4.2 电解池 第1课时 课件 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第1课时　电解原理 第二节　电解池 第四章　化学反应与电能 1 知识回顾——电解水 1. 在右图的方框内标出电源的正、负极，并书写该反应化学方程式。 2.书写水的电离方程式，并思考未通电前纯水中有哪些离子？如何运动？ 3.在接通电源时，纯水中的离子如何运动？为什么会发生这样的运动？通电后水的电离平衡是否被破坏？ 4. 根据氧化还原反应的知识，H2是怎么产生的？O2又是如何产生的？H2与O2的电极上分别发生了什么反应？ 5.用能量转化的观点思考，电解水这一过程中存在哪种能量转化？ - + 2H2O=2H2↑+O2↑ 电解 H2O=H++OH- H+、OH- 自由移动 H+移向阴极，OH-移向阳极；外加电场的作用；没有破坏水的电离 2H++2e-=H2↑ 4OH--4e-=O2↑+2H2O 总结归纳：通电可以使水电离出的H+和OH-定向移动两极，发生氧化还原反应，将电能转化为化学能。 2 1.电解： 2.电解池： 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。 将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。 3.构成电解池的条件： ①有外接直流电源 ② 阴、阳两个电极 ③电解质溶液或熔融电解质 ④ 形成闭合回路 一、电解原理 C C 阳极 阴极 以电解水为例进行分析 4H++4e-=2H2↑ （阴极-发生还原反应） 4OH--4e-=O2↑+2H2O （阳极-发生氧化反应） H2O溶液 3 氧化反应（失电子） 还原反应（得电子） 阴离子 阳离子 与直流电源正极相连的一极 与直流电源负极相连的一极 H2O 溶液 电解池 阳极 阴极 总反应式： 2H2O === 2H2↑+O2↑ 电解 4OH--4e-=O2↑+2H2O 4H++4e-=2H2↑ 思考：往水溶液里加入氯化铜，变成氯化铜溶液，进行电解，现象是否会有所不同呢？ H2O溶液电解原理 4 【实验4-2】 在U形管中注入CuCl2溶液，插入两根石墨棒做电极，把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的石墨棒附近，接通直流电源，观察U形管内的现象和试纸颜色的变化。 思考：氯化铜溶液中含有哪些离子? 阳离子： 阴离子： Cl- 、OH- 预测猜想：通电时在阳极和阴极是什么离子在发生电极反应？产物可能是什么？ 阴极区： 阳极区： ↓e- ↑e- Cu2+ 、H+ Cu2+ → Cu H+→H2↑ Cl- → Cl2↑ OH- →O2↑ ？ 5 【实验仪器和药品】 直流电源、石墨电极、导线、表面皿、0.05mol/L的CuCl2溶液、KI-淀粉试纸、小研钵、卸妆棉 【实验步骤】 实验4-2——电解CuCl2溶液 1.用卸妆棉代替U形管，组装好实验装置（见右图） 2.接通直流电源，电解饱和CuCl2溶液，观察现象 3.把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的石墨棒附近，观察现象。 4.电解片刻后，停止通电，取出与负极相连的石墨棒，观察并记录实验现象。 6 实验4-2探究结果 实验现象 实验结论 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 析出金属铜 产生了氯气 结论：实验表明，CuCl2溶液在通电条件下生成了Cu和Cl2 思考1：在CuCl2溶液中，存在着四种离子：Cu2+、Cl- 和H+、OH-。为什么只有Cu2+在得电子，Cl-在失电子？放电能力与什么因素有关？ 阳极：阴离子的还原性（失电子能力） Cl- > OH- 阴离子失去电子，阳离子得到电子的过程叫放电。 当电解质溶液中存在多种阳离子或阴离子时，离子在电极上放电顺序不同。 阴极：阳离子的氧化性（得电子能力） Cu2+ > H+ 离子放电顺序取决于离子本身性质（得失电子能力），另外也与离子的浓度及电极材料有关。 思考2：阴阳离子的放电顺序是什么？ 8 Al3+~ K+水溶液中不放电，熔融状态下放电，制备单质时只有电解熔融氯化物或熔融氧化物。 【总结】上述顺序基本上与金属活动顺序一致，即越活泼的金属，其阳离子越难结合电子，但Fe3+氧化性较强，排在Cu2+之前。 4.电解质离子放电顺序(与电极材料无关)：电极只导电，溶液中的阳离子放电，得电子能力（氧化性）强的离子先放电。 Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H2O(H+)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+ 得到电子，由易到难 这4种金属离子浓度较大时，先于H+水放电。 Fe3+得电子能力比Cu2+强，但第一阶段Fe3+只被还原为Fe2+ 一、电解原理 9 1.活性电极： Fe、Cu、Ag 直接失去电子 Fe-2e- =Fe2+ Cu-2e- =Cu2+ Ag-e-=Ag+ 2.惰性电极：Pt、石墨 溶液中的阴离子放电顺序： 2Cl--2e-=Cl2 4OH--4e-=2H2O + O2↑ 或 2H2O-4e-=4H++O2↑ ②阳极(与电极材料有关)：先分析阳极材料是惰性还是活性电极，溶液中的阴离子失电子，发生氧化反应，失电子能力（还原性）强的离子先放电。 （金属）活性电极>S2->I->Fe2+>Br->Cl->OH->含氧酸根（SO42-、NO3-、CO32-）>F- 失去电子，由易到难 S2->I->Fe2+>Br->Cl->OH->含氧酸根（SO42-、NO3-、CO32-）>F- 10 电解氯化铜溶液的微观反应过程 Cl— Cl— Cl— Cl— Cu2+ Cu2+ Cu2+、Cl- 无规则运动 Cu2+、Cl- 定向运动 Cl— Cl- Cl— Cl— Cu2+ Cu2+ Cu2+、Cl- 发生电子得失 阴阳两极上 生成Cu、Cl2 Cl2 Cl2 e- e- 阳极 阴极 电解过程分析： (1)通电前：CuCl2在水溶液中电离： 。 (2)通电时：Cu2+向 移动；Cl-向 移动。 阴极： （ 反应） 阳极： （ 反应） 总反应： 。 Cl- Cl- Cl- Cl- Cu2+ Cu2+ CuCl2 = Cu2+ + 2Cl- 阴极 阳极 Cu2+ + 2e- = Cu 2Cl- - 2e- = Cl2↑ CuCl2 === Cu + Cl2 ↑ 电解 还原 氧化 11 ①电流：电源正极→电解池阳极→电解质溶液→电解池阴极→电源负极） ②电子流向：电源 极 → 电解池 极 →电解池 极 → 电源 极 ③离子：阳离子 → 电解池 极 阴离子 → 电解池 极 负 正 阳 阴 阴 阳 电流(I)流向 5.电解池中电流、电子、离子的移动方向 e- 溶液中离子定向移动 负极 阴极 阳极 正极 e- CuCl2溶液 一、电解原理 12 氧化反应（失电子） 2Cl- -2e- =Cl2↑ 还原反应（得电子） Cu2++2e- = Cu 阴离子 阳离子 与直流电源正极相连的一极 与直流电源负极相连的一极 CuCl2 === Cu + Cl2↑ 电解 CuCl2 溶液 电解池 阳极 阴极 e－ e－ 总反应式：2Cl- ＋Cu2＋ === Cu+Cl2↑ 电解 小结：CuCl2溶液电解原理 课堂小结 13 例：写出用石墨做电极电解CuCl2溶液的电极反应式及总电解方程式 ① 首先分析、比较出阴阳极的放电离子 阴极：Cu2+ > H+ 阳极：Cl- > OH- ② 然后写电极反应式 ： 阴极： 阳极： Cu2+ + 2eˉ === Cu 2Cl- -2e- === Cl2↑ ③ 两极反应式相加得总方程式 2Cu2+ +2Cl- === 2Cu＋Cl2↑ 电解 CuCl2 === Cu + Cl2↑ 电解 二、电极反应式的书写 分析电解反应的一般思路： ①判断电极材料 ②明确溶液中存在哪些离子 ③判断阴阳离子的放电顺序 ④根据阳极氧化，阴极还原分析得出产物，两极相加得到总方程式 【注意】1.标明条件：通电或电解。 2.若电解的H+ 或OH- 来自于H2O，在方程式中要以H2O形式存在，不能书写H+或OH-作为反应物。 14 思考：电解氯化铜溶液时，溶液中Cu2+和Cl－放电基本完毕后，电解过程是否也就停止了呢？ 溶液中Cu2+和Cl-放电完毕后，原溶液变为纯水，此时，在纯水中存在H+和OH-， H+在阴极放电，OH-在阳极放电，实际上是电解水的过程，电极反应式如下： 二、电极反应式的书写 阴极： 阳极： 总反应： 4H2O+ 4e－ === 2H2 ↑ +4OH－ 2H2O－4e-=== 4H+ + O2 ↑ 2H2O === 2H2↑ + O2 ↑ 电解 注意：书写反应的总离子方程式时，若参与电极反应的H+(或OH-)是由水电离出来的，应用水的分子式表示。 15 电解池 原电池 电极名称 ______极 (与电源负极相连) ______极 (与电源正极相连) ______极 (电子流出的电极) ______极 (电子流入的电极) 电极反应 (氧化、还原) ______反应 ______反应 ______反应 ______反应 能量转变 _____能转变为_____能 ______能转变为____能 反应是自发还是不自发 阴 阳 负 正 还原 氧化 氧化 还原 电 化学 化学 电 不自发 自发 原电池和电解池比较 16 e- e- 阴极 阳极 化合价升高 氧化产物 阳离子（氧化性） 阴离子（还原性） 还原剂 失电子 还原产物 氧化剂 得电子 化合价降低 装置要素 失电子场所 （阳极材料） 离子导体 （电解质） 电子导体 （导线） 得电子场所 （阴极材料） 反应微粒 生成微粒 电子流向 得失电子 微粒后续反应 原理要素 e- e- 宏观辨识 微观探析 证据推理 模型认知 归纳总结：构建电解的原理模型 阳极氧化 阴极还原 17 1、 关于原电池、电解池的电极名称，下列说法错误的是(　　) A．原电池中失去电子的一极为负极 B．电解池中与直流电源负极相连的一极为阴极 C．原电池中相对活泼的一极为正极 D．电解池中发生氧化反应的一极为阳极 C 2、电解池中，阳极的电极材料一定(　　) A．发生氧化反应 B．与电源正极相连 C．是铂电极 D．得电子 B 随堂练习 18 3.(2021·北京丰台区期中)以石墨作电极，电解AgNO3溶液，可在两极分别得到Ag和O2，下列说法正确的是(　　 )A.氧化性：Ag＋＞H＋，还原性：NO3-＞OH－B.Ag附着在阳极：Ag＋＋e- === AgC.电解过程中溶液的酸性将逐渐减弱D.电路中每转移1 mol电子，可生成1molAg和0.25 molO2 D ＜ 阴极 ↑ 阳极：2H2O-4e-=4H++O2↑ 阴极：Ag＋＋e－=Ag 1 mole-~1 molAg~0.25 molO2 4Ag++2H2O === 4Ag+O2↑+4H+ 电解 C 装置A、B、D中无直流电源，且装置D中不能形成闭合回路 4.如下图所示装置中，属于电解池的是(　 ) $$