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原理及应用，以电解氯化铜溶液实验导入，通过现象观察、离子移动分析、放电顺序判断构建原理框架，再延伸至电解规律总结及氯碱工业、电镀等实际应用，形成从具体到抽象再到实践的学习支架。 其亮点在于融合科学探究与实践，通过【实验4-2】引导学生观察分析；运用科学思维，以表格归纳电解规律；结合化学观念，联系工业生产实例。学生能深化理解，教师可高效开展教学，提升学生学科核心素养。

电解原理 第四章 化学反应与电能 1.以电解氯化铜为例，分析理解电解池的工作原理。 2.会判断离子的放电顺序，会书写其电极反应式。 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。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。 电解原理 实验现象： ①电流表指针发生偏转； ②与电源负极相连的电极上逐渐覆盖了一层红色物质； ③与电源正极相连的电极上产生有刺激性气味的气体，该气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝。 实验结论： CuCl2溶液在通电条件下生成了Cu和Cl2 电解原理 【思考】CuCl₂溶液在直流电的作用下为什么会生成单质Cu和Cl₂呢? 这个过程是怎么发生的呢? 通电前:CuCl2溶液中存在哪些离子？如何移动？ 石墨 Cl－ Cu2＋ Cl－ Cl－ Cu2＋ Cl－ Cl－ OH－ Cu2＋ Cl－ H＋ Cl－ Cu2＋、Cl－、H＋、OH－ 自由移动 CuCl2 = Cu2+ + 2Cl- H2O ⇌ H+ + OH- 电解原理 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。 阳极： 2Cl－ － 2e－ = Cl2↑（氧化反应） 阴极： Cu2+ ＋ 2e－ = Cu （还原反应） 与直流电源正极相连的石墨棒 与直流电源正极相连的石墨棒 放电：阴、阳离子到达电极，就失去或获得电子，发生氧化或还原反应的过程。 石墨 Cl－ Cl－ Cu2＋ Cl－ OH－ Cu2＋ H＋ 电解原理 1.电解：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。 2.电解池：将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。 3.电解池的构成条件 ①直流电源； ②两个电极； ③电解质溶液或熔融电解质； ④形成闭合回路。 阴离子 阴极 阳极 氧化 反应 还原 反应 阳离子 e- e- 电解原理 如图所示装置中属于电解池的是_______(填序号)。 ③⑥ 电解原理 2H2O===2H2↑ +O2↑ 电解 请分析电解水的原理 1.电解池的组成 2.电极反应方程式 3.电子的运动方向、阴阳离子的迁移方向 电解原理 电解CuCl2溶液时，为什么只有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？ 阳离子氧化性强弱顺序； 阴离子还原性强弱顺序。 阴离子 阴极 阳极 氧化 反应 还原 反应 阳离子 e- e- 放电规律 (1)阳极: 放电顺序：金属活性电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F － 失电子能力减弱，得电子能力增强 惰性电极(Pt、Au、石墨等)：还原性强的离子先放电 活性电极：金属本身M－ne-＝Mn+ 阴离子/活性电极，失电子，氧化反应 (2)阴极: 阳离子，得电子，还原反应 只在熔融状态下放电 溶液中考虑 Ag+ > Hg+ > Fe3+ > Cu2+ > H+ （酸）> Pb2+ > Sn2+ >Fe2+ >Zn2+> H+ （水）> Al3+ > Mg2+ > Na+ > Ca2+ > K+ 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↑ 【注意】若电解的“H+或OH-”来自于H2O，H2O是弱电解质，不可拆 电解规律 (1)电解水型 电解质 H2SO4 NaOH Na2SO4 阳极 反应式 2H2O－4e－== O2↑＋4H＋ 4OH－－4e－== O2↑＋2H2O 2H2O－4e－== O2↑＋4H＋ 阴极 反应式 4H＋＋4e－===2H2↑ 4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ pH变化 减小 增大 不变 复原加入物质 加入H2O 电解规律 电解质 HCl CuCl2 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ Cu2＋＋2e－===Cu pH变化 增大 复原加入物质 HCl CuCl2 (2)电解电解质型 电解规律 电解质 NaCl CuSO4 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极反应式 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 2Cu2＋＋4e－===2Cu pH变化 增大 减小 复原加入物质 HCl CuO或CuCO3 (3)电解质和水都发生电解型 (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- 电解原理 ②明确溶液中存在哪些离子 ③判断阴阳离子的放电顺序 ④根据阳极氧化，阴极还原分析得出产物，完成电极反应式 ①判断电极材料 电极反应式书写的一般思路 电荷守恒，原子守恒 ⑤由阴阳两电极反应式，合并得总反应式 弱电解质的须保持分子形式 装置 原电池 电解池 实例 Cu-Zn原电池 电解CuCl2溶液 原理 电极名称 电子流向 电极反应 能量转换 自发进行的氧化还原反应 自发/非自发进行的氧化还原反应 正极、负极 阴极、阳极 负极→正极 电源负极→阴极 阳极→电源正极 负极：氧化反应 正极：还原反应 阳极：氧化反应 阴极：还原反应 化学能→电能 电能→化学能 电解原理的应用 第四章 化学反应与电能 1.认识电解原理在氯碱工业、电镀及电冶金等工业生产中的实际应用。 2.深化对电解原理的理解。 一、电解饱和食盐水—氯碱工业 1. 氯碱工业 习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业，可制取氢氧化钠、氢气和氯气，并以它们为原料生产一系列化工产品。 2. 电解饱和食盐水的原理(惰性电极) 一、电解饱和食盐水—氯碱工业 NaCl Na+ + Cl- H2O H+ + OH- 向阴极迁移 向阳极迁移 阴极：还原反应 放电顺序:H+ ＞Na+ 2H2O＋2e－==H2↑+2OH－ 阳极：氧化反应 放电顺序: Cl- ＞ OH － 2Cl － －2e － == Cl2↑ 2Cl-+2H2O === Cl2↑+H2↑+2OH- 电解 2. 电解饱和食盐水的原理(惰性电极) 一、电解饱和食盐水—氯碱工业 【思考】产品Cl2能和NaOH溶液接触吗？能否用该电解池制备Cl2、H2 和NaOH ？ 不能，可以使用阳离子交换膜隔离阴阳极！ （1）Cl2 与 NaOH 反应 ：Cl2 + 2OH- ==== ClO- + Cl- + H2O （2）H2 与 Cl2 混合易爆炸：H2 + Cl2 ==== 2HCl 一、电解饱和食盐水—氯碱工业 + - 精制饱和NaCl 淡水 Cl2 H2 NaOH溶液 H2O含少量NaOH Cl- Cl2 OH- Na+ 阳离子交换膜 阳 阴 2H++2e- H2↑ 2Cl--2e- Cl2↑ 在食盐水的电解过程中，由于阴极区 H+ 浓度变小，水的电离平衡向生成 H+ 和 OH- 的方向移动，而且随着 H+ 不断变为氢原子并最终形成氢气逸出，阴极区溶液中的 OH- 越来越多。 阳离子交换膜的作用： ①能传导溶液中的阳离子；②阻止阴离子和气体分子通过。 阴极室加入含少量NaOH的水目的：增强溶液导电性。 一、电解饱和食盐水—氯碱工业 3. 氯碱工业产品及其应用 (1)氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂等。 (2)以电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。 二、电镀 利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。 使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度。 请应用电解原理，设计实验方案，在铁钉上镀铜。 二、电镀 电镀池的构成(在铁制钥匙上面镀铜)： 阳极材料：镀层金属Cu 电极反应：Cu－2e－=== Cu2＋； 阴极材料：镀件铁制钥匙 电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu。 电解质溶液：Cu2＋浓度保持不变。 二、电镀 电镀银 阴极 阳极 电镀液 Ag－e－ === Ag＋ Ag＋＋e－ === Ag 阳极参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。 现象： 待镀金属表面镀上一层光亮的银，银不断溶解。 含银离子溶液浓度不变 特点： 二、电镀 “一多”指阴极上有镀层金属沉积； “一少”为阳极上有镀层金属溶解； 电镀过程中的“一多，一少，一不变” “一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。 镀金 镀银 镀合金（黄铜） 镀锌铁丝 三、铜的电解精炼 粗铜中的锌、铁和镍等比铜活泼的金属也发生氧化反应，变成金属阳离子进入溶液。 银、金、铂等不如铜活泼的金属在电解过程中不发生氧化反应，最终沉积在电解池的底部，与其他不溶性杂质混在一起形成阳极泥。 粗铜 精铜 三、铜的电解精炼 Cu–2e- === Cu2+ Fe–2e- === Fe2+ 阴极放电顺序： Cu2+ ＞ H+ ＞ Fe2+ 阳极放电顺序： 金属 ＞ OH- ＞ SO42- Zn－2e－ === Zn2＋ Cu2＋＋2e－ === Cu 电解精炼铜的原理：粗铜中比铜活泼的金属锌、铁等，失去电子形成阳离子而溶解(残留在溶液中)；比铜不活泼的金属银、金等，以金属单质的形式沉积在电解槽的底部(形成阳极泥)；粗铜中的铜在纯铜上析出。 粗铜 精铜 三、铜的电解精炼 电解质溶液浓度在电镀前后不相等； 电解精炼过程中的“两不等” 粗铜 精铜 阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。 四、电冶金 金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子还原成金属单质的过程：Mn+ +ne- === M 【思考】NaCl溶液和电解熔融的NaCl，电极反应式是否一样？ 2NaCl(熔融) 电解 2Na + Cl2 2e- ↑ 2Cl- Cl2 - 阳极： 阴极： e- Na+ + Na 总反应： ↑ 电解熔融氯化钠装置示意图 NaCl进口 NaCl (熔融) Cl2出口 Na (液态) Na出口 阴极 阴极 阳极 四、电冶金 工业制金属钠： 工业制金属镁： 工业制金属铝： AlCl3是共价化合物；Al2O3是离子化合物，熔点2050℃。 冰晶石Na3AlF6降低Al2O3的熔化温度，在铝电解中作为助溶剂。 MgCl2 (熔融) Mg ＋ Cl2 ↑ 电解 2NaCl (熔融) 2Na＋Cl2 ↑ 电解 2Al2O3 (熔融) 4Al ＋ 3O2 ↑ 电解 冰晶石 像钠、镁、铝这样非常活泼的金属，很难用其他还原剂还原，工业上常用电解法冶炼。 电解与元素的发现 伏打电池的发明，引起了化学家利用电解方法研究元素的兴趣。由电解法分离的元素及利用新分离出的元素提纯的其他元素如下表。 1.如图为阳离子交换膜法电解饱和食盐水的原理示意图(所用电极均为惰性电极)。下列说法不正确的是(　　) A.从E口逸出的气体是H2 B.从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性 C.标准状况下每生成22.4 L Cl2，便产生2 mol NaOH D.若B口不加入物质，则电解一段时间后加适量盐酸可以使电解质溶液恢复到电解前的浓度 D 课堂练习 2. 利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是（ ） A. 电解时以精铜作阳极 B．电解时阳极发生还原反应 C．粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu = Cu2+ + 2e- D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥 D 3. 下列描述中，不符合生产实际的是（ ） A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极 B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极 C．在冶金工业上，常用电解法制取钠、镁、铝等金属 D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极 A 4. 下列关于电解氯化钠水溶液（两根石墨棒作电极）的叙述正确的是（　　） A. 若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色 B. 若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕黄色 C. 电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠 D. 电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性 B 5. 关于下列各图的说法中，正确的是（ ） A．①中阴极处能产生使湿润淀粉KI试纸变蓝的气体 B．②中待镀铁制品应与电源正极相连 C．③中电子由b极流向a极 D．④中的离子交换膜可以避免生成的Cl2与NaOH溶液反应 D Lavf57.83.100 2H2OO2↑＋2H2↑ 2H2O2H2↑＋O2↑ 2H2O2H2↑＋O2↑ $