4.2電解池 課件高二上學期化學人教版（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【資料卡片1】2024年10月30日4時27分，長征二號F遙十九運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，將神舟十九號載人飛船送入太空，由此，中國空間站的建設進入了新的階段。神舟十九號的三位宇航員需執(zhí)行任務六個月，預計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】水電解技術是神舟十九號和天宮空間站內(nèi)主要的氧氣來源，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備結合使用。這項技術一方面無需頻繁補充原材料，有效避免傳統(tǒng)供氧方式如一次性氧氣瓶帶來的浪費問題；另一方面也可以顯著節(jié)省空間站內(nèi)有限的儲存空間。閱讀資料卡片，思考以下問題：1.寫出電解水的化學方程式，氫氣和氧氣分別在哪一電極上產(chǎn)生？2.裝置構成和能量轉(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：燃料電池把化學能轉(zhuǎn)化為電能；

電解水過程把電能轉(zhuǎn)化為化學能。使電流通過

而在陽極、陰極引起

反應的過程。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的精進。電解法制得的高純度銅具有延展性好、導熱性佳、電阻小等無可替代的優(yōu)點，不僅被用于制作神舟十九號飛行器中的導線，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?！拘〗M活動】

在U形管中注入質(zhì)量分數(shù)為25%的CuCl2溶液，插入兩根石墨棒作電極。把濕潤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。實驗步驟：【小組活動】【小組活動】實驗現(xiàn)象與負極相連的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)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{?！舅伎寂c討論】1.產(chǎn)生的氣體和紅色物質(zhì)分別是什么？對應電極上發(fā)生的反應是氧化反應還是還原反應？產(chǎn)生的氣體是氯氣，對應電極上發(fā)生氧化反應；產(chǎn)生的紅色物質(zhì)是單質(zhì)銅，對應電極上發(fā)生還原反應?！拘〗Y】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；陽極：與直流電源的

相連的電極，發(fā)生

反應。負極還原正極氧化2e-陰極：Cu2++Cu2e-陽極：2Cl-Cl2↑－實驗結論：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)陰極和陽極的實驗現(xiàn)象推測通電后這些離子的運動方向。Cu2+、Cl-、H+、OH-Cu2+、H+移向陰極Cl-、OH-移向陽極通電前，Cu2+和Cl-在溶液中作自由移動通電時，Cu2+和Cl-在溶液中改作定向移動【模型建構】請結合上述思考與討論的結果，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）標明氧化反應和還原反應發(fā)生區(qū)域（3）標明電子的運動方向和陰離子、陽離子的遷移方向【例1】判斷(1)電解池的兩個電極必須是兩個活動性不同的電極(

)(2)在電解池中與直流電源負極相連的電極是陰極(

)(3)在電解池中，電子從陽極流入電源正極(

)(4)電解質(zhì)溶液的導電實驗發(fā)生化學變化(

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

＞OH-思考：離子放電順序如何判斷呢？電極反應規(guī)律陰極：吸引陽離子，發(fā)生還原反應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+無論是惰性電極還是活潑電極都

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

②若為惰性電極(

），以OH－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，若參與電極反應的H＋或OH－是水電離出來的，用水作為反應物?！拘〗M活動】在電解氯化銅溶液的實驗結束后，將兩根石墨電極的位置對調(diào)，即鍍有銅的石墨電極與電源正極相連，另一級與電源負極相連。接通電源后能觀察到哪些現(xiàn)象？兩極分別發(fā)生了什么反應？寫出電極反應方程式。

陽極陰極實驗現(xiàn)象

電極反應方程式

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判斷陰陽離子的

順序④根據(jù)陽極

，陰極

，分析得出產(chǎn)物⑤陰極+陽極反應式=

反應式陽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)溶液導電實際上是

，發(fā)生

，是

變化。②金屬導電是因為在電場作用下，

發(fā)生定向移動，是

變化。電解氧化還原反應化學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，寫出各電極反應方程式和總反應方程式，并指明電解后溶液的pH變化，復原加入什么物質(zhì)？活潑金屬的含氧酸鹽Na2SO4陰極：4H2O+4e-==2H2↑+4OH-陽極：2H2O-4e-

==4H++O2↑總反應：2H2O2H2

+O2

通電溶液pH不變?nèi)芤簭驮椒ǎ杭铀?.電解的基本規(guī)律及溶液的pH變化，溶液復原方法【例3】寫出用惰性電極電解下列溶液，寫出各電極反應方程式和總反應方程式，并指明電解后溶液的pH變化，復原加入什么物質(zhì)？電解類型舉例電極反應溶液pH變化溶液復原方法物質(zhì)類別實例

含氧酸H2SO4陽極：

陰極：

總反應：

強堿NaOH陽極：

陰極：

總反應：

活潑金屬的含氧酸鹽Na2SO4陽極：

陰極：

總反應：

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，寫出各電極反應方程式和總反應方程式，并指明電解后溶液的pH變化，復原加入什么物質(zhì)？電解類型舉例電極反應溶液pH變化溶液復原方法物質(zhì)類別實例

無氧酸HCl陽極：

陰極：

總反應：

不活潑金屬的無氧酸鹽CuCl2陽極：

陰極：

總反應：

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，寫出各電極反應方程式和總反應方程式，并指明電解后溶液的pH變化，復原加入什么物質(zhì)？電解類型舉例電極反應溶液pH變化溶液復原方法物質(zhì)類別實例

活潑金屬的無氧酸鹽NaCl陽極：

陰極：

總反應：

不活潑金屬的含氧酸鹽CuSO4陽極：

陰極：

總反應：

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數(shù)比【總結】原電池和電解池的比較

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

可

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

電極反應

離子移動

電子移動方向

電流方向

能量轉(zhuǎn)化

能轉(zhuǎn)化為

能

能轉(zhuǎn)化為

能陰極（與負極相連）陽極（與正極相連）

“陽氧陰還”

陽離子→陰極、陰離子→陽極陽極→正極，負極→陰極

正極→陽極→電解質(zhì)溶液→陰極→負極

自發(fā)非自發(fā)電化學負極、正極“負氧正還”陽離子→正極，陰離子→負極

負極→外電路→正極

正極→電解質(zhì)溶液→負極

化學電【例4】為了加深對電解規(guī)律的理解，某同學做了以下探究，要求從H＋、Cu2＋、Na＋、SO42－、Cl－5種離子中兩兩組成電解質(zhì)，按下列要求進行電解：(1)以碳棒為電極，電解過程中電解質(zhì)質(zhì)量減少，水量不變，則采用的電解質(zhì)是____________。若要恢復到電解前的狀態(tài)，應加入的物質(zhì)是_____________。(2)以碳棒為電極，電解過程中電解質(zhì)質(zhì)量不變，水量減少，則采用的電解質(zhì)是____________。若要恢復到電解前的狀態(tài)，應加入的物質(zhì)是___________。(3)以碳棒為陽極，鐵棒為陰極，電解過程中電解質(zhì)和水量都減少，則電解質(zhì)是____________。若要恢復到電解前的狀態(tài)，應加入的物質(zhì)是___________?！咀兪?】如果向所得的溶液中加入0.1molCu(OH)2后，使溶液恰好恢復到電解前的濃度和pH，電解過程中轉(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，使溶液恰好恢復到電解前的濃度和pH(不考慮CO2的溶解），電解過程中轉(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：

陽極：

總化學方程式：

②MgCl2溶液陰極

陽極：

總離子方程式：

③AlCl3溶液陰極：

陽極：

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↓通電這是一個原本非自發(fā)的反應，應該設計電解池?！舅伎寂c交流】Cu+H2SO4=CuSO4+H2↑能否自發(fā)反應？如何使該反應發(fā)生，請設計實驗裝置。Cu做陽極，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)陽極現(xiàn)象：產(chǎn)物檢驗：陰極現(xiàn)象：產(chǎn)物檢驗：2e-有黃綠色、刺激性氣體產(chǎn)生，2Cl-Cl2↑－濕潤的碘化鉀淀粉試紙檢驗Cl22e-有無色無味氣體產(chǎn)生，2H2OH2↑

+2OH-+點燃法檢驗H2，酚酞溶液檢驗堿性2NaCl+2H2O電解H2↑+2NaOH+Cl2↑（二）電解飽和食鹽水實驗改進【提出問題】電解NaCl溶液的一般裝置有哪些缺點?缺點一：Cl2與NaOH反應缺點二：H2與Cl2混合易爆炸H2+

Cl22HCl點燃或光照Cl2+

2OH-

ClO-

+

Cl-+

H2O工業(yè)生產(chǎn)中不能直接用該裝置進行生產(chǎn)。使用離子交換膜，選擇陽離子交換膜，防止OH-移動到陽極與Cl2反應（三）氯堿工業(yè)生產(chǎn)流程主要設備：離子交換膜電解槽陰極：碳鋼陽極：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溶液陽離子交換膜Na+H+OH-Na+（三）氯堿工業(yè)生產(chǎn)流程2.陽離子交換膜（1）定義：只允許

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

。Na+、H+

H2Cl2Cl2NaOH電荷（涉及陰極室和陽極室溶液的質(zhì)量變化時，必須考慮經(jīng)過膜的離子）二、電鍍【設計裝置圖】請設計電解池為鐵鑰匙鍍銅，畫出裝置圖，標出電解質(zhì)溶液、電極名稱并寫出兩極反應式?陽極：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.電鍍池的構成：陽極材料：__________，陰極材料：__________，電鍍液：含有

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

。5.實質(zhì)：

。電解金屬合金增強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】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點顯紅色，為實現(xiàn)鐵上鍍鋅，接通K后，使c、d兩點短路，下列敘述正確的是（

）A．a(chǎn)為直流電源的負極B．f電極為鋅板C．c極發(fā)生的反應為2H＋＋2e－＝H2↑D．e極發(fā)生還原反應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（形成陽極泥）；粗銅中的銅在純銅上析出。分析3陽極材料：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入溶液？分析2粗銅生成銅離子，失去電子，發(fā)生氧化反應，反應在陽極進行三、電解精煉銅2.電解精煉銅的裝置圖（根據(jù)原理標出陰、陽極材料和電解液，寫出兩極反應式）陽極陰極(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，難以在陽極失去電子變成陽離子，故以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽底部，形成陽極泥。三、電解精煉銅精煉銅時，電解液中的Cu2?濃度有何變化?減小陰極增加的質(zhì)量和陽極減少的質(zhì)量相等嗎?一般不相等【課堂練習】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.陽極發(fā)生還原反應，其電極反應：Ni2++2e-=NiB.電解過程中，陽極質(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離子只有Fe2+和Zn2+D.電解后，電解槽底部的陽極泥中只有Cu和PtD【課后練習】以硫酸銅溶液做電解液，對含有雜質(zhì)Fe、Zn、Ag的粗銅進行電解精煉，下列敘述正確的是（）①銅與直流電源負極相連②陰極發(fā)生的反