化學(xué)選修4 第四章 第三節(jié) 第1課時 電解池原理

〖復(fù)習(xí)回顧〗原電池：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。想一想:構(gòu)成原電池的條件是什么?ZnCuCuCl2溶液e-e-(1)兩個活性不同的電極(2)電解質(zhì)溶液(一般與活潑性強的電極能發(fā)生氧化還原反應(yīng))(3)形成閉合回路〖復(fù)習(xí)回顧〗原電池：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。問一問:原電池的電極如何判斷?ZnCuCuCl2溶液e-e-負極正極較活潑金屬較不活潑金屬或非金屬電子流出電子流入氧化反應(yīng)還原反應(yīng)聯(lián)想﹡質(zhì)疑負極:正極:電池總反應(yīng):

如果把兩根石墨棒作電極插入CuCl2溶液中,外接直流電源,這還是原電池裝置嗎?〖復(fù)習(xí)回顧〗寫一寫:原電池的電極反應(yīng)式?Zn–2e-=Zn2+Cu2++2e-=CuZn+Cu2+=Zn2++Cu

G

ZnCu

CCCuCl2溶液CuCl2溶液第四章電化學(xué)基礎(chǔ)第三節(jié)電解池1/15/2023第1課時電解池原理伏特戴維電化學(xué)的豐碩成果

1799年意大利物理學(xué)家伏特發(fā)明了將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電池,使人類第一次獲得了可供實用的持續(xù)電流。

1807英國化學(xué)家戴維,采用電解法發(fā)現(xiàn)鉀元素,隨后又采用電解法,發(fā)現(xiàn)許多元素:他成為發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素最多的科學(xué)家。氫氣氧氣

電解電解水:2H2O====2H2↑＋O2↑+-

電解池是如何將電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能的?

實驗:在U形管中注入CuCl2溶液,插入兩根石墨棒作電極,把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在與直流電源正極相連的電極“陽極”附近。接通直流電源,觀察U形管內(nèi)的現(xiàn)象和試紙顏色的變化。閱讀教材P79“實驗4-2”觀察現(xiàn)象

(1)將兩根碳棒分別浸入盛有CuCl2溶液U型管,浸一會兒取出;現(xiàn)象:

(2)用導(dǎo)線連接兩根碳棒后再浸入CuCl2溶液一段時間;現(xiàn)象:

(3)浸入CuCl2溶液的兩根碳棒分別跟直流電源的正極和負極相連接,把濕潤KI試紙放在與直流電源的正極相連的電極附近,過一段時間。

現(xiàn)象:

碳棒表面無明顯變化碳棒表面仍無明顯變化與電源負極相連的碳棒覆蓋有一層紅色物質(zhì),與電源正極相連的碳棒表面放出使?jié)駶橩I試紙變藍色的氣體.[實驗4-2]陰極

CuCl2溶液在電流的作用下發(fā)生了化學(xué)變化,分解生成了Cu和Cl2陽極氯氣銅CuCl2溶液有氣泡,氣體有刺激性氣味,并能使?jié)駶櫟腒I淀粉試紙變藍碳棒上有一層紅色的物質(zhì)析出現(xiàn)象陰極:陽極:——銅——Cl2

結(jié)論:CuCl2(aq)Cu+Cl2↑電解Cu2++2Cl-

Cu+Cl2↑電解陰極陽極CCCuCl2溶液實驗后的思考:

(1)通電前,氯化銅溶液里主要存在哪些離子?這些離子的運動情況怎樣?(2)通電后,這些離子的運動情況有什么改變?(3)當(dāng)離子定向運動到電極表面上時,發(fā)生了什么變化?電解氯化銅溶液微觀模擬電解氯化銅溶液的微觀反應(yīng)過程Cl-Cl-Cl-Cl-Cu2+Cu2+Cu2+、Cl-無規(guī)則運動Cu2+、Cl-定向運動Cl-Cl-Cl-Cl-Cu2+Cu2+Cu2+、Cl-發(fā)生電子得失ClClClClCuCu陰陽兩極上生成Cu、Cl2Cl2Cl2ee

歸納總結(jié)陽極:2CI--2e-=CI2↑

(氧化反應(yīng))陰極:Cu2++2e-=Cu(還原反應(yīng))陰離子向陽極遷移陽離子向陰極遷移由電源負極流向電解池陰極,再由電解池陽極流回電源正極1.電子:2.離子:3.電極反應(yīng):超級猜想

CuCl2溶液在導(dǎo)電時會不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)?會

在直流電的作用下溶液中的CuCl2被分解,在陰極析出還原產(chǎn)物Cu,在陽極析出氧化產(chǎn)物Cl2,實現(xiàn)了電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能。

結(jié)論一.電解原理

1.電解:電流通過電解質(zhì)溶液(或熔化的電解質(zhì))而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程。

2.電解池:把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置叫做電解池(電解槽)。

3.電解池結(jié)構(gòu):直流電源電解質(zhì)溶液電極(常用惰性電極:Pt、Au或石墨)陽極:接電源正極陰極:接電源負極陽極陰極CuCl2溶液【思考1】形成電解池的條件是什么?

組成閉合回路e-e-CCCuCl2溶液4.電極的判斷:陰極:與電源負極相連,電子流入,發(fā)生還原反應(yīng)陽極:與電源正極相連,電子流出,發(fā)生氧化反應(yīng)陰極陽極【思考2】電解池的兩極是怎樣確定的?【思考3】如何書寫電極反應(yīng)方程式和總方程式?5.電極反應(yīng):陽極:2Cl--2e-=Cl2↑陰極:Cu2++2e-=Cu（氧化反應(yīng)）（還原反應(yīng)）總反應(yīng)式:【思考4】在電解過程中,電子、離子是如何形成閉合回路的?

CuCl2(aq)Cu+Cl2↑電解Cu2++2Cl-

Cu+Cl2↑電解(電解CuCl2溶液)電源負極↓電解池陰極

↓溶液中的陽離子向陰極移動并在陰極獲得電子,同時溶液中的陰離子向陽極移動

↓在陽極表面失去電子

↓電子沿陽極回到電源正極6.在電解過程中電子的流動方向

注意:電子只在外電路定向移動,不能從溶液中移動【思考5】電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的實質(zhì)是什么?2Cl--2e-=Cl2電子流向陽極陰極e-氧化反應(yīng)還原反應(yīng)CuCl2溶液

電解:CuCl2Cu+Cl2↑通電Cu2++2e-=2Cu7.電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的實質(zhì)電解質(zhì)溶液(或熔融態(tài)電解質(zhì))的導(dǎo)電過程,實質(zhì)就是電解質(zhì)溶液(或熔融態(tài)電解質(zhì))的電解過程

e-陰離子移向陽離子移向(電解CuCl2溶液)與電源正極相連陽極陰極與電源負極相連發(fā)生氧化反應(yīng)陽離子移向陰離子移向發(fā)生還原反應(yīng)電源、電極、電極反應(yīng)關(guān)系我來總結(jié)電解原理并不難，惰性材料做極板；兩板接通直流電，陽極氧化陰極還。再加CuCl2變小【思考6】電解后氯化銅的濃度如何變化?【思考7】若要使電解質(zhì)溶液復(fù)原,怎么辦?【思考8】什么叫放電?【思考9】電解氯化銅為什么是Cu2+

Cl-放電,而不是H+和OH-?陰極:

得電子能力Cu2+>H+陽極:失電子能力Cl->OH-放電:陰離子失去電子,陽離子得到電子的過程。【思考10】陽離子和陰離子是否放電與什么因素有關(guān)?陽離子放電:與陽離子的氧化性的相對強弱有關(guān)陰離子放電:與陰離子的還原性的相對強弱有關(guān)陰極:

陽離子___電子,發(fā)生____反應(yīng),_____越強,

反應(yīng)越容易。陽極:

陰離子___電子,發(fā)生____反應(yīng),_____越強,

反應(yīng)越容易。得還原氧化性失氧化還原性

陰極:氧化性強的陽離子先放電常見陽離子放電順序：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+

>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+

陽極:還原性強的陰離子先放電

常見陰離子放電順序：①當(dāng)陽極為惰性電極(石墨、鉑、金)時,

S2->I->Br->Cl->OH-

>含氧酸根>F-8.常見離子放電順序【思考11】陰陽離子的放電順序是什么?【想一想】

若以銅為陽極,鐵為陰極,電解氯化

銅溶液,情況又如何?陽極:Cu–2e-=Cu2+陰極:Cu2++2e-=Cu陰極:陽離子得電子,發(fā)生還原反應(yīng),氧化性越強,反應(yīng)越容易。

常見陽離子放電順序：

Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+陽極:陰離子失電子,發(fā)生氧化反應(yīng),還原性越強,反應(yīng)越容易。①當(dāng)陽極為惰性電極(石墨、鉑、金)時,常見陰離子放電順序：

S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-②當(dāng)陽極為金屬電極(除鉑、金)時,金屬電極優(yōu)先放電。8.常見離子放電順序【思考12】電解氯化銅溶液時,溶液中Cu2＋和Cl-放電基本完畢后同,電解過程是否也就停止了呢?

溶液中Cu2+和Cl-放電完畢后,原溶液變?yōu)榧兯?此時,在純水中存在H+和OH-,H+在陰極放電,OH-在陽極放電,實際上是電解水的過程,所以:

陰極:4H++4e-=2H2↑

陽極:4OH--4e-=2H2O+O2↑

總反應(yīng):2H2O=2H2↑+O2↑（1）陰極附近陽離子:H+、Na+

放電順序:H+>Na+

陰極:2H++2e-=H2↑（2）陽極附近陰離子:OH-、Cl-

放電順序:Cl->OH-

陽極:2Cl--2e-=Cl2↑總反應(yīng):2NaCl+2H2O==2NaOH+H2↑+Cl2↑【思考14】氯化鈉溶液換成熔融的氯化鈉,其結(jié)果又如何呢?寫出電極反應(yīng)?！舅伎?3】若把電解氯化銅裝置中電解質(zhì)換成氯化鈉,其結(jié)果又如何呢?寫出電極反應(yīng)。電解

熔融氯化鈉中只有Na+和Cl-,Na+在陰極放電生成金屬鈉,Cl-在陽極放電生成氯氣。陰極:2Na++2e-=2Na

(還原反應(yīng))陽極:2Cl--2e-=Cl2↑

(氧化反應(yīng))總式:

2NaCl2Na+Cl2↑通電陰極陽極氯氣鈉熔融NaCl

【思考15】分析電解反應(yīng)(用惰性電極時)的一般思路是什么?②明確溶液中存在哪些離子③判斷陰陽離子的放電順序④根據(jù)陽極氧化,陰極還原分析得出產(chǎn)物【小結(jié)1】分析電解反應(yīng)的一般思路:①判斷電極材料【思考16】電解池與原電池有哪些異同呢?【小結(jié)3】

電解池與原電池有哪些異同①兩電極接直流電源②電解質(zhì)溶液③形成閉合回路①活潑性不同的兩電極②電解質(zhì)溶液③形成閉合回路形成條件將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置定義裝置實例電解池原電池裝置【小結(jié)3】

電解池與原電池有哪些異同(續(xù))電源負極→電解池陰極電解池陽極→電源正極電子流向陽極:氧化反應(yīng),溶液中的陰離子失電子或電極金屬失電子陰極:還原反應(yīng),溶液中的陽離子得電子負極:氧化反應(yīng),金屬失電子正極:還原反應(yīng),溶液中的陽離子得電子電極反應(yīng)陽極:與電源正極相連陰極:與電源負極相連負極:較活潑金屬正極:較不活潑金屬（或能導(dǎo)電的非金屬）電極名稱電解池原電池裝置負極正極導(dǎo)線【思考17】電解池有什么規(guī)律?陽極陰極氧氣氫氣Na2SO4溶液實例電極反應(yīng)濃度PH值復(fù)原Na2SO4陰極:4H++4e-=2H2↑變大

加H2O2H2O2H2+O2↑電解不變陽極:4OH--4e-

=2H2O+O2↑第一組:電解Na2SO4【小結(jié)4】電解規(guī)律陰極陽極氧氣氫氣第一組:電解H2SO4【小結(jié)4】電解規(guī)律實例電極反應(yīng)濃度PH值復(fù)原H2SO4H2SO4溶液陰極:4H++4e-=2H2↑變大變小加H2O2H2O==2H2↑+O2↑通電陽極:4OH--4e-=2H2O+O2↑

陰極陽極氧氣氫氣第一組:電解NaOH【小結(jié)4】電解規(guī)律NaOH溶液實例電極反應(yīng)濃度PH值復(fù)原NaOH陽極:4OH--4e-

=2H2O+O2↑

變大變大加H2O2H2O==2H2↑+O2↑陰極:4H++4e-=2H2↑通電

(用惰性電極電解時)1.電解水型。如電解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液時其電極反應(yīng)式為:陽極:4OH--4e-＝2H2O+O2↑陰極:4H++4e-＝2H2↑總反應(yīng):2H2O＝＝O2↑+2H2↑電解

電解后溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)增大,若要恢復(fù)原來的濃度,只需加入一定量的水即可。PH變化

陽極:

陰極:

溶液:【小結(jié)4】電解規(guī)律【小結(jié)4】電解規(guī)律陰極陽極氯氣銅CuCl2溶液實例電極反應(yīng)濃度PH值復(fù)原CuCl2陽極:2Cl--2e-=Cl2↑陰極:Cu2++2e-=2Cu↓減小加CuCl2

CuCl2Cu+Cl2↑電解增大第二組:電解CuCl22.電解電解質(zhì)型。即本身被電解。如電解鹽酸、CuCl2溶液等時

電解后溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)減小,若要恢復(fù)原來的組成和濃度,需加入一定量的溶質(zhì)(通入一定量的HCl氣體)陽極:2Cl--2e-＝Cl2↑陰極:2H++2e-＝H2↑總反應(yīng):2HCl＝＝Cl2↑+H2↑電解電解鹽酸PH變化

陰極:

溶液:

(用惰性電極電解時)【小結(jié)4】電解規(guī)律實例電極反應(yīng)濃度PH值復(fù)原CuSO4陽極陰極氧氣銅陽極:4OH--4e-

=2H2O+O2

↑陰極:2Cu2++4e-=2Cu減小減小CuSO4溶液2CuSO4+2H2O2Cu+O2

↑+2H2SO4電解

加CuO第三組:電解CuSO4【小結(jié)4】電解規(guī)律2.電解電解質(zhì)+水型。如電解CuSO4溶液

AgNO3溶液等——放氧生酸型。陽極:4OH--4e-＝2H2O+O2↑陰極:2Cu2++4e-＝2Cu總反應(yīng):2CuSO4+2H2O＝2Cu+O2↑+2H2SO4

電解

電解后原溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)減小,若要恢復(fù)原來的組成和濃度,需加入一定量

金屬氧化物。電解CuSO4溶液PH變化

陽極:

溶液:

(用惰性電極電解時)【小結(jié)4】電解規(guī)律陽極陰極氯氣氫氣NaCl溶液實例電極反應(yīng)濃度PH值復(fù)原NaCl陽極:2Cl--2e-=Cl2↑陰極:2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑減小增大加HCl電解第四組:電解NaCI【小結(jié)4】電解規(guī)律4.電解電解質(zhì)+水型。如電解NaCl溶等——放氫生堿型。

電解后原溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)減小,若要恢復(fù)原來的組成和濃度,需通入一定量的HCl。陽極(C):2Cl--2e-＝Cl2↑陰極(C):2H++2e-＝H2↑總反應(yīng):2NaCl+2H2O＝2NaOH+Cl2↑+H2↑電解PH變化

陰極:

溶液:

(用惰性電極電解時)【小結(jié)4】電解規(guī)律

電解質(zhì)溶液用惰性電極電解的示例:電解類型舉例電極反應(yīng)溶液PH變化溶液復(fù)原方法物質(zhì)類別實例僅溶劑水電解

僅溶質(zhì)電解

溶質(zhì)和溶劑都電解

含氧酸H2SO4強堿NaOH活潑金屬的含氧酸鹽Na2SO4無氧酸HCl陰極:4H++4e-=2H2↑陽極:4OH-－4e-=O2↑+2H2O減小增大不變H2O陽極:2Cl-－2e-=Cl2↑陰極:2H++2e-=H2↑增大HCl不活潑金屬的無氧酸鹽CuCl2陽極:2Cl-－

2e-=Cl2↑陰極:Cu2++2e-=Cu↓增大CuCl2活潑金屬的無氧酸鹽NaCl陽極:2Cl-－2e-=Cl2↑陰極:2H++2e-=H2↑增大HCl不活潑金屬的含氧酸鹽CuSO4陽極:4OH--4e-=O2↑+2H2O陰極:2Cu2++4e-=2Cu↓減小CuO放氫生堿放氧生酸電解規(guī)律（惰性電極）小結(jié)

陽極:S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-

ⅠⅡⅢⅣⅠ與Ⅲ區(qū):電解本身型如CuCl2

、HClⅠ與Ⅳ區(qū):放氫生堿型如NaClⅡ與Ⅲ區(qū):放氧生酸型如CuSO4、AgNO3Ⅱ與Ⅳ區(qū):電解水型如Na2SO4、H2SO4

、NaOH陰極:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>