4.2.1电解原理课件 2026-2027学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第四章 化学反应与电能 第二节 电解池 4.2.1 电解原理 学习目标 1、通过对氯化铜溶液电解过程的分析，了解电解、电解池的概念，认识电解是电能转化为化学能的一种重要形式。 2、形成系统分析电解池的一般思路和方法，能初步设计简单的电解池。 3、初步了解在电解过程中，粒子的放电顺序与其氧化性、还原性的关系，能解释或推测电解反应的产物，并能用电极反应和总反应进行表征。 【思考】把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能将电能直接转化为化学能？ 将电能转化为化学能的装置叫做电解池（也称电解槽） 电解水实验 2H2O = 2H2↑ + O2↑ 电解 【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（如图4 - 9）。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。 一、电解原理 实验操作 实验现象 实验原理 一、电解原理 【实验4 - 2】 ① 与直流电源负极相连的石墨棒上有红色固体析出 ② 与直流电源正极相连的石墨棒上有气泡产生，且有刺激性气味，湿润的KI淀粉试纸变成蓝色 —— 阴极 —— 阳极 CuCl2溶液在通电条件下生成了Cu和Cl2 Cu2+ + 2Cl- = Cu + Cl2↑ 电解 一、电解原理 微观解释CuCl2溶液的电解 ① 通电前 ② 通电后 CuCl2 = Cu2+ + 2Cl-（电离） Cu2+和Cl-在溶液中作自由运动 Cu2+和Cl-在溶液中改作定向运动 a. Cu2+向 迁移 b. Cl-向 迁移 阴极（与直流电源的负极相连） 阳极（与直流电源的正极相连） ③ 电极反应 阴极： 阳极： 总反应： e- - - - - e- + ++ + 2Cl- - 2e- = Cl2↑ Cu2+ + 2e- = Cu 还原反应 氧化反应 Cu2+ + 2Cl- = Cu + Cl2↑ 电解 ★ 电解质先电离(物理变化)后电解(化学变化)，导电过程就是电解过程 ★ 放电：当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化或还原反应的过程 一、电解原理 1、电解： 2、电解池： 3、构成条件： 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叫做电解 将电能转化为化学能的装置叫做电解池（也称电解槽） ① 直流电源 ② 两个电极 ③ 电解质溶液或熔融电解质 ④ 闭合回路 ★ 两电极分别与直流电源相连，插入电解质溶液，形成闭合回路 一、电解原理 4、电极 5、电荷移动方向 a. 阴极：与直流电源的负极相连， 电子，发生 反应 e- - - - - e- + ++ + b. 阳极：与直流电源的正极相连， 电子，发生 反应 得 还原 失 氧化 a. 外电路： b. 内电路： c. 电流： 负极 → 阴极 e- 阳极 → 正极 e- 阳离子 → 阴极 阴离子 → 阳极 正极 → 阳极 → 电解质溶液 → 阴极 → 负极 I I I I 一、电解原理 微观解释CuCl2溶液的电解 CuCl2 = Cu2+ + 2Cl- H2O ⇌ H+ + OH- 阳离子 → 阴极 阴离子 → 阳极 Cu2+、H+ Cl-、OH- Cu2+ + 2e- = Cu 2Cl- - 2e- = Cl2↑ 得电子能力：Cu2+ H+ ＞ 失电子能力：Cl- OH- ＞ 氧化性 还原性 Cu2+ + 2Cl- = Cu + Cl2↑ 电解 一、电解原理 6、放电顺序 ① 阴极放电顺序： 氧化性强的阳离子先得电子 K+＜Ca2+＜Na+＜Mg2+＜Al3+＜H+(H2O)＜Zn2+＜Fe2+＜Sn2+＜Pb2+＜H+(酸)＜Cu2+＜Fe3+＜Hg2+＜Ag+ 水溶液中只考虑此部分 在水溶液中不放电，只在熔融状态下放电 ② 阳极放电顺序： 还原性强的阴离子先失电子 金属活性电极 ＞ S2- ＞ I- ＞ Br- ＞ Cl- ＞ OH- ＞ 含氧酸根离子(SO42-、NO3-等) ＞ F- 在水溶液中不放电 ★ 金属活性电极：石墨、Au、Pt以外的金属电极 惰性电极 实验操作 实验现象 实验原理 一、电解原理 【电解水实验】 ① 与负极相连的一级产生H2，该气体被点燃后，火焰呈淡蓝色 ② 与正极相连的一级产生O2，该气体能使带火星的木条复燃 2H2O = 2H2↑ + O2↑ 电解 【思考】为什么实验前会向水中加适量的稀H2SO4或NaOH? 为了增强水的导电性 一、电解原理 微观解释H2O的电解 阴极： 阳极： 总反应： 2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH- 2H2O = 2H2↑ + O2↑ 电解 2H2O - 4e- = O2↑ + 4H+ 阳极 C C 阴极 H2O - + 一、电解原理 电解质溶液 H2SO4溶液 NaOH溶液 Na2SO4溶液 阴极反应式 阳极反应式 总反应 溶液pH变化 复原需加入的物质 ① 电解H2O型 2H+ + 2e- = H2↑ 2H2O - 4e- = O2↑ + 4H+ 2H2O = 2H2↑ + O2↑ 电解 减小 H2O 2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH- 4OH- - 4e- = O2↑ + 2H2O 2H2O = 2H2↑ + O2↑ 电解 增大 H2O 2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH- 2H2O - 4e- = O2↑ + 4H+ 2H2O = 2H2↑ + O2↑ 电解 不变 H2O 【练习1】填表，用惰性电极电解下列物质？ 一、电解原理 电解质溶液 HCl溶液 CuCl2溶液 阴极反应式 阳极反应式 总反应 溶液pH变化 复原需加入的物质 ② 电解电解质型 2H+ + 2e- = H2↑ 2Cl- - 2e- = Cl2↑ 增大 HCl(g) 【练习1】填表，用惰性电极电解下列物质？ 2H+ + 2Cl- = H2↑ + Cl2↑ 电解 2Cl- - 2e- = Cl2↑ Cu2+ + 2e- = Cu Cu2+ + 2Cl- = Cu + Cl2↑ 电解 增大 CuCl2(s) 一、电解原理 电解质溶液 NaCl溶液 CuSO4溶液 阴极反应式 阳极反应式 总反应 溶液pH变化 复原需加入的物质 ③ 电解质与水都发生电解型 2Cl- - 2e- = Cl2↑ 2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH- 增大 HCl(g) 【练习1】填表，用惰性电极电解下列物质？ 2Cl- + 2H2O = Cl2↑ + H2↑ + 2OH- 电解 Cu2+ + 2e- = Cu 2H2O - 4e- = O2↑ + 4H+ 2Cu2+ + 2H2O = 2Cu + O2↑ + 4H+ 电解 减小 CuO(s) ★ 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中即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则 放氢生碱型 放氧生酸型 一、电解原理 【练习2】填表，用Fe作电极电解下列物质？ 电解质溶液 Na2SO4溶液 阴极反应式 阳极反应式 总反应 阳极放电顺序： 金属活性电极 ＞ S2- ＞ I- ＞ Fe2+ ＞ Br- ＞ Cl- ＞ OH- ＞ 含氧酸根离子(SO42-、NO3-等) ＞ F- 2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH- Fe - 2e- = Fe2+ Fe + 2H2O = H2↑ + Fe(OH)2 电解 ★ 阳极反应(氧化反应)与电极材料有关。活性材料做电极时：金属在阳极上失电子被氧化成阳离子进入溶液，阴离子在电极上不放电；用惰性电极时，溶液中阴离子按顺序放电 ★ 阴极反应(还原反应)与电极材料无关。无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子 一、电解原理 【练习2】填表，用Cu作电极电解下列物质？ 电解质溶液 CuSO4溶液 阴极反应式 阳极反应式 Cu2+ + 2e- = Cu Cu - 2e- = Cu2+ 【思考】粗铜中含Cu约98.5%，还含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质，怎么用电解的方法得到纯铜？请设计实验。 电解精炼铜： 火法炼铜得到的铜必须经过电解精炼才能用于电器制造等。电解精炼时，以待精炼的铜作阳极，以纯铜作阴极，用硫酸铜溶液作电解质溶液。这时，阳极上Cu变成Cu2+而溶解，其中含有的一些杂质则沉积在电解槽底部形成阳极泥，阳极泥可作为提炼金、银等的重要原料。阴极上的Cu2+变成Cu析出，得到含铜量为99.95% ～ 99.98%的电解铜 1、如图所示，回答下列问题： （1）左边烧杯为 装置，右边烧杯为 装置。 （2）当Zn减轻0.65g时，左边烧杯的碳棒增重 g。 （3）右边烧杯的左边碳棒为 极，产生气体 mol。 （4）右边烧杯的右边碳棒为 极，在标况下产生气体为 L。 原电池 电解池 0.64 阳 0.01 阴 0.224 ★ 串联电路中，各电极和溶液中转移的电荷数都相等 2、如图，在三只烧杯中分别盛有等体积、1 mol/L的KCl溶液、AgNO3溶液、K2SO4溶液，用Pt电极与导线将三只烧杯组装成串联电路，并通直流电，一段时间后，若甲烧杯的阴极析出的气体在标准状况下为4.48 L时，则乙烧杯的阴极产物是 ，质量为 g，丙烧杯的阳极产物是 ，其物质的量为 mol。 甲 KCl溶液 乙 AgNO3溶液 a d b c e f 丙 K2SO4溶液 Ag 43.2 O2 0.1 ★ 一抓：得失电子守恒 五确定： ① 确定是原电池还是电解池 ② 确定电极名称 ③ 确定电子流动方向 ④ 确定各电极产物 ⑤ 确定电极反应式和总反应式 3、判断下列各容器内的电极反应？ 左边烧杯 右边烧杯 Zn棒 左边C棒 负极反应式 阳极反应式 Cu棒 右边C棒 正极反应式 阴极反应式 总反应 总反应 原电池 负极 Zn - 2e- = Zn2+ 正极 2H+ + 2e- = H2↑ Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ 电解池 阳极 2H2O - 4e- = O2↑ + 4H+ 阴极 2H+ + 2e- = H2↑ 2H2O = 2H2↑ + O2↑ 电解 3、判断下列各容器内的电极反应？ 左边烧杯 右边烧杯 Zn棒 Zn棒 负极反应式 负极反应式 Cu棒 Fe棒 正极反应式 正极反应式 总反应 总反应 原电池 负极 Zn - 2e- = Zn2+ 正极 2H+ + 2e- = H2↑ Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ 原电池 负极 Zn - 2e- = Zn2+ 正极 2H+ + 2e- = H2↑ Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ 3、判断下列各容器内的电极反应？ 左边烧杯 右边烧杯 Zn棒 Fe棒 负极反应式 阳极反应式 Cu棒 Zn棒 正极反应式 阴极反应式 总反应 总反应 原电池 负极 Zn - 2e- = Zn2+ 正极 2H+ + 2e- = H2↑ Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ 电解池 阳极 Fe - 2e- = Fe2+ 阴极 2H+ + 2e- = H2↑ Fe + 2H+ = Fe2+ + H2↑ 电解 概念 电离（物理变化） 电解（化学变化） 条件 电解质溶于水或熔融状态 电解质电离后，再通直流电 过程 电解质电离成自由移动的离子 阴阳离子定向移动，在两极上放电 举例 CuCl2 = Cu2+ + 2Cl- Cu2+ + 2Cl- = Cu + Cl2↑ 特点 只产生自由移动的离子 发生氧化还原反应，形成新物质 联系 电解必须建立在电离的基础上 辨析电离与电解 电解 装置 原电池 电解池 电极名称 正、负极 阴、阳极 电极反应 负极发生氧化反应 正极发生还原反应 阴极发生还原反应 阳极发生氧化反应 总反应 自发的氧化还原反应 不自发的氧化还原反应 能量转变 化学能转化为电能 电能转化为化学能 相同点 两者均须形成闭合回路才能工作，两电极电子转移量相等 辨析原电池与电解池 氯化铜溶液的电解 电解水实验 $