第二单元 化学能与电能的转化 第3课时（教学课件） 化学苏教版2019选择性必修1

专题1 化学反应 与能量变化 第二单元 化学能与电能的转化 第3课时 电解原理 苏教版2019选择性必修1 电解池的电极反应规律性质 2 电解池的工作原理 1 知识导航 知识导航 明·学习目标 1.以电解熔融态氯化钠和氯化铜溶液为例，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.掌握电解池的电极反应规律以及电极反应式的书写。 引·新课导入 你知道工业上如何生产金属钠和铝吗？试着书写上述过程中发生的主要反应的化学方程式。这两个过程中发生了什么形式的能量转化？ 电能→化学能 电解池 01 电解池的工作原理 1.电解熔融态的氯化钠 探·知识奥秘 一、电解池的工作原理 1. 通电前（左图）和通电后（右图），熔融态氯化钠中Na＋和Cl－的运动有何差异？请在右图中用箭头示意Na＋和Cl－的运动情况。 通电前，熔融态NaCl中存在可以自由移动的Na＋和Cl－ 通电后，阴、阳离子发生定向迁移，其中，Na+向阴极移动， Cl－向阳极移动。 1.电解熔融态的氯化钠 探·知识奥秘 一、电解池的工作原理 2. 通电后电极表面分别发生了什么化学反应？请写出 两电极上发生反应的电极反应式和电解的总反应式。 3. 请分析电解过程中电子的流向。 阳极 阴极 总反应式 2Na＋＋2e－ = 2Na （还原反应） 2Cl－－2e－ = Cl2↑ （氧化反应） 与电源负极相连的电极（阴极）上有电子流入，Na＋在该电极上得到电子，被还原为钠原子；在与电源正极相连的电极（阳极）上，Cl－将电子转移给该电极，有电子流出，Cl－被氧化为氯原子，两个氯原子结合成氯分子。 2.电解和电解池 探·知识奥秘 一、电解池的工作原理 （1）概念 ①电解是在直流电作用下，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 ②电解池是将电能转化为化学能的装置。 （2）电解池的工作原理 ①电极名称及反应类型 阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应； 阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。 ②电子流向：负极→阴极、阳极→正极。 ③离子的移动方向：阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。 离子阴阳相吸 电子负阴阳正 C C - + e－ e－ 阳离子移动方向 阴离子移动方向 阳极 阴极 2.电解和电解池 探·知识奥秘 一、电解池的工作原理 （3）电解池的构成条件 根据电解池的工作原理，你能归纳出电解池的构成条件吗？ ①具有与直流电源相连接的两个电极（阴极、阳极）；②电极插入电解质溶液或熔融电解质中； ③形成闭合回路。 C C - + 2.电解和电解池 探·知识奥秘 一、电解池的工作原理 （4）电解池阴、阳极的判断方法 分析电解池工作原理时，电极名称的判断至关重要，你知道哪些判断 阴、阳极的方法？ 判断依据 阴极 阳极 外接电源 与负极相连 与正极相连 发生反应 还原反应 氧化反应 电子流向 电子流入 电子流出 反应现象 电极增重或放出H2 电极溶解或放出O2、Cl2等 离子流向 阳离子移向 阴离子移向 3.实验探究电解氯化铜溶液 探·知识奥秘 一、电解池的工作原理 （1）实验探究 如图所示，U形管中装有氯化铜溶液，插入两根石墨棒作为电极，接通直流电源，将湿润的淀粉碘化钾试纸放在阳极附近，观察U形管内的现象和试纸颜色的变化。 3.实验探究电解氯化铜溶液 探·知识奥秘 一、电解池的工作原理 （2）实验现象 ①溶液颜色变浅；②阴极上有红色物质生成；③阳极附近有刺激性气味的气体产生，能使湿润的淀粉­KI试纸变蓝。 1. 在氯化铜溶液中存在哪些离子？请根据实验事实指出，在直流电的作用下，哪些离子优先在电极上发生反应？ 2. 写出电极反应式和电解总反应式。 在氯化铜溶液中存在Cu2+、H+、Cl-和OH- 在阴极，Cu2+优先于H+在电极上发生反应在阳极，Cl- 优先于OH-在电极上发生反应 3.实验探究电解氯化铜溶液 探·知识奥秘 一、电解池的工作原理 （3）实验原理 ①放电顺序：通电时，在电场的作用下，溶液中的离子做 定向移动，Cu2＋、H＋向阴极移动，Cl－、OH－向阳极移动。 在阴极，Cu2+优先于H+在电极上发生反应， 在阳极，Cl- 优先于OH-在电极上发生反应。 ②反应原理 电极名称 阴极 阳极 反应类型 电极反应式 电解反应 还原反应 氧化反应 Cu2＋＋2e－=Cu 2Cl－－2e－=Cl2↑ 1．如下图所示装置中属于电解池的是________(填序号)。　 析·典型范例 ③⑥ 选项 A B C D a电极 阳极 阴极 阳极 阴极 d电极 正极 正极 负极 负极 Q离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子 2．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，下列有关分析完全正确的是(　　) 析·典型范例 B 选项 A B C D a电极 阳极 阴极 阳极 阴极 d电极 正极 正极 负极 负极 Q离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子 解析：电子负阴阳正、离子阴阳相吸 02 电解池的电极反应规律 探·知识奥秘 二、电解池的电极反应规律 1.电极反应规律 【思考与讨论】在电极氯化铜溶液的实验中，阴极上为什么Cu2+优先于H+在电极上发生反应，阳极上为什么Cl- 优先于OH-在电极上发生反应呢？ (1)阴极：无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的一般是溶液中的阳离子。阳离子放电顺序： Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+ 金属活动顺序表倒过来 阳离子得电子能力逐渐减弱 水溶液（含H+）中不放电,熔融状态才得电子 注意：酸中H+与水中H+的顺序，Fe3+与Fe2+的顺序！ 探·知识奥秘 二、电解池的电极反应规律 1.电极反应规律 【思考与讨论】在电极氯化铜溶液的实验中，阴极上为什么Cu2+优先于H+在电极上发生反应，阳极上为什么Cl- 优先于OH-在电极上发生反应呢？ (2)阳极：电极材料（电极为活性电极）本身失去电子被氧化或者溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化。 阴离子放电顺序： “惰性电极”是指电极本身还原性很弱，不易发生反应，通常指石墨、铂(Pt)、金(Au)等。“活性电极”是指金属活动性顺序表中的Ag和排在Ag前面的金属。 S2->I->Fe2+>Br->Cl->OH->含氧酸根（SO42-、NO3-、CO32-）>F- 阴离子失电子能力逐渐减弱 探·知识奥秘 二、电解池的电极反应规律 2.以惰性电极电解电解质溶液的规律 【思考与讨论】依据上述电极反应规律，思考并完成下列表格。 类型 电解质溶液 电极反应式 pH 变化 复原加入的物质 含氧酸（如H2SO4） 阴极： 阳极： 强碱（如NaOH） 阴极： 阳极： 活泼金属的含氧酸盐溶液（如Na2SO4） 阴极： 阳极： 电解水型 4H＋＋4e－=2H2↑ 2H2O-4e-=O2↑+4H+ 减小 H2O 4H2O+4e-=2H2↑+4OH- 4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ 增大 H2O H2O 不变 4H2O+4e-=2H2↑+4OH- 2H2O-4e-=O2↑+4H+ 探·知识奥秘 二、电解池的电极反应规律 2.以惰性电极电解电解质溶液的规律 【思考与讨论】依据上述电极反应规律，思考并完成下列表格。 类型 电解质溶液 电极反应式 pH变化 复原加入的物质 无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液（如HCl、CuCl2） 阴极： 阳极： 活泼金属的无氧酸盐（如NaCl、KBr） 阴极： 阳极： 不活泼金属的含氧酸盐溶液（如AgNO3、CuSO4） 阴极： 阳极： 电解 电解质型 放H2 生碱型 放O2 生酸型 2H＋＋2e－= H2↑ （Cu2＋＋2e－=Cu） 2Cl－－2e－=Cl2↑ 2H2O+2e-=H2↑+2OH- 2Cl－－2e－=Cl2↑ 4Ag++4e-=4Ag （2Cu2＋＋4e－=2Cu） 2H2O-4e-=O2↑+4H+ 增大 增大 减小 电解质（HCl气体或CuCl2固体） 无氧酸（HCl或HBr气体） 金属氧化物或碳酸盐（Ag2O、CuO等） 探·知识奥秘 二、电解池的电极反应规律 3.电解池电极反应式的书写方法 【思考与讨论】归纳电解池电极反应式的一般书写方法。 看电极→找离子→分阴阳→排顺序→写反应 （1）看电极：重点关注阳极材料是活性电极还是惰性电极，若为活性电极（Ag及Ag之前的金属），则阳极反应为活性电极本身失电子，特别注意若Fe作阳极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+；若为惰性电极，则阳极反应一般为溶液中的阴离子失电子。 以电解CuSO4溶液为例 （2）找离子：找出电解质溶液中所有的离子，包括水电离出来的（Cu2+、SO42-、H+、OH-）。 探·知识奥秘 二、电解池的电极反应规律 3.电解池电极反应式的书写方法 【思考与讨论】归纳电解池电极反应式的一般书写方法。 看电极→找离子→分阴阳→排顺序→写反应 （4）排顺序：根据电极反应的离子放电顺序，将阳离子按氧化性顺序排列，阴离子按还原性顺序排列：氧化性Cu2+>H+ ,还原性OH->SO42-。 以电解CuSO4溶液为例 （5）写反应：根据元素化合价变化计算得失电子数目，按照离子方程式书写规则写出电极反应式。阴极： 阳极： 2Cu2＋＋4e－=2Cu 2H2O-4e-=O2↑+4H+ （3）分阴阳：将所有离子按阴、阳分类：阳离子：Cu2+、H+ 阴离子：SO42-、OH-。 (1)甲装置中正极为________，电极反应式为__________________， 负极为__________，电极反应式为________________。 1．用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则 表中各项所列对应关系均正确的是(　　) 析·典型范例 选项 X极 实验前U形管中液体 通电后现象及结论 A 正极 CuCl2溶液 b管中有气体逸出 B 负极 稀H2SO4 溶液中c(H＋)增大 C 正极 NaCl溶液 U形管两端滴入酚酞后，a管中溶液呈红色 D 负极 AgNO3溶液 a管中电极反应式是 2H2O－4e－= O2↑＋4H＋ B 析·典型范例 2、 用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一种物质(括号内)，溶液能与原来溶液完全一样的是(　　) A．CuCl2 [CuSO4]     B．NaOH [NaOH]　 C.　 NaCl [NaCl]     D．CuSO4 [CuCO3] D 解析：电解CuCl2溶液时，阳极放出Cl2，阴极生成Cu，加适量CuCl2能让电解质溶液复原；电解NaOH溶液时，阳极产生O2，阴极产生H2，加适量水能使电解质溶液复原；电解NaCl溶液时，阳极产生Cl2，阴极产生H2，加适量HCl能使电解质溶液复原；电解CuSO4溶液时，阳极产生O2，阴极产生Cu，加适量CuO或CuCO3能使电解质溶液复原，故选D。 理·核心要点 电解原理 电解池的 工作原理 电解和电解池 电解熔融态氯化钠 电解氯化铜溶液 电解池的电极反应规律 电极反应规律 以惰性电极电解 电解质溶液的规律 电解池电极反应式的书写方法 1．为实现反应：Cu＋2HCl=CuCl2＋H2↑，设计了下列四个实验，你认为可行的是(　　) 练·技能实战 C 选项 M N P A 锌 铜 稀硫酸 B 铜 铁 稀盐酸 C 银 锌 硝酸银溶液 D 锌 铁 硝酸铁溶液 2．如图为直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置。通电一段时间后，在石墨电极a和b附近分别滴加一滴酚酞溶液。则下列有关说法中正确的是(　　) 练·技能实战 A A．电极a产生H2 B．通电一段时间后，稀Na2SO4溶液酸性增强 C．电极a附近溶液呈无色，电极b附近溶液呈红色 D．若将b电极换成铁棒，则b电极上发生的反应为： Fe-3e-=Fe3+ 解析：b为阳极，若替换成铁棒，铁属于活性电极，此时阳极本身失电子发生氧化反应，切记Fe-2e-=Fe2+！ A．1-氯丙烷 B．1，2-二氯丙烷 C．1-氯丙烯 D．2-氯丙烯 3．用惰性电极电解Fe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液，下列说法正确的是 (　　) 练·技能实战 A．阴极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，当有Cu2＋存在时Fe3＋不放电 B．阴极上首先析出铁，然后析出铜 C．首先被电解的是Fe2(SO4)3溶液，然后被电解的是CuSO4溶液 D．阴极上不可能析出铜 C 解析：Fe3＋得电子能力比Cu2＋强，故在阴极首先得电子的是Fe3＋，当Fe3＋存在时，Cu2＋不放电，A错误；当Fe3＋完全反应后Cu2＋放电，首先析出铜，B、D错误；由于氧化性为Fe3＋＞Cu2＋，即阴极先是Fe3＋放电，后Cu2＋放电，C正确。 4．能源是人类生存和发展的重要支柱，化学在能源的开发与利用方面起着十分重要的作用。某学习小组按如图所示装置探究化学能与电能的相互转化： (1)甲池是原电池(或化学能转化为电能的)装置，通入O2的电极上的反应式为 。乙池中SO42-移向 (填“石墨”或“Ag”)电极。 练·技能实战 (2)当甲池消耗标准状况下33.6 L O2时，电解质KOH的物质的量变化 mol，乙池若要恢复电解前的状态则需要加入 (填所加物质的质量及化学式)。 (3)丙池中发生的电解反应的离子方程式为 O2＋4e－＋2H2O=4OH- 石墨 1.5 240 g CuO(或372 g CuCO3) 感谢 您的聆听 THANKS 苏教版2019选择性必修1 $$