4.2電解池 課件高二上學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

選擇性必修一第四章第二節(jié)

（電解池）人民教育出版社高中化學(xué)【資料卡片1】2024年10月30日4時(shí)27分，長(zhǎng)征二號(hào)F遙十九運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，將神舟十九號(hào)載人飛船送入太空，由此，中國(guó)空間站的建設(shè)進(jìn)入了新的階段。神舟十九號(hào)的三位宇航員需執(zhí)行任務(wù)六個(gè)月，預(yù)計(jì)每天需要的氧氣約為600L，如何高效持久的獲得氧氣一直是太空研究的重要課題?！举Y料卡片1】水電解技術(shù)是神舟十九號(hào)和天宮空間站內(nèi)主要的氧氣來(lái)源，水電解產(chǎn)生氫氣和氧氣，氧氣供給宇航員呼吸，氫氣則被排放到艙外或與其他設(shè)備結(jié)合使用。這項(xiàng)技術(shù)一方面無(wú)需頻繁補(bǔ)充原材料，有效避免傳統(tǒng)供氧方式如一次性氧氣瓶帶來(lái)的浪費(fèi)問(wèn)題；另一方面也可以顯著節(jié)省空間站內(nèi)有限的儲(chǔ)存空間。閱讀資料卡片，思考以下問(wèn)題：1.寫出電解水的化學(xué)方程式，氫氣和氧氣分別在哪一電極上產(chǎn)生？2.裝置構(gòu)成和能量轉(zhuǎn)化的角度分析，氫氧燃料電池和電解水有哪些異同？2H2O2H2

+O2

通電氫氣在連接負(fù)極的電極上產(chǎn)生氧氣在連接正極的電極上產(chǎn)生裝置構(gòu)成：二者均有電極、電解質(zhì)(溶液或熔融)、形成閉合回路

電解水還需要外接電源能量轉(zhuǎn)化：燃料電池把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；

電解水過(guò)程把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。使電流通過(guò)

而在陽(yáng)極、陰極引起

反應(yīng)的過(guò)程。電解將

轉(zhuǎn)化為

的裝置。電解池(電解槽)電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))氧化還原電能化學(xué)能【資料卡片2】航空航天工業(yè)的飛速發(fā)展，離不開金屬冶煉技術(shù)的精進(jìn)。電解法制得的高純度銅具有延展性好、導(dǎo)熱性佳、電阻小等無(wú)可替代的優(yōu)點(diǎn)，不僅被用于制作神舟十九號(hào)飛行器中的導(dǎo)線，還是飛行器主體的主要材料——鋁合金2A12、鋁合金7075的重要成分。【小組活動(dòng)】

在U形管中注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的CuCl2溶液，插入兩根石墨棒作電極。把濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙放在與直流電源正極相連的石墨棒附近。接通直流電源，電壓選擇12V，觀察U形管內(nèi)的現(xiàn)象和試紙顏色的變化。實(shí)驗(yàn)步驟：【小組活動(dòng)】【小組活動(dòng)】實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與負(fù)極相連的b極上逐漸覆蓋一層紅色固體與正極相連的a極上有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生，能使?jié)駶?rùn)的碘化鉀淀粉試紙變藍(lán)?！舅伎寂c討論】1.產(chǎn)生的氣體和紅色物質(zhì)分別是什么？對(duì)應(yīng)電極上發(fā)生的反應(yīng)是氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng)？產(chǎn)生的氣體是氯氣，對(duì)應(yīng)電極上發(fā)生氧化反應(yīng)；產(chǎn)生的紅色物質(zhì)是單質(zhì)銅，對(duì)應(yīng)電極上發(fā)生還原反應(yīng)?！拘〗Y(jié)】電解池的電極名稱：陰極：與直流電源的

相連的電極，發(fā)生

反應(yīng)；陽(yáng)極：與直流電源的

相連的電極，發(fā)生

反應(yīng)。負(fù)極還原正極氧化2e-陰極：Cu2++Cu2e-陽(yáng)極：2Cl-Cl2↑－實(shí)驗(yàn)結(jié)論：CuCl2溶液在通電條件下生成了Cu和Cl2【思考與討論】2.溶液中的離子有哪些？依據(jù)陰極和陽(yáng)極的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推測(cè)通電后這些離子的運(yùn)動(dòng)方向。Cu2+、Cl-、H+、OH-Cu2+、H+移向陰極Cl-、OH-移向陽(yáng)極通電前，Cu2+和Cl-在溶液中作自由移動(dòng)通電時(shí)，Cu2+和Cl-在溶液中改作定向移動(dòng)【模型建構(gòu)】請(qǐng)結(jié)合上述思考與討論的結(jié)果，繪制電解池工作原理示意圖，要求如下：（1）注明電解池的組成（2）標(biāo)明氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)發(fā)生區(qū)域（3）標(biāo)明電子的運(yùn)動(dòng)方向和陰離子、陽(yáng)離子的遷移方向【例1】判斷(1)電解池的兩個(gè)電極必須是兩個(gè)活動(dòng)性不同的電極(

)(2)在電解池中與直流電源負(fù)極相連的電極是陰極(

)(3)在電解池中，電子從陽(yáng)極流入電源正極(

)(4)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)發(fā)生化學(xué)變化(

)【例2】如下圖所示裝置中屬于電解池的是________(填序號(hào))?！???③⑥以電解水和電解CuCl2溶液為例，依據(jù)電極產(chǎn)物推測(cè)離子氧化性（或還原性）的強(qiáng)弱順序。氧化性：Cu2+＞H+（水）還原性：Cl-

＞OH-思考：離子放電順序如何判斷呢？電極反應(yīng)規(guī)律陰極：吸引陽(yáng)離子，發(fā)生還原反應(yīng)Ag+>Hg2+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)

>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+放電順序：Ag+>Hg2+>Fe3+

>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)

>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+無(wú)論是惰性電極還是活潑電極都

參與電極反應(yīng)。不電極反應(yīng)規(guī)律陽(yáng)極：吸引陰離子，發(fā)生氧化反應(yīng)放電順序：S2->I->Br->Cl->F-活性金屬陽(yáng)極（除Pt/Au）＞S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根離子>F-①若為活性陽(yáng)極（如Cu，中性環(huán)境）電極方程式為：

②若為惰性電極(

），以O(shè)H－為例，其放電的電極方程式為:Cu–2e-=Cu2+石墨/Pt/Au4OH--4e-=O2↑+2H2O【注意】電解的離子方程式中，若參與電極反應(yīng)的H＋或OH－是水電離出來(lái)的，用水作為反應(yīng)物?！拘〗M活動(dòng)】在電解氯化銅溶液的實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將兩根石墨電極的位置對(duì)調(diào)，即鍍有銅的石墨電極與電源正極相連，另一級(jí)與電源負(fù)極相連。接通電源后能觀察到哪些現(xiàn)象？?jī)蓸O分別發(fā)生了什么反應(yīng)？寫出電極反應(yīng)方程式。

陽(yáng)極陰極實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

電極反應(yīng)方程式

石墨表面的紅色固體逐漸溶解溶解完后，有氣泡冒出Cu–2e-=Cu2+2Cl-–2e-=Cl2↑石墨表面逐漸覆蓋一層紅色固體Cu2++2e-=Cu2.電極方程式書寫的一般思路①判斷

材料②明確溶液中存在哪些

，③判斷陰陽(yáng)離子的

順序④根據(jù)陽(yáng)極

，陰極

，分析得出產(chǎn)物⑤陰極+陽(yáng)極反應(yīng)式=

反應(yīng)式陽(yáng)極離子放電氧化還原總注意得失電子守恒【注意】①電解質(zhì)溶液導(dǎo)電實(shí)際上是

，發(fā)生

，是

變化。②金屬導(dǎo)電是因?yàn)樵陔妶?chǎng)作用下，

發(fā)生定向移動(dòng)，是

變化。電解氧化還原反應(yīng)化學(xué)電子物理注意離子方程式的原有要求！3.電解的基本規(guī)律及溶液的pH變化，溶液復(fù)原方法【例3】寫出用惰性電極電解下列溶液，寫出各電極反應(yīng)方程式和總反應(yīng)方程式，并指明電解后溶液的pH變化，復(fù)原加入什么物質(zhì)？活潑金屬的含氧酸鹽Na2SO4陰極：4H2O+4e-==2H2↑+4OH-陽(yáng)極：2H2O-4e-

==4H++O2↑總反應(yīng)：2H2O2H2

+O2

通電溶液pH不變?nèi)芤簭?fù)原方法：加水3.電解的基本規(guī)律及溶液的pH變化，溶液復(fù)原方法【例3】寫出用惰性電極電解下列溶液，寫出各電極反應(yīng)方程式和總反應(yīng)方程式，并指明電解后溶液的pH變化，復(fù)原加入什么物質(zhì)？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(shí)例

含氧酸H2SO4陽(yáng)極：

陰極：

總反應(yīng)：

強(qiáng)堿NaOH陽(yáng)極：

陰極：

總反應(yīng)：

活潑金屬的含氧酸鹽Na2SO4陽(yáng)極：

陰極：

總反應(yīng)：

4H2O+4e-==2H2↑+4OH-2H2O-4e-

==4H++O2↑2H2O2H2

+O2

通電不變加水2H2O-4e-

==4H++O2↑4H++4e-

==2H2↑2H2O2H2

+O2

通電減小(若忽略體積變化，則pH幾乎不變)加水4OH--4e-

==2H2O+O2↑4H2O+4e-==2H2↑+4OH-2H2O2H2

+O2

通電變大加水電解水型3.電解的基本規(guī)律及溶液的pH變化，溶液復(fù)原方法【例3】寫出用惰性電極電解下列溶液，寫出各電極反應(yīng)方程式和總反應(yīng)方程式，并指明電解后溶液的pH變化，復(fù)原加入什么物質(zhì)？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(shí)例

無(wú)氧酸HCl陽(yáng)極：

陰極：

總反應(yīng)：

不活潑金屬的無(wú)氧酸鹽CuCl2陽(yáng)極：

陰極：

總反應(yīng)：

2Cl--2e-

==Cl2↑2H++2e-

==H2↑2HClH2

+Cl2

通電變大(若不考慮水解，則pH幾乎不變)通入HCl(g)2Cl--2e-

==Cl2↑Cu2++2e-==CuCuCl2Cu+Cl2

通電變大加CuCl2電解電解質(zhì)型3.電解的基本規(guī)律及溶液的pH變化，溶液復(fù)原方法【例3】寫出用惰性電極電解下列溶液，寫出各電極反應(yīng)方程式和總反應(yīng)方程式，并指明電解后溶液的pH變化，復(fù)原加入什么物質(zhì)？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(shí)例

活潑金屬的無(wú)氧酸鹽NaCl陽(yáng)極：

陰極：

總反應(yīng)：

不活潑金屬的含氧酸鹽CuSO4陽(yáng)極：

陰極：

總反應(yīng)：

2Cl--2e-

==Cl2↑4H2O+4e-==2H2↑+4OH-2Cl-+2H2OH2

+Cl2+2OH-通電變大通入HCl(g)2H2O-4e-

==4H++O2↑Cu2++2e-==Cu2Cu2++2H2O4H++O2+2Cu通電變小加CuO電解水和電解質(zhì)型【注意】電解后溶液的復(fù)原，從溶液中放出的氣體和生成的沉淀，按照

組成具體物質(zhì)再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原則。放氧生酸型放氫生堿型原子個(gè)數(shù)比【總結(jié)】原電池和電解池的比較

電解池原電池形成條件1.兩個(gè)電極2.電解質(zhì)溶液3.閉合回路4.直流電源注：氧化還原反應(yīng)（可

可

）1.兩個(gè)電極2.電解質(zhì)溶液3.閉合回路4.氧化還原反應(yīng)（自發(fā)）電極名稱

電極反應(yīng)

離子移動(dòng)

電子移動(dòng)方向

電流方向

能量轉(zhuǎn)化

能轉(zhuǎn)化為

能

能轉(zhuǎn)化為

能陰極（與負(fù)極相連）陽(yáng)極（與正極相連）

“陽(yáng)氧陰還”

陽(yáng)離子→陰極、陰離子→陽(yáng)極陽(yáng)極→正極，負(fù)極→陰極

正極→陽(yáng)極→電解質(zhì)溶液→陰極→負(fù)極

自發(fā)非自發(fā)電化學(xué)負(fù)極、正極“負(fù)氧正還”陽(yáng)離子→正極，陰離子→負(fù)極

負(fù)極→外電路→正極

正極→電解質(zhì)溶液→負(fù)極

化學(xué)電【例4】為了加深對(duì)電解規(guī)律的理解，某同學(xué)做了以下探究，要求從H＋、Cu2＋、Na＋、SO42－、Cl－5種離子中兩兩組成電解質(zhì)，按下列要求進(jìn)行電解：(1)以碳棒為電極，電解過(guò)程中電解質(zhì)質(zhì)量減少，水量不變，則采用的電解質(zhì)是____________。若要恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，應(yīng)加入的物質(zhì)是_____________。(2)以碳棒為電極，電解過(guò)程中電解質(zhì)質(zhì)量不變，水量減少，則采用的電解質(zhì)是____________。若要恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，應(yīng)加入的物質(zhì)是___________。(3)以碳棒為陽(yáng)極，鐵棒為陰極，電解過(guò)程中電解質(zhì)和水量都減少，則電解質(zhì)是____________。若要恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，應(yīng)加入的物質(zhì)是___________?！咀兪?】如果向所得的溶液中加入0.1molCu(OH)2后，使溶液恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH，電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子物質(zhì)的量為

mol【變式2】如果向所得的溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3后，使溶液恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH(不考慮CO2的溶解），電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子物質(zhì)的量為

molCuCl2、HClCuCl2、HClNa2SO4、H2SO4H2ONaCl、CuSO4HCl、CuO、CuCO30.40.6【例5】以石墨為電極電解：①熔融的Al2O3

陰極：

陽(yáng)極：

總化學(xué)方程式：

②MgCl2溶液陰極

陽(yáng)極：

總離子方程式：

③AlCl3溶液陰極：

陽(yáng)極：

總離子方程式：

Al3++3e-

==Al2O2--4e-==O2↑2Al2O3(熔融)4Al+3O2

通電2Cl--2e-

==Cl2↑2H2O+2e-==H2↑+2OH-2Cl-+2H2OH2

+Cl2+2OH-通電Mg2++2Cl-+2H2OH2

+Cl2+Mg(OH)2↓通電2Cl--2e-

==Cl2↑2H2O+2e-==H2↑+2OH-2Al3++6Cl-+6H2O3H2

+3Cl2+2Al(OH)3↓通電這是一個(gè)原本非自發(fā)的反應(yīng)，應(yīng)該設(shè)計(jì)電解池。【思考與交流】Cu+H2SO4=CuSO4+H2↑能否自發(fā)反應(yīng)？如何使該反應(yīng)發(fā)生，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置。Cu做陽(yáng)極，陰極材料可選任意電極，電解質(zhì)溶液選擇H2SO4。H+SO42-OH-陰極陽(yáng)極e-e-CuH2SO4溶液電解飽和食鹽水燒堿、氯氣都是重要的化工原料，習(xí)慣上把電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫做

（一）電解飽和NaCl溶液分析氯堿工業(yè)陽(yáng)極現(xiàn)象：產(chǎn)物檢驗(yàn)：陰極現(xiàn)象：產(chǎn)物檢驗(yàn)：2e-有黃綠色、刺激性氣體產(chǎn)生，2Cl-Cl2↑－濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙檢驗(yàn)Cl22e-有無(wú)色無(wú)味氣體產(chǎn)生，2H2OH2↑

+2OH-+點(diǎn)燃法檢驗(yàn)H2，酚酞溶液檢驗(yàn)堿性2NaCl+2H2O電解H2↑+2NaOH+Cl2↑（二）電解飽和食鹽水實(shí)驗(yàn)改進(jìn)【提出問(wèn)題】電解NaCl溶液的一般裝置有哪些缺點(diǎn)?缺點(diǎn)一：Cl2與NaOH反應(yīng)缺點(diǎn)二：H2與Cl2混合易爆炸H2+

Cl22HCl點(diǎn)燃或光照Cl2+

2OH-

ClO-

+

Cl-+

H2O工業(yè)生產(chǎn)中不能直接用該裝置進(jìn)行生產(chǎn)。使用離子交換膜，選擇陽(yáng)離子交換膜，防止OH-移動(dòng)到陽(yáng)極與Cl2反應(yīng)（三）氯堿工業(yè)生產(chǎn)流程主要設(shè)備：離子交換膜電解槽陰極：碳鋼陽(yáng)極：鈦1.離子交換膜法電解飽和食鹽水原理示意圖Cl-H2Cl2NaOH溶液淡鹽水H2O(含少量NaOH)精制飽和NaCl溶液陽(yáng)離子交換膜Na+H+OH-Na+（三）氯堿工業(yè)生產(chǎn)流程2.陽(yáng)離子交換膜（1）定義：只允許

等陽(yáng)離子通過(guò)，不允許Cl－、OH－等陰離子及氣體分子通過(guò)，把電解槽隔成陽(yáng)極室和陰極室。（2）作用：①可以防止陰極產(chǎn)生的________與陽(yáng)極產(chǎn)生的________混合發(fā)生爆炸。②避免________與陰極產(chǎn)生的____________反應(yīng)而影響氫氧化鈉的產(chǎn)量。③平衡

。Na+、H+

H2Cl2Cl2NaOH電荷（涉及陰極室和陽(yáng)極室溶液的質(zhì)量變化時(shí)，必須考慮經(jīng)過(guò)膜的離子）二、電鍍【設(shè)計(jì)裝置圖】請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)電解池為鐵鑰匙鍍銅，畫出裝置圖，標(biāo)出電解質(zhì)溶液、電極名稱并寫出兩極反應(yīng)式?陽(yáng)極：Cu–2e-=Cu2+陰極：Cu2++2e-=Cu思考：電解完后，溶液的濃度有何變化？不變1.電鍍：利用________原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他_______或________的加工工藝。2.目的：使金屬

抗腐蝕能力，增加表面硬度和美觀。3.電鍍池的構(gòu)成：陽(yáng)極材料：__________，陰極材料：__________，電鍍液：含有

金屬離子的溶液，溶液濃度____________。4.特點(diǎn)：電解質(zhì)溶液濃度

。5.實(shí)質(zhì)：

。電解金屬合金增強(qiáng)鍍層金屬待鍍金屬鍍層不變不變M–ne-=Mn+，Mn++ne-=M鍍銀水壺【課堂練習(xí)】下圖A為直流電源，B為浸透飽和氯化鈉溶液和酚酞試液的濾紙，C為電鍍槽，接通電路后發(fā)現(xiàn)B上的c點(diǎn)顯紅色，為實(shí)現(xiàn)鐵上鍍鋅，接通K后，使c、d兩點(diǎn)短路，下列敘述正確的是（

）A．a(chǎn)為直流電源的負(fù)極B．f電極為鋅板C．c極發(fā)生的反應(yīng)為2H＋＋2e－＝H2↑D．e極發(fā)生還原反應(yīng)C三、電解精煉銅1.原理：粗銅（粗銅含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等雜質(zhì)）失去電子形成陽(yáng)離子而溶解（殘留在溶液中）；比銅不活潑的金屬銀、金等，以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽的底部（形成陽(yáng)極泥）；粗銅中的銅在純銅上析出。分析3陽(yáng)極材料：粗銅陰極材料：精銅分析4電解質(zhì)溶液為硫酸銅溶液，其銅離子遷移到陰極得電子，析出為銅分析1如何讓粗銅中的銅變成銅離子進(jìn)入溶液？分析2粗銅生成銅離子，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)在陽(yáng)極進(jìn)行三、電解精煉銅2.電解精煉銅的裝置圖（根據(jù)原理標(biāo)出陰、陽(yáng)極材料和電解液，寫出兩極反應(yīng)式）陽(yáng)極陰極(粗銅)(純銅)Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+Cu2++

2e-=Cu硫酸銅溶液銀、金等金屬雜質(zhì)的失電子能力比銅弱，難以在陽(yáng)極失去電子變成陽(yáng)離子，故以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽底部，形成陽(yáng)極泥。三、電解精煉銅精煉銅時(shí)，電解液中的Cu2?濃度有何變化?減小陰極增加的質(zhì)量和陽(yáng)極減少的質(zhì)量相等嗎?一般不相等【課堂練習(xí)】金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等雜質(zhì)，可用電解法制備高純度的鎳，下列敘述正確的是()(已知：氧化性Fe2?<Ni2+<Cu2+)A.陽(yáng)極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)：Ni2++2e-=NiB.電解過(guò)程中，陽(yáng)極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加相等C.電解后，溶液中存在的金屬陽(yáng)離子只有Fe2+和Zn2+D.電解后，電解槽底部的陽(yáng)極泥中只有Cu和PtD【課后練習(xí)】以硫酸銅溶液做電解液，對(duì)含有雜質(zhì)Fe、Zn、Ag的粗銅進(jìn)行電解精煉，下列敘述正確的是（）①銅與直流電源負(fù)極相連②陰極發(fā)生的反