4.2电解池 课件-2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

该高中化学课件聚焦电解池原理及应用，通过复习原电池引入历史情境，从伏打电堆到戴维电解制金属，搭建“化学能-电能”到“电能-化学能”的转化支架，引导学生探究电解原理及工业应用。 其亮点在于以【实验4-2】等探究活动为核心，结合微观离子移动分析与放电顺序推理，培养科学探究与实践、科学思维。通过氯碱工业、电镀等实例强化化学观念，助力学生理解物质转化，提升教师教学效率。

化学反应与电能 电解池 1 复习回顾 2 化学能直接转化为电能的装置——原电池 伏打电堆是1800年3月20日意大利教授伏打发明了世界上第一个发电器，也就是电池组，伏打电堆开创了电学发展的新时代。伏打电堆是由多层银和锌叠合而成，其间隔有浸渍水的物质，亦称伏打电池。这是最早的化学电源，为电学研究提供了稳定的容量较大的电源，成为电磁学发展的基础。电压单位伏特即是以其名命名的。 1789年，意大利生理学家伽法尼（L. Galvani,1737—1798）在一次解剖青蛙时，把铜钩钩着的青蛙腿挂在阳台的铁栏杆上，偶然发现蛙腿每次接触铁栏杆就会抽搐一次。经过研究，伽法尼认为这种肌肉收缩作用是“动物电”引起的。 情境再现 1800年伏特发明了伏打电池后，被威廉-尼克森和安东尼-卡莱尔用于电解水。 1807年英国化学家戴维(S. H. Davy, 1778-—1829）利用伏打电堆电解制得钾和钠，后来又陆续制得了镁、钙、锶、钡等。 1869年格拉姆发明直流发电机后，电解水逐渐成为一种廉价制氢的方法。 电能直接转化为化学能的装置——电解池(或电解槽) 任务一 探究电解原理 4 任务一 探究电解原理 5 电解 实验现象 实验结论 与电源负极相连的一极上生成气体体积为20 mL 与电源正极相连的一极上生成气体体积为10 mL 与电源正极相连的一极上生成的气体能使带火星的木条复燃 与电源负极相连的一极上生成的气体能点燃 2H2O 2H2↑ +O2↑ 产生了氧气 产生了氢气 两极产生的气体的体积比为2:1 发生了氧化反应 发生了还原反应 思考：若将水换成CuCl2溶液，预计会观察到什么现象？ 阳极 阴极 任务一 探究电解原理 【实验4-2】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)，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。 阳极 阴极 任务一 探究电解原理 实验现象2 实验分析2 任务一 探究电解原理 实验现象1 实验分析1 (阴极) (阳极) 阴极的石墨棒上逐渐覆盖一层红色物质 阴极石墨棒上析出金属铜 阳极石墨棒上产生刺激性气味的气体，湿润的KI-淀粉试纸先变蓝，后褪色。 阳极石墨棒产生了氯气 发生还原反应 发生氧化反应 总反应：CuCl2 Cu + Cl2↑ 电解 任务一 探究电解原理 思考1：试从微观角度分析，CuCl2溶液电解生成Cu和Cl2的原理是什么？ 离子自由运动 （不规则运动） 离子定向移动 阳离子移向电解池阴极；阴离子移向电解池阳极。 任务一 探究电解原理 思考2：CuCl2溶液中存在哪些离子？这些离子如何移动？ (阴极) (阳极) CuCl2 = Cu2+ + 2Cl- H2O ⇌ H+ + OH- 任务一 探究电解原理 思考3：电解池中如何形成闭合回路？ (阴极) (阳极) CuCl2 = Cu2+ + 2Cl- H2O ⇌ H+ + OH- 内电路：离子的定向移动。 外电路：电子的定向移动。 e- e- e- e- e- e- 任务一 探究电解原理 思考4：电解池中阴极和阳极分别发生什么反应？ (阴极) (阳极) CuCl2 = Cu2+ + 2Cl- H2O ⇌ H+ + OH- 内电路：离子的定向移动。 外电路：电子的定向移动。 e- e- e- e- e- e- 得到电子，发生还原反应 失去电子，发生氧化反应 Cu2+ ＞ H+ Cl- ＞ OH- 得电子能力 失电子能力 任务一 探究电解原理 氧化反应 2Cl- - 2e- = Cl2↑ 还原反应 Cu2+ + 2e- = Cu 阳极 阴极 总反应 电解 使电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而引起氧化还原反应的过程。 放电 当离子到达电极时，失去/获得电子，发生氧化/还原反应的过程。 Cu2+ + 2Cl- = = Cu + Cl2↑ 电解 思考5：当Cu2+和Cl-反应完以后，此时电解能否继续进行？为什么？ 电子 守恒 思考与讨论 P105：请结合所学内容，建立反映电解池工作原理的示意图，示意图需要包括： （1）电解池的组成 （2）标明氧化反应与还原反应的区域 （3）标明电子和离子的移动方向 思考与讨论 e- e- 氧化 反应 还原 反应 阴离子 + 阳离子 - 1) 外加直流电源 阳极：接电源正极 阴极：接电源负极 2) 两个电极 3) 电解质溶液或熔融电解质 4) 形成闭合回路 阳极、阴极 电解池的工作原理 任务一 探究电解原理 e- e- 氧化 反应 还原 反应 阴离子 + 阳离子 - 思考6：如何判断电解池的阴极和阳极？ 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 由电源____极流向____极 由____极流向电源____极 负 阴 阳 正 与电源正极相连的是电解池的阳极，与电源负极相连的是电解池的阴极。 课堂训练 ③⑥ 1.分析下图，属于电解池的有（ ） 课堂训练 2.如图所示是电解CuCl2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 C 课堂训练 3.某同学将电解池工作时电子、离子的移动方向及电极种类等信息表 示在下图中，下列有关分析完全正确的是( ) B 任务二 电解原理的应用 思考7：若将电解氯化铜溶液改为电解氯化钠溶液，反应现象如何？会有哪些产物生成？ 任务二 电解原理的应用 1、电解饱和食盐水 阴极 阳极 现象：铁棒表面有气泡产生，用点燃的木条靠近该气体，能听到轻微的爆鸣声；滴有酚酞的溶液变红色。 现象：石墨棒表面有气泡产生，用湿润的KI-淀粉试纸靠近，试纸变蓝,后褪色。 结论：电解池阴极生成了H2和NaOH 结论：电解池阳极生成了Cl2 任务二 电解原理的应用 1、电解饱和食盐水 阴极 阳极 2Cl- - 2e- = Cl2↑ 总反应 2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH- 2Cl- + 2H2O === 2OH- + H2↑+ Cl2↑ 电解 2NaCl + 2H2O 电解 2NaOH + H2↑ + Cl2↑ 还原反应 氧化反应 阳离子移向阴极： Na+，H+(H2O) 阴离子移向阳极： Cl-，OH-(H2O) 得电子能力：H+>Na+ 失得电子能力：Cl->OH- 任务二 电解原理的应用 离子交换膜电解槽 阳离子交换膜 离子交换膜法电解饱和食盐水 习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。 任务二 电解原理的应用 1、电解饱和食盐水 阴极 阳极 2Cl- - 2e- = Cl2↑ 阳极 阴极 总反应 2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH- 2Cl- + 2H2O === 2OH- + H2↑+ Cl2↑ 电解 点燃法检验H2 酚酞检验溶液碱性 湿润淀粉-KI试纸检验Cl2 2NaCl + 2H2O 电解 2NaOH + H2↑ + Cl2↑ 思考8：已知铁棒为活性电极，石墨棒（铂、金电极）为惰性电极，阴极使用活性电极或者惰性电极，对电解结果有影响吗？为什么？ 任务二 电解原理的应用 思考8：已知铁棒为活性电极，石墨棒（铂、金电极）为惰性电极，阴极使用活性电极或者惰性电极，对电解结果有影响吗？为什么？ 阴极 阳极 2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH- Cu2+ + 2e- = Cu 无影响。无论阴极为惰性电极（石墨、铂、金电极）还是活性电极，均是溶液中氧化性强的粒子优先得到电子，发生还原反应。 任务二 电解原理的应用 1、电解饱和食盐水 阴极 阳极 2Cl- - 2e- = Cl2↑ 阳极 阴极 总反应 2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH- 2Cl- + 2H2O === 2OH- + H2↑+ Cl2↑ 电解 点燃法检验H2 酚酞检验溶液碱性 湿润淀粉-KI试纸检验Cl2 2NaCl + 2H2O 电解 2NaOH + H2↑ + Cl2↑ 思考9：请预测若阳极使用活性电极或用惰性电极进行电解，对电解结果是否会有影响？为什么？ 任务二 电解原理的应用 【实验探究】电解硫酸铜溶液 铜片 铁钉 - + CuSO4溶液 阴极 阳极 铁为活性电极，阴极使用活性电极对电解结果无影响。 铜为活性电极，阳极为惰性电极或活性电极，会对电解结果造成影响吗？ 任务二 电解原理的应用 【实验探究】电解硫酸铜溶液 任务二 电解原理的应用 【实验探究】电解硫酸铜溶液 阳极——活性电极 Cu - 2e- = Cu2+ Cu2+ + 2e- = Cu 还原反应 氧化反应 阳离子移向阴极： Cu2+，H+(H2O) 阴离子移向阳极： SO42-，OH-(H2O) 得电子能力：Cu2+>H+(H2O) 现象：铜片逐渐变薄、溶解 铜片 铁钉 - + CuSO4溶液 阴极 现象 说明：铜片优先于溶液中的离子失电子，发生氧化反应。 30 阳极——活性电极 铜片 铁钉 - + 阴极 CuSO4溶液 石墨电极（惰性电极）电解氯化铜溶液 利用电解原理在铁钉表面电镀铜 Cu2+ + 2e- = Cu Cu2+ + 2e- = Cu Cu - 2e- = Cu2+ 2Cl- - 2e- = Cl2↑ 阳极为惰性电极（石墨、铂、金电极）时，由溶液中还原性强的粒子优先失去电子，发生氧化反应；当阳极为活性电极时，电极本身优先失去电子，发生氧化反应。 任务二 电解原理的应用 2、电镀 定义：电镀是一种利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。 目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加表面的硬度和美观。 思考10：请以铁钉表面镀铜为例分析，电镀时，应如何选择阴极和阳极材料以及电镀液（即电解质溶液）？ 阳极材料 阳极反应 阴极材料 阴极反应 电镀液 电镀液变化 电镀金属（如铜） 待镀金属制品（如铁钉） 含镀层金属离子的溶液(Cu2+) Cu - 2e- = Cu2+ Cu2+ + 2e- = Cu 电镀液浓度保持不变 思考与讨论 e- e- 氧化 反应 还原 反应 阴离子 + 阳离子 - 1) 外加直流电源 阳极：接电源正极 阴极：接电源负极 2) 两个电极 惰性电极：C、Pt、Au等 活性电极：Fe、Cu、Ag等 3) 电解质溶液或熔融电解质 4) 形成闭合回路 阳极、阴极 阳极 电解池的工作原理 任务二 电解原理的应用 思考11：如何书写阴、阳极的电极方程式？ ①判断阴、阳极及电极材料(阳极需要考虑电极的活性) ②明确溶液中存在哪些离子 ③判断阴、阳离子的放电顺序 (包括水的电离，分成阳离子组、阴离子组） ④根据阳极氧化，阴极还原完成电极反应式 （注意得失电子守恒） ⑤ 阴极反应式+阳极反应式 = 电解总反应式 （氧化性、还原性强的离子优先放电） 知识拓展——离子的放电顺序 阳极放电顺序 发生氧化反应，比较失电子能力——即还原性强弱 金属失电子，发生氧化反应 若为活性电极(除Pt、Au以外的金属)： 若为惰性电极(Pt、Au、C等)： 仅溶液中的阴离子按顺序放电 (只传递电子本身不失电子) S2-＞I -＞Br -＞Cl -＞OH-＞ 含氧酸根离子(SO42-等) ＞F- 活性电极＞S2-＞I -＞Br -＞Cl -＞OH-＞ 含氧酸根离子(SO42-等) ＞F- 水溶液中不放电 【总结】阳极放电顺序 知识拓展——离子的放电顺序 阴极放电顺序 发生还原反应，比较阳离子得电子能力——即氧化性强弱 总是：溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电，与电极材料无关 Ag+＞Hg2+>Fe3+> Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+>H+(H2O)> Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+ 氧化性强的阳离子优先放电： 即越活泼的金属，其阳离子氧化性越弱，越难结合电子 水溶液中不放电，熔融态放电 课堂训练 36 1、电解CuCl2与NaCl的混合溶液(惰性电极)，阴极上和阳极上最先析出的物质为 A．H2和Cl2 B．Cu和Cl2 C．H2和O2 D．Cu和O2 B 2、请书写用惰性电极电解下列溶液时的电极方程式和总反应方程式 （1）Na2SO4 （2）盐酸溶液 （3）NaCl溶液 （4）CuSO4溶液 电解水型 电解电解质型 放H2­生碱型 放O2­­生酸型 任务二 电解原理的应用 3、电解精炼 铜矿、焦炭、石灰石 烟气 炉渣 风 铜矿冶炼炉 （鼓风炉） 粗铜 工业上：火法炼铜 → 粗铜 精铜 (用于电器制造) 电解精炼粗铜时，以待精炼的铜（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）作阳极，以纯铜作阴极，用CuSO4溶液作电解质溶液，可得含铜量为99.95%～99.98%的电解铜。 任务二 电解原理的应用 3、电解精炼 阳极 阴极 粗铜 （含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等） 纯铜 Zn－2e- = Zn2＋ Fe－2e- = Fe2＋ Ni－2e- = Ni2+ Cu-2e- =Cu2+ Cu2+ + 2e- = Cu Ag、Au等金属杂质失电子能力弱，会以单质形式沉积，形成“阳极泥” 阳极泥 任务二 电解原理的应用 4、电冶金 金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程： Mn+ + ne- = M 电解法可将通常极难被还原的活泼金属从它们的化合物中还原出来，所以是冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属的一种重要方法。 例如：工业上通过电解熔融的氯化钠、氯化镁制备金属钠、金属镁；通过电解熔融的氧化铝（加入冰晶石——降低混合物熔化温度）制备金属铝等。 任务二 电解原理的应用 4、电冶金 电解熔融 NaCl 制取金属Na的原理： 2Cl－－2e－ = Cl2↑ 2Na＋＋2e－ = 2Na 2NaCl(熔融) == 2Na ＋ Cl2↑ 电解 阳极 阴极 总反应 任务二 电解原理的应用 5、电有机合成 许多有机化学反应包含电子的转移，使这些反应在电解池中进行时称为电有机合成。 优点：反应条件温和、反应试剂纯净、生产效率高等。 如电合成己二腈： 先以丙烯为原料制备丙烯腈(CH2=CHCN)，再用丙烯腈电合成己二腈。 阳极：H2O - 2e- = O2↑ + 2H+ 阴极：2CH2=CHCN + 2H+ + 2e- = NC(CH2)4CN 总反应：2CH2=CHCN + H2O === NC(CH2)4CN + O2↑ 电解 小试牛刀 42 1.用惰性电极电解下列溶液(足量)，电解一段时间后加适量水，溶液能恢复至电解前状态的是 A.CuCl2溶液 B.AgNO3溶液 C.H2SO4溶液 D.KCl溶液 C 小试牛刀 43 2．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是( ) A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为： Cu2＋＋2e－=Cu C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色 D．a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2+向铜电极移动 D 小试牛刀 3、在如图所示的装置中，若通直流电5min时，铜电极质量增加2.16g。请回答下列问题： (1)Y电极为直流电源的___________极。 (2)B中阳极的电极反应式为___________。 (3)C中pH变化：___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (4)A中反应的方程式为___________。若A中KCl溶液的体积是200mL，电解后，溶液的pH为___________(设电解前后溶液体积不变)。 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.79 $