专题1 第二单元 第3课时 电解池的工作原理及应用（教师用书）-2022-2023学年新教材高中化学选择性必修1【金版新学案】同步导学（苏教2020 双选版）

第3课时　电解池的工作原理及应用 [素养发展目标]　1．了解电解池的工作原理。2．能设计简单的电解池。3．能理解电解规律，会判断电解的产物，会书写电解的电极反应式。4．认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。 一、电解原理 1．电解熔融氯化钠 如图为工业上电解熔融氯化钠生产金属钠的装置示意图。容器中盛有熔融的氯化钠，两侧分别插入石墨片和铁片作为电极材料，两个电极分别与电源的正极和负极相连。 (1)通电前，熔融NaCl中存在的微粒有Na＋、Cl－，这些微粒的运动状态是自由移动。 (2)通电后离子运动方向：阳离子Na＋(填离子符号)移向铁电极，发生还原反应；阴离子Cl－(填离子符号)移向石墨电极，发生氧化反应。电极上发生的变化是①铁电极：2Na＋＋2e－===2Na；②石墨电极：2Cl－－2e－===Cl2↑。 (3)由以上分析可知：熔融的NaCl在直流电源作用下发生了氧化还原反应，分解生成了Na和Cl2。 2．电解和电解池 (1)电解：在直流电的作用下，在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 (2)电解池：将电能转化为化学能的装置。 (3)电解池的电极名称 ①阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应； ②阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。 (4)电解池的构成条件 ①具有直流电源；②两个电极(阴极、阳极)；③电解质溶液或熔融电解质；④形成闭合回路。 (5)电子和离子移动方向 ①电子：从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。 ②离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。 3．电解氯化铜溶液实验探究 (1)实验过程探究 实验现象 实验结论 电流计指针发生偏转 说明电解质溶液导电，形成闭合回路 与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质 析出金属铜，阴极的电极反应式是：Cu2＋＋2e－===Cu 与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 产生了氯气，阳极的电极反应式是：2Cl－－2e－===Cl2↑ (2)实验原理分析 ①氯化铜溶液中存在的离子有Cu2＋、Cl－、H＋、OH－，通电前这些离子在溶液中做自由运动。 ②通电时在电场的作用下，溶液中的离子做定向运动，即Cl－、OH－趋向a极，Cu2＋、H＋趋向b极。 ③a极(阳极)Cl－的还原性大于OH－，因而Cl－被氧化为Cl2，b极(阴极)Cu2＋的氧化性大于H＋，因而Cu2＋被还原为Cu。 【即学即练】 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)电解是把电能转化为化学能的装置(×) (2)电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化(√) (3)电解池在工作时，阴极上发生还原反应(√) (4)电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液的pH不变(×) (5)电解CuCl2溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1(×) 二、电解原理的应用 1．氯碱工业 (1)氯碱工业概念 用电解饱和食盐水的方法来制取氢氧化钠、氢气和氯气，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。 (2)氯碱工业原理 通电前：氯化钠溶液中含有四种自由移动的离子，它们是Na＋、Cl－、H＋、OH－。 通电时：移向阳极的离子是Cl－、OH－，Cl－在阳极放电，移向阴极的离子是Na＋、H＋，H＋在阴极放电，因H＋放电，促进了水的电离，使阴极区溶液显碱性。 ①电解饱和食盐水的原理示意图 ②阳离子交换膜的作用：只允许Na＋、H＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量和质量。 (3)电极反应式和总反应方程式 ①阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2H＋＋2e－===H2↑； ②总反应的化学方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH； 总反应的离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。 2．铜的电解精炼与电镀 (1)铜的电解精炼 ①粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。其电解池的构成是用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用CuSO4溶液作电解质溶液。 ②电极反应式：阳极为Cu－2e－===Cu2＋、Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋等，阴极为Cu2＋＋2e－===Cu。 ③电解精炼铜的原理是粗铜中比铜活泼的金属Zn、Fe等失去电子，产生的阳离子残留在溶液中，比铜活泼性差的金属Ag、Au等以金属单质的形式沉积在电解槽的底部，形成阳极泥，粗铜中的铜在纯铜上析出。 (2)电镀 ①根据下图，回答下列问题： a．电极反应式 阳极：Cu－2e－===Cu2＋； 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。 b．可观察到的现象是铁