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(共63张PPT)
第1课时　电解原理
目 标 素 养
1.了解电解池的构造,能分析、解释电解池的工作原理。
2.会写电解池的电极反应式和总反应方程式。
3.认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。
4.能够运用电子守恒的观点进行电化学计算。
5.能设计简单的电解池,能利用电解原理防护金属。
知 识 概 览
一、电解CuCl2溶液
1.按下图所示装置完成实验,并填写下表。
2.实验原理分析。
(1)氯化铜溶液中存在的离子有Cu2+、Cl-、H+、OH- ,通电前这些离子在溶液中做自由运动。
(2)通电时在电场的作用下,溶液中的离子做定向运动,即Cl-、OH-移向a极,Cu2+、H+移向b极。
(3)a极的电极反应式是2Cl--2e-══Cl2↑,b极的电极反应式是Cu2++2e-══Cu,总反应式是CuCl2 Cu+Cl2↑。
(4)结论:电解质溶液的导电过程,就是电解质溶液的电解过程。
3.电解的定义。
使　电流　通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起　氧化还原反应　的过程。
微思考 电解质溶液导电与金属导电有什么不同
提示:电解质溶液导电实际上是电解过程,发生氧化还原反应,是化学变化。金属导电是因为在外加电场作用下,自由电子发生定向移动,是物理变化。
微判断 (1)电解与电离均需要通电才可发生。(　　)
(2)电解CuCl2溶液,Cu2+放电发生氧化反应。(　　)
(3)用石墨电极电解CuCl2溶液,阳极逸出的气体能够使湿润的蓝色石蕊试纸最终变为红色。(　　)
(4)电解质溶液导电时,一定会有化学反应发生。(　　)
(5)电解CuCl2溶液过程中发生的是放热反应。(　　)
×
×
×
√
×
二、电解池
1.定义。
将　电　能转化为　化学　能的装置,也称电解槽。
2.构成条件。
(1)两个电极:
阳极——与电源　正　极连接;
阴极——与电源　负　极连接。
(2)电解质溶液或　熔融电解质　。
(3)直流电源。
(4)用导线连接形成　闭合回路　。
3.装置中电子和离子的移动方向。
(1)电子:从电源　负　极流出后,流向电解池　阴　极;从电解池的　阳　极流出后流向电源的　正　极。
(2)离子:阳离子移向电解池的　阴　极,阴离子移向电解池的
　阳　极。
微训练1 .下列关于如图所示①②
两个装置的叙述,正确的是(　　)。
A.装置名称:①是原电池,
②是电解池
B.c(H2SO4)变化:①增大,②减小
C.电极反应式:①中阳极反应为
4OH--4e-══2H2O+O2↑,②中正极反应为Zn-2e══-Zn2+
D.离子移动方向:①中的H+向阴极方向移动,②中的H+向负极方向移动
B
解析:①中有外加电源,为电解池,②为原电池,A项错误;①中电解水,c(H2SO4)增大,②中正极消耗H+,生成H2,c(H2SO4)减小,B项正确;②中正极反应为2H++2e-══H2↑,C项错误;②中H+向正极移动,D项错误。
2.用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。
下列分析正确的是(　　)。
A.a端是直流电源的负极
B.通电使CuCl2发生电离
C.阳极上发生的反应:Cu2++2e-══Cu
D.通电一段时间后,在阴极附近观察到
黄绿色气体
答案:A
解析:根据溶液中阳离子Cu2+移向,左边电极为阴极,则a端是直流电源的负极,A项正确;CuCl2发生电离不需要通电,B项错误;Cu2+在阴极上反应,C项错误;通电一段时间后,Cl-在阳极附近放电生成氯气,D项错误。
一、电解原理
问题探究
外接电源的电能,借助电解池将还原剂的电子转移给氧化剂。与原电池不同,电解池中发生的氧化还原反应可以是非自发的,通过外接电源提供的电能迫使反应发生。
如何实现反应:Cu+H2SO4══CuSO4+H2↑
提示:用铜作电极,用稀硫酸作电解质溶液,通过电解池实现。
归纳总结
1.电解原理示意图。
2.电解池的阴极、阳极的判断方法。
3.原电池与电解池的比较。
装置
类别 原电池 电解池
原理 使氧化还原反应中电子的转移定向移动,从而形成电流 使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程
装置
特点 将化学能转化成电能 将电能转化成化学能
装置类别 原电池 电解池
实例

电极名称 负极 正极 阴极 阳极
反应类型 氧化反应 还原反应 还原反应 氧化反应
装置类别 原电池 电解池
反应特征 自发的氧化还
原反应(主动) 借助电流(被动)
电极判断 由电极本身决定。
正极:流入电子;
负极:流出电子 由外接电源决定。
阳极:与电源正极相连;
阴极:与电源负极相连
电子流向 由负极经导线流入正极 由外接电源负极经导线流入电解池阴极;由电解池阳极经导线流入外接电源正极
离子移动 阳离子向正极移动
阴离子向负极移动 阳离子向阴极移动
阴离子向阳极移动
典例剖析
【例1】 电解CuCl2溶液的装置如图所示,其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是(　　)。
A.a为负极、b为正极
B.a为阳极、b为阴极
C.电解过程中,d电极质量增大
D.电解过程中,氯离子浓度不变
答案:C
解析:电流从电源的正极流出,因此a为正极,b为负极,则c为阳极,d为阴极。电解CuCl2溶液电极反应为阳极(c电极):2Cl--2e-══Cl2↑,阴极(d电极):Cu2++2e-══Cu,C项正确。
学以致用
1.如图所示,a、b、c、d均为石墨电极,通电进行电解,下列说法正确的是(　　)。
A.电路中电子流向:
负极→d→c→b→a→正极
B.a、c两极产生气体的物质的量相等
C. 向b电极移动,Cl-向c电极移动
D.通电后乙烧杯中滴入酚酞溶液,d极附近会变红
答案:D
解析:电子只能在外电路中移动,A项错误;a极产生O2,c极产生Cl2,根据电子守恒O2~2Cl2~4e-,产生O2和Cl2的物质的量之比为1∶2,B项错误;阴离子向阳极移动,a极和c极是阳极,所以
向a电极移动,Cl-向c电极移动,C项错误;d极是阴极,电极反应式可表示为2H2O+2e-══H2↑+2OH-,所以滴入酚酞溶液,d极附近会变红,D项正确。
2.如图所示,X、Y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增大,b极板处有无色、无臭气体放出。
符合这一情况的是下表中的(　　)。
选项 a极板 b极板 X电极 Z溶液
A 锌 石墨 负极 CuSO4溶液
B 石墨 石墨 负极 NaOH溶液
C 银 铁 正极 AgNO3溶液
D 铜 石墨 负极 CuCl2溶液
A
解析:由题意知,通电后a极板质量增大,说明有金属析出,由此可知,a极为电解池的阴极,则X为电源负极,B、C两项均不符合题意;又因为b极放出的是无色、无臭的气体,D项不符合 题意。
二、电解规律
问题探究
实验1:将两根碳棒分别插进U
形管内的CuCl2溶液中,如图①。
实验2:将两根碳棒用导线连接
后,浸入U形管内的CuCl2溶液
中,如图②。
实验3:将两根碳棒分别跟直流电源的正极和负极相连接,浸入U形管内的CuCl2溶液中,再接通直流电,如图③。过一段时间后,再把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的电极附近。
1.实验1、实验2和实验3的现象有什么不同 实验3的两电极的现象是什么
提示:实验1和实验2中均无明显现象。实验3中碳棒上有Cu析出,且有能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝的气体生成。
2.实验3中CuCl2溶液中通电前离子如何运动 通电后离子如何运动 根据实验现象和氯化铜溶液的组成成分以及原有知识分析推断两极生成物的名称。
提示:通电前CuCl2溶液中的Cu2+、Cl-等自由运动。通电后Cu2+和Cl-发生了定向移动。根据实验现象可知,与电源负极相连的一极有Cu生成,与电源正极相连的一极有Cl2生成。
3.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或失电子
提示: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。
4.溶液中有多种离子时,怎样判断电极产物
提示:据阳离子放电顺序判断阴极产物,据电极材料和阴离子放电顺序判断阳极产物。
归纳总结
1.电极反应规律及电解产物的判断。
电解池中的电解产物,与溶液中的离子的放电顺序有关,阳极产物还与电极材料有关。
(1)阳极产物。
①若阳极为活性金属电极,则金属失电子溶解,一般生成相应金属阳离子(Fe生成Fe2+而不是生成Fe3+),此时溶液中的离子不放电。
②若阳极为惰性电极(Pt、C等),则溶液中的离子放电,放电的一般顺序是S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子>F-,即在水溶液中含氧酸根离子和F-不放电,阳极产物一般为对应非金属单质。
(2)阴极产物。
阴极产物与电极材料无关,直接根据阳离子放电顺序进行判断。一般放电顺序是Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
阳离子放电后的产物一般是相应单质,但是在水溶液中Fe3+放电后的产物一般是Fe2+。
离子的放电顺序也不是绝对的,放电情况与离子性质、溶液浓度、电流和电极材料等有关。
①K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+在水溶液中不放电,要使这些离子放电,需电解熔融电解质,如熔融NaCl、熔融MgCl2、熔融Al2O3等。
②在水溶液中,当H+浓度较小时,放电能力Zn2+>H+;当H+浓度较大时,放电能力H+>Zn2+。
2.电解后溶液的复原规律。
用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液。
(1)电解水型。
电解质特点 含氧酸 可溶性强碱 活泼金属含氧酸盐
举例 H2SO4 NaOH Na2SO4
阳极反应式 4OH--4e-══O2↑+2H2O或2H2O-4e-══O2↑+4H+
阴极反应式 2H++2e-══H2↑或2H2O+2e-══H2↑+2OH-
pH变化 减小 增大 不变
电解质溶液
复原的方法 加入H2O
(2)电解电解质型。
电解质特点 无氧酸 不活泼金属无氧酸盐
举例 HCl CuCl2
阳极反应式 2Cl--2e-══Cl2↑
阴极反应式 2H++2e-══H2↑ Cu2++2e-══Cu
pH变化 增大 —
电解质溶液
复原的方法 通入HCl 加入CuCl2
(3)电解质和水都发生电解型。
电解质特点 活泼金属无氧酸盐 不活泼金属含氧酸盐
举例 NaCl CuSO4
阳极反应式 2Cl--2e-══Cl2↑ 2H2O-4e-══O2↑+4H+
阴极反应式 2H2O+2e-══
H2↑+2OH- Cu2++2e-══Cu
pH变化 增大 减小
电解质溶液
复原的方法 通入HCl 加入CuO
典例剖析
【例2】 用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液,电解一段时间后,再加入W,能使溶液恢复到电解前的状态,符合题意的一组是
(　　)。
选项 X Y Z W
A Pt Fe NaCl溶液 盐酸
B 石墨 石墨 NaOH溶液 H2O
C 石墨 Cu CuCl2溶液 HCl
D Pt Pt CuSO4溶液 Cu(OH)2
答案:B
解析:电解NaCl溶液时,阳极氯离子放电生成氯气,阴极氢离子得到电子生成氢气,所以应通HCl气体让电解质溶液复原,A项错误;电解NaOH溶液时,阳极产生氧气,阴极产生氢气,所以应加水让电解质溶液复原,B项正确;电解CuCl2溶液时,阳极氯离子放电生成氯气,阴极析出铜,所以应加氯化铜固体让电解质溶液复原,C项错误;电解硫酸铜溶液时,阳极产生氧气,阴极产生金属铜,所以应加CuO让电解质溶液复原,加入氢氧化铜相当于多加入了水,D项错误。
方法归纳 (1)电解池的阴极不管是惰性电极(Pt、石墨)还是活性电极,都是电解质溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电,电极本身不可能溶解。 (2)若阴极为H+放电,则阴极区c(OH-)增大;若阳极为OH-放电,则阳极区c(H+)增大;若阴极为H+放电,同时阳极为OH-放电,相当于电解水,电解质溶液浓度增大(饱和溶液例外)。 (3)电解质溶液恢复原状的方法:少什么加什么,少多少加多少。
学以致用
3.如图为用直流电源电解Na2SO4溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是(　　)。
A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的
B.一电极逸出无臭气体,另一电极逸出有
刺激性气味的气体
C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色
D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色
D
解析:电解Na2SO4溶液时,a为阴极:4H++4e-══2H2↑,b为阳极:4OH--4e-══O2↑+2H2O;a极周围由于H+放电溶液呈碱性,石蕊溶液显蓝色,b极周围由于OH-放电溶液呈酸性,石蕊溶液显红色。
4.为探究电解的放电规律,进行如下实验:
序号 阳极
材料 阴极
材料 电解质溶液 阳极
产物 阴极
产物
① 石墨 石墨 0.1 mol·L-1
CuCl2溶液 Cl2 Cu
② 石墨 石墨 0.1 mol·L-1
NaCl溶液 Cl2 H2
序号 阳极
材料 阴极
材料 电解质溶液 阳极
产物 阴极
产物
③ 石墨 石墨 0.2 mol·L-1
CuSO4溶液 O2 Cu
④ 铜 石墨 0.2 mol·L-1
CuSO4溶液 Cu2+ Cu
⑤ 石墨 石墨 熔融NaCl Cl2 Na
下列说法不正确的是(　　)。
A.对比①②可知,阴极放电顺序:Cu2+>H+>Na+
B.对比①③可知,阳极放电顺序:Cl->OH->
C.对比③④可知,阳极是铜时,会先于溶液中的离子放电
D.对比①⑤可知,电解得到金属只能用熔融态,不能用水溶液
答案:D
解析:根据①知道铜离子的氧化性强于氢离子,根据②知道氢离子的氧化性强于钠离子,得电子能力强(氧化性强)的离子优先放电,所以对比①②可知,阴极放电顺序为Cu2+>H+>Na+,A项正确。根据①知道,离子放电顺序为Cl->OH-,根据③知道离子放电顺序为OH-> ,B项正确。电解池的阳极若是活泼电极,则金属电极本身失电子,发生氧化反应,对比③④可知,阳极是铜时,会优先于溶液中的离子放电,C项正确。
①⑤用到的电解质成分不一样,铜离子优先于钠离子放电,但是电解得到金属不一定只能用熔融态,电解氯化铜溶液也能得到金属铜,D项错误。
1.下列有关电解池的说法正确的是(　　)。
A.在电解池中与外接电源负极相连的电极是阳极
B.电解任何物质,阳极上失电子数与阴极上得电子数相等
C.电解氯化铜溶液时在阴极上有黄绿色气体生成
D.电解NaCl、CuCl2两种溶液时参加反应的物质是相同的
答案:B
解析:在电解池中,与外接电源负极相连的是阴极,A项错误;电解氯化铜溶液时阳极上有氯气生成,阴极上有铜析出,C项错误;电解NaCl溶液时阴极得到的是H2和NaOH,而电解CuCl2溶液时阴极得到的是Cu,D项错误。
2.某学生欲完成反应2HCl+2Ag ══ 2AgCl+H2↑,设计了下列四个装置,你认为可行的是(　　)。
答案:C
解析:反应不能自发进行,应设计成电解池,金属银失电子作阳极,与电源的正极相连。
3.某研究所通过固体氧化物电解池,实现了CH4/CO2的电化学重整制合成气,装置图如图。下列说法正确的是(　　)。
A.a极为电源的负极
B.N极上发生氧化反应
C.M极的电极反应式为
CH4-2e-+O2-══CO+2H2
D.电路中通过2 mol电子,
阴、阳两极得到CO的质量共为28 g
答案:C
解析:由装置原理图可知,O2-由N极移向M极,故M极为阳极,发生氧化反应,则a极为电源的正极,A、B项错误;M极作为阳极,根据题图中反应物和生成物可知阳极电极反应式为CH4-2e-══+O2-CO+2H2,C项正确;每转移2 mol电子,两极均产生
1 mol CO,即阴、阳两极共得到2 mol(56 g)CO,D项错误。
4.用惰性电极电解下列溶液,电解一段时间后,阴极质量增大,电解质溶液的pH减小的是(　　)。
①CuSO4　②BaCl2　③AgNO3　④H2SO4
A.①② B.①③ C.①④ D.②④
答案:B
解析:阴极质量增大,说明溶液中含有不活泼金属的阳离子;电解质溶液的pH减小,说明在阳极上是OH-放电,而相应的阴离子应是含氧酸的酸根离子,故本题的答案应为不活泼金属的含氧酸盐,B项正确。
5.如图所示装置中,a、b都是惰性电极,通电一段时间后,b极附近溶液呈蓝色。下列说法中不正确的是(　　)。
A.x是正极,y是负极
B.a极产生氢气,b极生成I2
C.a极和铂电极都有气泡产生
D.U形管中溶液的碱性增强
答案:A
解析:b极附近溶液呈蓝色,说明b极生成I2,即确定b极发生反应2I--2e-══I2,则b极是阳极,x是负极,y是正极,a极H+放电,发生反应2H++2e-══H2↑,产生氢气,U形管中总反应式为2KI+2H2O 2KOH+H2↑+I2,溶液的碱性增强,A项错误,B、D两项正确;石墨为阴极,铂为阳极,电极反应分别是Cu2++2e-══Cu,4OH--4e-══2H2O+O2↑,C项正确。
6.用石墨棒作电极,从Na+、Cu2+、Cl-、 中选出适当离子组成电解质,电解其水溶液,写出符合条件的一种电解质的化学式:
(1)阴极放出H2,阳极放出O2,电解质是　　　　;
(2)阴极析出金属,阳极放出O2,电解质是　　 　;
(3)阴极放出H2,阳极放出Cl2,电解质是　　　　　　;
(4)转移电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量、阳极放出的气体的物质的量之比为4∶2∶1,电解质是　　　。
答案:(1)Na2SO4 (2)CuSO4 (3)NaCl (4)CuSO4
解析:用惰性电极电解电解质溶液的类型有电解水型、电解电解质型、放氢气生碱型和放氧气生酸型,再根据阴、阳离子在电极的放电顺序判断。
(1)阴极生成H2、阳极生成O2,实质为电解水,电解质可以是活泼金属的含氧酸盐,即Na2SO4。
(2)实质为放氧气生酸型,电解质为不活泼金属的含氧酸盐,即CuSO4。
(3)实质为放氢气生碱型(或电解盐酸,但题目中没有提供H+),电解质为活泼金属的无氧酸盐,即NaCl。
(4)由阳极生成气体和转移电子的物质的量比为1∶4可知,阳极产生的气体为O2,1 mol O2转移4 mol电子;析出金属与转移电子的物质的量之比为1∶2,金属为+2价,即Cu2+,电解质为CuSO4。