電解池的工作原理

第二單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化第3課時(shí)電解池的工作原理1、了解如何判斷電解池的陰、陽(yáng)極2、掌握書(shū)寫(xiě)電解池的電極反應(yīng)式3、熟練掌握陰陽(yáng)離子的放電順序（即失或得電子的順序）4、掌握七類電解質(zhì)溶液的電解規(guī)律1、問(wèn)題討論常溫下，金屬鈉能與氯氣發(fā)生反應(yīng)，金屬鋁能與氧氣發(fā)生反應(yīng)，并放出大量的熱：工業(yè)上分別以NaCl和Al2O3

為原料生產(chǎn)金屬鈉和鋁。如何實(shí)現(xiàn)此過(guò)程呢？電解在電解過(guò)程中，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，使在通常條件（如高溫）下不能發(fā)生的反應(yīng)在電解條件下得以發(fā)生。電解是最強(qiáng)的氧化還原手段。電解熔融氯化鈉2、電解熔融的氯化鈉制取金屬鈉的原理分析（1）離子遷移氯化鈉是由Na+和Cl﹣通過(guò)離子鍵形成的離子化合物，其晶體中的離子不能自由移動(dòng)。將氯化鈉晶體變?yōu)槿廴跔顟B(tài)后，NaCl完全電離成為能自由移動(dòng)的Na+和Cl﹣。若在熔融的氯化鈉中插入電極，接通電源，則原來(lái)自由移動(dòng)的Na+和Cl﹣會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)，Na+移向與電源負(fù)極相連的電極即陰極，Cl﹣移向與電源正極相連的電極即陽(yáng)極。2、電解熔融的氯化鈉制取金屬鈉的原理分析（2）離子放電

在電場(chǎng)作用下，Na+和Cl﹣分別移向與電源的負(fù)極和正極相連的電極。電子由電源負(fù)極流入陰極，Na+得到電子被還原為Na，陽(yáng)極上Cl﹣失去電子被氧化為Cl再結(jié)合為Cl2，電子由導(dǎo)線流回電源的正極。電極反應(yīng)：陰極：還原反應(yīng)陽(yáng)極：氧化反應(yīng)2、電解熔融的氯化鈉制取金屬鈉的原理分析（3）結(jié)論：電解反應(yīng)：

通電條件下，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，由熔融氯化鈉制得了金屬鈉和氯氣。3、電解CuCl2溶液的實(shí)驗(yàn)探究3、電解CuCl2溶液的實(shí)驗(yàn)探究(1)實(shí)驗(yàn)操作在U形管中注入CuCl2溶液，插入兩根石墨棒電極把濕潤(rùn)的KI淀粉試紙放在與直流電源正極相連的電極（陽(yáng)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。3、電解CuCl2溶液的實(shí)驗(yàn)探究(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象陰極石墨棒上逐漸覆蓋一層紅色物質(zhì)，陽(yáng)極石墨棒上有氣泡逸出，并可聞到刺激性的氣味，同時(shí)看到濕潤(rùn)的KI淀粉試紙變藍(lán)色。3、電解CuCl2溶液的實(shí)驗(yàn)探究(3)原理分析CuCl2

是強(qiáng)電解質(zhì)且易溶于水，在水溶液中電離生成Cu2+和Cl﹣；H2O是弱電解質(zhì)，微弱電離生成H+和OH﹣。

通電前，離子做自由移動(dòng)；通電后，這些自由移動(dòng)著的離子，在電場(chǎng)的作用下改做定向移動(dòng)。帶負(fù)電的Cl﹣和OH﹣向陽(yáng)極移動(dòng)，帶正電的Cu2+和H+向陰極移動(dòng)。在陽(yáng)極，OH﹣、Cl﹣均可能被氧化，由于Cl﹣的放電能力比OH﹣強(qiáng)，Cl﹣優(yōu)先于OH﹣在陽(yáng)極上發(fā)生反應(yīng)；在陰極，Cu2+和H+都可能被還原，但Cu2+的放電能力比H+強(qiáng)，Cu2+優(yōu)先于H+在陰極上發(fā)生反應(yīng)。3、電解CuCl2溶液的實(shí)驗(yàn)探究陰極：還原反應(yīng)陽(yáng)極：氧化反應(yīng)3、電解CuCl2溶液的實(shí)驗(yàn)探究電解CuCl2溶液的化學(xué)反應(yīng)方程式為：(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論在直流電的作用下，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，CuCl2被電解為Cu

和Cl2,Cu在陰極生成，Cl2

在陽(yáng)極生成。4、電解池的相關(guān)知識(shí)規(guī)律（1）定義：在直流電的作用下，在兩個(gè)電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過(guò)程叫電解。借助于電流引起氧化還原反應(yīng)的裝置，即把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置稱為電解池（或電解槽）。（2）能量轉(zhuǎn)化：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。電解是最強(qiáng)的氧化還原手段，許多非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)在電解條件下得以發(fā)生。（3）形成條件：與直流電源相連的兩個(gè)電極、電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解質(zhì)形成閉合回路（凡與外接電源或原電池連接的裝置均為電解池）。4、電解池的相關(guān)知識(shí)規(guī)律（4）電極名稱：陽(yáng)極和陰極。與電源正極相連的電極為陽(yáng)極，與電源負(fù)極相連的電極為陰極。（5）電極反應(yīng)：陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)。（6）總反應(yīng)：將電極反應(yīng)相加合（消去電子），即得到電解的總反應(yīng)。書(shū)寫(xiě)時(shí)應(yīng)注明條件（通電），產(chǎn)物中的氣體要標(biāo)氣體符號(hào)（↑）。（7）電子流向：電子由電源的負(fù)極流到電解池的陰極，再由電解池的陽(yáng)極流回電源的正極，通過(guò)導(dǎo)線（體）上電子的遷移和電解質(zhì)溶液（或熔融態(tài)電解質(zhì)）中離子的遷移而形成閉合回路。4、電解池的相關(guān)知識(shí)規(guī)律（8）電流方向：與電子流向相反。（9）離子遷移：陽(yáng)離子移向陰極，陰離子移向陽(yáng)極。（10）電極類型：電極分兩類：本身不參與電極反應(yīng)，只起到導(dǎo)電作用的電極叫惰性電極，如鉑電極、石墨電極等；因還原性較強(qiáng)而自身能參與反應(yīng)的電極叫活潑電極（或金屬電極）,Ag及金屬活動(dòng)性順序表中Ag前面的金屬（如Zn、Fe、Ni、Pb、Cu等）作電極均為活潑電極。4、電解池的相關(guān)知識(shí)規(guī)律若陽(yáng)極為惰性電極，則電極反應(yīng)為溶液中的陰離子放電；若陽(yáng)極為活潑電極，則陽(yáng)極反應(yīng)一定是陽(yáng)極金屬本身溶解。陰極無(wú)論是惰性電極還是活潑電極，電極反應(yīng)均為溶液中的陽(yáng)離子放電。陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，無(wú)論金屬活動(dòng)性強(qiáng)還是弱的金屬均不可能在陰極上失去電子。做筆記4、電解池的相關(guān)知識(shí)規(guī)律（11）放電能力順序陽(yáng)極：活潑電極（Ag及金屬活動(dòng)性順序表中排在Ag前面的金屬）＞S2﹣>I﹣＞Br﹣＞Cl﹣＞OH﹣＞含氧酸根。陰極：Ag+＞Hg+>Fe3+>Cu2+>H+＞Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+。解讀：①Ag

及在金屬活動(dòng)性順序表中排在Ag

前面的金屬作陽(yáng)極時(shí)，均是陽(yáng)極金屬本身溶解。4、電解池的相關(guān)知識(shí)規(guī)律放電能力解讀：②金屬單質(zhì)或陰離子的還原性越強(qiáng)，則在陽(yáng)極上的放電能力越強(qiáng)（電解含有I﹣、Cl﹣的混合溶液，陽(yáng)極先析出I2，后產(chǎn)生Cl2)；金屬陽(yáng)離子的氧化性越強(qiáng)（對(duì)應(yīng)金屬的還原性越弱），則在陰極上的放電能力越強(qiáng)（電解含有Cu2+、Ag+的混合溶液，陰極先析出Ag，后析出Cu）。4、電解池的相關(guān)知識(shí)規(guī)律③電解水溶液時(shí)：鋁前（含鋁）離子不放電，氫后離子先放電，氫前鋁后看條件。放電能力解讀：

金屬活動(dòng)性順序表中的K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+這5種離子及Ba2+、Li+、Rb+等不可能在陰極放電而析出金屬單質(zhì)；

Cu2+、Hg2+、Ag+這3種離子總是優(yōu)先于H+放電

一般情況下H+優(yōu)先于Zn2+、Fe2+、Sn2+、Pb2+放電，當(dāng)金屬離子濃度很大及控制其他電解條件時(shí)，Zn2+、Fe2+、Sn2+、Pb2+等離子也可以優(yōu)先于H+放電。4、電解池的相關(guān)知識(shí)規(guī)律放電能力解讀：④最常用、最重要的放電順序是：陽(yáng)極：Cl﹣>OH﹣；陰極：Ag+>Cu2+>H+。⑤電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解質(zhì)的導(dǎo)電過(guò)程，就是電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解質(zhì)被電解的過(guò)程。七類電解質(zhì)溶液的電解規(guī)律電解質(zhì)主要包括酸、堿、鹽。將酸分為含氧酸和無(wú)氧酸；堿分為強(qiáng)堿和弱堿，由于弱堿均難溶于水而不予分析；將鹽按金屬的活動(dòng)性和酸根的類型可分為活潑金屬的含氧酸鹽、不活潑金屬的無(wú)氧酸鹽、活潑金屬的無(wú)氧酸鹽和不活潑金屬的含氧酸鹽四類，活潑金屬指K、Ca、Na、Mg、Al及其他ⅠA、ⅡA族金屬，不活潑金屬指金屬活動(dòng)性順序表中位于H以后的Cu、Hg、Ag等金屬。可以歸納出“一堿二酸四類鹽”這七類電解質(zhì)溶液的電解規(guī)律（電極均為惰性電極）。七類電解質(zhì)溶液的電解規(guī)律——強(qiáng)堿(NaOH)陽(yáng)極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：總反應(yīng)：溶液濃度：溶液pH：電解類型：電解質(zhì)溶液復(fù)原：增大變大電解水加適量的水七類電解質(zhì)溶液的電解規(guī)律——含氧酸(H2SO4)陽(yáng)極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：總反應(yīng)：溶液濃度：溶液pH：電解類型：電解質(zhì)溶液復(fù)原：增大變小電解水加適量的水七類電解質(zhì)溶液的電解規(guī)律——活潑金屬的含氧酸鹽(Na2SO4)陽(yáng)極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：總反應(yīng)：溶液濃度：溶液pH：電解類型：電解質(zhì)溶液復(fù)原：增大不變電解水加適量的水七類電解質(zhì)溶液的電解規(guī)律——無(wú)氧酸(HCl)陽(yáng)極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：總反應(yīng)：溶液濃度：溶液pH：電解類型：電解質(zhì)溶液復(fù)原：減小變大電解電解質(zhì)加適量的HCl七類電解質(zhì)溶液的電解規(guī)律——不活潑金屬的無(wú)氧酸鹽(CuCl2)陽(yáng)極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：總反應(yīng)：溶液濃度：溶液pH：電解類型：電解質(zhì)溶液復(fù)原：減小變大（不考慮Cl2溶于水及與水反應(yīng)）電解電解質(zhì)加適量的CuCl2七類電解質(zhì)溶液的電解規(guī)律——活潑金屬的