第1章化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第3節(jié)第1課時(shí)電解的原理素養(yǎng)目標(biāo)1.能分析、解釋電解池的工作原理,逐步形成證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)。2.能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的電解池,體現(xiàn)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的學(xué)科核心素養(yǎng)?；A(chǔ)落實(shí)?必備知識(shí)全過關(guān)重難探究?能力素養(yǎng)全提升目錄索引

基礎(chǔ)落實(shí)?必備知識(shí)全過關(guān)必備知識(shí)一、電解熔融氯化鈉

1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象通電后,石墨電極周圍有黃綠色氣體產(chǎn)生,鐵片上生成銀白色固體。2.實(shí)驗(yàn)分析(1)熔融的氯化鈉中存在的微粒有Cl-、Na+。(2)通電后離子移動(dòng)的方向:Cl-向石墨電極移動(dòng),Na+向鐵電極移動(dòng)。(3)電極上的電極反應(yīng):鐵電極:2Na++2e-==2Na。石墨電極:2Cl--2e-==Cl2↑。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論熔融的氯化鈉在電流作用下發(fā)生化學(xué)變化,分解生成Na和Cl2。從氧化還原的角度分析:鐵電極上發(fā)生還原反應(yīng),石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)。【微思考】電解質(zhì)的導(dǎo)電與金屬導(dǎo)電有什么不同?提示電解質(zhì)的導(dǎo)電過程是被電解的過程,屬于化學(xué)變化;金屬導(dǎo)電過程是電子的定向移動(dòng),屬于物理變化。二、電解原理1.電解將直流電通過熔融電解質(zhì)或電解質(zhì)溶液,在兩個(gè)電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程叫作電解。2.電解池(1)定義:將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。(2)組成條件:與直流電源相連的電極材料、離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體、形成閉合回路。(3)電極名稱與電極反應(yīng):陽極:與電源正極相連,溶液中陰離子移向陽極,失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng)。陰極:與電源負(fù)極相連,溶液中陽離子移向陰極,得到電子,發(fā)生還原反應(yīng)。(4)電子流向:電源負(fù)極→導(dǎo)線→電解池的陰極;電解池的陽極→導(dǎo)線→電源的正極。(5)電解熔融NaCl的方程式:2NaCl2Na+Cl2↑?！疚⑺伎肌侩娊獬刂?陰陽兩極的材料與電解產(chǎn)物有關(guān)系嗎?提示

陽極材料與陽極產(chǎn)物有關(guān),陰極無關(guān)。

3.電解池與原電池的區(qū)別

項(xiàng)目外接電源反應(yīng)自發(fā)與否能量轉(zhuǎn)化工作過程裝置構(gòu)成原電池?zé)o自發(fā)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)分別在兩電極進(jìn)行:負(fù)極、陽極發(fā)生氧化反應(yīng);正極、陰極發(fā)生還原反應(yīng)電極反應(yīng)物、電極材料、離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體電解池有不要求電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能自我檢測(cè)判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。(1)與電源正極相連的是電解池的陰極。(

)(2)用惰性電極電解NaCl溶液時(shí)可以得到Na和Cl2。(

)(3)電解池工作時(shí),陽極發(fā)生還原反應(yīng),失去電子。(

)(4)電解池工作時(shí),陽極上的電子通過電解質(zhì)溶液移向陰極。(

)(5)電解AgNO3溶液時(shí),Ag+移向陽極,N移向陰極。(

)×××××重難探究?能力素養(yǎng)全提升探究一電解時(shí)兩電極產(chǎn)物的判斷與電極反應(yīng)的書寫問題探究1807年,戴維將表面濕潤的氫氧化鉀放在鉑制器皿里,并用導(dǎo)線將鉑制器皿以及插在氫氧化鉀里的電極相連,整套裝置都曝露在空氣中。通電以后,氫氧化鉀開始熔化。戴維發(fā)現(xiàn)在陰極附近有帶金屬光澤的酷似水銀的顆粒生成,并生成紫色火焰,這是鉀元素的發(fā)現(xiàn)過程。這其中的奧秘是什么呢?電解時(shí),物質(zhì)的變化是如何發(fā)生的?提示

在通電條件下,氫氧化鉀發(fā)生了電解,分別在兩個(gè)電極上生成了不同的物質(zhì)。歸納拓展1.電解池的工作原理(1)以惰性電極電解CuCl2溶液為例?？偡磻?yīng)離子方程式:Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑(2)電子和離子的移動(dòng)方向(惰性電極)。

【微點(diǎn)撥】①金屬活動(dòng)性順序中銀以前的金屬(含銀)作為電極時(shí),金屬本身可以參與陽極反應(yīng),如Zn、Fe、Cu、Ag等,這樣的電極也叫活性電極;金屬活動(dòng)性順序中銀以后的金屬或能導(dǎo)電的非金屬作為電極時(shí),電極本身不參與陽極反應(yīng),稱為惰性電極,主要有鉑(Pt)、石墨等。②電解時(shí),在外電路中有電子通過,而在溶液中是靠離子移動(dòng)導(dǎo)電,即電子不會(huì)通過電解質(zhì)溶液。2.電解時(shí)電極產(chǎn)物的判斷

3.電極反應(yīng)及電解總反應(yīng)的書寫(1)電極反應(yīng)的書寫。①確定電極:與電源正極相連的為陽極,與電源負(fù)極相連的為陰極。②確定電極反應(yīng):陽極發(fā)生氧化反應(yīng),若是活性電極,電極材料本身放電;若是惰性電極,溶液中的陰離子放電。陰極發(fā)生還原反應(yīng),是溶液中陽離子放電。③寫電極反應(yīng)。電極反應(yīng)的書寫可概括為:a.列物質(zhì)、標(biāo)得失;b.選離子、配電荷;c.配個(gè)數(shù)、巧用水。(2)電解總反應(yīng)的書寫。①在確保兩極電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相同的條件下,將兩電極反應(yīng)合并即得電解總反應(yīng)。②總反應(yīng)要注明條件:通電。應(yīng)用體驗(yàn)視角1根據(jù)電源判斷電解池的兩極和反應(yīng)1.如圖是電解CuCl2溶液的裝置,其中c、d均為石墨電極,則下列有關(guān)判斷正確的是(

)A.a為負(fù)極,b為正極B.a為陽極,b為陰極C.電解過程中,d電極質(zhì)量增加D.電解過程中,氯離子濃度不變C解析

電流從電源的正極流出,故a為正極,b為負(fù)極,c為陽極,d為陰極。電解時(shí),因Cu2+移向陰極,在陰極放電析出Cu,故陰極(d電極)質(zhì)量增加;Cl-移向陽極,在陽極(c電極)放電逸出Cl2,導(dǎo)致溶液中Cl-濃度降低。【變式設(shè)問】(1)請(qǐng)寫出c極的電極反應(yīng)。提示

2Cl--2e-==Cl2↑(2)請(qǐng)寫出電子的流動(dòng)方向。提示

電子流向:b→d,c→a2.如圖所示,下列有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述正確的是(

)選項(xiàng)a電極b電極X溶液實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象A石墨石墨CuCl2溶液a極質(zhì)量增加,b極放出無色氣體BFe石墨KNO3溶液a極質(zhì)量增加,b極放出無色氣體CFe石墨CuSO4溶液a極質(zhì)量增加,b極放出無色氣體D石墨石墨HCl溶液a極放出無色氣體,b極放出無色氣體C解析

a電極為陰極,得到電子,發(fā)生還原反應(yīng),b電極為陽極,失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng)。A項(xiàng),a電極上有銅生成,質(zhì)量增加,b電極上有黃綠色的氯氣生成,錯(cuò)誤;B項(xiàng),a電極上有氫氣生成,質(zhì)量不變,b電極上有無色的氧氣生成,錯(cuò)誤;C項(xiàng),a電極上有銅生成,質(zhì)量增加,b電極上有無色的氧氣生成,正確;D項(xiàng),a電極上有無色的氫氣生成,b電極上有黃綠色的氯氣生成,錯(cuò)誤。視角2根據(jù)外電路電子移動(dòng)方向或電流方向判斷電解池的兩極和反應(yīng)3.某同學(xué)將電解池工作時(shí)電子、離子流動(dòng)方向及電極種類等信息表示在圖中,下列有關(guān)分析完全正確的是(

)B選項(xiàng)ABCDa電極陽極陰極陽極陰極d電極正極正極負(fù)極負(fù)極Q離子陽離子陽離子陰離子陰離子解析

根據(jù)電子流向可知,c是負(fù)極,d是正極,a是陰極,b是陽極,電解時(shí),電解質(zhì)溶液中陽離子向陰極移動(dòng),陰離子向陽極移動(dòng),則Q離子是陽離子,P離子是陰離子,故B正確。視角3根據(jù)離子移動(dòng)方向判斷電解池的兩極和反應(yīng)4.(2023廣東深圳高二期末?？?一種新型鎂硫二次電池放電時(shí)的工作原理如圖所示(a為鎂電極)。下列說法不正確的是(

)A.當(dāng)石墨烯中的硫均轉(zhuǎn)化為MgS8時(shí),電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)達(dá)到最大值B.離子交換膜應(yīng)為陽離子交換膜C.充電時(shí),陰極電極反應(yīng)為Mg2++2e-═MgD.放電時(shí),若電路中轉(zhuǎn)移1mol電子,正極質(zhì)量增加12gA解析

由題圖可知,放電時(shí),Mg作負(fù)極,電極反應(yīng)為Mg-2e-═Mg2+,S作正極,電極反應(yīng)分別為8S+Mg2++2e-═MgS8,MgS8+3Mg2++6e-═4MgS2,Mg2++MgS2+2e-═2MgS,故當(dāng)石墨烯中的S均轉(zhuǎn)化為S2-時(shí),電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)達(dá)到最大值,故A錯(cuò)誤;放電時(shí),負(fù)極生成Mg2+,正極消耗Mg2+,故Mg2+從左側(cè)向右側(cè)遷移,使用的隔膜是陽離子交換膜,故B正確;充電時(shí),Mg作陰極,陰極反應(yīng)為Mg2++2e-═Mg,故C正確;正極反應(yīng)包括:Mg2++MgS2+2e-═2MgS,放電時(shí),若電路中轉(zhuǎn)移1

mol電子,則正極質(zhì)量增加0.5

mol×24

g·mol-1=12

g,故D正確。探究二利用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律問題探究1.電解H2SO4溶液與電解鹽酸(惰性電極)的產(chǎn)物相同嗎?溶液pH有何變化?提示陰極產(chǎn)物相同(都是H2),陽極產(chǎn)物不同(H2SO4→O2,HCl→Cl2),電解H2SO4溶液后溶液的pH減小,電解鹽酸后溶液的pH增大。2.若以惰性電極電解CuSO4溶液,試分析電極產(chǎn)物并寫出電極反應(yīng)及總反應(yīng)。

提示在CuSO4溶液中含有Cu2+、H+、OH-、S四種離子,在陰極上Cu2+放電得到Cu;在陽極上OH-放電得到O2,陰極電極反應(yīng)為2Cu2++4e-==2Cu,陽極電極反應(yīng)為2H2O-4e-==O2↑+4H+;總反應(yīng)為2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑。歸納拓展用惰性電極電解的一般規(guī)律

類型電極反應(yīng)特點(diǎn)實(shí)例電解物質(zhì)電解質(zhì)溶液的濃度溶液的pH電解質(zhì)溶液復(fù)原電解水型陰極:2H++2e-═H2↑陽極:4OH--4e-═2H2O+O2↑NaOH水增大增大加水H2SO4水增大減小加水Na2SO4水增大不變加水電解電解質(zhì)電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電HCl電解質(zhì)減小增大加氯化氫CuCl2電解質(zhì)減小—加氯化銅放H2生堿型陰極:放出H2生成堿,陽極:電解質(zhì)陰離子放電NaCl電解質(zhì)和水—增大加氯化氫放O2生酸型陰極:電解質(zhì)陽離子放電,陽極:OH-放電生成酸CuSO4電解質(zhì)和水—減小加氧化銅【微點(diǎn)撥】利用惰性電極電解電解質(zhì)溶液后要恢復(fù)原電解質(zhì)溶液的濃度,需要加適量的某物質(zhì)時(shí),遵循“少什么加什么,少多少加多少”的原則,所加物質(zhì)可以是陰極與陽極產(chǎn)物的化合物。應(yīng)用體驗(yàn)視角1用惰性電極電解的分析方法1.如圖是利用直流電源電解稀Na2SO4溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中正確的是(

)A.逸出氣體的體積,a電極的小于b電極的B.一電極逸出無味氣體,另一電極逸出刺激性氣味氣體C.a電極附近呈紅色,b電極附近呈藍(lán)色D.a電極附近呈藍(lán)色,b電極附近呈紅色D解析

電解Na2SO4溶液時(shí),a電極為陰極:4H++4e-==2H2↑,b電極為陽極:4OH--4e-==O2↑+2H2O;a電極周圍由于H+放電溶液呈堿性,石蕊遇堿顯藍(lán)色,b電極周圍由于OH-放電溶液呈酸性,石蕊遇酸顯紅色?！咀兪皆O(shè)問】(1)若電解實(shí)驗(yàn)停止后,把溶液充分混合,溶液的pH如何變化?提示

溶液的pH不變。(2)請(qǐng)寫出電解過程的總反應(yīng),并分析a、b兩極產(chǎn)生氣體的體積之比(相同狀況下)是多少?提示

總反應(yīng):2H2O2H2↑+O2↑;a、b兩極產(chǎn)生氣體的體積之比為2∶1。規(guī)律方法

判斷電解后溶液中生成酸或堿的方法(1)若電解產(chǎn)物只有H2而無O2,則陰極周圍生成堿。(2)若電解產(chǎn)物只有O2而無H2,則陽極周圍生成酸。(3)若電解產(chǎn)物既有O2又有H2,且二者物質(zhì)的量之比為1∶2,則實(shí)質(zhì)是電解水,電解過程中陽極生成酸,陰極生成堿,最終溶液中還是原溶質(zhì)。2.海水中含有

等離子,pH約為8。有研究提出,用如圖所示方法能夠從海水中提取CO2。下列說法正確的是(

)A.c室出口溶液顯酸性B.相同時(shí)間內(nèi),兩個(gè)陽離子膜中通過的H+數(shù)目相等C.a室中發(fā)生的電極反應(yīng):2H2O+2e-═H2↑+2OH-D.b室中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng):D視角2用惰性電極電解的規(guī)律3.用惰性電極電解下列溶液時(shí),陰極和陽極上的主要產(chǎn)物分別是H2和O2的是(

)A.CuCl2

B.CuSO4

C.Na2SO4 D.NaClC解析

用惰性電極電解CuCl2溶液,