魯科版高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)第6單元化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第2節(jié)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能_

第六單元2022必備知識(shí) 自主預(yù)診　知識(shí)梳理1.電解和電解池(1)電解:讓直流電通過電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))而在兩個(gè)電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程。(2)電解池:使電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。2.電解池工作原理(以電解CuCl2溶液為例): 總反應(yīng)方程式:　　　　　　　　　　　　　　　。?CuCl2 Cu+Cl2↑ 3.電解時(shí)兩極粒子的放電順序自我診斷1.判斷正誤,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。(1)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程一定發(fā)生了化學(xué)變化。(　　)(2)電解CuCl2溶液,陰極逸出的氣體能夠使?jié)駶?rùn)的淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)色。(　　)(3)電解足量硫酸銅溶液一段時(shí)間,為復(fù)原可加適量Cu(OH)2。(　　)(4)用Cu作為電極電解鹽酸可發(fā)生反應(yīng)Cu+2H+ Cu2++H2↑。(　　)(5)電解池工作時(shí)電子從電源的負(fù)極流出,流入陰極通過溶液到陽極,然后從陽極流出,流回電源正極。(　　)(6)電解鹽酸、硫酸溶液等,H+放電,溶液的pH逐漸增大。(　　)(7)電解時(shí),電解質(zhì)溶液中陽離子移向陽極,發(fā)生還原反應(yīng)。(　　)答案 (1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)× 2.若用惰性電極電解CuSO4溶液一段時(shí)間后,需加入98 g Cu(OH)2固體,才能使電解質(zhì)溶液復(fù)原,則這段時(shí)間,整個(gè)電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為　　　　　　　　　。?答案 4NA 解析方法一:98 g Cu(OH)2固體的物質(zhì)的量為1 mol ,相當(dāng)于電解了1 mol 的CuSO4后,又電解了1 mol 的水,所以轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2NA+2NA=4NA。方法二:可認(rèn)為整個(gè)電解過程中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)與Cu(OH)2中的O2-失電子數(shù)相等,則轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4NA?？枷?　電解池工作原理【典例1】 (2020全國(guó)2,12)電致變色器件可智能調(diào)控太陽光透過率,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。下圖是某電致變色器件的示意圖。當(dāng)通電時(shí),Ag+注入到無色WO3薄膜中,生成AgxWO3,器件呈現(xiàn)藍(lán)色。對(duì)于該變化過程,下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)A.Ag為陽極B.Ag+由銀電極向變色層遷移C.W元素的化合價(jià)升高D.總反應(yīng)為WO3+xAg==AgxWO3關(guān)鍵能力考向突破　答案 C　解析由題意知,銀電極為陽極,Ag失電子生成Ag+,Ag+移向陰極與WO3反應(yīng)生成AgxWO3,則總反應(yīng)為WO3+xAg==AgxWO3,反應(yīng)過程中W的化合價(jià)降低,A、B、D正確,C錯(cuò)誤。對(duì)點(diǎn)演練1(2020湖南永州月考)用石墨作為電極,電解稀Na2SO4溶液的裝置如圖所示,通電后在石墨電極A和B附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列有關(guān)敘述正確的是(　　)A.逸出氣體的體積:A電極c(OH-),溶液顯酸性,Na+、H+移向A電極,在A電極H+放電產(chǎn)生H2,發(fā)生反應(yīng)的電極方程式為2H++2e-==H2↑,A電極附近c(diǎn)(OH-)>c(H+),溶液顯堿性。分析兩電極方程式可知,轉(zhuǎn)移相同數(shù)目的電子,A電極產(chǎn)生的氣體體積大于B電極,A項(xiàng)錯(cuò)誤;H2、O2兩種氣體均為無色無味的氣體,B項(xiàng)錯(cuò)誤;A電極附近呈藍(lán)色,B電極附近呈紅色,C項(xiàng)錯(cuò)誤;電解總反應(yīng)為電解水的反應(yīng),pH不變?nèi)詾橹行?D項(xiàng)正確。規(guī)律小結(jié) 用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律考向2　電解池電極反應(yīng)的書寫【典例2】整合有效信息書寫電極反應(yīng)。(1)硫化氫的轉(zhuǎn)化是資源利用和環(huán)境保護(hù)的重要研究課題。由硫化氫獲得硫單質(zhì)有多種方法。將用燒堿吸收H2S后所得的溶液加入如圖所示的電解池的陽極區(qū)進(jìn)行電解。電解過程中陽極區(qū)發(fā)生如下反應(yīng):S2--2e-==S、(n-1)S+S2-== 。①寫出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng):　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?②電解后陽極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質(zhì),該反應(yīng)的離子方程式為　　　　　　　　　。?(2)電解NO可制備NH4NO3,其工作原理如圖所示。為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3,需補(bǔ)充物質(zhì)A,A是　　　　　　　　　,說明理由:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?答案 (1)①2H2O+2e-==H2↑+2OH-?、? +2H+== (n-1)S↓+H2S↑(2)NH3　根據(jù)總反應(yīng)8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3可知,電解產(chǎn)生的HNO3多,應(yīng)補(bǔ)充NH3對(duì)點(diǎn)演練2(2020寧夏銀川第二中學(xué)三模)SO2是大氣的主要污染物之一,工業(yè)上可用如圖裝置吸收轉(zhuǎn)化SO2(A、B為惰性電極)。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)C.離子交換膜為陰離子交換膜D.A極區(qū)溶液的pH逐漸增大答案 C　方法點(diǎn)撥根據(jù)“三看”正確書寫電極反應(yīng)(1)一看電極材料,若是金屬單質(zhì)(Au、Pt除外)為陽極,則金屬單質(zhì)一定被電解(需要注意Fe生成Fe2+而不是生成F )。(2)二看介質(zhì),介質(zhì)是否參與電極反應(yīng)。(3)三看電解質(zhì)狀態(tài),若是熔融狀態(tài),則一般為金屬的電冶煉。必備知識(shí) 自主預(yù)診　知識(shí)梳理1.電解飽和食鹽水——氯堿工業(yè)(1)電極反應(yīng)。陽極:　　　　　　　　　(反應(yīng)類型:　　　　反應(yīng))。?陰極:　　　　　　　　　(反應(yīng)類型:　　　　反應(yīng))。?檢驗(yàn)陽極產(chǎn)物的方法是　　　　　　　　　　　。電解時(shí)向食鹽水中滴加酚酞,　　　極附近溶液變紅,說明該電極附近產(chǎn)生的物質(zhì)為　　　。?2Cl--2e-==Cl2↑　氧化 2H2O+2e-==H2↑+2OH- 還原用濕潤(rùn)的KI淀粉試紙靠近陽極附近,若試紙變藍(lán),證明生成了Cl2 陰 NaOH (2)電解總反應(yīng)。化學(xué)方程式:2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑離子方程式:　　　　　　　　　　。?2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑ (3)陽離子交換膜法電解飽和食鹽水示意圖陽離子交換膜的作用:阻止　　　　進(jìn)入陽極室與Cl2發(fā)生副反應(yīng)2OH-+Cl2==Cl-+ClO-+H2O,阻止陽極產(chǎn)生的Cl2和陰極產(chǎn)生的H2混合發(fā)生爆炸。?②a、b、c、d加入或取出的物質(zhì)分別是　　　　　　　、　　　　　　　、　　　　　　、　　　　　　　;X、Y分別是　　　　、　　　　。?OH- 精制飽和食鹽水 H2O(含少量NaOH) 淡鹽水　 NaOH溶液 Cl2 H2 2.電鍍與電解精煉銅鍍層粗銅待鍍純銅鍍層 Cu-2e-==Cu2+ 陽離子陽極泥　Cu2++2e-==Cu Cu2++2e-==Cu 不變減小 3.電冶金 2Cl--2e-==Cl2↑ 2Na++2e-==2Na 6O2--12e-==3O2↑ 4Al3++12e-==4Al　 2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑ 2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑ 自我診斷1.判斷正誤,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。(1)在鍍件上鍍銅時(shí),也可以用惰性材料作為陽極,用硫酸銅溶液作為電解質(zhì)溶液。(　　)(2)電解飽和食鹽水時(shí),兩個(gè)電極均不能用金屬材料。(　　)(3)電解精煉時(shí),得到的陽極泥可以是提煉貴重金屬的原料。(　　)(4)用Zn為陽極,Fe為陰極,ZnCl2溶液為電解質(zhì)溶液,由于放電順序H+>Zn2+,不可能在鐵上鍍鋅。(　　)(5)陽離子交換膜(以電解NaCl溶液為例)只允許陽離子(Na+、H+)通過,而阻止陰離子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通過。(　　)(6)電鍍銅和電解精煉銅時(shí),電解質(zhì)溶液中c(Cu2+)均保持不變。(　　)(7)電解冶煉鎂、鋁通常電解熔融的MgCl2和Al2O3,也可以電解熔融的MgO和AlCl3。(　　)答案 (1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)×　(7)×2.粗銅的電解精煉示意圖如圖所示。 (1)在粗銅的電解過程中,粗銅板應(yīng)是圖中電極　　　(填圖中的字母);在電極d上發(fā)生的電極反應(yīng)為　　　　　　　　　　　　　。?(2)若粗銅中還含有Au、Ag、Fe,則陽極的電極反應(yīng)為　　　　　　　　　,粗銅中的Au、Ag的存在形式和位置為　　　,溶液中c(Cu2+)　　　　(填“變大”“變小”或“不變”)。?答案 (1)c　Cu2++2e-==Cu(2)Fe-2e-==Fe2+、Cu-2e-==Cu2+　Au、Ag以單質(zhì)的形式沉積在c電極的下方形成陽極泥　變小關(guān)鍵能力考向突破　考向1　電解原理的應(yīng)用【典例1】高鐵酸鈉(Na2FeO4)是一種新型綠色水處理劑。工業(yè)上可用電解濃NaOH溶液的方法制備Na2FeO4,其工作原理如圖所示,兩端隔室中離子不能進(jìn)入中間隔室。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)A.陽極反應(yīng):Fe-6e-+8OH-==Fe +4H2OB.甲溶液可循環(huán)利用C.離子交換膜a是陰離子交換膜D.當(dāng)電路中通過2 mol電子的電量時(shí),會(huì)有1 mol H2生成答案 C　解析 A項(xiàng),陽極發(fā)生氧化反應(yīng),根據(jù)題意分析可知,陽極電極反應(yīng)為Fe-6e-+8OH-==Fe +4H2O,正確;B項(xiàng),陰極發(fā)生還原反應(yīng),水電離出的氫離子放電生成氫氣和氫氧根,甲溶液為濃的氫氧化鈉溶液,可循環(huán)利用,正確;C項(xiàng),電解池中陽離子向陰極移動(dòng),通過離子交換膜a的是Na+,故a為陽離子交換膜,錯(cuò)誤;D項(xiàng),陰極發(fā)生還原反應(yīng),水電離出的氫離子放電生成氫氣和氫氧根,電極反應(yīng)為2H2O+2e-==H2↑+2OH-,當(dāng)電路中通過2 mol 電子的電量時(shí),會(huì)有1 mol H2生成,正確。對(duì)點(diǎn)演練1(2020山東濱州模擬)SO2和NOx是主要的大氣污染物,利用下圖裝置可同時(shí)吸收SO2和NO。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是(　　)A.a極為直流電源的負(fù)極,與其相連的電極發(fā)生還原反應(yīng)B.陰極得到2 mol電子時(shí),通過陽離子交換膜的H+為2 molC.吸收池中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為:2NO+2S2 +2H2O==N2+4HSD.陽極發(fā)生的反應(yīng)式為SO2+2e-+2H2O==S +4H+答案 D　方法技巧陰、陽極的判斷方法(1)根據(jù)外接電源:正極接陽極,負(fù)極接陰極。(2)根據(jù)電流方向:從陰極流出,從陽極流入。(3)根據(jù)電子流向:從陽極流出,從陰極流入。(4)根據(jù)離子移向:陰離子移向陽極,陽離子移向陰極。(5)根據(jù)電極產(chǎn)物:陽極——電極溶解、逸出O2(或陽極區(qū)酸性增強(qiáng))或Cl2;陰極——析出金屬、逸出H2(或陰極區(qū)堿性增強(qiáng))。(6)根據(jù)反應(yīng)類型:陽極發(fā)生氧化反應(yīng),陰極發(fā)生還原反應(yīng)?？枷?　與電解有關(guān)的計(jì)算【典例2】 500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(N )=0.6 mol·L-1,用石墨電極電解此溶液,當(dāng)通電一段時(shí)間后,兩極均收集到2.24 L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況下),假定電解后溶液體積仍為500 mL,下列說法正確的是(　　)A.原混合溶液中c(K+)為0.2 mol·L-1B.上述電解過程中共轉(zhuǎn)移0.2 mol 電子C.電解得到的Cu的物質(zhì)的量為0.05 molD.電解后溶液中c(H+)為0.2 mol·L-1答案 A　解析用石墨電極電解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,陽極反應(yīng)為4OH--4e-==2H2O+O2↑,陰極先后發(fā)生兩個(gè)反應(yīng):Cu2++2e-==Cu,2H++2e-==H2↑。從收集到O2為2.24 L可推知電解過程中共轉(zhuǎn)移0.4 mol電子,而在生成2.24 L H2的過程中轉(zhuǎn)移0.2 mol 電子,所以Cu2+共得到0.4 mol -0.2 mol =0.2 mol 電子,電解前Cu2+的物質(zhì)的量和電解得到的Cu的物質(zhì)的量都為0.1 mol 。電解前后分別有以下守恒關(guān)系:c(K+)+2c(Cu2+)=c(N ),c(K+)+c(H+)=c(N ),由此可得,電解前c(K+)=0.2 mol·L-1,電解后c(H+)=0.4 mol·L-1。對(duì)點(diǎn)演練2(2020湖北宜昌調(diào)研)以鉛酸蓄電池為電源,用石墨為電極電解CuSO4溶液,裝置如右圖。若一段時(shí)間后Y電極上有6.4 g紅色物質(zhì)析出,停止電解。下列說法正確的是(　　)A.a為鉛酸蓄電池的負(fù)極B.電解過程中S 向右側(cè)移動(dòng)C.電解結(jié)束時(shí),左側(cè)溶液質(zhì)量增重8 gD.鉛酸蓄電池工作時(shí),正極反應(yīng)為PbSO4+2e-==Pb+S 答案 C　解析 Y極有Cu析出,發(fā)生還原反應(yīng),說明Y極為陰極,故b為負(fù)極,a為正極,A項(xiàng)錯(cuò)誤;電解過程中陰離子向陽極移動(dòng),B項(xiàng)錯(cuò)誤;陰極反應(yīng)為Cu2++2e-==Cu,陽極反應(yīng)為4OH--4e-==O2↑+2H2O,當(dāng)有6.4 g Cu析出時(shí),轉(zhuǎn)移0.2 mol e-,左側(cè)生成1.6 g O2,同時(shí)有0.1 mol (9.6 g)S 進(jìn)入左側(cè),則左側(cè)質(zhì)量增加9.6 g-1.6 g=8 g,C項(xiàng)正確;鉛酸蓄電池的負(fù)極是Pb,正極是PbO2,正極反應(yīng)為PbO2+2e-+4H++S ==PbSO4+2H2O,D項(xiàng)錯(cuò)誤。方法技巧電化學(xué)綜合計(jì)算的三種常用方法(1)根據(jù)總反應(yīng)計(jì)算。先寫出電極反應(yīng),再寫出總反應(yīng),最后根據(jù)總反應(yīng)列出比例式計(jì)算。(2)根據(jù)電子守恒計(jì)算。①用于串聯(lián)電路中陰、陽兩極產(chǎn)物,正、負(fù)兩極產(chǎn)物及相同電量等類型的計(jì)算,其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。②用于混合溶液中電解的分階段計(jì)算。(3)根據(jù)關(guān)系式計(jì)算。根據(jù)得失電子守恒定律建立起已知量與未知量之間的橋梁,構(gòu)建計(jì)算所需的關(guān)系式。如以通過4 mol e-為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式:(式中M為金屬,n為其離子的化合價(jià)數(shù)值)該關(guān)系式具有總攬電化學(xué)計(jì)算的作用和價(jià)值,熟記電極反應(yīng),靈活運(yùn)用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學(xué)計(jì)算問題。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建電解池核心速記1.兩個(gè)定義(1)電解:使電流通過電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))而在陽極、陰極引起氧化還原反應(yīng)的過程。(2)電解池:把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。(2)陰極:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+2.電極放電順序

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