第2节 第1课时 电解原理（课件）-【勤径学升·同步练测】2024-2025学年高中化学选择性必修1（人教版2019）

单击此处添加文本具体内容 第四章　 化学反应与电能 第二节　电解池 第1课时　电解原理 第四章　化学反应与电能 电流 氧化还原 第四章　化学反应与电能 电能 化学能 电能 还原剂 氧化剂 正极 负极 闭合回路 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 红色 气泡 蓝色 氯气 通电 第四章　化学反应与电能 CuCl2===Cu2＋＋2Cl－ 第四章　化学反应与电能 阳极 阴极 氧化 2Cl－－2e－===Cl2↑ 还原 Cu2＋＋2e－===Cu 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 学习目标 核心素养 1．体验化学能与电能相互转化的探究过程。 2．分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。 3．能写出电解池的电极反应式和反应方程式。 1．宏观辨识与微观探析：由电解CuCl2的实验探究电解池工作原理(装置特点、电子流动方向、离子流向、电极反应、放电顺序等)。 2．证据推理与模型认知：电解CuCl2溶液，掌握分析判断一般电解反应产物的有序思维方法。 一、电解和电解池 1．电解 使____通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阴极、阳极引起________反应的过程叫做电解。 2．电解池 (1)概念 电解池是把____直接转化为______的装置。 (2)作用 外接电源提供____，借助电解池将______的电子转移给______。 (3)构成 ①与直流电源相连的两个电极，阳极与直流电源的____相连，阴极与直流电源的____相连；②电解质溶液(或熔融电解质)；③形成________。 二、电解原理 1．实验探究 (1)实验装置 用惰性电极(石墨)电解CuCl2溶液，电解装置如图所示。 (2)实验现象 ①与直流电源负极相连的石墨棒上逐渐覆盖一层____的铜。 ②与直流电源正极相连的石墨棒上有____产生，湿润的碘化钾淀粉试纸变成____。根据气体的刺激性气味和试纸变色情况，推测产生的气体是____。 (3)实验结论 实验表明，CuCl2溶液在____条件下生成了Cu和Cl2。 2．理论分析 (1)通电前 在水溶液中CuCl2电离生成了Cu2＋和Cl－，在溶液中做自由运动，电离方程式为_____________________________________。 (2)通电时 ①离子做定向运动，阴离子(Cl－)向____迁移，阳离子(Cu2＋)向____迁移。 ②阳极上Cl－失电子发生_____反应，电极反应式为______________________。阴极上Cu2＋得到电子发生____反应，电极反应式为__________________________。 ③利用石墨作电极电解CuCl2溶液的总反应式为CuCl2 eq \o(=====,\s\up15(电解)) Cu＋Cl2↑。 1．下列关于电解池的叙述中，不正确的是(　　) A．与电源正极相连的是电解池的阴极 B．电解池是电能转化为化学能的装置 C．溶液中的阳离子移向阴极 D．在电解池的阳极发生氧化反应 解析　与外接直流电源正极相连的是电解池的阳极，A错误；电解池将外接直流电的电能转化为化学能，该装置是电能转化为化学能的装置，B正确；电解池中溶液中的阳离子向得电子的一极移动，电解池中与外接直流电源负极相连的是阴极，阴极得电子，即溶液中的阳离子移向阴极，C正确；电解池的阳极失去电子流入外接直流电源的正极，在电解池的阳极发生氧化反应，D正确。 答案　A 2．某同学为了使反应2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑能进行，设计了下列四个实验，如图所示，你认为可行的方案是 (　　) 解析　Ag与盐酸不反应，所以要使反应2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑能进行，应该设计成电解池，Ag失电子发生氧化反应，Ag作阳极，氢离子得电子发生还原反应，电解质溶液中氢离子放电，则符合条件的是C。 答案　C 要点一　电解原理 1．阴极不管是什么材料，电极本身都不反应吗？ 提示：是。阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液中的阳离子放电。 2．在氯化铜溶液中除了Cu2＋和Cl－之外还有H＋和OH－，这两种离子为什么没有得到或失去电子？ 提示：电解时，溶液中离子的放电先后顺序与离子的氧化性或还原性有关，氧化性强的阳离子先得电子被还原，还原性强的阴离子先失电子被氧化。Cu2＋比H＋更容易得电子，而Cl－比OH－更容易失电子，可从氧化性强弱的角度比较得电子的顺序，从还原性强弱的角度比较失电子的顺序。 1．电解池的工作原理 接通外界电源后，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子的定向移动形成内电路，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极，如图所示。 2．电解池的阴、阳极的判断方法 3．电解池电极产物的判断 (1)阳极产物的判断：首先看电极，如果是活性电极(在金属活动性顺序中Ag以前)，则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要看溶液中阴离子的失电子能力，根据阴离子的放电顺序加以判断，阴离子的放电顺序：S2－>I－> Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。 (2)阴极产物的判断：可直接根据阳离子的放电顺序进行判断。 阳离子的放电顺序：Ag＋> Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋> Sn2＋>Fe2＋> Zn2＋> Al3＋> Mg2＋> Na＋>Ca2＋>K＋。 [例1]　(辽宁辽阳高二月考)用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则表中各项所列对应关系均正确的是(　　) 选 项 X极 实验前U 形管中液体 通电后现象及结论 A 正极 CuCl2溶液 右侧溶液中有气体逸出 B 负极 H2SO4溶液 溶液中pH增大 C 正极 NaCl溶液 U形管两端滴入酚酞后， 右侧溶液呈红色 D 负极 AgNO3溶液 左侧电极反应式是 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 解析　X极为正极，则U形管右侧石墨电极为阴极，电解氯化铜溶液时， Cu2＋在阴极被还原为单质铜，右侧溶液中无气体逸出，故A错误；电解H2SO4溶液的实质是电解水，所以H2SO4的浓度会增大，溶液中pH减小，故B错误；X极为正极，左侧石墨电极为阳极，右侧石墨电极为阴极，电解NaCl溶液时， H＋在阴极区放电，Cl－在阳极区放电，故阴极区溶液中会生成大量的Cl－，滴入酚酞后，右侧溶液呈红色，故C正确；X极为负极，则左侧石墨电极为阴极，电解硝酸银溶液时，阴极反应式为Ag＋＋e－===Ag，故D错误。 答案　C [方法技巧] 判断电解池中电极产物的思维模板 1．(北京师范大学附中期中)为探究电解的离子放电规律，进行如下实验： 序号 阳极 材料 阴极 材料 电解质 阳极 产物 阴极 产物 ① 石墨 石墨 0.1 mol·L－1 CuCl2溶液 Cl2 Cu ② 石墨 石墨 0.1 mol·L－1 NaCl溶液 Cl2 H2 序号 阳极 材料 阴极 材料 电解质 阳极 产物 阴极 产物 ③ 石墨 石墨 0.2 mol·L－1 CuSO4溶液 O2 Cu ④ 铜 石墨 0.2 mol·L－1 CuSO4溶液 Cu2＋ Cu ⑤ 石墨 石墨 MgCl2熔融液 Cl2 Mg 下列说法错误的是(　　) A．对比①②可知，阴极离子放电顺序是Cu2＋＞H＋＞Na＋ B．对比①③可知，阳极离子放电顺序是Cl－＞OH－＞SO eq \o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4)) C．对比③④可知，阳极是铜时，会先于溶液中的离子放电 D．对比①⑤可知，电解得到金属只能用熔融态，不能用水溶液 解析　由①可知铜离子的氧化性强于氢离子，由②可知氢离子的氧化性强于钠离子，得电子能力强(氧化性强)的离子优先放电，所以对比①②可知，阴极离子放电顺序是Cu2＋＞H＋＞Na＋，故A正确；由①可知离子放电顺序：Cl－＞OH－，由③可知离子放电顺序：OH－＞SO eq \o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4)) ，所以阳极离子放电顺序是Cl－＞OH－＞SO eq \o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4)) ，故B正确；电解池的阳极若是活泼电极，则金属电极本身失电子，发生氧化反应，对比③④可知，阳极是铜时，会先于溶液中的离子放电，故C正确；由①可知，电解氯化铜溶液可得到金属铜，故D错误。 答案　D 要点二　电解规律及电极反应式书写 用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，加入Cu(OH)2可使电解质溶液恢复到电解前的情况吗？ 提示：可以。当CuSO4溶液电解完毕后，继续通电相当于进一步电解水，所以存在加入Cu(OH)2可使电解质溶液恢复到电解前的情况。 1．惰性电极电解电解质溶液的规律 类型 实例 电解 质特 点 电极反 应特点 电解质 浓度 pH 电解质溶 液复原方 法 阴极 阳极 电解 水型 NaOH 可溶 性强碱 4H＋＋4e－===2H2↑ 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 增大 增大 加水 H2SO4 含氧酸 增大 减小 加水 Na2SO4 活泼 金属 含氧 酸盐 增大 不变 加水 类型 实例 电解 质特 点 电极反 应特点 电解质 浓度 pH 电解质溶 液复原方 法 阴极 阳极 电解 电解 质型 HCl 无氧 酸 2H＋＋2e－===H2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 减小 增大 通氯 化氢 CuCl2 不活 泼金 属无 氧酸 盐 Cu2＋＋2e－===Cu 减小 增大 加氯 化铜 类型 实例 电解 质特 点 电极反 应特点 电解质 浓度 pH 电解质溶 液复原方 法 阴极 阳极 放 H2 生碱 型 NaCl 活泼 金属 无氧 酸盐 2H＋＋2e－===H2↑ 生成 新电 解质 增大 通氯 化氢 类型 实例 电解 质特 点 电极反 应特点 电解质 浓度 pH 电解质溶 液复原方 法 阴极 阳极 放 O2 生酸 型 CuSO4 不活 泼金 属含 氧酸 盐 Cu2＋＋2e－===Cu 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 生成 新电 解质 减小 加氧 化铜 2.电极反应式的书写 (1)做到“三看”，正确书写电极反应式 ①一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定失电子(注：Fe生成Fe2＋)。 ②二看介质，介质是否参与电极反应。 ③三看是否有特殊信息(如题目信息)，若电解目的是制取氧化铝，则阳极产物不能是Al3＋。 (2)电解池中方程式书写的3个关键点 ①书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质一定要写成化学式。 ②电极反应的书写首先根据题干要求及信息大胆写出反应物和生成物，然后根据“阴(极)得(e－)阳(极)失(e－)”加上得失电子数目，最后根据电解质溶液酸碱性补上H＋、OH－或H2O，依据电荷守恒配平。 ③要确保两极得失电子数目相等，且总反应注明条件“电解”。 [例2]　如图所示为在直流电源的作用下电解CuSO4溶液的装置，其中A、B为石墨电极，a、b为电源的两极。当接通电源，通电一段时间后，将B电极取出，洗干净并干燥后称量，其质量增加了3.2 g，则： (1)a电极为电源的________极。 (2)写出电极反应式：A极____________________，B极______________。 (3)若要使反应后的溶液恢复到原来状态，则应该加入________，加入________g。 解析　(1)B电极质量增加，则B电极为电解池的阴极，阴极发生还原反应，铜离子得到电子转化为铜单质，阴极与电源的负极相连，因此b电极为电源的负极，a电极为电源的正极。 (2)A电极为电解池的阳极，发生氧化反应，水失去电子转化为氧气和氢离子。 (3)应补充氧化铜使电解质溶液恢复到原来状态，阴极析出的铜的质量为 3.2 g，而氧化铜中铜的质量分数为80%，因此需要补充的氧化铜的质量为4.0 g。 答案　(1)正 (2)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　Cu2＋＋2e－===Cu (3)CuO　4.0 2．下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是 (　　) A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2 B．NaOH、CuSO4、H2SO4 C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2 解析　电解盐酸的方程式为2HCl eq \o(=====,\s\up15(电解)) Cl2↑＋H2↑，电解CuCl2的方程式为CuCl2 eq \o(=====,\s\up15(电解)) Cu＋Cl2↑，A选项错误；电解CuSO4溶液的方程式为2CuSO4＋2H2O eq \o(=====,\s\up15(电解)) 2Cu＋2H2SO4＋O2↑，B选项错误；电解NaBr溶液的方程式为2NaBr＋2H2O eq \o(=====,\s\up15(电解)) 2NaOH＋H2↑＋Br2，D选项错。 答案　C 1．用惰性电极电解稀H2SO4、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最先在阴极和阳极上析出的物质分别是 (　　) A．H2和Cl2 　　　　　　 B．Cu和Cl2 C．H2和O2 D．Cu和O2 解析　溶液中存在H＋、Cu2＋ 、Na＋、SO eq \o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4)) 、NO eq \o\al(\s\up1(－),\s\do1(3)) 、Cl－、OH－，根据粒子放电顺序，阳离子为Cu2＋>H＋>Na＋，阴离子为Cl－>OH－>SO eq \o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4)) >NO eq \o\al(\s\up1(－),\s\do1(3)) ，则最先析出的物质分别为阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。 答案　B 2．某同学用石墨电极电解CuCl2溶液，设计如图所示装置并进行实验。下列叙述中正确的是 (　　) A．a端是直流电源的负极 B．通电使CuCl2发生电离 C．阳极上发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体 解析　阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，可知a端为负极、b端为正极，A正确；电解质发生电离时与是否通电无关，B错误；阳极上Cl－失电子生成Cl2阴极上Cu2＋得电子生成Cu，C、D错误。 答案　A 3．(三明五校协作高二期中联考)某溶液中含有两种溶质CuSO4和NaCl，它们的物质的量之比为2∶1，用石墨作电极电解该混合溶液时，下列叙述不正确的是(　　) A．阳极先析出Cl2后析出O2 B．阳极析出Cl2时，阴极析出的一定只有Cu C．电解最后阶段为电解水 D．电解最后阶段溶液中pH会增大 解析　阴离子放电能力：Cl－＞OH－，故阳极上先析出Cl2，假设NaCl的物质的量是1 mol，CuSO4的物质的量是2 mol，当Cl－放电完全，转移1 mol电子。阳离子放电能力：Cu2＋＞H＋，阴极先发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，Cu2＋放电完全时要转移4 mol电子，故Cl－放电完全时，只有四分之一的Cu2＋放电产生Cu单质，因此阴极析出的一定只有Cu，A和B均正确；电解到最后，Cl－、Cu2＋放电完全，为OH－、H＋放电，OH－、H＋由水电离产生，故电解最后阶段为电解水，C正确；后期电解水，导致溶液浓度增大，溶液酸性增强，则溶液pH会减小，D错误。 答案　D 4．如图X是直流电源，Y池中c、d为石墨棒，Z池中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后，发现d附近显红色。 (1)①b为电源的________(选填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)极。 ②Z池中e为________极。 ③连接Y、Z池线路，电子流动的方向是d________ (用“→”或“←”填空)e。 (2)①写出c极上反应的电极反应式： __________________________________________________________________ _________________________________________________________________。 ②写出Y池中总反应的化学方程式： __________________________________________________________________ ________________________________________________________________。 ③写出Z池中e极上反应的电极反应式： __________________________________________________________________ ________________________________________________________________。 解析　d极附近显红色，说明d为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，c为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，Y池电解NaCl溶液的总反应方程式为2NaCl＋2H2O eq \o(=====,\s\up15(电解)) 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑；直流电源中a为正极，b为负极，Z池中f为阴极，e为阳极，电极反应式分别为Cu2＋＋2e－===Cu、Cu－2e－=== Cu2＋，电子流动方向由e→d。 答案　(1)①负　②阳　③← (2)①2Cl－－2e－===Cl2↑　②2NaCl＋2H2O eq \o(=====,\s\up15(电解)) 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑　③Cu－2e－===Cu2＋ $$