鲁科版 (2019)选择性必修1第3节 电能转化为化学能——电解说课课件ppt

这是一份鲁科版 (2019)选择性必修1第3节 电能转化为化学能——电解说课课件ppt，共51页。PPT课件主要包含了内容索引，知识铺垫，必备知识，电镀铜实验装置，自我检测，问题探究，归纳拓展，应用体验，答案D，答案B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
理解并掌握电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理,能利用电解知识解决生活和生产中的实际问题,体验科学态度与社会责任的学科核心素养。
电解熔融氯化钠制得钠,电解饱和氯化钠溶液能否制得钠?提示否。由于饱和氯化钠溶液中含有Cl-、OH-、H+及Na+,且H+的放电能力比Na+强,则阴极H+放电生成H2,所以得不到金属钠。
1.电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气(1)装置:
(2)现象:①阳极:有刺激性气味的黄绿色气体产生。②阴极:有无色无味的气体产生,阴极附近溶液变红。(3)原理分析及电极反应:电解时,OH-、Cl-移向阳极,H+、Na+移向阴极。①阳极电极反应:2Cl--2e-==Cl2↑,氧化反应。②阴极电极反应:2H++2e-==H2↑,还原反应。
(4)电解总反应:2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑+H2↑。离子方程式:2Cl-+2H2O 2OH-+Cl2↑+H2↑。
2.铜的电解精炼(1)装置:
(2)精炼铜时的电极反应:阳极:Cu-2e-==Cu2+,Zn-2e-==Zn2+,Fe-2e-==Fe2+,Ni-2e-==Ni2+。阴极:Cu2++2e-==Cu。
3.电镀(1)定义:应用电解原理在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。(2)电镀池的设计:一般都是用含有镀层金属离子的电解质溶液作为电镀液;把镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连,作为阳极;镀件与直流电源的负极相连,作为阴极。如铁钉镀铜。
阳极:Cu-2e-==Cu2+。阴极:Cu2++2e-==Cu。
(3)电镀的主要目的:提高金属的抗腐蚀能力、耐磨性能或改善金属制品外观。
4.电冶金(1)金属冶炼的本质:使矿石中的金属离子获得电子,从它们的化合物中还原出来。如Mn++ne-==M。(2)电解熔融的氯化镁可制取金属镁。阳极反应:2Cl--2e-==Cl2↑;阴极反应:Mg2++2e-==Mg;总反应:MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑。
【微思考】能否电解无水氯化铝制备金属铝?提示否。因为氯化铝是共价化合物,熔融时不导电,不能电离产生Al3+和Cl-。
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)氯碱工业是非常重要的化工生产工业,在电解饱和食盐水时,在阴极上得到的产物为H2和NaOH。(　　)(2)电解饱和食盐水制烧碱,用涂镍碳钢网作为阳极。(　　)(3)电解法精炼粗铜,用纯铜作为阳极。(　　)(4)在镀件上电镀锌,用锌作为阳极。(　　)(5)电解法精炼粗铜时,电解质溶液中各离子浓度一定不变。(　　)(6)在镀件上电镀铜,电镀过程中阳极减少的质量等于阴极增加的质量。(　　)(7)电解精炼时,阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。(　　)
1.氯碱工业的原理是什么?
提示2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑。
2.实际生产过程中为什么要用阳离子交换膜?提示常用阳离子交换膜将两溶液分开,使阳离子能透过阳离子交换膜,而阴离子不能通过,避免生成的氯气和氢氧化钠发生反应。
1.电解饱和食盐水制取烧碱(1)电极反应:阳极:2Cl--2e-==Cl2↑(氧化反应),阴极:2H++2e-==H2↑(还原反应)。(2)电解总反应:总反应化学方程式:2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑。总反应离子方程式:2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑。
(3)氯碱工业制烧碱、氢气和氯气:
【微点拨1】工业上电解饱和食盐水制备烧碱时必须阻止OH-移向阳极,以使NaOH在阴极溶液中富集,常用阳离子交换膜将两溶液分开,使阳离子能透过阳离子交换膜,而阴离子不能通过。
2.铜的电解精炼与电镀铜的对比
【微点拨2】①电解精炼铜时,阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等,电解质溶液的浓度减小;②粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等),在阳极难以失去电子,当阳极上的铜失去电子变成离子之后,这些不活泼的杂质以金属单质的形式沉积于电解槽的底部,成为阳极泥。
3.电冶金利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
【典例1】如图为阳离子交换膜法电解饱和食盐水的原理示意图(所用电极均为惰性电极)。下列说法不正确的是(　　)A.从E口逸出的气体是H2B.从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性C.标准状况下每生成22.4 L Cl2,便产生2 ml NaOHD.若B口不加入物质,则电解一段时间后加适量盐酸可以使电解质溶液恢复到电解前的浓度
解析由钠离子的移动方向可以确定左边电极为阳极,右边电极为阴极。阴极发生还原反应,氢气从E口逸出,B口应补充水并加入少量NaOH增强溶液的导电性,D口得到氢氧化钠浓溶液,A、B项正确。电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑,当有1 ml氯气生成时,有2 ml氢氧化钠生成,C项正确。电解过程中减少的是氢气和氯气且二者物质的量之比为1∶1,若B口不加入物质,则电解一段时间后补充适量的氯化氢气体可以使电解质溶液恢复到电解前的浓度,D项错误。
【变式设问】(1)如图所示,A、B、C、D、E、F表示的物质分别是什么?(2)阳离子交换膜的作用是什么?
提示 (1)精制饱和食盐水、NaOH的水溶液、淡盐水、NaOH的浓溶液、H2、Cl2。(2)既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2混合而引起爆炸,又能避免Cl2和NaOH反应而影响烧碱的质量和产量。
规律方法 做到“三看”,正确书写电极反应(1)一看电极材料,若是金属(Au、Pt等除外)作为阳极,则阳极金属失电子(注:Fe作为阳极时失电子生成Fe2+而不是生成Fe3+)。(2)二看离子导体是否参与电极反应。(3)三看离子导体状态,若是熔融状态,则为金属的电冶炼。
变式训练1某同学想制作一种家用环保型消毒液发生器,用石墨作为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,设计了如图所示的装置(垂直使用)。以下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 电解饱和食盐水的总反应为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑,NaOH在阴极区生成,Cl2在阳极区生成。按照该同学制作的竖直的家用环保型消毒装置,若将阳极置于上方,则氯气一生成即逸出,不能完全与NaOH作用。因此,应将阳极置于下方,阴极置于上方,下方阳极生成的氯气通过溶液时即可充分地被阴极生成的NaOH吸收,吸收过程发生反应的化学方程式为Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O。还应注意的是图中电极a、b是电源的电极而非电解池的电极。与电解装置上方阴极相连的a为电源的负极,则b为正极。
在粗铜的精炼中,阴极和阳极通过的电子数相等吗?阴极和阳极两个电极上的质量变化一样吗?提示两个电极上通过的电子数一样;两个电极的质量变化不相等。
有关电解计算的方法(1)根据电子守恒法计算:用于串联电路中各电极产物的计算,其依据是电路上转移的电子数相等。(2)根据电解总反应计算。先写电极反应,再写出电解总反应,最后根据电解总反应计算。(3)根据关系式计算。根据电子得失相等找到已知量与未知量之间的关系,从而推出计算所需的关系式。
【微点拨】(1)电解过程中产生的H+或OH-,其物质的量等于转移电子的物质的量。(2)进行电解计算时,要注意电极上离子的放电顺序,从而确定不同阶段的电极反应。
【典例2】以石墨电极电解200 mL CuSO4溶液,电解过程中转移电子的物质的量[n(e-)]与产生气体总体积[V(标准状况下)]的关系如图所示。下列说法中正确的是(　　)
A.电解前CuSO4溶液的物质的量浓度为2 ml·L-1B.忽略溶液体积变化,Cu2+恰好完全放电时所得溶液中c(H+)=2 ml·L-1C.当n(e-)=0.6 ml时,V(H2)∶V(O2)=3∶2D.当n(e-)=0.8 ml时,向电解后的溶液中加入16 g CuO,则溶液可恢复到电解前的浓度
解析电解CuSO4溶液时,阳极反应为2H2O-4e-==O2↑+4H+,阴极反应为Cu2++2e-==Cu,若阴极上没有氢离子放电,则图中气体体积与转移电子物质的量的关系曲线应是直线,而题图中是折线,说明阴极上还发生反应:2H++2e-==H2↑。当转移0.4 ml电子时,Cu2+恰好完全析出,
规律方法 电解过程中的一般计算方法
如以通过4 ml e-为桥梁可构建如下关系式:
(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)
变式训练2-1(2022广东广州高二期末)可以用电解法制备LiOH,装置如图所示。以下说法正确的是(　　)
A.在阳极室得到LiOH溶液B.除了LiOH,此装置还可得到H2、O2、H2SO4C.只保留阳离子交换膜也可以得到产品LiOH溶液D.石墨b表面发生的电极反应式为2H2O-4e-==O2↑+4H+
解析 该电解池实质是电解水,根据题图知,石墨a为电解池阳极,水电离出的氢氧根放电,电极反应为2H2O-4e-==4H++O2↑,原料室中硫酸根离子经过阴离子交换膜进入阳极室结合H+产生H2SO4,石墨b为阴极,水电离出的氢离子放电生成氢气,电极反应为2H2O+2e-==2OH-+H2↑,原料室中Li+经过阳离子交换膜进入阴极室结合OH-得到产品LiOH溶液。由分析知,A错误;阳极可得到O2、H2SO4,阴极可得到H2、LiOH,B正确;如果只有阳离子交换膜,则阳极产生的H+进入阴极室中和OH-,不能得到LiOH,C错误;石墨b上电极反应为2H2O+2e-==2OH-+H2↑,D错误。
变式训练2-2如图所示,图乙是图甲的电解池进行电解时某个量(纵坐标y)随时间变化的函数图像(各电解池都用石墨作为电极,不考虑电解过程中溶液浓度变化对电极反应的影响),这个量y表示的是(　　)
A.各电解池析出气体的体积 B.各电解池阳极质量的增加量C.各电解池阴极质量的增加量D.各电极上放电的离子总数
答案C解析电解氯化钠溶液时,阴、阳极都产生气体物质;电解硝酸银溶液时,阴极上产生单质银;电解硫酸铜溶液时阴极上产生单质铜。所以随着电解的进行阴极质量的增加量有如图乙所示的变化。
1.下列图示中关于铜电极的连接,错误的是(　　)
答案 C　解析 A中原电池中易失电子的金属为负极,Cu、Zn、稀硫酸原电池中,锌易失电子为负极、Cu为正极,故A正确;B中电解精炼粗铜时,粗铜为阳极、精铜为阴极,硫酸铜溶液作电解质溶液,其连接正确,故B正确;C中电镀时,镀层为阳极、镀件为阴极,硫酸铜溶液作电解质溶液,其连接错误,故C错误;D中电解氯化铜溶液时,可以用石墨为阳极、铜为阴极,石墨连接电池正极、铜连接电池负极,故D正确。
2.如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂电极,在A池中加入0.05 ml·L-1的CuCl2溶液,B池中加入0.1 ml·L-1的AgNO3溶液,进行电解。一段时间后a、b、c、d四个电极上所产生的物质的物质的量之比是(　　)A.2∶2∶4∶1B.1∶1∶2∶1C.2∶1∶1∶1D.2∶1∶2∶1
解析由电解规律可知,a、c为阴极,b、d为阳极。a极上析出Cu,b极上逸出Cl2,c极上析出Ag,d极上逸出O2。由转移电子守恒可得出:2e-~Cu~Cl2~2Ag~ O2,所以a、b、c、d四个电极上所产生的物质的物质的量之比为1∶1∶2∶ =2∶2∶4∶1。
3.用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液,通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1 ml Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的状态(不考虑二氧化碳的溶解),则电解过程中共转移电子的物质的量为(　　)A.0.4 mlB.0.5 mlC.0.6 mlD.0.8 ml
解析电解硫酸铜溶液时,第一阶段:2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4,第二阶段:2H2O 2H2↑+O2↑,如果只按第一阶段的电解反应,只需要加入CuO或CuCO3就可以使溶液恢复到电解前的状态,但是现在加入的是Cu2(OH)2CO3,相当于多加了0.1 ml H2O,0.1 ml的水应该是第二阶段的反应消耗的,该阶段转移了0.2 ml电子,第一阶段转移了0.4 ml电子,所以总共转移0.6 ml电子。
4.用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　)A.待加工铝质工件为阳极B.可选用不锈钢网作为阴极C.阴极的电极反应为Al3++3e-==AlD.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
答案C解析利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al2O3薄膜,即待加工铝质工件作为阳极,A项正确;阴极与电源负极相连,对阴极电极材料没有特殊要求,可选用不锈钢网等,B项正确;电解质溶液呈酸性,阴极上应是H+放电,C项错误;在电解过程中,电解池中的阴离子向阳极移动,D项正确。
5.将两个惰性电极插入CuSO4溶液中,通电进行电解。(1)当有1.0×10-3 ml的OH-放电时,溶液显浅蓝色,则在阴极上析出铜的质量是　　　　　。 (2)若溶液的体积为1 L,忽略溶液体积变化,在标准状况下放出5.6 mL O2时,溶液的c(H+)为　　　　　　　　　　。