1.2.4 電解池的工作原理課件2023-2024學年高二上學期化學蘇教版（2019）選擇性必修1

專題1化學反應與能量變化第二單元化學能與電能的轉(zhuǎn)化第4課時電解池的工作原理學習目標1．了解電解池的工作原理，認識電解在實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和儲存能量中的具體應用。2．充分利用電解熔融態(tài)氯化鈉和電解飽和食鹽水等案例素材，發(fā)展學生對電解池工作原理的認識。3．能分析、解釋電解池的工作原理，能設計簡單的原電池和電解池。核心素養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析：能根據(jù)電解池的構成條件辨識電解池裝置，能分析電解池中能量轉(zhuǎn)化及與物質(zhì)性質(zhì)的關系。證據(jù)推理與模型認知：能認識和建構電解池的裝置和工作原理的認知模型，并能說明模型使用的條件及適用范圍。實驗裝置及操作容器中盛有熔融態(tài)氯化鈉，兩側(cè)分別插入石墨片和鐵片作為電極材料，兩個電極分別與電源的正極和負極相連實驗現(xiàn)象通電后，在石墨片周圍有黃綠色的氣泡產(chǎn)生，在鐵片周圍有銀白色金屬生成[實驗]電解熔融態(tài)氯化鈉活動探究[思考交流]1．裝置中電子的流向及石墨電極、鐵電極各帶什么電荷？提示：電子由直流電源負極流向鐵電極，鐵電極帶負電；石墨電極帶正電，電子由石墨電極流到電源正極。2．通電前后Na＋、Cl－的移動方向有何不同？提示：通電前作無規(guī)則運動，通電后定向移動，Na＋移向鐵電極，Cl－移向石墨電極。3．如何解釋實驗現(xiàn)象？提示：(1)熔融態(tài)氯化鈉中含有可自由移動的Na＋和Cl－。(2)通電后離子的移動：Na＋移向鐵電極；Cl－移向石墨電極。(3)電極上發(fā)生的變化鐵電極：2Na＋＋2e－===2Na，石墨電極：2Cl－－2e－===Cl2↑。4．通過上述實驗，你能得出哪些結論？提示：在通直流電條件下，熔融的氯化鈉發(fā)生了化學反應，分解生成鈉和氯氣：2NaCl===2Na＋Cl2↑。通電5．如果將離子導體換為氯化銅溶液，又能觀察到哪些實驗現(xiàn)象？如何解釋？提示：通電后，溶液中的Cu2＋移向鐵電極(陰極)，優(yōu)先于H＋在陰極上獲得電子，被還原為金屬銅，故可觀察到陰極上覆蓋了一層紅色固體物質(zhì)；而陽極(石墨電極)上有氣體產(chǎn)生，經(jīng)檢驗為Cl2，說明Cl－優(yōu)先于OH－在陽極上失去電子被氧化而生成Cl2。一、電解池的工作原理及其構成條件知識梳理1．電解(1)概念：在直流電的作用下，在兩電極上分別發(fā)生氧化反應和還原反應的過程。(2)電解裝置——電解池①概念：將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置。②構成條件a．兩個電極：陽極——與電源正極連接；陰極——與電源負極連接。b．電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)。c．直流電源。d．構成閉合回路。③電解池中電子和離子的移動方向a．電子從電源的負極沿導線流入電解池的陰極，經(jīng)過陰、陽離子的定向移動形成內(nèi)電路；陽極上的物質(zhì)失去電子，電子沿導線流向電源的正極。因此，電解質(zhì)溶液的電解過程就是電解質(zhì)溶液的導電過程。b．電解質(zhì)電離產(chǎn)生的陰、陽離子在電流作用下定向移動，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極。2．電解池電極的判斷3．電解池的工作原理4．電解產(chǎn)物的判斷方法(1)陽極產(chǎn)物的判斷先看電極再判斷，如果是活性電極(除Au、Pt以外的金屬電極是活性電極)，則電極材料失去電子，被溶解；如果是惰性電極(指石墨、Au、Pt等電極)，根據(jù)陰離子的放電順序判斷。陰離子的放電順序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根離子>F－。(2)陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽離子的放電順序判斷。陽離子的放電順序：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋。[名師點撥](1)電解時必須使用直流電源，不能使用交流電源。(2)常見的惰性電極有石墨、鉑(Pt)、金(Au)等電極，活性電極是指金屬活動性順序中Ag和Ag之前的金屬。(3)電解過程是化學變化，而金屬的導電是物理變化；書寫電解反應方程式要注明“電解”或“通電”這一反應條件。(4)原電池裝置和電解池裝置的最大區(qū)別是有無外接直流電源，有外接直流電源的是電解池。(5)解答電解類題目時首先判斷陽極材料，確定是活性電極還是惰性電極，若為活性電極，則電極材料本身失去電子生成金屬陽離子，而溶液中的所有陰離子不再放電；若為惰性電極，則按電解質(zhì)溶液中陰離子的放電順序放電。1．如圖是電解熔融NaCl制備金屬鈉的裝置示意圖，下列有關判斷正確的是

(

)A．通過該裝置可以將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹷．石墨電極為正極C．Na＋在鐵極上得到電子被還原為鈉原子D．鐵電極為陽極鞏固練習C【解析】該裝置為電解池裝置，可將電能轉(zhuǎn)化為化學能，石墨電極作陽極，鐵電極作陰極。2．下列各裝置中，在銅電極上不能產(chǎn)生氣泡的是

(

)B【解析】A項，該原電池中，鋅失電子作負極，銅作正極，正極上氫離子放電生成氫氣，不符合題意；B項，該電解池中，陽極上銅失電子生成銅離子進入溶液，所以銅電極上不產(chǎn)生氣泡，符合題意；C項，該原電池中，鐵失電子作負極，銅作正極，正極上氫離子放電生成氫氣，不符合題意；D項，該電解池中，陽極上銀失電子發(fā)生氧化反應生成Ag＋，陰極上氫離子放電生成氫氣，不符合題意?；顒犹骄刻骄克?、堿、鹽溶液的電解規(guī)律，實驗裝置如下：[思考交流]1．若X為H2SO4或NaOH或Na2SO4，試分析實際放電離子、實際電解對象。提示：陽極OH－放電，陰極H＋放電。實際電解對象為H2O。2．若X為HCl或CuCl2，實際電解對象是什么？提示：實際電解對象分別為HCl、CuCl2。3．若X為NaCl或KBr，陰極發(fā)生的電極反應有哪些特點？提示：陰極均為H＋放電，同時生成OH－。4．若X為CuSO4或AgNO3，則陽極發(fā)生的電極反應有什么特點？提示：陽極均為OH－放電，同時生成H＋。類型電極反應特點實例電解對象電解質(zhì)溶液濃度變化pH電解質(zhì)溶液復原電解水型陰極：2H＋＋2e－===H2↑陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑NaOHH2O增大增大加水H2SO4H2O增大減小加水Na2SO4H2O增大不變加水電解質(zhì)分解型電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電HCl電解質(zhì)減小增大通HClCuCl2電解質(zhì)減小增大加CuCl2電解后溶液的變化及恢復原組成的措施二、酸、堿、鹽溶液的電解規(guī)律知識梳理類型電極反應特點實例電解對象電解質(zhì)溶液濃度變化pH電解質(zhì)溶液復原放氫生堿型陰極：H2O放出H2生成堿陽極：電解質(zhì)陰離子放電KCl電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)增大通HCl放氧生酸型陰極：電解質(zhì)陽離子放電陽極：H2O放出O2生成酸CuSO4電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)減小加CuO或CuCO3[名師點撥]1．對于電解質(zhì)溶液復原的問題，不僅要求溶質(zhì)不變，還要注意溶質(zhì)的濃度也不變?；謴碗娊赓|(zhì)溶液，應遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原則。2．一般加入陰極產(chǎn)物與陽極產(chǎn)物的化合物。若兩極產(chǎn)物分別是H2和Cl2，則應加入HCl氣體而不是稀鹽酸；若兩極產(chǎn)物分別是Cu和O2，則加入CuO或CuCO3都可以使電解質(zhì)溶液復原，因為CuCO3(可以寫成CuO·CO2)在與酸反應時，生成的CO2氣體會逸出，但不能加入Cu(OH)2和Cu2(OH)2CO3。3．電解后溶液pH的變化規(guī)律(1)電極區(qū)域①當陰極是由H＋放電產(chǎn)生H2時，陰極區(qū)pH變大。②當陽極是由OH－放電產(chǎn)生O2時，陽極區(qū)pH變小。(2)電解質(zhì)溶液①電解過程中，既產(chǎn)生H2，又產(chǎn)生O2，實質(zhì)是電解水，溶液濃度增大(飽和溶液除外)，故原溶液若呈酸性，則pH變??；原溶液若呈堿性，則pH變大；原溶液若呈中性，則pH不變。②電解過程中，無H2和O2產(chǎn)生，pH幾乎不變。③電解過程中，只產(chǎn)生H2，溶液中OH－濃度增大，pH變大。④電解過程中，只產(chǎn)生O2，溶液中H＋濃度增大，pH變小。只放氫pH升，只放氧pH降；放氫放氧濃度增(飽和溶液除外)，無氫無氧自犧牲。[記憶口訣]鞏固練習1．用惰性電極實現(xiàn)電解，下列說法正確的是

(

)A．電解稀硫酸溶液，實質(zhì)上是電解水，故溶液的pH不變B．電解稀氫氧化鈉溶液，要消耗OH－，故溶液的pH減小C．電解Na2SO4溶液，在陰極上和陽極上析出的產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2D．電解CuCl2溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶1D【解析】電解稀H2SO4溶液，實質(zhì)是電解水，因溶劑減少，H2SO4濃度將增大，故溶液的pH變??；電解稀NaOH溶液，雖然OH－在陽極放電，但H＋同時也在陰極放電，其實質(zhì)同樣是電解水，溶液的濃度也將變大，故溶液的pH變大；電解Na2SO4溶液，其實質(zhì)也是電解水，在陰極和陽極分別析出H2和O2，二者的物質(zhì)的量之比為2∶1，而非1∶2；電解CuCl2溶液，在陰、陽兩極上分別析出Cu和Cl2，二者的物質(zhì)的量之比為1∶1。2．用惰性電極電解下列溶液，一段時間后，再加入一定量的另一種物質(zhì)(括號內(nèi)物質(zhì))，能夠使溶液恢復到原來的成分和濃度的是(

)A．CuCl2(CuSO4) B．NaOH(NaOH)C．NaCl(HCl) D．CuSO4[Cu(OH)2]C

通電3．某溶液中含有NaCl和H2SO4兩種溶質(zhì)，它們的物質(zhì)的量之比為3∶1。用石墨作電極電解該混合溶液時，根據(jù)兩極放電離子的來源不同，可明顯分為三個階段。下列敘述不正確的是(

)A．陰極自始至終只析出H2B．陽極先析出Cl2，后析出O2C．電解的最后階段為電解水D．溶液的pH不斷增大，最后為7D【解析】由題意可知n(H＋)∶n(Cl－)＝2∶3，在陰極H＋放電，在陽極先是Cl－放電，然后是OH－放電；反應開始時H＋、Cl－在兩極放電，相當于電解HCl；H2SO4電離出的H＋放電完全后，在兩極放電的是由水電離出的H＋和剩余的Cl－，相當于電解NaCl的水溶液；Cl－放電完全后，在兩極放電的是由水電離出的H＋和OH－，相當于電解水；隨著電解的進行，溶液的pH不斷增大，但最后溶質(zhì)是NaOH和Na2SO4，所以溶液的pH不為7。含有氰化物的廢水危害極大，能毒殺各種魚類和水生物。c(CN－)在0.01～0.04mg·L－1時，就有強烈的毒殺作用。用如圖所示裝置除去含CN－、Cl－廢水中的CN－時，控制溶液pH為9～10，陽極產(chǎn)生的ClO－將CN－氧化為兩種無污染的氣體。(1)若用石墨和鐵作電極材料，哪者為陽極？哪者為陰極？能力提升提示：石墨為陽極，鐵為陰極。若鐵作陽極，鐵失電子生成Fe2＋，則CN－無法除去，故鐵只能作陰極。(2)如何書寫陽極、陰極的電極反應式？提示：陽極：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。陽極Cl－放電生成ClO－，氯元素的化合價升高，故在陽極發(fā)生氧化反應，由題目知該溶液呈堿性。陽離子在電解池的陰極得電子發(fā)生還原反應，在堿性條件下，H2O提供陽離子(H＋)。(3)寫出除去CN－的離子反應方程式。提示：由于溶液是堿性條件，故除去CN－發(fā)生的反應為2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－。歸納總結電解池中方程式書寫的3個關鍵點(1)書寫電解池中電極反應式時，一般以實際放電的離子表示，但書寫電解反應方程式時，弱電解質(zhì)一定要寫成化學式。(2)書寫電極反應式時，首先根據(jù)題干要求及信息大膽寫出反應物和生成物，然后根據(jù)“陰(極)得(e－)陽(極)失(e－)”加上得、失電子數(shù)目，最后根據(jù)電解質(zhì)溶液酸堿性補上H＋、OH－或H2O，依據(jù)電荷守恒定律配平反應式。(3)要確保兩極得、失電子數(shù)目相等，且電解反應方程式注明條件“電解”或“通電”。

通電舉一反三C【解析】從裝置示意圖分析，鋁片為陽極，鉛片為陰極，所以電解時電子的流向：電源負極→導線→鉛極，鋁極→導線→電源正極，A錯；電解過程中，陽離子向陰極移動，陰離子則向陽極移動，B錯；根據(jù)題意知，電解反應方程式：2Al＋3H2O===Al2O3＋3H2↑，陽極的電極反應式：2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，陽極周圍溶液的pH減小，C對，D錯。通電2．(1)工業(yè)上使用下圖裝置，采用石墨作電極電解Na2CrO4溶液，使Na2CrO4轉(zhuǎn)化為Na2Cr2O7，其轉(zhuǎn)化原理為________________________________________________________________________________________________________。

當堂檢測1．下列裝置能構成電解池的是

(

)【解析】電解池是將電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置，必須有外接電源，同時有閉合電路，A裝置沒有形成閉合電路，B和C沒有外接電源，D裝置滿足電解池的構成條件，故答案為D。D2．利用如圖裝置電解硫酸銅溶液，下列說法正確的是(

)A．b電極上發(fā)生氧化反應B．該裝置能將化學能轉(zhuǎn)變成電能C．電解質(zhì)溶液中Cu2＋從b電極向a電極遷移D．若a為銅，則a的電極反應式為Cu－2e－===Cu2＋D【解析】b與電源負極相連，b為陰極，陰極上發(fā)生還原反應，A項錯誤；該裝置是電解池，將電能轉(zhuǎn)化為化學能，B項錯誤；電解池中，陽離子(Cu2＋)向陰極(b極)移動，C項錯誤；a為陽極，若a為Cu，屬于活性電極，則陽極發(fā)生的反應為Cu－2e－===Cu2＋，D項正確。3．用鉑電極電解下列溶液時，陰極和陽極上的主要產(chǎn)物分別為H2和O2的是(

)A．稀HCl溶液 B．稀Na2SO4溶液C．CuCl2溶液 D．酸性AgNO3溶液B【解析】A項，電解稀HCl溶液，陰極產(chǎn)物為H2