1.2 化学能与电能的转化 第3课时（教学课件）化学苏教版选择性必修1

该高中化学课件聚焦电解原理，系统讲解电解池工作原理、电极反应规律及电极反应式书写。以“琼脂果冻‘神笔马良’”实验导入，通过电能驱动非自发反应激发兴趣，前承必修铝冶炼回顾，后经电解熔融NaCl、CuCl₂溶液实验逐步深入，搭建学习支架。 其亮点在于任务驱动探究，如电解CuCl₂溶液实验中观察现象、分析离子移动，体现科学探究与实践。通过表格总结电解类型、放电顺序，构建知识模型，培养科学思维。强调电能转化为化学能的化学观念，助力学生理解物质转化，教师可借情境与分层任务提升教学效率。

苏教版选择性必修 1 专题1 化学反应与能量 第3课时 电解原理 第二单元 化学能与电能的转化 1 电解过程电极反应规律 2 电解池的工作原理 1 学习内容导览 2 1.以电解熔融态氯化钠和氯化铜溶液为例， 理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.能准确判断电解池的阴、阳极，分析离子的移动方向与电极反应过程，并能规范书写电极反应式，构建电解池工作的核心认知体系 重点：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，掌握电解池电极反应规律和电极方程式的书写。 难点：掌握电解池的电极反应规律以及电极反应式的书写。 素养锚定·课标定位 我们能否利用电能，去“强迫”一些非自发的化学反应发生呢？就像这个有趣的实验一样，当我们用连接电源的勺子接触含有指示剂的果冻时，勺子所到之处，立刻出现了粉红色的线条！这背后就是电能驱动化学反应的神奇效果，也就是我们今天要学习的核心内容——电解原理。 琼脂果冻上的“神笔马良” 情境启思·任务缘起 电解池的工作原理 01 5 一、电解池的工作原理 工业生产和日常生活中，人们常常需要通过电解的方法使许多不能自发进行的反应顺利进行，电解过程中电能转化为化学能。 任务一 回顾铝的冶炼 回顾必修第二册 专题9 第一单元中的铝的冶炼过程，工业上分别以Al2O3为原料，并添加冰晶石（降低氧化铝的熔融温度），生产金属铝。 思考：工业生产中是如何实现此过程的吗？上述过程中发生了什么形式的能量转化？ 电解 4Al+3O2↑ 2Al2O3（熔融） 冰晶石 分层研学·探理悟新 一、电解池的工作原理 任务二 探究电解熔融态氯化钠 氯化钠在高温下熔融并发生电离，生成可以自由移动的Na＋和Cl－。通电后，离子发生定向迁移。 通电前，熔融态NaCl中Na＋和Cl－自由移动 通电后，阴、阳离子发生定向迁移，Na+向阴极移动， Cl－向阳极移动。 1. 熔融状态下的离子移动 分层研学·探理悟新 一、电解池的工作原理 任务二 探究电解熔融态氯化钠 思考：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。 阳极： 阴极： 电解总反应： 2Cl－－2e－=Cl2↑（氧化反应） 2Na＋＋2e－=2Na（还原反应） 2NaCl(熔融) 通电 2Na + Cl2↑ 结论：熔融态氯化钠在直流电的作用下，发生化学反应，生成钠和氯气，这个过程叫做电解。 分层研学·探理悟新 一、电解池的工作原理 任务二 探究电解熔融态氯化钠 2.电解熔融NaCl过程中电子的流向 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。 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。 电源负极→阴极， 阳极→电源正极 结论：电解过程中，电能转化成化学能，把将电能转化成化学能的装置称为电解池。 思考：根据电解池的工作原理，你能归纳出电解池的构成条件吗？ 分层研学·探理悟新 一、电解池的工作原理 1. 电解的定义 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。 3.电解池的构成条件： ①直流电源 ②两个电极（阳极+阴极） ③电解质溶液（或熔融电解质） ④形成闭合回路 任务三 认识电解和电解池 2. 电解池的定义 将电能转化为化学能的装置称为电解池。 C C - + 阳极 阴极 直流电源 电解质溶液 分层研学·探理悟新 一、电解池的工作原理 4.电解池的工作原理 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。 电子流向：负极→阴极、阳极→正极。 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 任务三 认识电解和电解池 分层研学·探理悟新 一、电解池的工作原理 思考：根据原电池工作原理判断正负极的方法，想想哪些方法可以判断阴、阳极？ 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 5.电解池的电极判断 任务三 认识电解和电解池 分层研学·探理悟新 一、电解池的工作原理 任务四 探究实验电解氯化铜溶液 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。 分层研学·探理悟新 一、电解池的工作原理 任务四 探究实验电解氯化铜溶液 实验现象 实验结论 2.实验现象和结论 与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质 。 阴极析出Cu 与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝且褪色 。 阳极产生了Cl2 思考：你能分析这个实验的微观原理吗？ 分层研学·探理悟新 一、电解池的工作原理 任务四 探究实验电解氯化铜溶液 思考：你能分析这个实验的微观原理吗？ 通电前CuCl2溶液： CuCl2 == Cu2+ + 2Cl- H2O H+ + OH- 通电前溶液里有Cu2+、Cl-、 H+ 和OH- 。 Cu2+ 2Cl- H+ OH- 向阴极迁移 向阳极迁移 通电时： 分层研学·探理悟新 一、电解池的工作原理 任务四 探究实验电解氯化铜溶液 思考：氯化铜溶液中含有Cu2+、Cl-、 H+ 和OH- ，阴阳极是如何反应的呢？ 氧化反应 还原反应 2Cl－－2e－==Cl2↑ Cu2＋＋2e－==Cu Cu2+ 2Cl- H+ OH- 向阴极迁移 向阳极迁移 通电时： 分层研学·探理悟新 电极名称 阴极 阳极 反应类型 电极反应式 电解反应 一、电解池的工作原理 知识总结 任务四 探究实验电解氯化铜溶液 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。 还原反应 氧化反应 Cu2＋＋2e－=Cu 2Cl－－2e－=Cl2↑ 2.反应原理 分层研学·探理悟新 【例1】如下图所示装置中属于电解池的是________(填序号)。 ③⑥ 典例剖析·逻辑释疑 【变式1】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_____，b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。 (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。电解总方程式为：_____________________。 正极 负极 阳极 2Cl－－2e－===Cl2↑ 氧化 阴极 2H＋＋2e－===H2↑ 还原 阴 阳 典例剖析·逻辑释疑 电解过程电极反应规律 02 20 任务五 分析电解池中电极反应规律 二、电解过程电极反应规律 思考：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？ 氧化反应 放电顺序 Cl- ＞ OH- 还原反应 Cu2＋ ＞H+ 放电顺序 2Cl－－2e－==Cl2↑ Cu2＋＋2e－==Cu Cu2+ 2Cl- H+ OH- 向阴极迁移 向阳极迁移 由电解氯化铜溶液可知电解池离子的放电顺序取决于离子的氧化性、还原性的强弱。 分层研学·探理悟新 任务五 分析电解池中电极反应规律 二、电解过程电极反应规律 1.阴极反应规律 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： 金属活动顺序表倒过来 阳离子得电子能力逐渐减弱 注意：酸中H+与水中H+的顺序，Fe3+与Fe2+的顺序！ 分层研学·探理悟新 任务五 分析电解池中电极反应规律 二、电解过程电极反应规律 2.阳极反应规律 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。 阴离子失电子能力逐渐减弱 S2->I->Fe2+>Br->Cl->OH->含氧酸根（SO42-、NO3-、CO32-）>F- 分层研学·探理悟新 任务六 分析用惰性电极电解电解质溶液的规律 二、电解过程电极反应规律 思考：依据上述总结的电极反应规律，思考如果用惰性电极电解酸碱性不同的电解质溶液，电解池电极反应、pH变化和如何恢复到开始状态？ 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+ 分层研学·探理悟新 24 任务六 分析用惰性电极电解电解质溶液的规律 二、电解过程电极反应规律 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） 分层研学·探理悟新 25 任务七 探究电解池电极反应式和总反应式的书写方法 二、电解过程电极反应规律 例：写出用石墨做电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式 H2O H+ + OH－ CuSO4 ＝ Cu2+ + SO42－ (2)找离子：首先找出溶液中所有的阴、阳极离子（包括水电里的H+和OH－ ）。 (3)分离出阴离子和阳离子： (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。 阳离子：Cu2+ 、 H+ 阴离子：OH－、 SO42－ 分层研学·探理悟新 26 任务七 探究电解池电极反应式和总反应式的书写方法 二、电解过程电极反应规律 例：写出用石墨做电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式 阳离子氧化性：H+ < Cu2+ 阴离子还原性：OH－>SO42－ 最后使得失数相等，两极半反应相加得总方程式： 电解 阴极： 阳极： 2H2O －4e-＝O2↑+4H+ 2Cu2+＋4e-＝2Cu (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。 (5)然后写电极反应式 ： 2Cu＋O2↑+4H+ 2Cu2++2H2O （电解离子方程式） 分层研学·探理悟新 27 一、反应热的概念 【例1】用如图所示装置除去含CN－、Cl－ 废水中的CN－ 时，控制溶液pH 为9～10，阳极产生的ClO－ 将CN－ 氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是(　　) A．用石墨作阳极，铁作阴极 B．阳极的电极反应式：Cl－＋2OH－－2e－=ClO－＋H2O C．阴极的电极反应式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－ D．除去CN－ 的反应：2CN－+5ClO－+2H＋=N2↑+2CO2↑+5Cl－+H2O D 典例剖析·逻辑释疑 二、反应热的测定 【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 典例剖析·逻辑释疑 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 体系梳整·认知升华 1.能用电解原理说明的问题是(　　) ①电解是把电能转变成化学能　 ②电解是把化学能转变成电能　 ③电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化　 ④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现　 ⑤任何溶液被电解时,必将导致氧化还原反应的发生 A.①②③④ B.②③⑤ C.③④ D.①③④⑤ D 当堂诊学·成效校验 2.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(　　) C 当堂诊学·成效校验 3.如图所示的两个电解槽中，A、B、C、D均为石墨电极。如果电解过程中共有0.02 mol电子通过，下列叙述正确的是(　　) A．甲电解槽中A极最多可析出0.64 g铜 B．甲电解槽中B极的电极反应式为 2H2O－4e－=O2↑＋4H＋ C．乙电解槽中滴入酚酞溶液，D极附近溶液变红 D．乙电解槽中C极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ C 当堂诊学·成效校验 4.镍镉(Ni﹣Cd)可充电电池在生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行： Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2 ，下列说法不正确的是（ ） A．放电时化学能不能全部转化为电能 B．放电时Cd为该电池的负极，充电时这一端应接直流电源的正极 C．放电时该电池的正极反应为：NiOOH+H2O+e－＝ Ni(OH)2+OH－ D．充电时，阴极反应为：Cd(OH)2+2e－＝ Cd+2OH－ B 当堂诊学·成效校验 5.用石墨作电极电解0.1 mol·L－1的CuSO4溶液，当有0.4 mol电子通过电路时，发现阴极的质量增加了6.4 g，则要使电解后的溶液恢复到电解前状态，可向电解后的溶液中加入(　　) A．0.1 mol Cu(OH)2 B．0.1 mol CuO C．0.2 mol CuO D．0.1 mol CuO和0.2 mol H2O A 当堂诊学·成效校验 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。 O2＋4e－＋2H2O=4OH- 石墨 当堂诊学·成效校验 (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 。 1.5 240 g CuO(或372 g CuCO3) 当堂诊学·成效校验 感谢观看 更多练习见分层作业 苏教版选择性必修 1 38 Lavf58.29.100 2HClH2↑＋Cl2↑ $