4.2 电解池（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二化学选择性必修第一册（人教版2019）

第二节 电解池 知识点 1 电解原理 必备知识 清单破 1.电解池:将电能转化为化学能的装置。 特别提醒    电解是一种强氧化还原手段,可实现非自发的氧化还原反应。 (1)电解池的构成条件 ①直流电源;②两个电极(阴极、阳极);③电解质溶液、熔融电解质或固态离子导体;④形成 闭合回路。 (2)电解池的工作原理 ①电极名称和电极反应式(以惰性电极电解CuCl2溶液为例) 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 ②电子流向和离子移动方向 　　导线上(外电路)电子从电源的负极流出,经导线流向电解池的阴极。电解池的阳极上产 生的电子经导线流入电源的正极。溶液中(内电路)阴离子移向阳极,阳离子移向阴极。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 2.电解规律 (1)阳极产物的判断 ①活性电极(除Au、Pt以外的金属材料)作阳极,电极材料失电子,生成金属阳离子。 ②惰性电极(Pt、Au、石墨等)作阳极,要依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。 　　S2-、I-、Br-、Cl-放电,产物一般分别是S、I2、Br2、Cl2;若OH-放电,则得到O2。 (2)阴极产物的判断 　　无论是惰性电极还是活性电极都不参与阴极反应,发生反应的是溶液中的阳离子。阳离 子放电顺序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+。 　　若金属阳离子(Fe3+除外)放电,一般得到相应金属单质;若H+放电,则得到H2。 特别提醒    放电顺序本质遵循氧化还原反应的“优先规律”,即得(失)电子能力强的离子先放电。 3.用惰性电极电解电解质溶液的类型【详见定点1】 4.电解池中电极的判断及电极反应式书写的关注点【详见定点2】 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 知识点 2 电解原理的应用 1.电解饱和食盐水(氯碱工业) (1)电解原理示意图 　　阳离子交换膜的作用:阻止OH-进入阳极室与Cl2发生副反应2NaOH+Cl2 NaCl+ NaClO+H2O;防止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 (2)电极反应与电解总反应方程式 　　阳极:2Cl--2e- Cl2↑(氧化反应); 　　阴极:2H2O+2e- H2↑+2OH-(还原反应)。 　　检验阳极产物的方法:用湿润的KI-淀粉试纸靠近阳极,若试纸变蓝,证明生成了Cl2。电 解时向食盐水中滴加酚酞溶液,阴极附近溶液变红,说明该电极附近的产物有NaOH。 　　化学方程式:2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑;离子方程式:2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 2.电镀 　　应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺称为电镀。如金 属制品表面电镀铜: 　　阳极反应:Cu-2e- Cu2+;阴极反应:Cu2++2e- Cu。 特别提醒    电镀过程中的“一多,一少,一不变”:“一多”指阴极上有镀层金属沉积;“一 少”指阳极上有镀层金属溶解;“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 3.电解精炼铜   特别提醒    电解精炼铜过程中的“两不等”:电解质溶液浓度在电解前后不相等;阴极增加 的质量和阳极减少的质量不相等。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 4.电冶金 　　利用电解法可冶炼钾、钙、钠、镁、铝等活泼金属。 　　冶炼钠:2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑;2Cl--2e- Cl2↑(阳极),2Na++2e- 2Na(阴极)。 　　冶炼镁:MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑;2Cl--2e- Cl2↑(阳极),Mg2++2e- Mg(阴极)。 　　冶炼铝:2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑;6O2--12e- 3O2↑(阳极),4Al3++12e- 4Al(阴极)。 特别提醒    冶炼铝时,通常电解熔融的Al2O3,常利用冰晶石(Na3AlF6)作助熔剂。 5.电化学计算的基本方法和技巧【详见定点3】 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 知识辨析 1.用石墨作电极电解CuCl2溶液,阴极逸出的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色,这种说 法对吗? 2.电解H2SO4溶液时,H+放电,溶液的pH逐渐增大,这种说法对吗? 3.电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料,这种说法对吗? 4.电解精炼铜时,阳极和阴极转移电子的物质的量相同,其质量变化也相同,这种说法对吗? 5.可以分别电解熔融的MgO和AlCl3来冶炼Mg和Al,这种说法对吗? 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 一语破的 1.不对。Cl2在阳极生成,可使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。 2.不对。电解H2SO4溶液,实际是电解水,pH减小。 3.不对。金属材料Pt和Au都是惰性电极,阴、阳两极都可用,也可用较活泼金属Zn、Fe等作 阴极。 4.不对。虽然电解时阳极和阴极转移电子的物质的量相同,但阳极开始是比Cu活泼的金属失 电子,后来才是Cu失电子,而阴极始终是Cu2+得电子,故阳极减少的质量和阴极增加的质量不 相等。 5.不对。MgO熔点高,熔融需要的能量高,可电解熔融MgCl2冶炼Mg;AlCl3是共价化合物,熔融 时不导电,可电解熔融Al2O3来冶炼Al。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 关键能力 定点破 定点 1 用惰性电极电解电解质溶液 1.电解类型及规律 电解 类型 实例 阳极反应式 阴极反应式 pH变化 电解质溶液的变化 电解后复原应加入物质 电解 水型 H2SO4溶液 2H2O-4e-  O2↑+ 4H+ 4H++4e-  2H2↑ 减小 浓度增大(饱和溶 液除外) H2O NaOH溶液 4OH--4e-  O2↑+ 2H2O 4H2O+4e-  2H2↑ +4OH- 增大 KNO3溶液 2H2O-4e-  O2↑+ 4H+ 不变 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 电解类型 实例 阳极反应式 阴极反应式 pH变化 电解质溶液的变化 电解后复原应加入物质 电解电解质型 盐酸 2Cl--2e- Cl2↑ 2H++2e- H2↑ 增大 浓度减小 HCl Cu2++2e- Cu 增大 CuCl2溶液 CuCl2 放氢生碱型 NaCl溶液 2Cl--2e- Cl2↑ 2H2O+2e- H2↑+2OH- 增大 生成新电解质 HCl 放氧生酸型 CuSO4溶液 2H2O-4e- O2↑+4H+ 2Cu2++4e- 2Cu 减小 生成新电解质 CuO或CuCO3 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 特别提醒    电解质溶液复原时,不仅要求溶质的种类不变,还要注意溶质的浓度也不变,复原 时遵循“少什么加什么,少多少加多少”的原则,所加物质可以是阴极产物和阳极产物的化 合物。 2.电解后电解质溶液pH的变化 (1)电解过程中,既产生H2,又产生O2,实质是电解水,溶液浓度增大(饱和溶液除外),因而原溶液 若呈酸性,则pH变小;原溶液若呈碱性,则pH变大;原溶液若呈中性,则pH不变。 (2)电解过程中,产生H2(不产生O2),溶液中OH-浓度增大,pH变大。 (3)电解过程中,产生O2(不产生H2),溶液中H+浓度增大,pH变小。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 定点 2 电解池中电极的判断及电极反应式书写的关注点 1.电解池中阴、阳极的判断 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 2.电极反应式书写的关注点 (1)电极材料 　　若阳极是金属(Au、Pt除外),则金属一定被氧化(一般情况下,Fe被氧化为Fe2+,但具体应 结合背景信息)。例如,采用如图装置制取具有广泛用途的K2FeO4,则结合电解质溶液为KOH 浓溶液可知阳极反应式为Fe-6e-+8OH-  Fe +4H2O。   第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 (2)电解质溶液的酸碱性 　　若电解质溶液呈碱性,一般用OH-或H2O来配平电荷与原子数;若电解质溶液呈酸性,一般 用H+或H2O来配平电荷与原子数。如图所示用石墨作电极电解HNO3溶液,b极有NO生成,则b 极的电极反应式为N +4H++3e- NO↑+2H2O。   (3)电解质状态 　　若电解质是熔融态金属氧化物或盐,一般为金属的冶炼。例如:电解熔融氧化铝制取金 属铝。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 特别提醒    ①书写电解池中的电极反应式时,如果实际放电的离子来自弱电解质的电离,应 用弱电解质的化学式表示,在书写总反应的离子方程式时,也要使用弱电解质的化学式。如 电解水时,阳极反应式为2H2O-4e-  O2↑+4H+。 ②要确保两电极电子转移数目相等才能将两极的电极反应式相加得总反应式,且总反应式中 应注明条件“电解”。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 典例 (1)在强酸性溶液中通入二氧化碳,用惰性电极进行电解可制得乙烯,其原理如图所示:   阴极电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　    ,该装置中使用的是　　    (填 “阴”或“阳”)离子交换膜。 (2)CH4和CO2都是比较稳定的分子,科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化,其原理 如图所示: 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念   ①阴极上的反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　    。 ②阳极上生成乙烯(C2H4)和乙烷(C2H6)的反应式分别为　　　　　　　　　　　　    和　     　　　　　　　　　　　　　　    。 思路点拨    电解池中阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。结合题目信息,分析氧化剂、 还原产物、还原剂、氧化产物,然后结合电解质性质,书写电极反应式。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)b电极为阴极,CO2在阴极得电子,电极反应式为2CO2+12H++12e-  C2H4+4H2O;阴 极需要补充H+,阳极区的H+通过离子交换膜移向阴极,该装置中使用的是阳离子交换膜。 (2)①二氧化碳在阴极发生还原反应生成CO,固体电解质可传导O2-,则阴极上电极反应式为 CO2+2e-  CO+O2-。 ②阳极上发生氧化反应,生成乙烯(C2H4)和乙烷(C2H6)的电极反应式为2CH4-4e-+2O2-  C2H4 +2H2O、2CH4-2e-+O2-  C2H6+H2O。 答案    (1)2CO2+12H++12e-  C2H4+4H2O　阳 (2)①CO2+2e-  CO+O2- ②2CH4-4e-+2O2-  C2H4+2H2O　2CH4-2e-+O2-  C2H6+H2O 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念   　　原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算,溶液的pH计算,相对原子质量的计算 等。通常有下列三种方法。 定点 3 电化学计算的基本方法和技巧 1.根据得失电子守恒计算 ①用于串联电路中阴、阳两极产物或正、负两极产物的量的计算,其依据是电路中转移的电 子数相等。②用于混合溶液中电解的分阶段计算。 2.根据总反应式计算 　　先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列比例式计算。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 3.根据关系式计算 　　运用得失电子守恒建立已知量与未知量之间的关系式。如以通过4 mol e-为桥梁可构建 电极产物间如下关系式:    熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 典例 500 mL KCl和Cu(NO3)2的混合溶液中c(Cu2+)=0.2 mol·L-1,用石墨作电极电解此溶液,通 电一段时间后,两电极均收集到5.6 L(标准状况下)气体,假设电解后溶液的体积仍为500 mL, 下列说法正确的是 (　    ) A.原混合溶液中c(Cl-)=0.3 mol·L-1 B.上述电解过程中共转移0.5 mol电子 C.电解得到的无色气体与有色气体的体积比为3∶7 D.阳极收集到的气体为Cl2和O2 思路点拨    根据溶液中的离子和放电顺序可写出阴极和阳极的电极反应式,并确定两极分别 收集到的5.6 L气体的成分,结合得失电子守恒进行计算。 D 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 解析    阳极Cl-先放电,然后是H2O电离出的OH-放电,即2Cl--2e-  Cl2↑,2H2O-4e-  O2↑+ 4H+;阴极Cu2+先放电,然后H+放电,即Cu2++2e-  Cu,2H++2e-  H2↑。结合两极均收集到 5.6 L(标准状况下)气体,则阴极收集到0.25 mol H2,原混合溶液中n(Cu2+)=0.2 mol·L-1×0.5 L= 0.1 mol,Cu2+放电共转移0.2 mol电子,生成H2时转移0.5 mol电子,故阴极共转移电子0.2 mol+ 0.5 mol=0.7 mol。设阳极生成Cl2、O2分别为x mol和y mol,则x+y=0.25,2x+4y=0.7,解得x=0.15, Y=0.1。根据Cl原子守恒,原混合溶液中含0.3 mol Cl-,c(Cl-)= =0.6 mol·L-1,A错误;电解过程 中共转移0.7 mol电子,B错误;电解时得到的无色气体为H2和O2,物质的量为0.25 mol+0.1 mol= 0.35 mol,有色气体为Cl2,物质的量为0.15 mol,则无色气体与有色气体的体积比为0.35 mol∶ 0.15 mol=7∶3,C错误;由上述分析可知,D正确。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 $$