第四章

第二節(jié)第1課時電解原理素養(yǎng)目標學習要點1.通過實驗探究電解氯化銅溶液,了解電解、電解池的概念,認識電解是電能轉化為化學能的一種重要形式,形成系統(tǒng)分析電解池的思路和方法,能初步設計簡單的電解池,發(fā)展科學探究與創(chuàng)新意識核心素養(yǎng)。2.初步了解在電解過程中,粒子的放電順序與其氧化性、還原性的關系,能解釋或推測電解反應的產物,并能用電極反應和總反應進行表征,發(fā)展證據(jù)推理與模型認知核心素養(yǎng)。三個概念:放電、電解、電解池。一種模型:構建電解池模型。一個原理:電解池的工作原理。三個條件:電解池的構成條件。兩種順序:陽離子放電順序和陰離子放電順序。知識點一電解原理基礎落實?必備知識全過關一、電解CuCl2溶液實驗探究(教材實驗4-2)

(1)陰極(與直流電源負極相連):石墨棒上逐漸覆蓋了一層紅色的銅,電極反應式為

。

發(fā)生氧化反應的是陽極

(2)陽極(與直流電源正極相連):石墨棒上有氣泡產生,濕潤的碘化鉀淀粉試紙

,電極反應式為

。(3)電池總反應:

。

Cu2++2e-===Cu變藍

2Cl--2e-===Cl2↑發(fā)生還原反應的是陰極

Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑

Ⅰ通電前Ⅱ通電時(1)通電前:在水溶液中,CuCl2電離生成了Cu2+和Cl-:

,Cu2+和Cl-在溶液中作自由運動。

(2)通電時:自由運動的離子改作定向運動,即陰離子(Cl-)向

遷移,陽離子(Cu2+)向

遷移。

在陽極上Cl-

電子發(fā)生

反應,在陰極上Cu2+

電子發(fā)生

反應,這個過程叫做放電。

利用石墨作電極電解CuCl2溶液的總反應式為

。

CuCl2===Cu2++2Cl-

陽極

陰極失去氧化得到還原CuCl2Cu+Cl2↑【注意】①該實驗條件下,由水發(fā)生微弱電離產生的少量H+和OH-并沒有參與電極反應。②根據(jù)材料不同將電極分為活性電極和惰性電極,“惰性”是指本身還原性很弱,不易發(fā)生反應,而活性電極(還原性較強的材料)是相對惰性電極來說的。③活性電極指金屬活動性順序中的Ag和位于Ag之前的金屬,惰性電極是指石墨、鉑(Pt)、金(Au)等。二、電解和電解池1.電解使

通過電解質溶液(或熔融電解質)而在陽極、陰極引起

反應的過程叫做電解。電解的前提是電解質發(fā)生電離

2.電解池(1)定義:又稱電解槽,是將

轉化為

的裝置。

(2)作用:外接電源提供

,借助電解池將

的電子轉移給

。

電流

氧化還原電能化學能電能還原劑氧化劑(3)構成條件

正極負極閉合回路3.電解原理示意圖接通外界電源后,電子從電源的負極沿導線流入電解池的陰極,經過陰、陽離子的定向運動形成內電路,再從電解池的陽極流出,并沿導線流回電源的正極。(1)電流方向:電源

→金屬導線→

→電解質溶液→

→金屬導線→電源

。

(2)電子流向:在外電路中,電子由陽極→

,負極→

。

(3)離子移動方向:在電解質溶液中,_______

向陰極移動,

向陽極移動。

正極陽極陰極負極正極陽極陽離子陰離子名師點撥對于電解的理解(1)電解過程中,電能轉化為化學能而儲存在電解產物中,轉化過程中遵循能量守恒定律。(2)電解是一種強氧化還原手段,可以實現(xiàn)非自發(fā)的氧化還原反應。深度思考CuCl2溶液中含有哪些離子?電解開始時在陰、陽極上分別是哪種離子放電?其原因是什么?提示

含有Cu2+、Cl-、H+和OH-;陰極上Cu2+放電,陽極上Cl-放電,其原因是Cu2+的氧化性強于H+,Cl-的還原性強于OH-。辨析比較電離和電解的比較比較項目電離電解條件電解質溶于水或熔融狀態(tài)電解質電離后,再通直流電過程電解質電離成自由移動的離子陰陽離子定向移動,在兩極放電舉例CuCl2===Cu2++2Cl-CuCl2Cu+Cl2↑特點只產生自由移動的離子發(fā)生氧化還原反應,生成新物質聯(lián)系電解建立在電離基礎上教材拓展從能量變化角度理解可充電電池的充放電過程(1)可充電電池在放電時電池內部發(fā)生化學變化,為外界提供電能,為原電池;在充電時,外界提供電能讓電池內部發(fā)生化學變化,為電解池。(2)可充電電池放電時為原電池,兩電極稱為正極和負極;充電時為電解池,兩電極稱為陽極和陰極。(3)一般可充電電池充電和放電過程的兩極正好相反,充電時的陽極發(fā)生氧化反應,放電時的正極發(fā)生還原反應,故陽極和正極為同一電極,同理陰極和負極為同一電極;充電時,電源正極連接可充電電池的正極(作陽極),電源的負極連接可充電電池的負極(作陰極),即“正接正,負接負”。正誤判斷(1)向CuCl2溶液通電,CuCl2在電流作用下發(fā)生電離,并在陰、陽極放電。(

)(2)電解池的電極名稱與電極材料無關,只與電源的連接方式有關。(

)(3)原電池的負極和電解池的陽極都發(fā)生氧化反應。(

)(4)無論電解池還是原電池,電子均不能通過電解質溶液。(

)(5)通過電解可實現(xiàn)反應Cu+H2SO4(稀)===CuSO4+H2↑的發(fā)生。(

)×√√√√重難突破?能力素養(yǎng)全提升探究角度電解池的構成及工作原理例題用如圖a所示裝置電解CuCl2溶液(電極為石墨)。下列說法正確的是(

)A.該裝置可將化學能轉化為電能B.圖b可正確表示通電時溶液中溶質離子的遷移情況C.陰極發(fā)生的反應為Cu-2e-===Cu2+D.用該裝置電解CuSO4與NaCl的混合液,開始時與電解CuCl2溶液的原理相同D解析

該裝置為電解池,可將電能轉化為化學能,A錯誤;電解池中陽離子向陰極移動,陰離子向陽極移動,故Cu2+向陰極移動,Cl-向陽極移動,B錯誤;陰極上Cu2+發(fā)生還原反應,電極反應式為Cu2++2e-===Cu,C錯誤;電解CuSO4與NaCl的混合液,氧化性:Cu2+>H+>Na+,還原性:Cl->OH->,開始放電時,Cu2+和Cl-在兩極放電,相當于電解CuCl2溶液,D正確。思維建模

判斷電解池的陰極和陽極的方法根據(jù)電池構造、電極反應及現(xiàn)象、離子移動方向、電子流向等判斷電解池的陰、陽極,具體如下:[對點訓練]某小組為研究電化學原理,設計如圖所示裝置。下列敘述正確的是(

)A.若a和b為石墨,通電后a極上發(fā)生的電極反應為2Cl--2e-==Cl2↑B.若a和b為石墨,通電后b極上發(fā)生氧化反應C.若a為銅,b為鐵,通電后a極質量增加D.若a為鐵,b為銅,通電后Cu2+向鐵電極移動A解析

石墨是惰性電極,a極與電源的正極相連,作電解池的陽極,通電后a極上發(fā)生氧化反應,電極反應式為2Cl--2e-===Cl2↑,A正確;b極與電源的負極相連,作電解池的陰極,通電后發(fā)生還原反應,B錯誤;Cu是活性電極,若a為銅,通電后a極的電極反應式為Cu-2e-===Cu2+,則a極質量減小,C錯誤;電解池的電解質溶液中,陽離子向陰極移動,若a為鐵,b為銅,則通電后Cu2+向Cu電極移動,D錯誤。知識點二電解規(guī)律及應用基礎落實?必備知識全過關一、電解反應規(guī)律1.陰極反應規(guī)律(1)無論陰極是活性電極還是惰性電極,均不參與電極反應,溶液中的陽離子在陰極放電。(2)陽離子放電順序:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。還原產物為Fe2+

2.陽極反應規(guī)律(1)若陽極是活性電極,電極本身失電子被氧化。(2)若陽極是惰性電極,還原性強的陰離子先放電,其放電順序為S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根離子>F-。鐵作陽極,一般被氧化為Fe2+二、惰性電極電解電解質溶液的分析1.電解水型電解含氧酸、強堿、活潑金屬的含氧酸鹽等溶液,其實質是電解水。電解質H2SO4NaOHNa2SO4陽極電極反應___________________________4OH--4e-===O2↑+2H2O2H2O-4e-===O2↑+4H+陰極電極反應4H++4e-===2H2↑

________________________pH變化_______________增大_______________總反應_____________________復原時加入的物質_______________2H2O-4e-===O2↑+4H+4H2O+4e-===2H2↑+4OH-減小

不變2H2O2H2↑+O2↑H2O2.電解電解質型電解無氧酸、不活潑金屬的無氧酸鹽等溶液,其實質是電解電解質本身。電解質HClCuCl2陽極電極反應__________________________陰極電極反應_____________________________________________pH變化________________________—總反應2HClH2↑+Cl2↑CuCl2

Cu+Cl2↑復原時加入的物質_____________________________________________2Cl--2e-===Cl2↑2H++2e-===H2↑Cu2++2e-===Cu增大

HCl(g)

CuCl23.電解水和電解質型電解活潑金屬的無氧酸鹽、不活潑金屬的含氧酸等溶液,其實質是電解水和電解質。電解質NaClCuSO4陽極電極反應_____________________________________________陰極電極反應________________________2Cu2++4e-===2CupH變化______________________________總反應2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4復原時加入的物質_____________________________________________2Cl--2e-===Cl2↑

2H2O-4e-===O2↑+4H+

2H2O+2e-===H2↑+2OH-增大

減小HCl(g)

CuO或CuCO3名師點撥對于放電順序的認識(1)電解是一種復雜的過程,參與電極反應的物質及產物會受電極材料、離子濃度、溶液酸堿性、電壓等多種因素影響。(2)離子放電順序是在一定條件下的經驗規(guī)律,不同的實驗條件會導致不同的結果,一般認為離子的濃度相同(或接近)。特別提醒電極反應式的書寫(1)書寫電解池中電極反應式時,要以實際放電的離子(大量存在)表示,但書寫總反應式時,弱電解質要用化學式。(2)若參與電極反應的H+(或OH-)是由水電離出來的,書寫電極(或電池)反應式時要用化學式(H2O)來表示。(3)有些含氧酸根離子的放電能力比OH-強(如

等),但最高價含氧酸的酸根離子的放電能力都比OH-弱。深度思考電解等濃度NaCl和CuSO4混合液過程中,電解產物會有怎樣的變化?提示

第一階段:陽極Cl-放電生成Cl2,陰極Cu2+放電生成Cu;第二階段:陽極OH-放電生成O2,陰極Cu2+放電生成Cu;第三階段:陽極OH-放電生成O2,陰極H+放電生成H2。正誤判斷(1)電解CuCl2溶液,陽極逸出的氣體能夠使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{色。(

)(2)用惰性電極電解鹽酸、硫酸等溶液,H+放電,溶液的pH逐漸增大。(

)(3)用銅作電極電解稀硫酸,電池總反應為Cu+2H+Cu2++H2↑。(

)(4)用惰性電極電解CuSO4溶液一段時間后,加入Cu(OH)2可使電解質溶液恢復到電解前的濃度。(

)√×√×重難突破?能力素養(yǎng)全提升探究角度1電解規(guī)律及其應用例1為探究電解過程中的放電規(guī)律,某研究小組進行下列實驗:序號陽極材料陰極材料電解液陽極產物陰極產物①石墨石墨熔融NaClCl2Na②石墨石墨0.1mol·L-1NaCl溶液Cl2H2③石墨石墨0.2mol·L-1CuSO4溶液O2Cu④銅石墨0.2mol·L-1CuSO4溶液Cu2+Cu⑤石墨石墨0.1mol·L-1CuCl2溶液Cl2Cu下列說法不正確的是(

)A.對比②⑤可知,陰極放電順序是Cu2+>H+>Na+B.對比③⑤可知,陽極放電順序是Cl->OH->C.對比③④可知,陽極是銅時,會先于溶液中的離子放電D.對比①⑤可知,電解得到金屬只能用熔融態(tài),不能用水溶液D解析

根據(jù)②可知,H+的氧化性強于Na+,根據(jù)⑤可知,Cu2+的氧化性強于H+,得電子能力強(氧化性強)的離子優(yōu)先放電,對比②⑤可知,陰極放電順序是Cu2+>H+>Na+,A正確;根據(jù)③可知,陽極上離子放電順序是OH->,根據(jù)⑤可知離子放電順序是Cl->OH-,則陽極離子放電順序是Cl->OH->,B正確;電解池的陽極若是活性電極,則金屬電極本身失電子,發(fā)生氧化反應,對比③④可知,陽極是銅時,會先于溶液中的離子放電,C正確;①⑤用到的電解液成分不一樣,Cu2+優(yōu)先于Na+放電,但是電解得到金屬不一定只能用熔融態(tài),電解氯化銅溶液也能得到金屬銅,D錯誤。思維建模

分析電解原理相關問題的思維流程分析電解裝置圖示,結合電解池的工作原理分析電極的反應及電解質溶液的變化等,并作出合理判斷。[對點訓練1](2024·黑龍江黑河五校聯(lián)考)用惰性電極電解等物質的量Na2SO4、AgNO3、KCl混合之后的溶液,最先從陰極和陽極上析出的物質分別是(

)A.H2和Cl2 B.Ag和Cl2C.H2和O2 D.Ag和O2C解析

用惰性電極電解,不考慮電極的影響。等物質的量的Na2SO4、AgNO3、KCl在溶液中首先生成AgCl沉淀,實際電解Na2SO4和KNO3的混合液,相當于電解水,兩極分別生成H2和O2。探究角度2電解池中電極(電池)反應式的書寫例2利用電解技術,以氯化氫為原料回收氯氣的過程如圖所示。下列說法不正確的是(

)A.H+由陽極區(qū)向陰極區(qū)遷移B.陽極的電極反應式為2HCl+2e-===Cl2+2H+C.陰極的電極反應式為Fe3++e-===Fe2+D.陰極區(qū)發(fā)生的反應有4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2OB解析

由圖可知,左側電極Fe3+→Fe2+,發(fā)生還原反應,右側電極HCl→Cl2,發(fā)生氧化反應,則左側電極是陰極,右側電極是陽極。H+在電源的右側產生,在電源的左側被消耗,右側為陽極,左側為陰極,即H+由陽極區(qū)向陰極區(qū)遷移,A正確;陽極上HCl發(fā)生氧化反應生成Cl2,電極反應式為2HCl-2e-===2H++Cl2,B錯誤;陰極上Fe3+發(fā)生還原反應生成Fe2+,電極反應式為Fe3++e-===Fe2+,C正確;根據(jù)圖中的循環(huán),可以推出陰極區(qū)域會進行反應:4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O,D正確。圖解要點

利用電解技術以氯化氫為原料回收氯氣變化分析如下:思維建模

判斷電解產物的方法(惰性電極)結合“平面直角坐標系”判斷利用惰性電極電解電解質溶液時陰、陽極上放電離子及電極產物,具體如下:[對點訓練2]按要求書寫電極反應式和總反應式。(1)用惰性電極電解MgCl2溶液。陽極反應式:

;

陰極反應式:

;

總反應離子方程式:

。

(2)以鋁材為陽極,電解H2SO4溶液,鋁材表面形成氧化膜。陽極反應式:

;

陰極反應式:

;

總反應離子方程式:

。

2Cl--2e-===Cl2↑2H2O+2e-+Mg2+===H2↑+Mg(OH)2↓

Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑

2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+

2H++2e-===H2↑2Al+3H2OAl2O3+3H2↑學以致用·隨堂檢測全達標1234題組1電解池的構成及工作原理1.用石墨電極電解CuCl2溶液,裝置如圖所示。下列分析正確的是(

)A.a端是直流電源的負極B.通電使CuCl2發(fā)生電離C.陽極上發(fā)生的電極反應為Cu2++2e-===CuD.通電一段時間后,在陰極附近觀察到黃綠色氣體A1234解析

可利用電解質溶液中離子的移動方向判斷出電源的正、負極,并寫出電極反應式和反應現(xiàn)象。銅離子應移向陰極,則a為負