【人教版】高中化學(xué) 選擇性必修一 第四章 第二節(jié) 電解池 第1課時(shí) 課件（兩份打包）

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電解原理

第四章化學(xué)反應(yīng)與電能

第2節(jié)電解池

一、電解過(guò)程思維模型的建立

1800年偉大的物理學(xué)家伏打在他的朋友啟發(fā)下發(fā)明了世界上第一個(gè)獲得持續(xù)電流的裝置——伏打電池，也因此引發(fā)了很多科學(xué)家對(duì)電流的好奇心。

哪些物質(zhì)可以導(dǎo)電，它們?yōu)槭裁纯梢詫?dǎo)電？

石墨

石墨

+

-

陽(yáng)極

陰極

電子從哪來(lái)？

電子到哪去？

你怎樣解釋這個(gè)閉合回路的導(dǎo)電過(guò)程呢？

溶液導(dǎo)電可能發(fā)生了氧化還原反應(yīng)

陽(yáng)離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，陰離子在陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)

一、電解過(guò)程思維模型的建立

石墨

石墨

+

-

陽(yáng)極

陰極

根據(jù)給出的兩組陰、陽(yáng)離子，選擇一堆組成電解質(zhì)，并預(yù)測(cè)如果上面的推測(cè)正確，會(huì)看到什么現(xiàn)象？

e-

溶液導(dǎo)電可能發(fā)生了氧化還原反應(yīng)

陽(yáng)離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，陰離子在陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)

還原劑（通常是陰離子）

氧化劑（通常是陽(yáng)離子）

Na+

K+

Cu2+

Ag+

Cl-

NO3-

OH-

SO42-

一、電解過(guò)程思維模型的建立

這種使電流通過(guò)電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))而在陽(yáng)極、陰極引起氧化還原反應(yīng)的過(guò)程叫做電解。將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置叫做電解池(也稱電解槽)。

粒子種類

來(lái)源

放電順序

電極上行為

放電后續(xù)行為

電解池完整思維模型

二、以化學(xué)史為契機(jī)深入認(rèn)識(shí)電解規(guī)律

電解可以使物質(zhì)分解的性質(zhì)在伏打電堆剛發(fā)明時(shí)就被關(guān)注了。

實(shí)驗(yàn)：用電解水裝置演示電解氫氧化鉀溶液，收集并檢驗(yàn)產(chǎn)生的氣體。

陰極產(chǎn)物是氫氣而不是金屬鉀

請(qǐng)寫出符合這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的電極反應(yīng)。

溶液中有鉀離子，為什么氫離子會(huì)得到電子呢？

根據(jù)戴維試圖用電解氫氧化鉀水溶液的方法得到鉀單質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，你認(rèn)為他能夠成功嗎？

戴維通過(guò)電解熔融含鉀化合物最終成功獲得金屬鉀。

陽(yáng)離子得電子的先后順序：Ag+>Hg2+>Cu2+>H+

失電子的順序S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根

三、電解與物質(zhì)轉(zhuǎn)化

如何用稀硫酸和銅反應(yīng)制得硫酸銅和氫氣呢？

電解可以實(shí)現(xiàn)通常認(rèn)為不能發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，是一種實(shí)現(xiàn)非自發(fā)氧化還原反應(yīng)的途徑。

戴維先后通過(guò)電解法發(fā)現(xiàn)鉀、鈉、鈣、鍶、鋇、鎂、硼等七種元素。。

四、電解與能量變化

資料：水力發(fā)電帶來(lái)的煩惱

1.生態(tài)破壞：大壩以下水流侵蝕加劇，河流的變化及對(duì)動(dòng)植物的影響等；2.需筑壩移民等，基礎(chǔ)建設(shè)出資大；3.降水季節(jié)變化大的地區(qū)，少雨季節(jié)發(fā)電量少甚至停發(fā)電

試著利用所學(xué)知識(shí)解決這個(gè)問(wèn)題。

化學(xué)解決方案：電解儲(chǔ)蓄電站

冗余電能

水

H2

O2

高峰用電缺口

電解裝置

燃料電池

四、電解與能量變化

我們想的和能源行業(yè)頂尖公司的設(shè)計(jì)師們一樣嗎？

為什么選用制取氫氣來(lái)蓄能？

請(qǐng)閱讀資料并簡(jiǎn)單說(shuō)明和你所設(shè)計(jì)方案的異同，以及選用氫氣作為儲(chǔ)備能源的理由。

氫氣儲(chǔ)能原理

氫是長(zhǎng)期儲(chǔ)存能量的絕佳介質(zhì)，不會(huì)隨時(shí)間的推移而降解

五、小結(jié)

電解裝置原理分析的一般過(guò)程

判斷溶液中有哪些離子存在

電極判斷、流向判斷（電環(huán)流）

根據(jù)放電順序?qū)懗鲭姌O反應(yīng)和總反應(yīng)

反應(yīng)現(xiàn)象

粒子種類

來(lái)源

放電順序

電極上行為

放電后續(xù)行為

電解池完整思維模型

課堂小結(jié)

電解原理

粒子種類

來(lái)源

放電順序

電極上行為

放電后續(xù)行為

電解池完整思維模型(共13張PPT)

電解原理的模型建構(gòu)

第四章化學(xué)反應(yīng)與電能

第2節(jié)電解池

一、創(chuàng)設(shè)情境，鏈接舊知

有沒有一種裝置能將電能直接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲(chǔ)存于物質(zhì)中？

能舉出一個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)來(lái)支撐你的觀點(diǎn)嗎？

電解

2H2O=2H2↑+O2↑

上述實(shí)驗(yàn)是如何將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲(chǔ)存在H2和O2中的？

H2

O2

陽(yáng)極

H2OH++OH-

陽(yáng)極：發(fā)生還原反應(yīng)2H2O-4e-=H2↑+4H+

陰極：發(fā)生氧化反應(yīng)2H2O+2e-=H2↑+2OH-

陰極

電解：使電流通過(guò)電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))而在陽(yáng)極、陰極引起氧化還原反應(yīng)的過(guò)程。電解池是一種特定的將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置，可以使非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)得以發(fā)生。

二、復(fù)雜體系，感受模型

水是弱電解質(zhì)，為了增強(qiáng)水的導(dǎo)電能力，通常采取什么措施？

請(qǐng)?jiān)谙铝形镔|(zhì)中選擇合適的電解質(zhì)：。

①HCl、②CuCl2、③H2SO4、④NaOH、⑤Na2SO4、⑥CuSO、⑦NaCl、⑧乙醇

這些電解質(zhì)的加入會(huì)改變電極反應(yīng)嗎？

二、復(fù)雜體系，感受模型

以小組為單位，嘗試分析Na2SO4和CuCl2的加入是否會(huì)改變電解水的電極反應(yīng)。

Na2SO4=2Na++SO42-

H2OH++OH-

向陰極

向陽(yáng)極

Na+若被還原為Na，又與水反應(yīng)生成Na+；H+→H2

SO42-的硫元素已經(jīng)處于最高價(jià)態(tài)；

OH-→O2

通過(guò)驗(yàn)證產(chǎn)物，進(jìn)一步確定上述分析

二、復(fù)雜體系，感受模型

以小組為單位，嘗試分析Na2SO4和CuCl2的加入是否會(huì)改變電解水的電極反應(yīng)。

CuCl2=Cu2++2Cl-

H2OH++OH-

向陰極

向陽(yáng)極

哪些離子最終在電極上發(fā)生氧化或還原反應(yīng)？

通過(guò)驗(yàn)證產(chǎn)物確定點(diǎn)滴反應(yīng)

三、宏偉結(jié)合，初始模型

第一組：用下圖裝置電解Na2SO4溶液（含酚酞），并用帶火星的木條檢驗(yàn)陽(yáng)極產(chǎn)物，點(diǎn)燃陰極產(chǎn)生的氣體。

①陰極生成氣體的體積與陽(yáng)極生成氣體的體積比約為2:1

②陰極生成的氣體能點(diǎn)燃，火焰藍(lán)色，即生成H2；陽(yáng)極生成的氣體能使帶火星的木條復(fù)燃，即生成O2

③陰極區(qū)溶液變?yōu)榧t色

氧化性：H+>Na+

還原性：OH->SO42-

Na2SO4可以在不改變電極反應(yīng)的前提下，增強(qiáng)水的導(dǎo)電性

三、宏偉結(jié)合，初始模型

第一組：用下圖裝置電解Na2SO4溶液（含酚酞），并用帶火星的木條檢驗(yàn)陽(yáng)極產(chǎn)物，點(diǎn)燃陰極產(chǎn)生的氣體。

使用化學(xué)語(yǔ)言，解釋陰極區(qū)溶液變?yōu)榧t色的原因。

陰極：2H2O+2e-=H2↑+2OH-

電解

總反應(yīng)：2H2O=2H2↑+O2↑

陽(yáng)極：2H2O-4e-=H2↑+4H+

將a、b兩管溶液倒入一燒杯中。

變?yōu)闊o(wú)色，能解釋嗎？

三、宏偉結(jié)合，初始模型

第二組：用下圖裝置電解CuCl2溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%），并用濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙檢驗(yàn)陽(yáng)極產(chǎn)物。

①通電后，陽(yáng)極上有氣泡產(chǎn)生，此氣泡有刺激性氣味，可以使?jié)駶?rùn)的碘化鉀試紙變?yōu)樗{(lán)色，推測(cè)此氣體為Cl2。

②通電一段時(shí)間后，陰極表面出現(xiàn)了一層紅色的固體物質(zhì)，紅色物質(zhì)不斷析出，推測(cè)此紅色固體為金屬Cu。

氧化性：Cu2+>H+

還原性：Cl->OH-

CuCl2雖然增強(qiáng)了水的導(dǎo)電性，但電極反應(yīng)發(fā)生了改變。

三、宏偉結(jié)合，初始模型

第二組：用下圖裝置電解CuCl2溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%），并用濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙檢驗(yàn)陽(yáng)極產(chǎn)物。

陰極：Cu2++2e-=Cu

電解

總反應(yīng)：CuCl2=Cu+Cl2↑

陽(yáng)極：2Cl--2e-=Cl2↑

（1）陰極陽(yáng)離子得電子順序：Ag+>Hg2+>Cu2+>H+

（2）陽(yáng)極陰離子失電子順序Cl->OH->SO42-（含氧酸根）

（3）要增強(qiáng)水的導(dǎo)電性，可以向水中加入酸、堿、鹽等電解質(zhì)以增加離子濃度。為了不影響H+和OH-放電，需選擇放電能力弱于H+、OH-的陽(yáng)、陰離子（Na2SO4、KNO3等），或選擇能提供H+、OH-的電解質(zhì)（如H2SO4、NaOH等）

一定條件下的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，不同實(shí)驗(yàn)條件下會(huì)存在不同的順序規(guī)律。

四、建構(gòu)模型，形成思路

相同點(diǎn)：氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)均分別在兩極進(jìn)行；在閉合回路中均存在電子和離子的定向移動(dòng)；都是通過(guò)電極反應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量和物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。

基于前面的討論，比較原電池與電解質(zhì)的相同與不同。

類別電解池原電池電極名稱陽(yáng)極陰極負(fù)極正極

電極反應(yīng)類型氧化反應(yīng)還原反應(yīng)氧化反應(yīng)還原反應(yīng)

能量轉(zhuǎn)化電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能四、建構(gòu)模型，形成思路

請(qǐng)觀察電解CuCl2溶液的實(shí)驗(yàn)裝置，梳理電解池裝置的構(gòu)成要素，并說(shuō)明這些要素的作用。

要素1：電子導(dǎo)體——直流電源、導(dǎo)線

作用：提供電能、傳輸電子，做電子導(dǎo)體。

要素2：電極反應(yīng)發(fā)生的場(chǎng)所——兩個(gè)電極

作用：提供氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)發(fā)生的場(chǎng)所，也是電子導(dǎo)體。

要素3：離子導(dǎo)體——電解質(zhì)（溶液）

作用：提供哦那個(gè)離子，并提供離子定向移動(dòng)的場(chǎng)所。

四、建構(gòu)模型，形成思路

請(qǐng)?jiān)趫D中繪制可以反映電解質(zhì)工作原理的示意圖，并注明通電時(shí)，電子、離子移動(dòng)的方向，以及電極名稱、電極反應(yīng)類型。

直流電源

（1）首先觀察外接電源，確定電解池陽(yáng)、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）。

（2）然后分析溶液中溶質(zhì)和溶劑分別提供了安歇帶電粒子，再根據(jù)陽(yáng)