4.2.1电解原理 课件 -2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第二节 电解池 第四章　化学反应与电能 第1课时 电解原理 1 新课导入 化学能直接转化为电能的装置叫原电池，那么是否有一种装置将电能直接转化成化学能呢？ 电解池 思考：若将水换成CuCl2溶液，预计会观察到什么现象？ 2H2O 2H2↑ +O2↑ 电解 发展 伏打电池 电解水 【实验4-2】在U形管中注入质量分数为25%CuCl2溶液，插入两根石墨棒作电极材料，把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的石墨棒附近。接通直流电源，观察U形管内的现象和试纸颜色的变化。 与直流电源负极 相连的b极 与直流电源正极 相连的a极 现象 结论 覆盖一层红色物质 产生刺激性气味的气体，使湿润的碘化钾淀粉 试纸变蓝 产生Cu 产生Cl2 电解原理 阴极 阳极 KI＋Cl2= KCl＋I2 【思考】CuCl2 溶液在直流电的作用下为什么会生成单质Cu和Cl2 ？ oooooooooooooooooooo － ＋ ooooooooooooooooooooooo Cu Cl2 e- 阴极 阳极 通电前离子自由移动： CuCl2 == Cu2+ + 2Cl- H2O H+ + OH- 向阴极迁移 向阳极迁移 通电后离子定向移动： 阴阳相吸 总反应式：CuCl2 ==== Cu + Cl2↑ 电解 Cu2+＋2e- == Cu（还原反应） 阳极： 与直流电源正极相连的石墨棒 阴极： 与直流电源负极相连的石墨棒 2Cl-－2e- == Cl2↑（氧化反应） 负阴还 正阳氧 e- 氯化铜溶液中的电离过程有①CuCl2=Cu2＋＋2Cl－，②H2O ⇌H＋＋OH－；溶液中存在的离子有Cu2＋、Cl－、H＋、OH－，通电前，这些离子在溶液中作自由运动。(2)通电时，在电场的作用下，溶液中的离子作定向运动，即Cl－、OH－趋向阳极，Cu2＋、H＋趋向阴极。 电解原理 使电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。 1、电解： 将电能转化为化学能的装置 2、电解池 (电解槽)： 3、电解池的构成： ①外加直流电源 ③电解质溶液或熔融的电解质 ④形成闭合回路 阴极：与负极相连，发生还原反应 阳极：与正极相连，发生氧化反应 ②阴、阳两极 电源、两极、一液、成回路 阴离子 → 阳极 阳离子 → 阴极 阴阳相吸 电子流向 离子流向 电源的负极 → 导线 → 电解池阴极 电解池阳极 → 导线 → 电源的正极 原电池中：阳离子 → 正极 阴离子 → 负极 (正正负负) 课本105页 直流电源 阳极 阴极 e- e- 氧化反应 还原反应 失电子 得电子 阴离子 阳离子 电解池的阴极、阳极的判断方法 正阳氧 负阴还 【思考】怎么判断电解池的阴阳极？ 阴极 Cu2+＋2e- = Cu 氧化性: Cu2+＞H+ 放电顺序 Cu2+ ＞H+ 得电子能力: Cu2+＞H+ 阳极 2Cl- - 2e- = Cl2↑ 还原性: Cl-＞OH- 放电顺序 Cl-＞OH− 失电子能力: Cl-＞OH- 放电：离子失电子发生氧化反应，或得电子发生还原反应的过程。 电解CuCl2溶液，为什么是Cu2+在得电子，Cl−在失电子？ H+ 和 OH− 为什么没有参与电极反应呢？ 结论：得失电子能力强的离子优先放电 放电顺序 1、阳极放电顺序 电极直接失电子 ①活性电极(除Pt、Au、C外)： ②惰性电极(Pt、Au、C等)： 溶液中的阴离子失电子 在水溶液中不放电 失电子能力 阳极 SO42-、NO3-、CO32- S2-＞I-＞Br -＞Cl -＞OH-＞ 含氧酸根离子＞F- 【总结】 活性电极＞ （金属） 水 → O2和H+ 碱 → O2和H2O K、Ca、Na在水溶液中与水直接反应而不能做电极材料 【总结】 Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+(酸)＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+(水)＞ Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+ 放电顺序 2、阴极放电顺序 得电子能力 溶液(或熔融电解质)中的阳离子得电子，与电极材料无关 水溶液中不放电，熔融态放电 金属活动性顺序表倒过来 Fe2+ H2 H2和OH- C NaCl溶液 Fe NaCl == Na+ ＋Cl- H2O ⇌H+ + OH- 阳极 阴极 H+＞Na+ Cl-＞OH- 失电子能力： 得电子能力： 阳极： 阴极： 2H2O＋2e- = H2↑＋2OH- 2Cl- -2e- = Cl2↑ 判电极 找离子 定顺序 分阴阳 写反应 Fe NaCl溶液 C 阳极 阴极 活性电极 H+＞Na+ 失电子能力： 得电子能力： 阳极： 阴极： 2H2O＋2e- = H2↑＋2OH- Fe－2e－== Fe2+ 电极反应式书写 阳极放电顺序： ＞S2−＞I− ＞Br− ＞Cl− ＞OH− ＞ 含氧酸根离子＞F− 活性阳极 阴极放电顺序： Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+(酸)＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+(水)＞ 某同学欲完成反应：2HCl + 2Ag == 2AgCl + H2↑ ，而设计了下列四个实验，你认为可行的是（ ） A B C D C 借助电解，可以使非自发的氧化还原反应发生 习题 大本146页第3题 用惰性电极电解酸、碱、盐溶液 1、电解 型 水 电解质 H2SO4 溶液中离子 离子放电顺序 阳极反应式 阴极反应式 总反应式 电解质溶液浓度 pH变化 复原加入物质 SO42− OH−(水) H+ OH− ＞ SO42− 2H2O − 4e− == O2↑＋4H+ 4H+＋4e− == 2H2↑ 减小 加水 增大 判电极 找离子 定顺序 写反应 出什么，加什么 定量原则：出多少加多少 1、电解 型 水 电解质 NaOH Na2SO4 溶液中离子 离子放电顺序 阳极反应式 阴极反应式 总反应式 电解质溶液浓度 pH变化 复原加入物质 H+ ＞ Na+ 增大 加水 OH- Na+ H+(水) 4OH− − 4e− == O2↑＋2H2O 4H2O＋4e− == 4OH−＋2H2↑ 不变 加水 SO42− OH-(水) Na+ H+(水) 2H2O − 4e− == 4H+＋O2↑ 4H2O＋4e− == 4OH−＋2H2↑ H+ ＞ Na+ OH- ＞SO42− 增大 增大 电解质 HCl CuCl2 溶液中离子 离子放电顺序 阳极反应式 阴极反应式 总反应式 电解质溶液浓度 pH变化 复原加入物质 2、电解 型 电解质 Cl- ＞ OH- 增大 通入HCl气体 H+ Cl- OH-(水) 2Cl- − 2e− == Cl2↑ 2H+＋2e− == H2↑ 不讨论 加CuCl2固体 Cl- OH-(水) Cu2+ H+(水) Cu2+ − 2e− == Cu Cu2+ ＞ H+ Cl-＞OH- 减小 减小 2Cl- − 2e− == Cl2↑ 电解质 NaCl CuSO4 溶液中离子 离子放电顺序 阳极反应式 阴极反应式 总反应式 电解质溶液浓度 pH变化 复原加入物质 3、电解 型 电解质和水 增大 通入HCl气体 2Cl- − 2e− == Cl2↑ 2H2O＋2e− == 2OH-＋H2↑ 减小 加CuO或CuCO3 SO42− OH-(水) Cu2+ H+(水) 2Cu2+ + 4e− == 2Cu Cu2+ ＞ H+ OH-＞SO42− 减小并生成新电解质 减小并生成新电解质 2H2O − 4e− == 4H+＋O2↑ Na+ H+(水) Cl- OH-(水) Cl- ＞ OH- H+ ＞ Na+ (放H2生碱) (放O2生酸) 电解质溶液用惰性电极电解的示例 举 例 电极反应 物质类别 实例 含氧酸 H2SO4 强碱 NaOH 活泼金属的含氧酸盐 Na2SO4 无氧酸 HCl 减小 增大 不变 H2O 阳：2Cl- － 2e- ＝Cl2↑ 阴：2H++2e-＝ H2↑ 增大 HCl 不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2 阳：2Cl- - 2e- === Cl2↑ 阴：Cu2++2e- === Cu 不讨论 CuCl2 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 阳：2Cl-- 2e- == Cl2↑ 阴：2H2O+ 2e- = H2 ↑ + 2OH- 增大 HCl 不活泼金属的含氧酸盐 CuSO4 阳：2H2O- 4e- = 4H++O2 ↑ 阴：2Cu2++4e- ＝ 2Cu 减小 CuO 电解水型 复原方法 pH变化 电解类型 电解 电解质型 放氢 生碱型 放氧 生酸型 本质：H+ 和OH-放电； 若溶液中本身有大量的H+或OH-， 直接写H+或OH-；若H+和OH-来源于水，放电物质写H2O 习题 用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液，电解一段时间后，再加入W，能使溶液恢复到电解前的状态。则下列符合题意的一组是(　　) C 选项 X Y Z W A C Fe NaCl H2O B Pt Cu CuSO4 CuSO4溶液 C C C H2SO4 H2O D Ag Fe AgNO3 AgNO3晶体 大本148页第2题 CuCl2溶液 C C - + Cl− OH− Cl− H+ Cu2+ Cu2+ e- e- C 锌 - Zn2+ Cu2+ SO42− Zn - 电解池 原电池 形成条件 电极名称 电极反应 离子流向 电子流向 能量转化 CuSO4溶液 1. 两个电极 2. 电解质溶液 3. 闭合回路 4. 直流电源 1. 两个电极 2. 电解质溶液 3. 闭合回路 4. 氧化还原反应（自发） 阳极、阴极 正极、负极 阳极--氧化反应 阴极--还原反应 负极--氧化反应 正极--还原反应 阳离子 → 阴极 阴离子 → 阳极 阳离子 → 正极 阴离子 → 负极 负极 → 阴极 阳极 → 正极 负极 → 导线 → 正极 氧还反应(可自发可非自发) 化学 能转变为 电 能 电 能转变为 化学 能 小结：电解池和原电池的比较 下列关于如图所示的①②两个装置的叙述，正确的是(　　) A、装置名称：①是原电池；②是电解池 B、电极反应式：①中阳极：2H2O - 4e- = O2↑ + 4H+； ②中正极：2H+ + 2e- = H2↑ C、硫酸浓度变化：①减小；②增大 D、离子移动方向：①中H+向阴极方向移动；②中H+向负极方向移动 习题 B 小本247页第6题 2H2O2H2↑＋O2↑ 2H2O2H2↑＋O2↑ 2H2O2H2↑＋O2↑ 2HCl H2↑＋Cl2↑ CuCl2 Cu＋Cl2↑ 2Cl−+ 2H2O Cl2↑+H2↑+2OH− 2Cu2+＋2H2O 2Cu＋O2↑＋4H+ $