4.2.1电解原理 课件 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第四章 化学反应与电能 第二节 电解池 第一课时 电解原理 1 学习目标 1.了解电解的概念，熟悉电解池的构成条件。 2.理解电解池的工作原理。 3.熟悉常见阴离子的还原性或阳离子的氧化性强弱，掌握电解规律。 4.掌握电解池电极反应式和电解反应方程式的书写。 思考：请回忆初中和高一课本中出现过“电解”的地方。 在通电条件下水分解生成氧气和氢气。 一、电解原理 【实验4-2】 石墨棒 石墨棒 + - A 湿润的碘化钾淀粉试纸 1、观察U型管内有什么现象？ 2、观察试纸颜色有什么变化？ CuCl2溶液 Cu2+ Cl- Cl- 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 实验现象 实验结论 电流表指针发生偏转 与直流电源负极相连的石墨棒上逐渐覆盖了一层红色物质 与直流电源正极相连的石墨棒上有气泡产生，气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝 结论：实验表明，CuCl2溶液在通电条件下生成了Cu和Cl2 说明电解质溶液导电，形成闭合回路 析出金属铜 产生了氯气 电解CuCl2溶液 （阳极） （阴极） 石墨 Cl－ Cu2＋ Cu2＋ Cu2＋ Cl－ Cl－ Cl－ Cl－ Cl－ Cl－ Cl－ Cu2＋ CuCl2 = Cu2+ + 2Cl- H2O ⇌ H+ + OH- 思考1：通电前，CuCl2溶液中存在哪些离子？如何运动？ Cu2+、Cl-、H+、OH-在溶液中作无规则自由运动。 阳极 石墨 阴极 Cl－ Cu2＋ Cu2＋ Cu2＋ Cl－ Cl－ Cl－ Cl－ Cl－ Cl－ Cl－ Cu2＋ 思考2：通电后，CuCl2溶液中离子如何移动？ e- e- e- e- 通电时： 在电场的作用下，溶液中的离子作定向运动， 即Cl－、OH－向阳极（与直流电源正极相连的石墨棒）迁移，Cu2＋、H＋向阴极（与直流电源负极相连的石墨棒）迁移。 思考3：写出阴、阳极的电极方程式和总反应方程式。 阳极： 阴极： 2Cl－ － 2e－ = Cl2↑（氧化反应） Cu2+ ＋ 2e－ = Cu （还原反应） 总反应式：CuCl2 ====== Cu + Cl2↑ 电解 放电：阴、阳离子到达电极，就失去或获得电子，发生氧化还原反应的过程。 Cl-＞OH- Cu2+＞H+ 放电顺序： 放电顺序： 1、注明电解池的组成。 2、标明氧化反应和还原反应发生区域。 3、标明电子的运动方向和阴阳离子的迁移方向。 绘制要求： 请同学们结合图4-10Ⅱ绘制反映电解池工作原理的示意图，并与同学们交流。 思考与交流 CuCl2溶液(或熔融电解质) e－ e－ 阴离子 得ne－ – ＋ 阳离子 e－ e－ 失ne－ 电极名称_______ 反应类型_______ 电极反应: _____________ 阴极 还原 Cu2+ + 2e- = Cu 电极名称_______ 反应类型_______ 电极反应: _____________ 阳极 氧化 2Cl- - 2e- = Cl2↑ 阳失氧 阴得还 电子流向：负极流向阴极、阳极流向正极 闭合回路 离子移动方向：阳离子流向阴极、阴离子流向阳极 一、电解原理 注意：①电流应是直流电 ②熔融态的电解质也能被电解 使电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。 1. 电解: 将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。 2.电解池： ①外加直流电源 3.电解池的构成 ③电解质溶液或熔融的电解质； ④形成闭合回路。 ②阴、阳两极 阴极:与电源负极相连，发生还原反应 阳极:与电源正极相连，发生氧化反应 4. 电极 5. 电子、离子的流向 电子的流向: 从电源负极流向电解池的阴极， 从电解池的阳极流向电源正极。 （注：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动） 离子移动的方向：阳离子向阴极移动, 阴离子向阳极移动。 ③⑥ 课堂练习1：分析下图，属于电解池的有（ ） ①有外接直流电源都是电解池，如下图甲乙丙三个串联的电解池 阳 阴 阴 阳 阳 阴 ②无外接电源装置类型的判断方法：如上图 原电池 电解池 燃料电池、铅酸蓄电池或有自发氧化还原的装置等作为化学电源（原电池）,则其他装置为电解池。 正极 负极 阴极 阳极 小结：多装置的链接的判断方法： 课堂练习2： 如图所示是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是 (　　) 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 C 【思考1】怎么判断电解池的阴阳极？ 【思考2】CuCl2溶液存在：Cu2+、Cl-、H+、OH-。为什么只有Cu2+在得电子，Cl-在失电子？ 离子得失电子的能力不同。 二、阴、阳两极的放电顺序 阴、阳两极放电顺序取决于电极材料、电解质溶液中离子本身性质（得失电子能力），另外也与离子的浓度有关。 1.电极材料： 根据电极本身是否参与反应分为惰性电极和活性电极。 惰性电极(C、Pt、Au)：作阴、阳极材料只起导电作用，都不参与反应。 活性电极(除Pt、Au外的其余金属)：活泼金属作阴极不参与反应，作阳极，金属失电子被氧化，如Fe、Cu、Ag 2.阳极放电顺序 金属失电子，发生氧化反应 若为活性电极： 若为惰性电极(Pt、Au、C等)： 仅溶液中的阴离子放电 活泼金属＞S2-＞I -＞Br -＞Cl -＞OH-＞ 含氧酸根离子(SO42-等) ＞F- (只传递电子本身不失电子) S2-＞I -＞Br -＞Cl -＞OH-＞ 含氧酸根离子(SO42-等) ＞F- 水溶液中不放电 【总结】 失电子能力 阳极常见放电顺序：活性电极>Cl- >OH- 3.阴极放电顺序 总结：溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电，与电极材料无关 Ag+＞Hg2+>Fe3+> Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+ 氧化性强的离子先放电： 水溶液中不放电，熔融态放电 阳离子得电子能力 即越活泼的金属，其阳离子越难结合电子 这4种金属离子浓度较大时，先于H+放电。 Fe3+得电子能力比Cu2+强， Fe3++e-= Fe2+ 阴极最常用的放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋ 三、电极方程式的书写 ①根据电源或信息判断阴阳两极 ②明确溶液中存在哪些离子 首先看电极材料尤其是阳极材料是否是活性电极，然后判断离子的放电顺序 包括电解质的电离和水的电离，并分成阳离子组和阴离子组 ③判断阴阳两极的放电顺序 ④根据阳极氧化，阴极还原完成电极反应式 ⑤由阴阳两电极反应式，合并得总反应式(注明电解或通电) 注意电荷守恒、物料守恒 及得失电子守恒 （弱电解质的须保持分子形式） 总结：看电极→找离子→分阴阳→排顺序→写反应 课堂练习3：书写用惰性电极电解熔融NaCl的电极方程式和总方程式。 阳极 ： 阴极： 2Cl－－2e－=Cl2↑ 2Na++2e－=2Na 总反应：2NaCl === Cl2↑+2Na 电解 课堂练习4：用惰性电极电解NaCl溶液中会有怎样的结果： H2O H+ + OH— NaCl＝Na++Cl- 离子放电的顺序 阳离子 阴离子 H+ >Na+ Cl- >OH－ 4H+ +4e－＝2H2 ↑ 总反应：2Cl－+2H2O === Cl2↑+H2↑+2OH- 电解 阳极 ： 阴极： 2Cl－－2e－=Cl2↑ 或2H2O+2e-=H2↑+2OH- 23 课堂练习5：以石墨碳棒为电极，请写出分别电解下列溶液时,在阴、阳两极上发生的电极反应式及总的化学方程式。 (1)Na2SO4 溶液: (2)CuSO4溶液: 阳极：4OH--4e-＝2H2O+O2↑ 或(2H2O-4e-=4H++O2↑ ) 阴极：2Cu2+ +4e-＝2Cu 电解 总反应式：2Cu2++2H2O＝Cu+O2↑+4H+ 阳极：4OH--4e-＝2H2O+O2↑ 或(2H2O-4e-=4H++O2↑ ) 阴极：2H++2e-=H2↑ 或(2H2O+2e- = H2↑+2OH-) 总反应方程式：2H2O = O2↑+2H2↑ 电解 (4)用银作阳极电解硫酸钠溶液。 阳极(Ag) ：___________________； 阴极：___________________； 总反应： ___________________________； (3)用铜作阳极电解稀硫酸。 阳极(Cu) ：___________________； 阴极：___________________； 总反应： ___________________________； 2H++ 2e-=H2↑ Cu- 2e-=Cu2+ Cu +H2SO4 === CuSO4 + H2 ↑ 电解 用银做电极电解硫酸钠 2Ag- 2e-=2Ag+ 2Ag +2H2O === 2 AgOH + H2 ↑ 电解 2H2O+2e-=H2↑+2OH- 借助电解，可以使非自发的氧化还原反应进行 四、常见电解类型的电解规律 类型 电解质 反应式 溶液pH 复原方法 电解水型 H2SO4 NaOH Na2SO4 电解 电解质型 CuCl2 阴极：_______________________ 阳极：_______________________ 总反应：_____________________ 变小 变大 不变 加适量水 Cu2+ + 2e- === Cu 2Cl- - 2e- === Cl2↑ CuCl2 ==== Cu + Cl2↑ 电解 变大 加CuCl2(s) 阴极：_________________________ 阳极：_________________________ 总反应：_______________________ 4H+ + 4e- === 2H2↑ 4OH- - 4e- === 2H2O + O2↑ 2H2O ==== 2H2↑+ O2↑ 电解 类型 电解质 反应式 溶液pH 复原方法 放H2 生碱型 NaCl 阴极：_________________________ 阳极：_________________________ 总反应：_______________________ 放O2 生酸型 CuSO4 阴极：_________________________ 阳极：_________________________ 总反应：_______________________ 2H+ + 2e- === H2↑ 2Cl- - 2e- === Cl2↑ 2Cu2+ + 4e- === 2Cu 4OH- - 4e- === 2H2O + O2↑ 2NaCl + 2H2O ==== 2NaOH + H2↑+ Cl2↑ 电解 2CuSO4 + 2H2O === 2Cu + 2H2SO4 + O2↑ 电解 变小 变大 通入 HCl(g) 加CuO 课堂练习6：下列关于电解池工作原理的说法中，错误的是（ ） A.电解池是一种将电能转化成化学能的装置 B.电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应 C.电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应 D.与原电池不同，电解池放电时，电极本身不会参加电极反应 D 28 课堂练习7：在某电解质溶液里，用M和N作电极，通电一段时间后，发现M极质量减小，N极质量增大，符合这一情况的是( ) A.电解质溶液是稀硫酸 B.金属M是阳极，金属N是阴极 C.M和N是石墨电极 D.M是阴极，N是阳极 B 29 课堂练习8：用石墨作电极，电解碘化钾溶液(含有少量酚酞和淀粉)。下列说法错误的是( ) A.阴极附近溶液呈红色 B.阴极逸出气体 C.阳极附近溶液呈蓝色 D.溶液的pH减小 D 30 课堂练习9：用情性电极电解下列溶液 （1）电解KNO3溶液阳极反应___________ （2）电解CuCl2溶液阴极反应___________ （3）电解氢氧化钠溶液的总反应___________ （4）电解CuSO4与NaCl混合溶液开始时阳极反应___________，阴极反应___________ 课堂练习10：在如图所示的装置中，若通直流电5min时，铜电极质量增加2.16g。请回答下列问题： (1)Y电极为直流电源的___________极。 (2)B中阳极的电极反应式为___________。 (3)C中pH变化：___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (4)A中反应的方程式为___________。若A中KCl溶液的体积是200mL，电解后，溶液的pH为___________(设电解前后溶液体积不变)。 Lavf58.20.100 $$