第四章 化学反应与电能\n第二节 电解池第1课时 电解原理\n学习目标核心素养1．认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。2．了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。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，培养宏观辨识与微观探析的能力。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，培养证据推理与模型认知能力。\n课前素能奠基课堂素能探究课堂达标验收新课情景呈现名师博客呈现\n新课情景呈现\n1807年，当英国化学家戴维将铂电极插入到熔融的氢氧化钾中并接通直流电源时，奇迹发生了，在阴极附近产生一种银白色的金属，随即形成紫色的火焰。这就是发现钾元素的主要过程，当时在社会上引起轰动。这其中的奥妙是什么呢？电解时物质的变化是如何发生的呢？\n电能与化学能之间的相互转化具有重要的实用价值。通过将电能转化为化学能，可以使许多在通常条件下不能发生的反应得以进行，这对于化工生产、金属冶炼、实验室研究以及人们的日常生活都具有十分重要的意义。电解是将电能转化为化学能的一种重要方法。下面就让我们一起探讨吧！\n课前素能奠基\n一、电解CuCl2溶液1．实验探究：新知预习\n实验现象实验结论与负极相连的石墨棒上逐渐覆盖了一层__________________________与正极相连的石墨棒上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的碘化钾淀粉试纸______________________红色物质析出金属铜变蓝产生了氯气\n2．原理探究：(1)氯化铜溶液中的电离过程有①__________________________，②_________________；溶液中存在的离子有_______________________，通电前，这些离子在溶液中作自由运动。(2)通电时，在电场的作用下，溶液中的离子作定向运动，即______________趋向阳极，____________趋向阴极。(3)阳极电极反应式是______________________，阴极电极反应式是____________________，总反应式是__________________________。(4)结论：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的______过程。CuCl2===Cu2＋＋2Cl－Cl－、OH－Cu2＋、H＋2Cl－－2e－===Cl2↑Cu2＋＋2e－===Cu电解Cu2＋、Cl－、H＋、OH－\n二、电解原理1．电解：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起____________反应的过程。2．电解池：(1)定义。电解池是把________转化为__________的装置。氧化还原电能化学能\n(2)电解池的构成条件。①有外接直流电源。②有与电源相连的两个电极。其中与______正极相连的叫______，与电源负极相连的叫________。③电解质溶液或熔融电解质。④形成闭合回路。电源阳极阴极\n(3)电极名称及电极反应式(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)。阴极还原反应阳极氧化反应\n(4)电子和离子移动方向。电子：从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。\n预习自测1．下列装置工作时，将电能转化为化学能的是()D\n解析：A．该装置将风能转化为电能，错误；B．该装置将太阳能转化为电能，错误；C．该装置将化学能转化为电能，错误；D．该装置将电能转化为化学能，正确。\n2．如图所示，用石墨电极电解饱和食盐水。下列说法不正确的是()A．电极a是阳极B．通电使NaCl发生电离C．Na＋、H＋向b极移动D．a极产生黄绿色气体解析：A．电极a与电源正极相连，是阳极，正确；B．NaCl在水中就能发生电离，通电不是必要条件，错误；C．Na＋、H＋向b极移动，正确；D．a极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，产生黄绿色气体，正确。B\n3．如下图所示装置中，属于电解池的是()解析：构成电解池时要有与外接直流电源相连的电极，A、B错误；两电极插入电解质溶液或熔融的电解质中，且要形成闭合回路，C项正确。C\n课堂素能探究\n知识点问题探究：1．在电解CuCl2溶液的过程中，闭合回路是如何形成的？2．在氯化铜溶液中除了Cu2＋和Cl－之外还有H＋和OH－，这两种离子为什么没有得到或失去电子？电解池中电极及电极产物的判断\n探究提示：1．电解CuCl2溶液时，电子从电源负极流出，流向电解池的阴极，阴极附近的Cu2＋在阴极得电子被还原为铜，溶液中的阴阳离子定向移动，阳极附近的Cl－在阳极失电子被氧化为氯原子，氯原子两两结合形成氯气分子，失去的电子从阳极流回电源的正极，从而形成了闭合电路。\n2．电解时，溶液中离子的放电先后顺序与离子的氧化性或还原性有关，氧化性强的阳离子先得电子被还原，还原性强的阴离子先失电子被氧化。Cu2＋比H＋更容易得电子，而Cl－比OH－更容易失电子，可从氧化性强弱的角度比较得电子的顺序，从还原性强弱的角度比较失电子的顺序。\n知识归纳总结：1．电解池的工作原理：接通外界电源后，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子的定向运动形成内电路，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极，如图所示。\n2．电解池的阴、阳极的判断方法：\n3．电解时电极产物的判断：\n如图为直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置。通电一段时间后，在石墨电极a和b附近分别滴加一滴酚酞溶液。则下列有关说法中正确的是()A．a电极产生H2B．两极产生的气体均有刺激性气味C．通电一段时间后，稀Na2SO4溶液酸性增强D．a电极附近呈无色，b电极附近呈红色A典例1\n解析：a为阴极，电解时a电极上得电子发生还原反应生成氢气同时生成氢氧根离子，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，所以有氢气生成，A正确；阴极生成氢气、阳极生成氧气，所以生成的气体都是无色无味的，B错误；阴极上生成氢气、阳极生成氧气，所以实质上是电解水，硫酸钠的物质的量不变，溶液体积减小，则硫酸钠物质的量浓度增大，溶液仍然呈中性，溶液酸性不变，C错误；a电极附近生成氢氧根离子导致溶液呈碱性，b电极附近生成氢离子导致溶液呈酸性，所以a电极附近溶液变红色，b电极附近溶液呈无色，D错误。\n〔变式训练1〕如图为用惰性电极电解CuCl2溶液的实验装置，则下列说法正确的是()A．a电极为负极B．溶液中的Cu2＋向a极移动C．电解一段时间后溶液的颜色会变浅D．电极b上发生的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2C\n解析：a极与电源正极相连为阳极，A项错误；溶液中的Cu2＋向b极移动，B项错误；阴极上Cu2＋放电生成铜单质，电解一段时间后溶液颜色变浅，C项正确；与电源负极相连的阴极上发生反应为Cu2＋＋2e－===Cu，D项错误。\n知识点电解规律及电解方程式书写\n\n知识归纳总结：1．解决电解问题的基本思路：(1)哪些离子——通电前电解质溶液中含有的离子种类(包括水电离出的H＋和OH－)。(2)谁优先放电——通电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析放电物质。(3)分析电解结果——写电极反应式，结合要求分析，如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH的变化等。\n2．电极反应规律(1)阴极：无论是惰性电极还是活泼电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子放电顺序：Ag＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋……(2)阳极：溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中。其放电顺序：活泼金属阳极＞S2－＞I－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根。\n3．做到“三看”，正确书写电极反应式：(1)一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定失电子(注：Fe生成Fe2＋)。(2)二看介质，介质是否参与电极反应。(3)三看是否有特殊信息(如题目信息)，若以铝为阳极，电解目的是制取氧化铝，则阳极产物不能是Al3＋。\n4．电解池中方程式书写的3个关键点：(1)书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质一定要写成化学式。(2)电极反应的书写首先根据题干要求及信息大胆写出反应物和生成物，然后根据“阴(极)得(e－)阳(极)失(e－)”加上得失电子数目，最后根据电解质溶液酸碱性补上H＋、OH－或H2O，依据电荷守恒配平。(3)要确保两极得失电子数目相等，且总反应注明条件“电解”。\n5．酸、碱、盐溶液电解规律(惰性电极)：用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液：(1)电解水型。电解质H2SO4(含氧酸)NaOH(可溶性强碱)Na2SO4(含氧酸强碱盐)阳极反应式4OH－－4e－===O2↑＋2H2O阴极反应式4H＋＋4e－===2H2↑pH变化减小增大不变复原加入物质H2O\n(2)电解电解质型。电解质HCl(非含氧酸)CuCl2(非含氧酸弱碱盐)阳极反应式2Cl－－2e－===Cl2↑阴极反应式2H＋＋2e－===H2↑Cu2＋＋2e－===CupH变化增大复原加入物质HClCuCl2\n(3)电解质和水都发生电解型。电解质NaCl(非含氧酸强碱盐)CuSO4(含氧酸弱碱盐)阳极反应式2Cl－－2e－===Cl2↑4OH－－4e－===O2↑＋2H2O阴极反应式2H＋＋2e－===H2↑2Cu2＋＋4e－===2CupH变化增大减小复原加入物质HClCuO或CuCO3\n2020年新型冠状病毒肺炎疫情在世界范围内暴发。病毒对消毒剂敏感，75%酒精、双氧水等均可灭活病毒。科学家报告了一种直接电化学合成H2O2的方法，装置如图。典例2\nA\n\n〔变式训练2〕某化学兴趣小组利用如图装置在铁棒表面镀上一层铜，下列有关的判断正确的是()A．a为阳极、b为阴极B．c为铁棒、d为铜棒C．电子流向从b→d→c→aD．溶液中Cu2＋向d极移动解析：由图示中电流从a端流出，a为电源正极，b为负极，A项错误；c为阳极，应是铜棒，d为阴极，应是铁棒，B项错误；电子不能通过溶液，C项错误；电解池中阳离子向阴极移动，所以溶液中Cu2＋向d极移动，D项正确。D\n名师博客呈现\n①电解池分阴、阳(极)，阳(极)氧化(反应)，阴(极)还原(反应)，电子由负(极)流回正(极)，阳(离子)向阴(极)，阴(离子)向阳(极)。②阴离子放电顺序。\n③阳离子放电顺序。④\n课堂达标验收\n1．实验室中用电解水的方法制取氢气和氧气，为了增强溶液的导电性最好加入下列电解质中的()A．NaClB．Na2SO4C．CuCl2D．AgNO3B\n2．用惰性电极电解稀H2SO4、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是()A．H2和Cl2B．Cu和Cl2C．H2和O2D．Cu和O2B\n3．如图所示是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。(1)a为______极，b为______极。(2)c为______极，d为______极。(3)电解过程中，______电极质量增加，原因是_______________________。(4)电解过程中，氯离子浓度________(填“增大”“减小”或“不变”)，c电极附近的现象是____________________。正负阳阴dCu2＋＋2e－===Cu减小有黄绿色气体生成\n解析：电流从电源的正极流出，因此a为电源正极，b为负极，则c为阳极，d为阴极。电解CuCl2溶液电极反应：阳极(c电极)2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极(d电极)Cu2＋＋2e－===Cu，Cl－失去电子生成氯气，c电极附近有黄绿色气体生成。\n4．能源是人类生存和发展的重要支柱，化学在能源的开发与利用方面起着十分重要的作用。某学习小组按如图所示装置探究化学能与电能的相互转化：\n(1)甲池是______________________________装置，通入O2的电极上的反应式为_____________________________。乙池中SO移向________电极(填“石墨”或“Ag”)。(2)当甲池消耗标准状况下33.6LO2时，电解质KOH的物质的量变化_______mol，乙池若要恢复电解前的状态则需要加入______________________________(填所加物质的质量及化学式)。(3)丙池中发生的电解反应的离子方程式为________________________________________。原电池(或化学能转化为电能O2＋4e－＋2H2O===4OH－石墨1.5240gCuO(或372gCuCO3)\n\n
