1.2 第3课时 电解池的工作原理(Word教参)-【优化指导】2025-2026学年高中化学选择性必修第一册（苏教版2019）

第3课时　电解池的工作原理 课程标准 核心素养目标 1.了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。 2．充分利用电解熔融态氯化钠和电解饱和食盐水等案例素材，深化学生对电解池工作原理的认识。 3．能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的原电池和电解池。 1.宏观辨识与微观探析：能根据电解池的构成条件辨识电解池装置，能分析电解池中能量转化及与物质性质的关系。 2．证据推理与模型认知：能认识和建构电解池的装置和工作原理的认知模型，并能说明模型使用的条件及适用范围。 [对应学生用书P25] 1．电解熔融态氯化钠 电解熔融态氯化钠的原理示意图 (1)实验现象：通电后，在阳极周围有气泡产生，在阴极上生成银白色金属。 (2)实验分析 ①熔融态氯化钠中存在的微粒：Na＋、Cl－。 ②通电后离子和电子的移动方向 离子：阳离子Na＋(填离子符号)移向阴极；阴离子Cl－(填离子符号)移向阳极。 电子：从电源负极流向阴极，从阳极流向电源的正极。 ③电极上发生的变化 阴极：2Na＋＋2e－===2Na(还原反应)。 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。 (3)实验结论：熔融态氯化钠在电流作用下发生了化学变化，分解生成了钠和氯气。 2．电解池的基本概念 (1)电解 在直流电的作用下，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组成：直流电源、固体电极材料、电解质溶液或熔融态电解质，构成闭合回路。 (3)电极及电极反应 阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。 阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应。 3．电解CuCl2溶液 装置 现象 反应 阴极 有红色物质析出 Cu2+＋2e－===Cu(还原反应) 阳极 有黄绿色气体生成 2Cl－－2e－_===Cl2↑(氧化反应) 电池总反应 CuCl2Cu＋Cl2↑ [对应学生用书P26] 探究一__电解池的工作原理 电解(Electrolysis)是将电流通过电解质溶液或熔融态电解质(又称电解液)，在阴极和阳极上引起氧化还原反应的过程，电化学电池在外加直流电压时可发生电解过程。1937年，阿特拉斯化学工业公司实现了用电解法由葡萄糖生产山梨醇及甘露糖醇的工业化，这是第一个大规模用电解法生产有机化学品的过程。 [问题设计] (1)阴、阳离子在电解过程中的移动方向与在原电池中的移动方向有什么区别和联系？ 提示：原电池中：阳离子→正极；阴离子→负极 电解池中：阳离子→阴极；阴离子→阳极。 即阳离子都是移向发生还原反应的电极，阴离子都是移向发生氧化反应的电极。 (2)电解时电子可从溶液中通过吗？ 提示：电子不能通过电解质溶液，在溶液中是自由离子定向移动传导电流。 (3)在氯化铜溶液中除了Cu2+和Cl－之外还有H＋和OH－，这两种离子为什么没有得失电子？ 提示：电解时，溶液中离子的放电先后顺序与离子的氧化性或还原性有关，氧化性强的阳离子先得电子被还原，还原性强的阴离子先失电子被氧化。Cu2+比H＋更容易得电子，而Cl－比OH－更容易失电子。 (4)若用Cu电极电解稀硫酸，开始电解时的电极反应式和总反应式如何书写？ 提示：阳极：Cu－2e－===Cu2+　阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 电解总反应式：H2SO4＋CuCuSO4＋H2↑。 (5)若将等物质的量的CuSO4和MgCl2混合溶于水，对该溶液以惰性电极进行电解，试讨论两个电极可能生成的产物，并写出总反应式。 提示：在此混合溶液中，含有的阳离子放电顺序为Cu2+>H＋>Mg2+，阴离子放电顺序为Cl－>OH－>SO，故开始电解时，阴极上Cu2+放电得产物Cu，阳极上Cl－放电得Cl2，当Cu2+、Cl－放电完毕后，阴极上H＋继续放电得产物H2，阳极上OH－放电得产物O2，所以该电解过程可分为两个阶段，总反应式为：第一阶段CuCl2Cu＋Cl2↑；第二阶段2H2O2H2↑＋O2↑。 (6)用惰性电极电解硫酸与盐酸后溶液pH有何变化？如何将电解后的溶液恢复到电解前的状态？ 提示：硫酸pH减小，盐酸pH增大。将电解后的溶液恢复到电解前的状态，硫酸应加入水，盐酸应通HCl。 (7)用惰性电极电解食盐水、硫酸铜溶液和硫酸钠溶液一段时间后，溶液的pH如何变化？若要使溶液复原，应加入什么物质？ 提示：食盐水的pH增大，硫酸铜溶液的pH减小，硫酸钠溶液的pH不变。使溶液复原，食盐水中应通入一定量的HCl，硫酸铜溶液中应加入一定量的氧化铜或碳酸铜，硫酸钠溶液中应加入一定量的水。 1．电解池的阳极与阴极的判断方法 2．电解池的工作原理 ①电解时必须使用直流电源，不能使用交流电源。 ②电解质的水溶液或熔融态电解质均可被电解，因为它们均可电离出自由移动的阴、阳离子。 ③电解过程中，电能转化为化学能而储存在电解产物中，转化过程中遵循能量守恒定律。 ④电解质溶液(或熔融态电解质)的导电过程，就是电解质溶液(或熔融态电解质)的电解过程，是化学变化，而金属的导电是利用其物理性质。 ⑤电解法是一种强氧化还原手段，可以完成非自发的氧化还原反应。 3．电解产物的判断方法 4．电解池的电极反应式、电解总反应式的书写 书写步骤 具体操作 判断两极 阳极 阴极 与电源正极相连 与电源负极相连 判断反 应微粒 活性电极：电极材料本身失电子 溶液中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 书写电解总反应式 根据得失电子数目相等，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 【例1】 (2025·南阳高二期中)如图所示是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d均为石墨电极。下列判断正确的是 (　　) A.a为负极，b为正极 B．a为阳极，b为阴极 C．电解过程中，电极c质量增加 D．电解过程中，氯离子浓度减小 D　解析：a为正极，b为负极，A错误；a为正极，b为负极，则c为阳极，d为阴极，B错误；电解过程中，电极d附近铜离子得到电子变为铜单质，并附着在电极d上，所以电极d质量增加，C错误；电解过程中，电极c附近氯离子失去电子变为氯气，因此Cl－浓度减小，D正确。 1．二氧化碳的再利用是实现温室气体减排的重要途径之一。在稀硫酸中利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，其原理如图所示。下列说法错误的是 (　　) A．离子交换膜为阳离子交换膜 B．一段时间后，阴极区溶液质量会减少 C．Pt电极上的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ D．若阴极只生成0.15 mol CO和0.35 mol HCOOH，则电路中转移电子的物质的量为1 mol 答案：B 探究二__酸、碱、盐溶液电解规律 当X溶液是不同的物质，试分析电极反应。 [问题设计] (1)若X为H2SO4或NaOH或Na2SO4，试分析实际放电离子、实际电解对象。 提示：阳极OH－放电，阴极H＋放电。实际电解对象为H2O。 (2)若X为HCl或CuCl2，实际电解对象是什么？ 提示：实际电解对象分别为HCl、CuCl2。 (3)若X为NaCl或KBr，阴极发生的电极反应有哪些特点？ 提示：阴极均为H＋放电，同时生成OH－。 (4)若X为CuSO4或AgNO3，则阳极发生的电极反应有什么特点？ 提示：阳极均为OH－放电，同时生成H＋。 (5)当X溶液是氯化钠和硫酸铜的混合溶液，一段时间后两极放出气体的体积相同(相同状况下)，试分析阳极反应是什么。 提示：开始阴极 Cu2+＋2e－===Cu，然后2H＋＋2e－===H2 ↑，阳极开始2Cl－－2e－===Cl2 ↑，两极生成的气体的体积相同，因此阳极反应还有4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。 惰性电极电解电解质溶液的规律 (1)电解水型 (2)电解电解质型 电解质类型 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 溶液pH 电解质溶液复原 无氧酸，如HCl 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 总反应式：2HClH2↑＋Cl2↑ 减小 增大 通入HCl 不活泼金属无氧酸盐，如CuCl2 阴极：Cu2+＋2e－===Cu 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 总反应式：CuCl2Cu＋Cl2↑ — 加CuCl2固体 (3)放H2生碱型 电解质(水溶液) 电极反应式及总反应式 电解质浓度 溶液pH 电解质溶液复原 活泼金属的无氧酸盐，如NaCl、KCl 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 总反应式：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－ 生成新电解质 增大 通入HCl气体 (4)放O2生酸型 电解质(水溶液) 电极反应式及总反应式 电解质浓度 溶液pH 电解质溶液复原 不活泼金属的含氧酸盐，如CuSO4、 Cu(NO3)2 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 阴极：2Cu2+＋4e－===2Cu 总反应式：2Cu2+＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ 生成新电解质 减小 加CuO或CuCO3 [注意]对于电解质溶液复原的问题，不仅要求溶质不变，还要注意溶质的浓度也不变。恢复电解质溶液，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则。一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。若两极产物分别是H2和Cl2，则应加入HCl气体而不是稀盐酸；若两极产物分别是Cu和O2，则加入CuO或CuCO3都可以使电解质溶液复原，因为CuCO3(可以写成CuO·CO2)在与酸反应时，生成的CO2气体会逸出，但不能加入Cu(OH)2和Cu2(OH)2CO3。 【例2】 (2023·徐州高二质检)某溶液中含有NaCl和H2SO4两种溶质，它们的物质的量之比为3∶1。用石墨作电极电解该混合溶液时，根据两极放电离子的来源不同，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是 (　　) A．阴极自始至终只析出H2 B．阳极先析出Cl2，后析出O2 C.电解的最后阶段为电解水 D．溶液的pH不断增大，最后为7 D　解析：由题意可知n(H＋)∶n(Cl－)＝2∶3，在阴极H＋放电，在阳极先是Cl－放电，然后是OH－放电；反应开始时H＋、Cl－在两极放电，相当于电解HCl；H2SO4电离出的H＋放电完全后，在两极放电的是由水电离出的H＋和剩余的Cl－，相当于电解NaCl的水溶液；Cl－放电完全后，在两极放电的是由水电离出的H＋和OH－，相当于电解水；随着电解的进行，溶液的pH不断增大，但最后溶质是NaOH和Na2SO4，所以溶液的pH不为7。 2．用惰性电极实现电解，下列说法正确的是 (　　) A．电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液的pH不变 B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液的pH减小 C.电解Na2SO4溶液，在阴极上和阳极上析出的产物的物质的量之比为1∶2 D．电解CuCl2溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1 D　解析：电解稀硫酸，实质是电解水，因溶剂减少，H2SO4浓度将增大，故溶液的pH变小，A错误；电解稀NaOH溶液，虽然OH－在阳极放电，但H＋同时也在阴极放电，其实质同样是电解水，溶液的浓度也将变大，故溶液的pH变大，B错误；电解Na2SO4溶液，其实质也是电解水，在阴极和阳极分别析出H2和O2，二者的物质的量之比为 2∶1，而非 1∶2，C错误；电解CuCl2溶液，在阴、阳两极上分别析出Cu和Cl2，二者的物质的量之比为1∶1，D正确。 [对应学生用书P29] 1．电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋ 注入无色WO3 薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是 (　　) A．Ag 为阳极 B．Ag＋ 由银电极向变色层迁移 C．W 元素的化合价升高 D．总反应为WO3＋xAg===AgxWO3 C　解析：由外加电源可知该装置为电解装置。由通电时，Ag＋ 注入无色WO3 薄膜中，生成AgxWO3 可知，Ag 为阳极，Ag＋ 由银电极向变色层(阴极)迁移，A、B正确；WO3 生成AgxWO3，W 元素的化合价降低，C错误；阳极电极反应式为xAg－xe－===xAg＋，阴极电极反应式为WO3＋xe－＋xAg＋===AgxWO3，两极电极反应式相加得总反应式为WO3＋xAg===AgxWO3，D 正确。 2．用如图所示装置除去含CN－、Cl－ 废水中的CN－ 时，控制溶液pH 为9～10，阳极产生的ClO－ 将CN－ 氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是 (　　) A．用石墨作阳极，铁作阴极 B．阳极的电极反应式：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O C．阴极的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D．除去CN－ 的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O D　解析：石墨作阳极，为惰性电极，溶液中的Cl－ 放电，电极反应：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O，铁作阴极，在碱性环境下发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A、B、C正确；pH为9～10 的碱性溶液不可能是H＋ 参加反应，D不正确。 3．化学在环境保护中起着十分重要的作用，电化学降解NO 的原理如图所示。下列说法不正确的是 (　　) A．a为电源的正极 B．溶液中H＋ 从阳极向阴极迁移 C．Ag-Pt 电极的电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O D．电解过程中，每转移2 mol 电子，左侧电极就产生32 g O2 D　解析：根据题图可知，Ag-Pt 电极上NO 转化为N2，发生还原反应：2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，则Ag-Pt 电极作阴极，b为电源的负极，故a为电源的正极，A、C正确；在电解池中阳离子向阴极移动，所以溶液中H＋ 从阳极向阴极迁移，B正确；左侧电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，则每转移2 mol 电子，左侧电极产生16 g O2，D不正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$