgNO3+2H2O 4Ag+O2↑+4HNO3,可加Ag2O;电解Na2SO4的水溶液实际电解的是水;电解H2SO4溶液实际电解的是水。
3.关于如图所示①②两个装置的叙述正确的是(　　)
A.装置名称:①是原电池,②是电解池B.硫酸浓度变化:①增大,②减小C.电极反应:①中阳极:2H2O-4e-==4H++O2↑,②中正极:Zn-2e-==D.离子移动方向:①中H+向阴极方向移动,②中H+向负极方向移动
答案 B　解析 ①为电解池,实质是电解水,阳极的电极反应为2H2O-4e-==4H++O2↑,硫酸的浓度增大;②为原电池,溶液中的氢离子移向正极,正极的电极反应为2H++2e-==H2↑,硫酸的浓度减小,B正确。
4.按图甲装置进行实验,若图乙中横坐标x表示通过电极的电子的物质的量。下列叙述正确的是(　　)A.F表示反应生成Cu的物质的量B.E表示反应实际消耗H2O的物质的量C.E表示反应生成O2的物质的量D.F表示反应生成H2SO4的物质的量
解析由题意可知电解总反应为2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑,根据反应中各物质与转移电子的关系:2Cu~2H2O~2H2SO4~O2~4e-可知,E表示反应消耗H2O的物质的量或反应生成Cu、H2SO4的物质的量,F表示反应生成O2的物质的量。
(1)两极分别放出H2和O2时,电解质的化学式可能是　　　　　　　　　(至少答一种,下同); (2)若阴极析出金属、阳极放出O2时,电解质的化学式可能是　　　　　　　　　　　　　; (3)两极分别放出气体,且体积比为1∶1,电解质的化学式可能是　　　　　　　　。