1.3 电能转化为化学能——电解（图文版知识清单，不可编辑）化学鲁科版选择性必修1

第3节电能转化成化学能一电解 考点1电解的原理 一、电解的原理 1.电解和电解池 直流电源 (1)电解：在电流作用下，电解 (3)电解池的构成 质在两个电极上分别发生氧化反 ①有与直流电源相连的两 应和还原反应的过程。 个电极。 ②电解质溶液 (或熔融电 (2）电解池：电能转化为化学能 解质) 的装置。 ③形成闭合回路。 电解池构成示意图 2。电解池的工作原理 e e 【特别提醒】电子不能 通过电解质溶液！ 直流电源 阳极 cl, 阴极 (接电源正极) (接电源负极) 发生氧化反应 发生还原反应 (2cl--2e=clt) CuCl2 (Cu2++2e-=Cu) [特别提醒】阳极若为 Cu2+ 活性电极，电极本身优先 Cu 失电子被氧化。 三个“流向”： ①电子流向(e）: 阳极流出，电子流入阴极 ②电流流向 (1)：阴极外电阳极内电阴极 ③离子流向 阳离子→阴极；阴离子→阳极 ①原电池：正极>负极 (3) 电势高低 ②电解池：阴极>阳极 3、电极按性质分类 (1)情性电极 (2)活泼电极 由Pt(铂)、Au(金) 除了Pt、Au以外的 C(石墨)组成的电极 其他金属电极 Fe 电化学放电顺序与相关概念知识清单 4. 阴那阳两极上放电顺序 (1)阴极（与电极材料无关）：氧化性强的微粒先放电 K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+、Zn2+、Fe2+、Sn2+、Pb2+、Ht、Cu2+、Fe3+、Ag+ 放电由难到易 阴极不管是什么材料，电极本身都 不反应，一定是溶液（或熔融电解质）中的阳离子放电。 (2)阳极（与电极材料有关） ①若是活性电极作阳极，则活性电极首 ②若是情性电极作阳极，放电顺序为： 先失电子，发生氧化反应。 S2->>Br>C>OH>含氧酸根>F e e Cu2+ ,C2 Ag* ②最常用、最重要的放电顺序为阳极：C>OH;阴极：Ag+>Cu2+>H+。 ③电解水溶液时，K+~AI3+不可能在阴极放电。 5.其他 (1)电解质溶液的选择 面碱金属电极：不选择水溶液及醇类，一般选择有机电解质或固体电解质 N ②盐桥式原电池： 负极材料和与其反应的电解质在不同的容器中 也是资料池与容不同体质的解质 (2)电极pH变化 (3)溶液pH变化 ①看该电极反应 ②若H+或OH无 ①看总反应是 ②若H+或OH无 是消耗还是产生 变化，看该电极是 消耗还是产生 ◆ 变化，看总反应是 H+或OH 消耗还是产生水 H+或OH 消耗还是产生水↓ (4)指示剂颜色变化和电极极性的关系 指示剂 颜色变化 放电微粒 电极极性 酚酞 变红 H+ 阳极或正极 石蕊 变红 OH- 阳极 淀粉 变蓝 F 阳极 6重要的电化学反应式（水的化学计量数为2) 放电 (1)铅蓄电池充放电反应 Pb 充电 PbO2 放电 Pb+PbO2+2H2SO 2PbS04+2H20 充电 H,SO (2) 吸有底蚀的正极反应 水 02 ①弱酸性、中性或碱性：2H20+02t4e=40H H20 ●e ②酸性：4Ht+02+4e=2H20 金属 ③C02:02+4e+2C02=2C032 弱酸性、中性或碱性环境 (3)阳极OH的放电反应 02 ①碱溶液中0H的放电反应：40H-4e=2H20+02↑ ②水中的0H的放电反应：2H20-4e=02个+4H+ (3)阴极H的放电反应 ①酸溶液中H+的放电反应：2H+2e=H2↑ ②水中的Ht的放电反应：2H20+2e=H2↑+20H (4)惰性电极电解溶液 ①NaC: 2NaCl+2H2O 电解 2NaOH+C2↑+H2T ǖ ②CuS04: 2CuS04+2H20 电解 2Cu+02↑+2H2S04 通 ③AgNO3: 4AgN03+2H20 电解 4Ag+02↑+4HN03 助 ④Cu(NO3)2: 2Cu(NOg2+2H,0电解2Cu+02↑+4HN0, 谢 用惰性电极电解溶液-知识清单 二、用惰性电极电解溶液 1.电解水型 (1)放电微粒：H+离子和OH一离子同时放电 (2）放电产物：同时有H2和02产生 (3)溶液的变化 电解液 浓度变化 pH变化 溶液的复原 H2S04 变大 变小 加H20O NaOH 变大或不变 变大或不变 加H20C KNO3 变大或不变 不变 加H20● 在"电解水型"中，若电解某物质的饱和溶液， 则电解过程中会析出晶体，其浓度和pH均不变。 2.电解电解质型 (1)放电微粒：电解质中阴阳离子同时放电 (2）溶液的变化 电解液 浓度变化 pH变化 溶液的复原 HCI 变小 变大 通HCI气体 CuCl2 变小 理论变大，实际变小 加CuCL,固体 【电解后溶液的复原原则： 少什么加什么，少多少加多少 H 电解水溶液的特殊类型-知识清单 3.放氢生碱型 (水中的H+离子和电解质中的阴离子同时放电) 阴极1H2 阳极 阴极产物：H2和OH (2H20+2e=H2↑+20H) 溶液的变化 电解液 浓度变化 pH变化 溶液的复原 NaCl 变小 变大 通HCI气体 Na>S 变小 变大 通H2S气体 4。放氧生酸型 (水中的OH离子和电解质中的阳离子同时放电) 阴极 H+I阳极 阳极产物：O,和H+ (2H20-4e电解02↑+4H+) 溶液的变化 电解液 浓度变化 pH变化 溶液的复原 CuSO4 变小 变小 加CuO或CuCO3固体 AgNO3 变小 变小 加Ag20或Ag2CO3固体 【特别提醒)】 （续) 注意过度电解 ①NaCl:先2NaCl+2H20电解2NaOH+Cl2↑+H2↑， 后2H20电解2H2↑+O2↑，加盐酸恢复原状 ②CuS04:先2CuS04+2H20电解2Cu+02↑+2H2S04, 后2H20电解2H2↑+02↑，加Cu(OH)2或Cu2(OH)2C03恢复原状 考点2 电解原理的应用 一、用活泼电极电解溶液 1.电解精炼铜（含Zn、Ni、Fe、Ag、Au、Pt等杂质） (1)电解池的构成 ①粗铜作阳极 ②精铜作阴极 ③硫酸酸化的CuS04溶液作电解液 粗铜 纯铜 (2)电极反应 ①阳极：Zn-2e一Zn2+、Fe-2e一Fe2+、 Ni-2e-=Ni2+ 硫酸铜溶液 Cu-2e-=Cu2+ ②阴极：Cu2++2e=一Cu (3)精炼结果 ①比铜活泼的金属：变成阳离子留在溶液中 ②比铜不活泼的金属：形成阳极泥 ③铜在阴极上形成精铜 (4)反应特点 ①阳极材料被消耗，需要及时补充 ②溶液中的阴离子S0}浓度不变 ③电解过程中原电解质溶液浓度减小 ④阳极减重量和阴极增重量的关系不确定 2、电镀 (1)电解池的构成 ①镀层金属作阳极 ②被镀物品作阴极 ③含镀层金属离子溶液作电解液 铜片 (2）电极反应（以镀铜为例） 待镀 CuSO4 ①阳极：Cu-2e=Cu2+ 铁件 ②阴极：Cu2+2e=Cu 溶液 (3)反应特点 核心记忆 ①不能写出总反应方程式 ②电解过程中原电解质溶液浓度不变 电解原理应用：物质制备与金属冶炼-知识清单 3。用活泼电极电解制备物质 (1)用铁为阳极电解KOH溶液制备K,FeO, He e ①阳极：Fe-6e+80H=Fe0,2+4H,0 阳极(Fe) H2↑阴极(C) ②阴极：2H,0+2e=H2↑+20H ③总电解反应：Fe+2KOH+2H,0电邂K,Fe0,+3Ht FeO,2- o 0 KOH溶液 (2)用铜为阳极电解NaOH溶液制备Cu20 ①阳极：2Cu+20H-2e=Cu20+H20 阳极(Cu) H2↑阴极(C) ②阴极：2H,0+2e=H2↑+20H o ③总电解反应：2Cu+H,0电馨Cu,0+H,t Cu,0(图。 NaOH溶液 二、用惰性电极电解熔融物 ⊕ →⊙ 1.电冶炼：制备K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属 (1)炼钠的方法：电解熔融的NaCl ①阳极反应：2C-2e=CL2↑ ②阴极反应：2Na*+2e=2Na ③电解反应：2NaCl 2Na+Cl2 熔融 (2）炼镁的方法： 电解熔融的MgCl2 ①阳极反应：2C-2e=CL,↑ ②阴极反应：Mg2*+2e=Mg ®电解反应：Mgcl,器Mg+cht 高中化学知识清单：电解原理与离子交换膜应用 (3)炼铝的方法：电解熔融的AL2O3 电解质 阳极碳块 (氧化铝-冰晶石熔融液) ①阳极反应：202--4e=02个 ②阴极反应：AI3+3eˉ=Al 阴极碳块 通电 ③电解反应：2A203一 熔融 →4Al+302↑ 铝 ④不用氯化铝的原因：AlCL是共价化合 物，熔融状态下不导电。3。 △ 特别⑥阳极石墨被氧气腐蚀， ⑤冰晶石的作用：作熔剂，降低氧化铝的 提醒需定期更换 熔点，节能 & 2.电解熔融的碳酸钠 (1)阳极反应：2C032--4e=02↑+2C021 C0,9 (2)阴极反应：4Na*+4e=4Na 6 Na'Na'8 通电 Na2CO (3)总电解反应：2Na2C03盟4Na+02↑+2C02↑ 三、含离子交换膜电化学装置分析 阳极区 阴极区 1.离子交换膜在电解池中的作用 (1)隔离：将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触 ①防止副反应发生，避免影响所制取产品的质量 ②防止副反应发生，避免引发不安全因素（如爆炸） 特定离子 (2)通透：能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用 (3)实例：氯碱工业 阳离子交换膜 ①平衡电荷，形成闭合回路： C1,o8 Na 饱和NaCI oo H2 、00 00 稀NaOH溶液 ②防止2和H2混合而引起爆炸 溶液 (或去离子水)》 阳极 阴极 ③避免Cl2和NaOH反应. C Na ④避免C「进入阴极区导致制 NaCI溶液 OH NaOH溶液 得的NaOH不纯。 离子交换膜电解槽示意图 电化学核心考点：离子交换膜及含交换膜的电化学装量 2.常见的离子交换膜 (隔膜) Na" →Na (1)阳离子交换膜：简称阳膜，只允许阳离子通过 Na' 色Na 阳离膜 CI- →CI (2) 阴离子交换膜：简称阴膜，只允许阴离子通过 cr-cn 阴膜 (3)质子交换膜：只允许氢离子通过 质子膜 3.含离子交换膜电化学装置的几个区域 (1)原料区 ①主料区：加入原料的浓溶液，流出原料的稀溶液 ②辅料区：加入辅料的稀溶液，流出辅料的浓溶液 (2）产品区：产品中的阴阳离子通过离子交换膜进入该区域 (3)缓冲区：两侧的离子交换膜属性相同，起防漏的保护作用 (4)计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移 原料A 膜I 膜Ⅱ 膜 的浓溶液膜V 膜V B的浓溶液。 阳膜 阴膜 阴膜 阳膜 阳膜 C的浓溶液 辅料B 主料区 辅料C 的稀溶液 的稀溶液 辅料区 产品区 缓冲区 A的稀溶液 缓冲区 辅料区 计算示例 乙烯 太阳能电池 根据O2~4e~4H,阳极产生 oa ho Imol O2时，有4molH由阳极 移向阴极，则阳极溶液的质量减 轻32g+4g=36g C0, 质子交换膜 PI1/H204 电化学核心考点：多池串联池属性的判断 四、多池串联池属性的判断 1.有外接电源的全部都是电解池 Cu Ag 特别提醒：电源正极 接阳极，负极接阴极 KCI溶液 CuSO,溶液、KSO,溶液AgNO,溶液 2.无明显外接电源的一般只有1个原电池，其余全是电解池 ZZn 石墨1 石墨2 A池 郯池 C池 稀硫酸 氯化钠溶液 硝酸银溶液 (1)有盐桥的是原电池 (2) 有燃料电池的是原电池 (3)能发生自发氟化还原反应的装置为原电池 (4)多个自发，两电极金属性相差最大的为原电池 Mg Cu Zn Cu 3。电极的连接顺序：负→阴→阳→阴…→阳→正 负极（一） 阴极→阳极 → 阴极 阳极 正极(+) 4.串联电路的特点：每一个电极转移的电子数都相等 转移电子数 转移电子数 转移电子数 n(e) n(e) n(e) in-Zn Zn-2e→Zn2+ Cu2++2e→Cu 2c-2e→Cl2t 电化学核心考点：电化学的相关计算-知识清单 五、电化学的相关计算 1.方法：电子守恒和电荷守恒列关系式 (1)电子守恒：两极得失电子数相等 ①串联电路 ②并联电路 e e 各支路转移的电子数相同（技支路算） 总电子数等于支路电子数之和（按干路算） (2）电荷守恒：1个电子对应1个正电荷或负电荷 (3)常用关系式 02~4e~4g~2Cu~2H2~2C,~40H~4H~4M+ 2、电化学计算的物理公式 了【特别提醒】气体体积相关计算 时，必须注明标准状况(STP) (1)电量公式 (2）电能公式 Q=It=nN q=nF W=UIt=UQ ①n 得失电子的物质的量(mol) ⑤t一时间(s) ②Na一阿伏加德罗常数(6.02×1023mo) ⑥F一法拉弟常数(96500Cmol) ③g一1个电子所带的电量(1.60×1019C) ⑦U一电压(N) ④1 电流强度(A) ⑧W 电能(J) 3.几个注意问题 【特别提醒】计算含交 (1)气体体积相关计算时，必 换脵电化学装置中某一 须注明标准状况 区质量变化，注意离 (2)计算含交换膜电化学 子的迁移 装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移 六、电解混合溶液或混合物时要注意以下问题 首先要考虑阳极是否是惰性电极 (1)若阳极是惰性电极，则溶液中 的阴离子放电 (2)若阳极是活泼电极，则是活泼 电极放电 其次要考虑离子间能否发生化学反应 (1)电解等物质的量的Ag*、C、 0,2、Ba2+、Na、N03混合液 (2)阳极产物与阴极产物的物质的量 Ag+Ct→AgCI I Ag*Cl 之比为1：2 Na'NO3 H OHOH Ba2+S0,2→BaS0,↓ 00 3. 不能按照电解各物质计算，必须根据离子放电顺序计算判断 (1)惰性电极电解KCl和CuS0。 ①首先电解：CuCl, 的混合溶液 电极 Cu2++2e→C0 ①首先电解CuC2 2Ct-2e→CL,t K ②其次电解H,0 ②其次电解：H,0 (2)阴阳两极都可能发生多个反 s0,2 内极 2H++2e →H2t OH 应，满足阴阳两极得失电子 40H-4e→0，t+2H,0 总数相等 【特别提醒】满足阴阳两极得失电子 总数相等