4.2.1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

第四章 化学反应与电能 第二节 电解池 课时1 电解原理 学习目标 1.了解电解的概念，熟悉电解池的构成条件。 2.理解电解池的工作原理。 3.熟悉常见阴离子的还原性或阳离子的氧化性强弱，掌握放电顺序。 4.掌握电解池电极反应式和电解反应方程式的书写。（重难点） 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了？ 原电池 电解池 新课导入 电能直接转化为化学能的装置—电解池 亚历山德罗·伏特 意大利物理学家 伏打电池 伏打电池的发现引起化学家利用电解法研究元素的兴趣。 1807年 电解熔融碳酸钾制得钾； 电解熔融碳酸钠制得钠。 1808年 电解制得镁、钙、锶、钡； 用钾还原无水硼酸制得硼。 戴维 贝采里乌斯 1823年 用钾还原四氟化硅制得硅 1825年奥斯特用钾汞齐还原无水氯化铝得到铝1886年莫瓦桑电解法制得氟。 电解原理 【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(阳极)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。 与正极相连的电极 与负极相连的电极 现象 判断 产物 反应 方程式 产生使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝的气体 产生红色物质 氯气 铜 CuCl2 === Cu + Cl2↑ 通电 － ＋ 石墨电极 石墨电极 25% CuCl2溶液 用石墨电极电解CuCl2溶液生成Cu和Cl2原理是什么？ 电解原理 (1)通电前，CuCl2溶液中存在哪些离子？ Cu2＋、H＋、Cl－、OH－ (2)通电后，溶液中Cl－ 、OH－的移动方向？ 移向阳极(a极) (3)阳极电极反应式及反应类型？(“氧化反应”或“还原反应”,下同) 2Cl－－2e－===Cl2↑　氧化反应 (4)通电后，溶液中Cu2＋ 、H+的移动方向？阴极反应式及反应类型？ 移向阴极(b极) Cu2＋＋2e－===Cu　还原反应 通电后：CuCl2溶液中的离子移动方向 电解原理 阳极 石墨 e- e- 阴极 Cl－ Cu2＋ Cl－ Cl－ Cl－ Cu2＋ H＋ Cl－ OH－ Cl－ Cl－ e- e- e- e- 负极 正极 阴极 阳极 Cl−、OH− 向阳极迁移， Cu2+、H+ 向阴极迁移。 通电后： 阳极： 2Cl− − 2e− = Cl2↑（氧化反应） 与直流电源正极相连的石墨棒 阴极： Cu2 ＋2e− = Cu（还原反应） 与直流电源负极相连的石墨棒 放电：阴、阳离子到达电极，失去或 获得电子，发生氧化或还原反应的过程。 电解： 让直流电通过电解质溶液（或熔融电解质），在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。 当离子到达电极时，失去/获得电子，发生氧化/还原反应的过程叫做放电。 放电： 构成要素： ① 直流电源 ② 阴、阳极 ③ 电解质溶液或熔融电解质 ④ 形成闭合回路 阴极：接电源负极 阳极：接电源正极 电解池： 电源、两极、一液、成回路 氧化反应 还原反应 电解原理 把电能转化成化学能的装置。 电解池的工作原理 氧化 反应 还原 反应 阴离子 阳离子 e- e- 氧化反应 还原反应 阳极 阴极 反应类型 阴离子移向______； 阳离子移向______ 阳极 阴极 离子流向 电子流向 电源____极流向____极 ____极流向电源____极 负 阴 阳 正 ✪ 特别提醒： 金属导电是物理变化；电解质溶液导电是化学变化，就是电解的过程。 1.正误判断 (1)电解池的两个电极必须是两个活动性不同的电极 (2)在电解池中与直流电源负极相连的电极是阴极 (3)在电解池中，电子从阳极流入电源正极 (4)电解质溶液的导电实验发生化学变化 (5)电解池的阳极发生还原反应 × √ √ √ × 练一练 2.如图为用惰性电极电解CuCl2溶液并验证其产物的实验装置，则下列说法不正确的是 A.电源a极为负极 B.KI-淀粉溶液会变蓝色 C.Cl－向电极Ⅱ区域移动 D.电极Ⅰ上发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋ √ Cl2 Cu2＋+2e－===Cu 阳极 阴极 ﹣ ﹢ 练一练 3.如图所示装置中属于电解池的是_______(填序号)。 ③⑥ ①②⑤无外接直流电源，不能构成电解池； ④无电解质溶液或熔融电解质； ⑦中蔗糖属于非电解质，不能构成电解池； ⑧没有形成闭合回路，不能构成电解池。 练一练 电解规律 电解CuCl2溶液时，为什么是Cu2+在得电子，Cl−在失电子？ 水电离出的H+ 和OH− 为什么没有参与电极反应呢？ 阳极：2Cl- - 2e- = Cl2↑（氧化反应） 阴极：Cu2++ 2e- = Cu（还原反应） 是否参与反应与其得失电子的能力有关 氧化性Cu2+ > H+ ；还原性Cl- > OH- 阳离子得电子能力——氧化性 阴离子失电子能力——还原性 NaCl == Na+ ＋Cl- H2O⇌H+ + OH- 阳极 (C) ：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极 (Fe)：2H+ ＋ 2e－===H2↑ 或2H2O + 2e- === H2↑+ 2OH- 如图所示，不同电极电解NaCl溶液，电极反应式如何书写？ 已知：氧化性Cu2+ > H+ > Na+；还原性Cl- > OH- 问题讨论 阳极(Fe)：Fe－2e- ===Fe2+ 阴极 (C)：2H+ ＋2e－===H2↑ 电解规律 电解规律 ①阴极（与直流电源负极相连） 阳离子在阴极得电子，发生还原反应 无论是惰性电极还是活泼电极都不参与电极反应，发生反应的只是溶液中的阳离子。 阴极阳离子放电顺序（氧化性顺序）： 氧化性强的离子先放电： 即越活泼的金属，其阳离子越难结合电子 Ag+＞Hg2+>Fe3+> Cu2+＞H+(酸)＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞ H+(水) ＞ Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+ 水溶液中不放电，熔融态放电 阴极最常用的放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋ Ag Hg Fe2+ Cu H2 H2 和 OH− 电解规律 ②阳极（与直流电源正极相连） 阴离子在阳极失电子(或电极本身)，发生氧化反应 溶液中还原性强的阴离子失电子被氧化，或电极本身失电子被氧化溶入溶液中。 金属失电子，发生氧化反应 若为活性电极： 若为惰性电极(Pt、Au、C等)： 仅溶液中的阴离子放电 (只传递电子本身不失电子) 活泼金属>S2-＞I -＞Br -＞Cl -＞OH-＞ 含氧酸根离子(SO42-等) ＞F- 金属阳离子 S I2 Br2 Cl2 碱 → O2 和 H2O 水 → O2 和 H+ 阳极常见放电顺序：活性电极>Cl- >OH- 第二步：分析离子放电顺序（注意阳极电极材料） 以惰性电极电解CuSO4溶液为例： 电离：CuSO4===Cu2＋＋，H2O⇌H＋＋OH－， 溶液中存在Cu2＋、、H＋、OH－四种离子； 第一步：分析溶液中存在的离子 第三步：写出电极反应式 2Cu2++2H2O == 2Cu＋O2↑+4H+ 电解 电解池电极反应的书写 阴极：Cu2＋＞H＋ ，阳极：OH－>； 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu， 阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋； 两极反应式相加得总反应式： 用惰性电极电解下列电解质溶液，写出电极反应式和总反应式： (1) 电解氢氧化钠溶液 阳极：__________________________； 阴极：___________________________； 总反应式：______________________。 (2)电解稀硫酸溶液 阳极：_________________________； 阴极：___________________； 总反应式：_____________________。 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 4H＋＋4e－===2H2↑ 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ (3)电解硫酸钠溶液 阳极：________________________； 阴极：__________________________； 总反应式：____________________。 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑ 课堂练习 活泼金属＞S2-＞I -＞Br -＞Cl -＞OH-＞ 含氧酸根离子(SO42-等) ＞F- Ag+＞Hg2+>Fe3+> Cu2+＞H+(酸)＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞ H+(水) ＞ Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+ (4)用银作阳极电解硫酸钠溶液。 阳极(Ag) ：___________________； 阴极：___________________； 总反应： ___________________________； (3)用铜作阳极电解稀硫酸。 阳极(Cu) ：___________________； 阴极：___________________； 总反应： ___________________________； 2H++ 2e-=H2↑ Cu- 2e-=Cu2+ Cu +H2SO4 === CuSO4 + H2 ↑ 电解 用银做电极电解硫酸钠 2Ag- 2e-=2Ag+ 2Ag +2H2O === 2 AgOH + H2 ↑ 电解 2H2O+2e-=H2↑+2OH- Ag+＞Hg2+>Fe3+> Cu2+＞H+(酸)＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞ H+(水) ＞ Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+ 活泼金属＞S2-＞I -＞Br -＞Cl -＞OH-＞ 含氧酸根离子(SO42-等) ＞F- 课堂练习 不同电解类型电解池电极反应的书写 ①电解电解质型 如电解HCl、CuCl2溶液： 阴极： 阳极： 总反应： 2Cl- - 2e- = Cl2↑ Cu2+ + 2e- = Cu 复原方法： 加电解质本身 ：通入HCl气体/加入CuCl2(s) 2H+ + 2e- = H2↑ Cu2+ + 2Cl- = == Cu + Cl2↑ 电解 2H+ + 2Cl- === H2↑ + Cl2↑ 电解 特别提醒：电解后溶液的复原，从溶液中放出的气体和生成的沉淀，按照原子个数比组成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则。 如电解Na2SO4 阴极： 阳极： 总反应： 复原方法： 加适量水（电解多少加多少） 2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH- 2H2O- 4e-=4H++O2↑ 2H2O ==== 2H2↑+ O2↑ 电解 新知探究 ②电解水型(电解质不反应) 阳极 阴极 氧气 氢 气 Na2SO4溶液 不同电解类型电解池电极反应的书写 如电解NaCl溶液： 阴极： 阳极： 总反应： 复原方法： 通入HCl气体（逸出多少通多少） 2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH- 2Cl- - 2e- = Cl2↑ 2NaCl + 2H2O ==== 2NaOH + H2↑+ Cl2↑ 电解 新知探究 ③放氢生碱型(放出氢气生成碱) 阳极 阴极 氯气 氢 气 NaCl溶液 不同电解类型电解池电极反应的书写 如电解CuSO4溶液： 阴极： 阳极： 总反应： 复原方法： 加CuO 2Cu2+ + 4e- = 2Cu 2H2O- 4e-=4H++O2↑ 2CuSO4 + 2H2O === 2Cu + 2H2SO4 + O2↑ 电解 ④放氧生酸型(放出氧气生成氢离子) 阳极 阴极 氧气 铜 CuSO4溶液 不同电解类型电解池电极反应的书写 判电极 阴极 阳极 活性阳极（Pt、Au 以外的金属） 惰性阳极（Pt、Au、石墨等） 找离子 找全离子、分两组；别忘了H2O电离的H+和OH− 定顺序 确定离子或分子的放电顺序 题给信息优先 必备知识（前5位） 粒子的本性、浓度、电极材料 写反应 定最终产物，写反应式 介质、 产物的溶解性 解答 离子浓度、pH、Δm、电子转移数、溶液复原等 电解池电极反应的书写 电解池电极方程式书写 1.用惰性电极电解MgCl2溶液 阳极反应式：__________________； 阴极反应式：_____________________________________； 总反应离子方程式：___________________________________________________。 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H2O＋2e－＋Mg2＋===H2↑＋Mg(OH)2↓ 2.以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜 阳极反应式：_____________________________； 阴极反应式：_________________； 总反应方程式：___________________________。 2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋ 2H＋＋2e－===H2↑ Mg2＋＋2Cl－＋2H2O ==== Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑ 电解 2Al＋3H2O ==== Al2O3＋3H2↑ 电解 练一练 用石墨棒作电极，在Na＋、Cu2＋、Cl−、SO42− 等离子中选出适当离子组成电解质，电解其溶液，写出符合条件的一种电解质的化学式： (1)当阴极放出H2、阳极放出O2时，电解质是________________。 (2)当阴极析出金属、阳极放出O2时，电解质是____________。 (3)当阴极放出H2、阳极放出Cl2时，电解质是____________。 (4)通过电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量、阳极放出的气体的物质的量之比为4 : 2 : 1时，电解质的化学式是____________。 Na2SO4 CuSO4 NaCl CuSO4 练一练 如图所示是电解稀盐酸的装置，其中c、d为石墨电极。试回答下列问题： (1)a电极为　　　。 (2)c电极为　　 ，电极反应式为　　　 　　　，发生 了　　 反应；d电极为　　 ，电极反应式为_______　　　 　　　　，发生了　　　反应。 正极 阳极 2Cl--2e-===Cl2↑ 氧化 阴极 2H++2e- ===H2↑ 还原 (3)电解过程中，氢离子向　　(填“阴”或“阳”，下同)极移动，氯离子向　　极移动。电解总反应式为　　　　　　　　　　。 阴 阳 2HCl H2↑+Cl2↑ 练一练 Lavf58.20.100 Lavf58.45.100 Lavf57.83.100 2H2OO2↑＋2H2↑ 2H2O2H2↑＋O2↑ 2H2O2H2↑＋O2↑ $