第1章 第3节 第1课时 电解的原理-【创新教程】2025-2026学年高中化学选择性必修1五维课堂同步Word教案（鲁科版2019）

第3节　电能转化为化学能——电解 第1课时 电解的原理 课标要点 核心素养 1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用 2．了解电解池的工作原理 3．能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池 1.宏观辨识与微观探析 2.证据推理与模型认知 3.科学探究与创新意识 能运用化学符号和定量计算等手段说明电解池的组成及工作原理，能分析电解过程中的物质变化和伴随发生的能量转化 (1)能对复杂的电解问题中的关键要素进行分析以构建相应的模型 (2)能认识和构建电解池装置和工作原理的认知模型，并能说明模型使用的条件和适用范围 能根据文献和实际需要提出综合性的探究课题，能用数据、图表、符号等处理实验信息 [知识梳理] 1．电解熔融NaCl实验 电极名称 铁电极 石墨电极 现象 铁片上产生银白色金属 石墨片周围有气泡产生 离子移动 方向 　阳离子(Na＋)　移向铁电极 　阴离子(Cl－)　移向石墨电极 电极 反应式 　2Na＋＋2e－===Na　 2Cl－－2e－===Cl2↑ 反应类型 　还原反应　 　氧化反应　 实验结论 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ [易错警示]　电解质的导电过程是被电解的过程，属于化学变化；金属导电过程是电子的定向移动，属于物理变化。 2．基本概念 (1)电解：让　直流电　通过电解质溶液或熔融的电解质，在两个电极上分别发生　氧化　反应和　还原　反应的过程。 (2)电解池 ①定义：将　电能　转化为　化学能　的装置。 ②构成条件，　直流　电源、固体电极材料以及电解质溶液或熔融的电解质并构成　闭合回路　。 (3)电极 阳极——发生　氧化　反应的电极(与电源正极相连)， 阴极——发生　还原　反应的电极(与电源负极相连)。 (4)电极反应 在电极上进行的半反应，可以用电极反应式表示。 3．电解池的工作原理 [说明]　(1)放电：离子在电极表面得到或失去电子的过程。 (2)水中存在平衡：H2OH＋＋OH－，当OH－和H＋的浓度改变时，平衡发生移动。 [自我评价] 1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”) (1)与电源正极相连的是电解池的阴极。( × ) (2)用惰性电极电解NaCl溶液时可以得到Na和Cl2。( × ) (3)电解池工作时，阳极发生还原反应，失去电子。 ( × ) (4)电解池工作时，阳极上的电子通过电解质溶液移向阴极。( × ) (5)电解AgNO3溶液时，Ag＋移向阳极，NO移向阴极。( × ) 解析：(1)电解池的阳极连接电源的正极。 (2)用惰性电极电解NaCl溶液得H2、Cl2、NaOH。 (3)电解过程中，阳极发生氧化反应。 (4)电解池中电子不通过电解质溶液。 (5)电解池中，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。 2．连一连 将下面的电极反应与对应的电极名称连线。 ①Na＋＋e－===Na ②氧化反应 A.阳极 ③还原反应 ④4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ B.阴极 答案：①—B　②—A　③—B　④—A 3．想一想 某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在图中。 请你分析电极a、b、c、d的名称以及Q离子是阴离子还是阳离子？ 提示：根据题图知，该装置有外接电源，所以属于电解池，根据电子流向知，c是负极，d是正极，a是阴极，b是阳极，电解时，电解质溶液中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，则Q离子是阳离子，P离子是阴离子。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　 电极产物的判断　电极反应式的书写 (素养养成——宏观辨识与微观探析) [实验素材] 实验目的：以电解氯化铜溶液为例研究电解的基本原理。 实验步骤：在U形管中注入CuCl2溶液，插入两根石墨棒作电极(如图)，把湿润的淀粉碘化钾试纸放在与直流电源正极相连的电极附近，接通电源。 实验现象：阴极石墨棒上逐渐覆盖了一层红色的铜，在阳极石墨棒上有刺激性气味气体产生，且使湿润的淀粉碘化钾试纸变成蓝色。 [思考探究] 1．分析上述电解池工作时，电子的流向、离子的运动方向，并在上图的基础上，绘制出电解池工作时，是如何构成闭合回路的？ 提示：接通外接电源后，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，阳离子向阴极移动，在阴极上得电子，发生还原反应，阴离子向阳极移动，在阳极上失去电子，发生氧化反应，电子由阳极流出，并沿导线流回电源的正极，如图所示。 2．根据上述实验现象分析，电解过程中在阴极、阳极上各发生什么反应？其电极反应式分别是什么？电解的总反应式是什么？ 提示：氯离子在阳极上失去电子发生氧化反应，铜离子在阴极上得电子发生还原反应，电极反应式分别为 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应) 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应) 总反应方程式：CuCl2Cu＋Cl2↑ [核心突破] 1．电解时电极产物的判断——“阳失阴得” 2．电解池的阴极、阳极的判断方法 3．电解池电极反应式及电解总反应式的书写步骤 书写 步骤 具体操作 判断 两极 阳极：与电源正极相连 阴极：与电源负极相连 判断 反应 微观 粒子 活性电极：电极材料本身失电子 溶液中的较易得电子的阳离子反应 惰性电极：溶液中较易失去电子的阴离子反应 书写 电极 反应 式 活性电极：M－ne－===Mn＋ Mn＋＋ne－===M 惰性电极：mRn－－mne－===Rm 书写 电解 总方 程式 根据得失电子数相等，将阴、阳极电极反应式相加得电解总反应式，注意若是水电离的H＋或OH－参与电极反应，写总反应式时要写成H2O [典例示范] [典例1]　如图所示，下列有关实验现象的描述正确的是(　　) 选项 a电极 b电极 X溶液 实验现象 A 石墨 石墨 CuCl2溶液 a极质量增加，b极放出无色气体 B Fe 石墨 KNO3溶液 a极质量增加，b极放出无色气体 C Fe Cu CuSO4溶液 a极质量增加，b极质量减少 D 石墨 石墨 HCl溶液 a极放出无色气体，b极放出无色气体 解析：C　[a电极为阴极，得到电子，发生还原反应，b电极为阳极，失去电子，发生氧化反应。A项，a电极上有铜生成，质量增加，b电极上有黄绿色的氯气生成，A项错误；B项，a电极上有氢气生成，质量不变，b电极上有无色的氧气生成，B项错误；C项，a电极上有铜生成，质量增加，b电极为活泼电极，铜失去电子转化为铜离子，质量减少，C项正确；D项，a电极上有无色的氢气生成，b电极上有黄绿色的氯气生成，D项错误。] [归纳总结] (1)书写电解池中电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成化学式。 (2)书写两极电极反应式时，要确保两极得失电子数目相等。 (3)铁作阳极时，铁失去电子生成Fe2＋而不是Fe3＋。 (4)书写电极反应式时，要判断阳极溶解生成的阳离子是否和电解质溶液中的阴离子发生反应。 [学以致用] 1．现用Pt作电极电解1 L浓度均为0.1 mol·L－1的HCl、CuSO4的混合溶液，装置如图，下列说法正确的是(　　) A．电解开始时阴极有H2放出 B．电解开始时阳极上发生：Cu2＋＋2e－===Cu C．当电路中通过电子的量超过0.1 mol时，此时阴极放电的离子发生了变化 D．整个电解过程中，SO不参与电极反应 解析：D　[依据放电顺序，阴极先放电的是Cu2＋，故阴极开始析出的是Cu，阳极先放电的是Cl－，故阳极开始产生的是Cl2，A、B两项错误。n(Cu2＋)＝0.1 mol，由阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu可知，当电路中通过电子的量达到0.2 mol时，此时Cu2＋消耗完毕，阴极放电离子变为H＋，所以C项错误；阳极先是Cl－放电，当Cl－消耗完毕，此时H2O电离产生的OH－开始在阳极放电，SO不参与电极反应。] 2．如图是电解氯化铜溶液的装置，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 解析：C　[由图示电流方向可知，a是电源正极，b是电源负极；则c是电解池的阳极，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，溶液中氯离子不断减少；d是电解池的阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，d电极质量不断增加。] 　　　 用惰性电极电解电解质水溶液 　 的类型总结 (素养养成——证据推理与模型认知) [实验素材] [思考探究] 1．利用图中装置分别电解Na2SO4溶液、NaOH溶液和稀硫酸能产生装置中的现象吗？为什么？ 提示：能。 因为电解Na2SO4溶液、NaOH溶液、稀硫酸实质上都是电解水。 阳极(A试管内)发生：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；阴极(B试管内)发生：4H＋＋4e－===2H2↑。 2．利用图中装置分别电解饱和NaCl溶液、NaNO3溶液产生的现象相同吗？为什么？ 提示：不相同。 因为电解饱和NaCl溶液，阳极(A试管内)发生：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极(B试管内)发生：2H＋＋2e－===H2↑，若不考虑Cl2、H2的溶解，理论上气体体积相同；电解NaNO3溶液实质是电解水，阳极(A试管内)发生：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极(B试管内)发生：4H＋＋4e－===2H2↑，两者的体积比为1∶2。 [核心突破] 类型 电极反 应特点 例子 实际 电解 对象 电解质 浓度 溶液 pH 电解质溶 液复原 电解 电解 质型 电解质的 离子放电 HCl HCl 减少 增大 加HCl CuCl2 CuCl2 减少 — 加CuCl2 电解 水型 阳极 OH－放 电，阴极 H＋放电 NaOH H2O 增大 增大 加H2O H2SO4 H2O 增大 减小 加H2O Na2SO4、 KNO3 H2O 增大 不变 加H2O 放出 氢气 生成 碱型 阴极 H＋放 电 NaCl 电 解质 和水 部分离 子浓度 减少 增大 加HCl KBr 加HBr 放出 氧气 生成 酸型 阳极 OH－ 放电 AgNO3 电 解质 和水 部分离 子浓度 减少 减小 加Ag2O CuSO4 加CuO [典例示范] [典例2]　(双选)用惰性电极进行下列电解，有关说法正确的是(　　) ①电解稀硫酸　②电解Cu(NO3)2溶液　③电解KOH溶液　④电解NaCl溶液 A．通电进行一段时间后四份溶液的pH均增大 B．反应②中通电一段时间后，向溶液中加入适量的CuO固体可使溶液恢复到电解前的情况 C．反应③中阳极消耗OH－，故溶液浓度变小 D．反应④中阴、阳两极上气体产物的物质的量之比为1∶1 解析：BD　[依据电解规律可知①为电解水型，②为放氧生酸型，③为电解水型，④为放氢生碱型，所以A、C错误；B项电解产物为Cu和O2，所以加氧化铜固体可恢复，正确；D项阳极产生Cl2，阴极产生H2，物质的量之比为1∶1，正确。] [刨根问底] (1)反应③④中需向溶液中加入什么物质可复原？ (2)反应②中如向溶液中加入Cu(OH)2可复原吗？ 解析：(1)③加H2O、④加HCl。 (2)不可，因为Cu(OH)2和CuO相比，多了H2O，不能恢复到原浓度。 [方法规律]　电解后溶液复原时遵循的原则 少什么(元素的种类及原子个数比)加什么(按所少元素原子个数比组合成一种新物质加入)。 [学以致用] 3．如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是(　　) A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的 B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体 C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色 D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色 解析：D　[a、b电极分别为电解池的阴极和阳极，其电极反应分别是4H＋＋4e－===2H2↑和4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；即a极逸出的气体体积比b极大。a极和b极溶液分别显碱性和酸性，故可以看到a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色。] 4．用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种物质(括号内物质)，能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是(　　) A．KOH(KOH)　　　　　 B．HNO3(HNO3) C．KCl(HCl) D．AgNO3(H2O) 解析：C　[A、B项中均逸出H2、O2，应加适量水；C项中逸出H2、Cl2，应通入HCl(g)；D项中产生O2、Ag，应加Ag2O。] [素养提升] 电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法，即保持污水的pH为5.0～6.0，通过电化学法生成Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体具有吸附作用，可吸附水中的污物而使其沉淀下来，起到净水的作用。某兴趣小组同学在实验室中进行模拟，设计了如图装置。 (1)判断甲、乙装置的名称。(宏观辨识与微观探析) (2)写出乙池中的电极反应式。(变化观念与平衡思想) (3)在实验过程中观察到甲池中的两个电极上均有无色气泡产生，同时在铁电极附近产生红褐色的胶状物。据此分析甲池中产生Fe(OH)3胶体的原理。(证据推理与模型认知) (4)实验时污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，导致效率较低。为了增强污水的导电能力，可以向污水中加入适量实验室中的下列哪种物质？(科学探究与创新意识) ①稀硫酸　②BaSO4　③Na2SO4　④NaOH ⑤酒精 解析：(1)提示：甲池为电解池、乙池为原电池。由于乙池中通入的是甲烷和空气，因此为燃料电池，故甲为电解池。 (2)提示：乙池为燃料电池，燃料电池中，正极反应一定是氧气得电子的过程，该电池的电解质环境是熔融碳酸盐，电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO，通入甲烷的电极作负极，电极反应式为CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O。 (3)提示：活泼金属电极作电解池的阳极时，则电极本身放电：Fe－2e－===Fe2＋；有气体生成说明产生了氧气，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，而二价铁离子具有还原性，能被氧气氧化为正三价，4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋。 (4)提示：应加入③。保持污水的pH为5.0～6.0，通过电解生成Fe(OH)3沉淀时，加入的使导电能力增强的电解质必须是可溶于水的、显中性的盐。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．用惰性电极电解稀硫酸、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一段时间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：B　[溶液中的离子有H＋、Cu2＋、Na＋及SO、NO、Cl－、OH－七种离子，得电子能力：Cu2＋＞H＋＞Na＋，失电子能力：Cl－＞OH－＞含氧酸根，所以电解初期阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，故选B。] 2．如图所示，某同学设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是(　　) A．铅笔端作阳极，发生还原反应 B．铂片端作阴极，发生氧化反应 C．铅笔端有少量的氯气产生 D．a端是负极，b端是正极 解析：D　[根据电解原理可知电极反应为 阴极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应) 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应) 若要能够出现“黑笔写红字”的现象，必须是铅笔作阴极，这样铅笔附近产生的OH－会使酚酞溶液变红。因此与铅笔相连的a点是直流电源的负极。] 3．(双选)用惰性电极分别电解下列各物质的水溶液，一段时间后，向剩余电解质溶液中加入适量相应的溶质能使溶液恢复到电解前浓度的是(　　) A．CuSO4 B．Na2SO4 C．CuCl2 D．HCl 解析：CD　[电解CuSO4发生反应：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，加CuO或CuCO3均可恢复；电解Na2SO4的水溶液实际电解的是水，加水可恢复。] 4．如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答： (1)电源中X极是　________　(填“正”或“负”)极。 (2)通电5 min时，B中共收集到224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(CuSO4)＝________________________________________________________________________。 (3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，电解后溶液中仍有Cl－，则电解后溶液中的c(OH－)＝　________　(体积变化忽略不计)。 解析：(1)铜电极质量增加，说明银在铜电极析出，则铜电极为阴极，X为负极。 (2)C中铜电极质量增加2.16 g，即析出0.02 mol Ag，线路中通过0.02 mol电子。 由4e－～O2，可知B中产生的O2只有0.005 mol，即112 mL(标准状况)。但B中共收集到224 mL(标准状况)气体，说明还有112 mL(标准状况)气体生成，即Cu2＋全部在阴极放电后，H＋接着放电产生H2，则通过0.01 mol电子时，Cu2＋已被电解完，由2e－～Cu，可知n(Cu2＋)＝0.005 mol，则c(CuSO4)＝＝0.025 mol·L－1。 (3)由4e－～4OH－知，A中生成0.02 mol OH－，则c(OH－)＝0.1 mol·L－1。 答案：(1)负　(2)0.025 mol·L－1　(3)0.1 mol·L－1 [课堂小结] 学科网（北京）股份有限公司 $$