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第3课时 电能转化为化学能
【目标导航】
1.知道电解的原理和电解池的形成条件，会分析电解的应用。
2.能熟练书写电解池的电极反应式和电解反应方程式。
【自主学习】
一、电解池的构成条件及工作原理
1．实验探究：电解氯化铜溶液
实验装置和
实验步骤
按图示装置连接好仪器，在U形管内加入CuCl2溶液，用石墨棒作电极，接通电源数分钟，用湿润的淀粉碘化钾试纸检验阳极上放出的气体
实验现象
阴极
阳极
原
理
分
析
通电前
溶液中存在的离子是____________________________
通电后
移向阴极的离子是__________________，移向阳极的离子是____________________
阴极反
应式
阳极反
应式
反应方
程式
CuCl2Cu＋Cl2↑
2.电解
(1)电解原理：使______通过电解质溶液而在阴、阳两极引起__________反应。
(2)电解池
概念
把____能转化为______能的装置
构
成
条
件
①
有一个外加__________
②
有与电源相连的两个______
③
两电极插入____________或熔融态电解质中
④
构成__________
电极与电
极反应
阴极
连接直流电源______，发生______反应
阳极
连接直流电源______，发生______反应
电子流向
从电源____极→导线→电解池的____极
电解池的____极→导线→电源的____极
离子流向
阴离子向____移动，阳离子向____移动
[议一议]
1．从装置上比较原电池与电解池的区别是什么？
2. 你怎样判断电解池的阴极和阳极？
3. 电解质溶液是如何导电的？
4．电解质溶液导电时，一定会有化学反应发生吗？
二、电解原理的应用
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：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。
2．铜的电解精炼(粗铜成分：锌、铁、Cu、银等)
电解精炼
铜的装置
阳极材料
阴极材料
电解质溶液
电极反
应式
阳极
阴极
[议一议]
1．铜的电解精炼过程中，粗铜中的杂质(锌、铁、金、银等)是怎样被除去的？
2．从阳极沉积下来的阳极泥中含有哪些金属？
3．在电解过程中CuSO4溶液浓度发生怎样的变化？
【难点突破】
一、电解池与原电池工作原理的区别
电池类别
原电池
电解池
能量转变
化学能转化为电能
电能转化为化学能
装置特点
无外接直流电源
有外接直流电源
电极
正极 负极
阴极 阳极
电极确定
由电极材料本身的相对活泼性及电解质溶液决定，较活泼的是负极，较不活泼的是正极
由外接电源的正负极决定，与负极相连的为阴极，与正极相连的为阳极
电极反应
负极发生氧化反应，正极发生还原反应
阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应
电子流向
负极流向正极
从电源负极流向阴极，从阳极流向电源正极
形成条件
①两个电极
①外接电源
②电解质溶液
②电极(惰性或非惰性)
③形成闭合回路
③形成闭合回路
④自发发生氧化还原反应
④电解质(水溶液或熔融态)
反应自
发性
能自发进行的氧化还原反应
反应一般不能自发进行，需电解条件
举例
Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu
CuCl2Cu＋Cl2↑
相似之处
均能发生氧化还原反应，且同一个装置中两个电极在反应过程中转移的电子总数相等
例1 如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列判断中正确的是( )
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
方法规律 电解池电极名称的判断方法
变式训练1 用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。下列分析正确的是( )
A．a端是直流电源的负极
B．通电使CuCl2发生电离
C．阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－===Cu
D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体
方法思路 根据图示信息→判断电池类别→根据电解质溶液中离子移向→电极名称→放电顺序→电极产物→电极现象。
二、电解时两电极产物的判断与电极
反应式的书写
1. 阳极产物的判断
(1)活性金属电极(金属活动性顺序表中在Ag之前)，电极金属失电子，生成对应的金属阳离子，阴离子不放电。
(2)惰性电极(Au、Pt、石墨)，溶液中的阴离子失电子，生成对应的非金属单质或高价化合物。
阴离子放电顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>高价态含氧酸根>F－。
2．阴极产物的判断
与电极材料无关，直接根据阳离子放电顺序进行判断，溶液中的阳离子得电子生成对应的单质或低价化合物
阳离子的放电顺序：Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞Mn2＋＞较活泼金属阳离子(注意Fe3＋的顺序)。
3．电极反应式与电解反应式的书写(以石墨电极电解CuCl2溶液为例)
(1)电极反应式的书写
①确定阴、阳极。与电源正极相连的为阳极、与电源负极相连的是阴极。②分别写出两极上出现的离子。阴极：Cu2＋、H＋，阳极：Cl－、OH－。③判断阴、阳极放电顺序。阴极：Cu2＋>H＋，阳极： Cl－>OH－。④写电极反应式。列物质→标得失→选离子、配电荷→配原子个数
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
(2)电解反应方程式的书写
①通过最小公倍数法使两个电极反应式的电子数相等。
②把两个电极反应式相加，消去相同项，并注明条件“通电”。
电解CuCl2溶液总反应方程式为CuCl2Cu＋Cl2↑
例2 右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置，通电后在石墨电极a和b附近分别滴加石蕊溶液，下列实验现象正确的是( )
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
方法总结 电解池问题解答思路如下：判断阴、阳电极→观察电极材料→分析放电顺序→确定电极产物→解答。
变式训练2 利用如图装置电解硫酸铜溶液，下列说法正确的是( )
A．b电极上发生氧化反应
B．该装置能将化学能转变成电能
C．电解质溶液中Cu2＋从b电极向a电极迁移
D．若a为铜，则a电极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
知识拓展 以惰性电极电解含氧酸盐(如CuSO4和NaNO3)溶液、含氧酸(如H2SO4)溶液、强碱(如NaOH)溶液时，阳极的电极反应式均为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，且阳极附近生成酸。
【当堂过关】
1．关于电解池的叙述不正确的是( )
A．与电源正极相连的是电解池的阳极
B．电解质溶液中的阳离子向阴极移动
C．在电解池的阳极发生氧化反应
D．电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，再经电解质溶液流入电解池的阳极
2．如图所示装置中，属于电解池的是( )
3．某同学按如图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是( )
A．电解过程中，铜电极上有H2产生
B．电解初期，主反应方程式为
Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑
C．电解一定时间后，石墨电极质量不变
D．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大
4．用电解法从氯化铜废液中提取出铜，方案正确的是( )
A．用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片
B．用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片
C．用氢氧化钠溶液吸收阴极产物
D．用带火星的木条检验阳极产物
5．有关右图的说法正确的是( )
A．构成原电池时溶液中的SO移向Cu电极
B．构成原电池时Cu极反应式： Cu－2e－===Cu2＋
C．要使Fe极不被腐蚀，Cu片换Zn片或a接直流电源负极
D．a和b分别接直流电源正、负极，Fe片上有气体产生
6．如图所示，A、B两个装置的烧杯中分别盛有足量的CuCl2溶液。
(1)A、B两个装置中属于原电池的是________，属于电解池的是________。
(2)A池中Zn是________极，发生________反应(填“氧化”或“还原”， 下同)，电极反应式为________________________________________________________________________。
Cu是____极，发生______反应，电极反应式为__________________。A池中总的化学方程式为________________________________________________________________________。
(3)B池中C是____极，发生______反应，电极反应式为______________________。Pt是____极，发生________反应，电极反应式为__________________________________________。
B池中总的化学方程式为______________________________________________________。
参考答案
自主学习
一、1.石墨棒上覆盖一层紫红色固体物质 有黄绿色刺激性气味气体放出，试纸变蓝色 Cu2＋、Cl－、H＋、OH－ Cu2＋、H＋ Cl－、OH－ Cu2＋＋2e－===Cu 2Cl－－2e－===Cl2↑
2．(1)电流 氧化还原 (2)电 化学 ①直流电源 ②电极 ③电解质溶液 ④闭合回路 负极 还原 正极 氧化 负 阴 阳 正 阳极 阴极
议一议
1．原电池中没有外加电源，电解池中有外加电源。
2. ①从外接电源：与电源正极相连的电极称阳极，与电源负极相连的电极称阴极；②从电极反应：发生氧化反应的电极是阳极，发生还原反应的电极是阴极；③从电子流向：电子从外接电源的负极流出，流向电解池的阴极；电解池的阳极上失去电子，电子流回外接电源的正极；④从离子移向：电解质溶(或熔)液中阳离子向阴极移动。阴离子向阳极移动；⑤从电解现象：有金属沉积或H2放出的是电解池的阴极，电极质量减少或有O2或Cl2等放出的是电池的阳极。
3．电解质溶于水电离出能自由移动的离子。通电时，自由移动的离子作定向移动，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，分别在两极上发生氧化还原反应。
4．一定有，因为电解池就是把电能转变成化学能的装置，溶液导电时电极上一定有电极反应。
二、2.粗铜 纯铜 硫酸铜溶液 Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－=== Fe2＋、Cu－2e－===Cu2＋ Cu2＋＋ 2e－===Cu
议一议
1．粗铜中的锌、铁等比铜活泼的金属发生氧化反应溶解变成金属阳离子进入溶液；银、金等不如铜活泼的金属，在电解过程中不发生反应，沉积在电解池的底部形成阳极泥；而阴极只有Cu2＋放电，Zn2＋、Fe2＋等留在电解质溶液中。
2．不如铜活泼的金属金、银等。
3．电解过程中电解质溶液的浓度减小，需及时补充。
难点突破
例1 C [由于电流从电源正极流出，故a为电源的正极，b为电源的负极，A项错误；电源称正、负极，B项错误；Cu2＋向阴极移动，d电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，在阴极上析出Cu，所以d极质量增加，C项正确；Cl－向阳极移动，c电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，导致溶液中c(Cl－)降低，D项错误。]
变式训练1 A [在电解过程中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，阴极与直流电源的负极相连，阳极与直流电源的正极相连，A项正确；电解质在溶液中的电离是因为水分子的作用，与通电无关，B项错误；电解过程中阳极上发生的反应为氧化反应，阳极反应为2Cl－－2e－===C12↑，在阳极附近可观察到黄绿色气体，C、D项错误。]
例2 D [Na2SO4===2Na＋＋SO，H2O电离出H＋＋OH－，SO和OH－移向b电极，Na＋和H＋移向a电极，在b电极上：4OH－－4e－ ===2H2O＋O2↑，在a电极上：2H＋＋2e－===H2↑，所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体；由于a电极上H＋放电，所以a电极附近的c(OH－)＞c(H＋)，滴加石蕊溶液a电极附近变蓝色，同理，b电极附近变红色。]
变式训练2 D [由装置图可知为电解池装置，电能转化为化学能，a连接电源正极，为电解池的阳极，发生氧化反应，b连接电源负极，为电解池的阴极，发生还原反应，故A项不正确；该装置外接电源，为电解池装置，将电能转化为化学能，故B项不正确；电解时，阳离子向阴极移动，该题中阳离子从a极移向b极，故C项不正确；a为阳极，发生氧化反应，电极方程式为Cu－2e－===Cu2＋，故D项正确。]
当堂过关
1．D 2.C
3．B [铜作阳极：Cu－2e－===Cu2＋，铜电极上无H2产生，A错误；石墨作阴极：2H＋＋ 2e－===H2↑，所以总方程式为Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑，电解一定时间后，溶液中Cu2＋浓度增大，并不断向阴极定向移动，故石墨电极上有铜析出，B正确、C错误；在电解开始阶段，2H＋＋ 2e－===H2↑，H＋的浓度减小，D错误。]
4．B [电解氯化铜废液得到金属铜，铜必须作阴极，这样可以达到回收铜的目的，故A项不正确；电解时阳极可用惰性电极(碳棒)，但铜应作阴极，故B项正确；阴极产物为铜，和氢氧化钠溶液不反应，故C项不正确；阳极产物为氯气，不能用带火星的木条检验，二者不反应，故D项不正确。]
5．C
6．(1)A B
(2)负 氧化 Zn－2e－===Zn2＋ 正 还原
Cu2＋＋2e－===Cu Zn＋CuCl2===ZnCl2＋Cu
(3)阴 还原 Cu2＋＋2e－===Cu 阳 氧化
2Cl－－2e－===Cl2↑ CuCl2Cu＋Cl2↑
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