4.2.1电解池 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 学习目标 从宏观和微观的角度理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动、阴阳两极上的反应及其变化、电流形成的过程和原理。 学习重点 理解电解原理及电解的规律，会判断电解的产物，掌握电解池电极反应式的书写。 一、电解原理 回忆：在通电条件下水分解生成氧气和氢气 2H2O 2H2  +O2 电解 思考：若将水换成CuCl2溶液，预计会观察到什么现象？ 用石墨电极电解CuCl2溶液 【实验4-4】 在U形管中注入质量分数为25%的CuCl2溶液，插入两根石墨棒作电极材料(如图4-9)，把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的电极(阳极)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。 一、电解原理 阴极：与直流电源负极直接相连； 阳极：与直流电源正极直接相连； 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 一、电解原理 通电前: CuCl2溶液中存在哪些离子？如何移动？ 石墨 Cl－ Cu2＋ Cl－ Cl－ Cu2＋ Cl－ Cl－ OH－ Cu2＋ Cl－ H＋ Cl－ CuCl2 = Cu2+ + 2Cl- H2O H+ + OH- Cu2＋、Cl－、H＋、OH－ 自由移动 实验探究 一、电解原理 通电后: CuCl2溶液中的离子如何移动？ 阳极 石墨 e- e- e- e- 阴极 Cl－ Cu2＋ Cl－ Cl－ Cl－ Cu2＋ H＋ Cl－ OH－ Cl－ Cl－ 定向移动，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极 即阴阳相吸 一、电解原理 实验探究 通电前 通电时 向阴极迁移 向阳极迁移 阴极：还原反应 放电顺序 阳极：氧化反应 放电顺序 总反应 电解 一、电解原理 实验探究 在两极上发生氧化还原反应，这个过程叫做放电。 电子导体 电极 材料 离子导体 电极反应 电极反应 阳失氧，阴得还 电解原理 电解：使电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。 电能 化学能 氧化 反应 还原 反应 阴离子 阳离子 氧化反应 还原反应 阳极 阴极 阴离子移向______； 阳离子移向______ 阳极 阴极 离子流向 反应类型 电子流向 电源____极流向____极 ____极流向电源____极 负 阴 阳 正 e- e- 电子导体 离子导体 一、电解原理 1.电解池：借助于电流引起氧化还原反应的装置，即把电能转化为化学能的装置，叫做电解池或电解槽。 一、电解原理 2.电解池的构成条件 (1)直流电源 阴极:与电源负极相连 [还原反应] 阳极:与电源正极相连 [氧化反应] (2)阴、阳电极 (3)电解质溶液或熔融的电解质 (4)形成闭合回路 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 离子移动 阴离子移向______；阳离子移向______ 电子移动 电源____极流向电解池____极 电解池____极流向电源____极 阳极 阴极 负 阴 阳 正 一、电解原理 3.电解池中离子电子移动方向 电解池（电能转化为化学能） 原电池（化学能转化为电能 ） 电解池与原电池的比较 13 【课堂练习】如下图所示装置中属于电解池的是_____(填序号)。 ③⑥ (1)阴极（得电子能力）：溶液中的离子放电 (无需考虑电极材料) Ag+ > Hg2+ > Fe3+ > Cu2+ > H+(酸) > Pb2+ > Sn2+ >Fe2+ >Zn2+> H+(水) > Al3+ > Mg2+ > Na+ > Ca2+ > K+ 一、电解原理 4.电解池电极放电顺序 越不活泼的金属，其阳离子氧化性越强，越容易得电子。 越活泼的金属，其阳离子氧化性越弱，越难结合电子； Ag Fe2+ 这4种金属离子浓度较大时，先于H+放电。 这5种金属离子在水中不放电，只有在熔融状态下放电，制备单质时只有电解熔融氯化物或熔融氧化物。 2H++2e-=H2 ↑(酸性溶液） 2H2O+2e-=H2↑+2OH- （中性或碱性溶液） 酸电离， 浓度较大 水电离， 浓度较小 一、电解原理 ②若为惰性电极(石墨电极、金电极、铂电极):(只传递电子本身不失电子) (2)阳极：失电子，氧化反应 ①活性电极(除Pt、Au以外的金属电极)： 金属在阳极失电子被氧化成阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。 S 2->SO32->I ->Br ->Cl ->OH ->NO3 ->SO42-(等含氧酸根离子）>F- 阴离子的放电顺序是： 4.电解池电极放电顺序 (需要考虑电极材料) 电解质溶液中阴离子“争”失电子 水溶液中不放电 思路： 明确溶液中存在哪些离子 根据阳极氧化，阴极还原分析得出产物 明确阳极材料的性质（是否是惰性电极） 能在阴阳两极放电的是哪些离子分组 电解池电极反应式的书写 最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式 例：写出用惰性电极电解氯化钠溶液的电极反应和总电解反应 阳极： 。 阴极： 。 总电解反应： 。 2Cl--2e-=Cl2↑ 2H++2e-=H2↑ 2Cl-+2H2O==Cl2↑+H2↑+2OH- 电解 判断电极→找全离子→判断放电顺序→电极反应式→总反应式 注意：1.若H+、OH－由水电离，则总反应中需将其变为H2O 2.所有总反应的条件均为电解 惰性电极电解 阳极 ：2H2O－4e－＝ 4H+ +O2↑ 阴极： 4H+ +4e－＝2H2 ↑ 思考：电解后溶液中溶质的质量分数增大，若要恢复原来的浓度，需加入什么？ 1.电解水型 含氧酸 如电解H2SO4、HNO3等溶液时其电极反应式为： 总反应：2H2O O2↑ +2H2↑ 电解 复原方法： 加适量水（电解多少加多少） 二、电解规律 用惰性电极电解 阳极 ： 4OH－－4e－＝2H2O +O2↑ 阴极： 4H2O +4e－＝2H2 ↑+ 4OH－ 1.电解水型 如电解NaOH、KOH等溶液时其电极反应式为： 总反应：2H2O O2↑ +2H2↑ 电解 强碱 复原方法： 加适量水（电解多少加多少） 二、电解规律 用惰性电极电解 阳极 ： 2H2O－4e－＝ 4H+ +O2↑ 阴极： 4H2O +4e－＝2H2 ↑+ 4OH－ 1.电解水型 如电解Na2SO4、K2CO3等溶液时其电极反应式为： 总反应：2H2O O2↑ +2H2↑ 电解 氢前金属含氧酸盐 复原方法： 加适量水（电解多少加多少） 二、电解规律 用惰性电极电解 2.电解本身 复原方法：(通入一定量的HCl气体)（电极产物的化合物） 阳极： 2Cl －－ 2e－＝Cl2↑ 阴极： 2H+ + 2e－＝ H2 ↑ 无氧酸 如电解盐酸时其电极反应式为： 总反应：2HCl Cl2↑ + H2↑ 电解 二、电解规律 用惰性电极电解 2.电解本身 (加入一定量的CuCl2固体) 阳极： 2Cl －－ 2e－＝Cl2↑ 阴极： Cu2+ + 2e－＝Cu 如电解CuCl2溶液时其电极反应式为： 总反应：CuCl2 Cl2↑ + Cu 电解 氢后金属无氧酸盐 复原方法： 二、电解规律 阴极 阳极 氧 气 铜 实例 电极反应 浓度 PH值 复原 CuSO4           2CuSO4+2H2O 2Cu +O2↑+2H2SO4 阴极(Cu2+ H+): 2Cu2++ 4e-=2Cu 减小 加适量 CuO 固体 电解CuSO4 阳极(SO42- OH-) :4OH-- 4e- = 2H2O+O2 ↑ 减 小 电解 放氧生酸 电解电解质与水 用惰性电极电解 如电解CuSO4溶液、AgNO3溶液等。 阳极 ： 4OH－－4e－＝2H2O +O2↑ 阴极： 2Cu2+ +4e－＝2Cu 加入一定量CuO。 电解CuSO4溶液时其电极反应式为： 3.放氧生酸 氢后金属含氧酸盐 总反应： 2CuSO4 +2H2O 2Cu+O2↑ +2H2SO4 电解 复原方法： 二、电解规律 电解NaCl 阴极 阳极 氢 气 氯气 实例 电极反应 浓度 PH值 复原 NaCl           阳极(Cl- OH-): 2Cl-- 2e- = Cl 2 ↑ 阴极(Na+ H+):2H ++ 2e- = H2 ↑ 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 ↑+Cl2 ↑ 减小 增 大 通入适量 HCl 电解 电解电解质与水 放氢生碱 用惰性电极电解 4.放氢生碱 如电解NaCl、KCl、MgCl2 、AlCl3 溶液等。 通入一定量的HCl气体。 阳极 ： 2Cl －－ 2e－＝Cl2↑ 阴极 ： 2H+ +2e－＝ H2 ↑ 氢前金属无氧酸盐 总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH+ Cl2↑ + H2↑ 电解 电解NaCl溶液时其电极反应式为： 复原方法： 二、电解规律 阳极：S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F- Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅰ与Ⅲ区：电解本身型 如CuCl2 、HCl Ⅰ与Ⅳ区：放氢生碱型 如NaCl Ⅱ与Ⅲ区：放氧生酸型 如CuSO4、AgNO3 Ⅱ与Ⅳ区：电解水型 如Na2SO4、H2SO4 、NaOH 阴极：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>（H+） >Al3+>Mg2+>Na+ 电解规律（惰性电极）小结 碳棒作电极，在H＋、Na＋、Cu2＋、Ag＋、OH－、Cl－、NO3－等离子中选出适当离子组成电解质。 电解类型 电解质 ① 阴极放出H2，阳极放出O2 ② 阴极放出H2，阳极放出Cl2 ③ 阴极析出金属，阳极放出O2 ④ 电解过程中电解质和水都减少 考考你自己 【课堂练习】根据下列装置图，回答问题。 (1)若A、B均为惰性电极，电解质溶液为MgCl2溶液。 阳极：___________________； 阴极：___________________； 2Cl－－2e－ = Cl2↑ (2)若A为Cu，B为碳棒，电解质溶液为CuSO4溶液。 阳极：___________________；阴极：___________________。 Cu－2e－= Cu2＋　 (3)若A为碳棒，B为铁，电解质为Na2SO4溶液。 阳极：_______________________；阴极________________________； 4OH－－4e－ = 2H2O＋O2↑ 4H＋＋4e－ = 2H2↑ 2H＋＋2e－ = H2↑ Cu2＋＋2e－ = Cu 2.用石墨棒作电极，在Na＋、Cu2＋、Cl－、SO42-等离子中选出适当离子组成电解质，电解其溶液，写出符合条件的一种电解质的化学式：(1)当阴极放出H2、阳极放出O2时，电解质是________________。(2)当阴极析出金属、阳极放出O2时，电解质是____________。(3)当阴极放出H2、阳极放出Cl2时，电解质是____________。(4)通过电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量、阳极放出的气体的物质的量之比为4∶2∶1时，电解质的化学式是____________。 Na2SO4 CuSO4 NaCl CuSO4 【课堂练习】 电解 类型 举 例 电极反应 溶液 PH 变化 电解质浓度 溶液 复原 方法 物质类别 实例 电解水型 电解电解质型 含氧酸 H2SO4 强碱 NaOH 活泼金属的 含氧酸盐 KNO3 无氧酸 HCl 减小 增大 不变 H2O 阳极:2Cl- －2e-=Cl2↑ 阴极:2H++2e- = H2↑ 增大 HCl 不活泼金属的 无氧酸盐 CuCl2 阳极:2Cl- － 2e- =Cl2↑ 阴极:Cu2++2e- = Cu↓ CuCl2 阴极:4H++4e- ==2H2↑ 阳极:2H2O-4e-== 4H++O2↑ 阴极:4H2O+4e-==2H2↑+4OH- 阳极:4OH--4e- ==2H2O+O2↑ 阴极:4H2O+4e-==2H2↑+4OH- 阳极:2H2O-4e- ==4H++O2↑ 增大 增大 增大 减小 减小 电解质溶液复原方法（元素守恒法）看总反应的产物中什么元素脱离溶液，合并加入 小结：用惰性电极进行电解时的电解一般规律 电解 类型 举 例 电极反应 溶液pH变化 溶液复原方法 物质类别 实例 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 不活泼金属的含氧酸盐 CuSO4 阳极：2Cl--2e-= Cl2↑ 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH- 阳极：2H2O-4e- =O2↑+4H+ 阴极：2Cu2++4e-=2Cu HCl CuO或碳酸铜 放氢生碱型 放氧 生酸型 增大 减小 电解质浓度 生成新电解质 生成新电解质 小结：用惰性电极进行电解时的电解一般规律 阴阳极的判断 分析阳极材料是惰性电极还是活性电极。 ①活性电极：电极自身放电即电极自身失去电子发生氧化反应， 如：Fe、Cu、Ag。 Fe - 2e- = Fe2+ Cu - 2e- = Cu2+ ②惰性电极：电极自身不反应，只导电，溶液中阴离子放电。如：Au、Pt、C 【电化学过程的系统思想与方法】教材P105方法导引 电解池小结 小结：电解池与原电池的比较 原电池 电解池 能量转化 反应能否自发进行 构成装置 电极名称 电极反应 电子流向 电流流向 离子流向 化学能→电能 电能→化学能 自发进行的氧化还原反应 非自发或自发进行的氧化还原反应 两极、电解质、导线 两极、电解质、电源 负极 正极 阴极（与负极相连） 阳极（与正极相连） 失电子—氧化反应 得电子—还原反应 得电子—还原反应 失电子—氧化反应 负极→外电路→正极 负极→阴极，阳极→正极 正极→负极 正极→负极 阳离子→正极，阴离子→负极 阳离子→阴极，阴离子→阳极 小结：原电池与电解池的电极反应：负阳氧，正阴还 原电池的离子走向：阳正，阴负；电解池的离子走向：阴阳相吸 Lavf57.83.100 $$