4.2 电解池 第1课时 电解原理（同步课件）化学人教版选择性必修1

人教版选择性必修 1 第四章 化学反应与电能 第1课时 电解原理 第2节 电解池 1 电解规律 2 电解原理 1 学习内容导览 2 1.从宏观和微观的角度理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动、阴阳两极上的反应及其变化、电流形成的过程和原理。 2.建立对电解过程的系统分析认识的思维模型，理解电解的规律，会判断电解的产物，会书写电解的电极反应式和总反应式。 重点：理解电解原理；惰性电极电解溶液的一般规律； 难点：不同材料作阳极电解产物判断、电解质溶液变化分析。 素养锚定·课标定位 镀叶生辉 将电能转化为化学能在生活、生产和科学研究中具有重要意义。 电解原理具有广泛的应用 情境启思·任务缘起 电解原理 01 5 任务一 用石墨电极电解CuCl2溶液 一、电解原理 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。 分层研学·探理悟新 任务一 用石墨电极电解CuCl2溶液 一、电解原理 分层研学·探理悟新 7 一、电解原理 1.用石墨电极电解CuCl2溶液 知识总结 实验现象 实验结论 电流表指针____________ 说明电解质溶液导电，形成_________ 电极b上逐渐覆盖了一层____________ _____________________ 电极a上有___________的气体产生，该气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸______ _____________________ 发生偏转 红色物质 刺激性气味 变蓝 闭合回路 析出金属铜 产生了氯气 实验表明，CuCl2溶液在通电条件下生成了Cu和Cl2 分层研学·探理悟新 任务二 电解CuCl2溶液生成Cu和Cl2的原理是什么？ 一、电解原理 阳极：2Cl- - 2e- = Cl2↑（氧化反应） 阴极：Cu2++ 2e- = Cu（还原反应） 总反应：Cu2+ + 2Cl- === Cu + Cl2↑ 分层研学·探理悟新 一、电解原理 任务二 电解CuCl2溶液生成Cu和Cl2的原理是什么？ 通电前，Cu2+和Cl-在溶液中作自由运动 通电时，这些自由运动的离子改作定向运动 阴离子（Cl -）向阳极（与直流电源的正极相连）迁移 阳离子（Cu2+）向阴极（与直流电源的负极相连）迁移 分层研学·探理悟新 2.电解原理 知识总结 在阳极上Cl -失去电子发生氧化反应，在阴极上Cu2+得到电子发生还原反应，这个过程叫做放电。 一、电解原理 通电前： CuCl2 Cu2+ + 2Cl- 通电时： 向阴极迁移 向阳极迁移 H2O H+ OH- + 阴极：Cu2++ 2e- = Cu（还原反应） 放电顺序:Cu2+ ＞ H+ 阳极：2Cl- - 2e- = Cl2↑（氧化反应） 放电顺序:Cl- ＞ OH- 分层研学·探理悟新 一、电解原理 3.电解和电解池 知识总结 ⑴电解 这种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。 ⑵电解池 把电能直接转化为化学能的装置。 ⑶电解池的构成条件 ①外加直流电源 阳极：接电源正极 阴极：接电源负极 ② 两个电极 惰性电极：C、Pt、Au等 阳极、阴极 ③电解质溶液或熔融电解质 ④形成闭合回路 活性电极：Fe、Cu、Ag等 分层研学·探理悟新 12 任务三 绘制反映电解池工作原理的示意图 一、电解原理 请结合图4-10 Ⅱ绘制反映电解池工作原理的示意图，并与同学交流。示意图要 求包括以下内容： （1）注明电解池的组成； （2）标明氧化反应和还原反应发生的区域； （3）标明电子的运动方向和阴离子、阳离子的迁移方向。 分层研学·探理悟新 任务三 绘制反映电解池工作原理的示意图 一、电解原理 氧化 反应 还原 反应 阴离子 阳离子 氧化反应 还原反应 阳极 阴极 阴离子移向______； 阳离子移向______ 阳极 阴极 离子流向 反应类型 电子流向 负 阴 阳 正 e- e- 电子导体 离子导体 电源____极流向____极 ____极流向电源____极 分层研学·探理悟新 任务三 绘制反映电解池工作原理的示意图 一、电解原理 直流电源 阳极 阴极 阳离子 阴离子 e- 离子导体 e- 氧化反应 还原反应 失电子 得电子 分层研学·探理悟新 一、电解原理 【例1】下列关于电解池的叙述不正确的是(　　) A．在电解池的阴极发生还原反应 B．与电源负极相连的是电解池的阳极 C．电解池溶液中的阴离子移向电解池的阳极 D．电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极 B 典例剖析·逻辑释疑 电解规律 02 17 任务四 电解NaCl溶液，电极反应式如何书写？ 直流电源 阳极 阴极 阳离子 阴离子 e- 离子导体 e- 氧化反应 还原反应 失电子 得电子 阳极 (C) ：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴离子在阳极失电子发生氧化反应 阴极 (C)：2H+ ＋2e－===H2↑ 阳离子在阴极得电子发生还原反应 二、电解规律 分层研学·探理悟新 知识总结 1.电极反应式的书写 二、电解规律 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- 阳极 (C) ：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极 (Fe)：2H+ ＋ 2e－===H2↑ 阳极(Fe)：Fe－2e- ===Fe2+ 阴极 (C)：2H+ ＋2e－===H2↑ 不同电极，电极反应式不同 分层研学·探理悟新 知识总结 1.电极反应式的书写 ⑴判断电极材料 二、电解规律 ①阳极为惰性电极(如碳棒、Pt、稀土金属材料等)电极不放电。 ②阳极为活性电极(如Fe、Cu、Ag等)电极失电子放电。 ③阴极与电极材料无关电极不放电。 ⑵明确溶液中存在哪些离子 NaCl Na+ + Cl- H2O H+ + OH- 分层研学·探理悟新 知识总结 1.电极反应式的书写 ⑶判断阴阳离子的放电顺序 二、电解规律 ①阳极：电极本身先放电，电极反应式为M－ne－===Mn＋ ②阳极：溶液中常见阴离子放电顺序:失电子能力 S2－>I－>Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子 ③阴极：溶液中常见阳离子放电顺序:阳离子得电子能力 Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>…… Ag+＞Hg2+>Fe3+> Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+ 水溶液中不放电，熔融态放电 分层研学·探理悟新 知识总结 1.电极反应式的书写 ⑷根据阳极氧化，阴极还原分析得出产物 二、电解规律 H2O H+ + OH— Na2SO4 ＝ 2Na++ SO4 2— 离子放电的顺序 阳离子 阴离子 H+ > Na+ OH－ > SO42－ 4OH－－4e－＝2H2O +O2↑ 4H+ +4e－＝2H2 ↑ 总反应：2H2O＝＝ O2↑ +2H2↑ 电解 阳极 ： 阴极： ⑸阴极+阳极反应式 = 总反应式 分层研学·探理悟新 【例2】下面列出了电解不同物质的电极反应式，其中错误的是(　　) A．电解饱和食盐水，阴极：Na＋＋e－===Na B．电解CuSO4溶液，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu C．电解熔融NaCl，阴极：Na＋＋e－===Na D．电解NaOH溶液，阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ A 二、电解规律 典例剖析·逻辑释疑 任务五 电化学过程的系统思想与方法 电解池则是环境对系统做电功并使其发生化学反应 二、电解规律 由相互联系、相互作用的若干部分组成并具有一定功能的整体称为系统。作为事物的一种普遍存在形式，系统无处不在。例如，原电池、电解池各自都可以看作一个系统。基于系统思想的研究方法，注重分析与综合、局部与整体、结构与功能、系统与环境等方面的相互联系和作用。例如，在比较原电池和电解池的异同时，可以认识到：作为一个系统，原电池和电解池的装置构成是基本相同的；工作时，它们都涉及电极上发生的氧化还原反应及电解质溶液中阴、阳离子的定向迁移；不同之处在于，原电池是系统发生化学反应对环境做电功，电解池则是环境对系统做电功并使其发生化学反应；等等。学会运用系统思想与方法，会对你今后的学习带来启发和帮助。 电化学过程的系统思想与方法 电解规律 分层研学·探理悟新 知识总结 2.电解规律 ⑴电解电解质本身：如电解盐酸、CuCl2溶液等 二、电解规律 实例 电极反应 浓度 pH值 复原 CuCl2 阳极：2Cl--2 e- =Cl2↑ 阴极：Cu2++ 2e-=2Cu 减小 增大 CuCl2 CuCl2 Cu+Cl2 ↑ 电解 阴极 阳极 氯 气 铜 CuCl2溶液 分层研学·探理悟新 25 知识总结 2.电解规律 ⑵电解水型，如电解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液 二、电解规律 阳极 阴极 氧气 氢 气 Na2SO4溶液 实例 电极反应 浓度 pH值 复原 Na2SO4 阳极: 4OH- - 4e- =2H2O+O2 ↑ 阴极: 4H ++ 4e- = 2H2 ↑ 变大 不变 加H2O 2H2O 2H2 ↑ + O2 ↑ 电解 分层研学·探理悟新 知识总结 2.电解规律 ⑶放出氢气生成碱型：如电解NaCl、KCl、MgCl2溶液等。 二、电解规律 阳极 阴极 氯气 氢 气 NaCl溶液 实例 电极反应 浓度 pH值 复原 NaCl 阳极: 2Cl- - 2e- = Cl 2↑ 阴极: 2H ++ 2e- =H2 ↑ 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 ↑ + Cl2 ↑ 电解 减小 增大 加HCl 分层研学·探理悟新 知识总结 2.电解规律 ⑷放出氧气生成酸型：如电解CuSO4溶液、AgNO3溶液等。 二、电解规律 阳极 阴极 氧 气 铜 CuSO4溶液 实例 电极反应 浓度 pH值 复原 CuSO4 阳极: 4OH- - 4e- = 2H2O+O2 ↑ 阴极：Cu2++ 2e- = Cu 减小 减小 加CuO 2CuSO4+ 2H2O 2Cu +O2 ↑+ 2H2SO4 电解 分层研学·探理悟新 2.电解规律（惰性电极） 知识总结 二、电解规律 阳极：S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F- Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 阴极：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>（H+）>Al3+>Mg2+>Na+ Ⅰ与Ⅲ区：电解本身型 如CuCl2 、HCl Ⅰ与Ⅳ区：放氢生碱型 如NaCl Ⅱ与Ⅲ区：放氧生酸型 如CuSO4、AgNO3 Ⅱ与Ⅳ区：电解水型 如Na2SO4、H2SO4 、NaOH 分层研学·探理悟新 【例3】用惰性电极进行电解，下列说法正确的是( ) A．电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液pH不变 B．电解稀NaOH溶液，要消耗OH-，故溶液pH减小 C．电解Na2SO4溶液，在阴极上和阳极上生成气体产物的物质的量之比为1：2 D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上生成产物的物质的量之比为1：1 D 二、电解规律 典例剖析·逻辑释疑 电解原理 电解原理 1.用石墨电极电解CuCl2溶液 2.电解原理 3.电解和电解池 电解规律 1.电极反应式的书写 2.电解规律 体系梳整·认知升华 1．下列说法中正确的是( ) A．电解氯化铜溶液就是氯化铜的电离 B．电解氯化铜溶液是化学变化，不通电也能发生 C．氯化铜溶液是强电解质 D．电解是最强的氧化还原手段，不能自发进行的氧化还原也可以发生 D 当堂诊学·成效校验 2．用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为3∶1的硫酸铜和氯化钠的混合溶液，不可能发生的反应有(　　) A．2Cu2＋＋2H2O 2Cu＋4H＋＋O2↑ B．Cu2＋＋2Cl－ Cu＋Cl2↑ C．2Cl－＋2H2O 2OH－＋H2↑＋Cl2↑ D．2H2O 2H2↑＋O2↑ C 电解 ==== 电解 ==== 电解 ==== 电解 ==== 当堂诊学·成效校验 3．如图中X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无味气体放出。符合这一情况的是表中的(　　) A 选项 a极板 b极板 X电极 Z溶液 A 锌 石墨 负极 CuSO4 B 石墨 石墨 负极 NaOH C 银 铁 正极 AgNO3 D 铜 石墨 负极 CuCl2 当堂诊学·成效校验 4．用惰性电极电解AgNO3溶液，下列说法不正确的是(　　) A.电解过程中阴极质量不断增加 B.电解过程中溶液的pH不断降低 C.此时向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复到电解前的状况 D.电解后两极产生的气体体积比为2∶1 D 当堂诊学·成效校验 感谢观看 更多练习见分层作业 人教版选择性必修 1 https://www.zxxk.com/user/13354804 36 Lavf58.20.100 wxmmcibr22dr0100 $