2020年高中化学 第04章 电化学基础 13页

1 4-3-1 电解池（第一课时） 【学习目标】 1．理解电解原理，初步掌握一般电解反应产物的判断方法 2． 掌握电解质溶液中离子的放电顺序及电解质溶液的电解规律（惰性电极） 3．掌握电解电极方程式的书写 【学习重难点】 学习重点：掌握电解电极方程式的书写；掌握电解质溶液中离子的放电顺序及电解质溶液的 电解规律（惰性电极） 学习难点：掌握电解电极方程式的书写；掌握电解质溶液中离子的放电顺序及电解质溶液的 电解规律（惰性电极） 【自主预习】 一． 电解原理 1．实验探究：教材 P79 页“实验 4-2” 【问题 1】通电前，CuCl2 溶液中存在 阳离子： 阴离子： 【问题 2】如图所示：与电源正极相连的电极叫 极，与电源负极相连的电极叫 极。 通电后，溶液中的离子如何运动？ 阳离子向 极移动，阴离子向 极移动 【问题 3】预测一下将发生怎样的电极反应？ 在阴极上发生电极反应（或者说放电）的离子是 在阳极上放电的离子是 2 给 CuCl2 溶液通电时现象： 阴极上： ，经检验该物质是 。 阳极上： ，经检验该物质是 。 电极反应式： 阳极： 反应类型： 反应。 阴极： 反应类型： 反应。 总反应式： 过程分析：CuCl2 溶液能导电是因为存在 ，通电后这些自由移动的 离子，在电场作用下作 移动，带负电的氯离子向 极移动，在阳极，氯 离子失去电子被 为氯原子，并两两结合成氯分子，从阳极放出，带正电的铜离子 向 极移动，在阴极铜离子获得电子被 成铜原子，覆盖在阴极上。 2． 电解：使电流通过 溶液而在阴、阳两极引起 的过程。 该过程中 能转化为 能。 这是一个 过程（物理？化学？） 显然：电解质溶液的导电过程就是 的过程。 3． 电解池：将 能转化为 能的装置。 4．原电池与电解池的比较 装置类别 原电池 电解池 原理（能量转化） 离子迁移方向 发生氧化反应的电极 发生还原反应的电极 相同点 (从原理分析 二．电解电极反应的分析 1． 放电顺序 阴极： 由于阴极上要 电子，不管阴极材料是金属还是石墨，此时都不能得电子，因此只 能是溶液中的 得电子。阳离子氧化性越强就越 得电子。 3 金属越不活泼，对应阳离子氧化性越 ，越 得电子。 由此根据金属活动顺序表，分析下列离子得电子能力的强弱： （1）金属活动顺序表 （2）（用“〉”表示）Ag+ Hg2+ (Fe3+ )Cu2+ H+(酸) Pb2+ Fe2+ Zn2+ Al3＋… （3） 、 、 、 、 等活泼金属阳离子在水溶液中电解时不得电子。 【小结】 质量增加，或有氢气产生的电极一定是 极。 阳极： ①活性材料作电极时：金属在阳极 电子被 成 离子进人溶液， ②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：溶液中阴离子的放电顺序（由易到难）（用“〉” 表示）： S2－ I－ Br－ Cl－ OH－（水或碱） 最高价含氧酸根离子 F－ 【小结】当阳极为活泼金属时，金属电极优先放电。 2． 电解质溶液电解规律： 实 例 电极反应 PH 变化 使电解质溶液复 原的物质 电 解 溶 剂 型 含氧酸 H2SO4 阴极： 阳极： 总反应： 强碱 NaOH 活泼金属的含氧酸盐 Na2SO4 电 解 溶 质 型 无氧酸 HCl 阴极： 阳极： 总反应： 不活泼金属的无氧酸 盐 CuCl2 阴极： 阳极： 总反应： 溶 剂 和 溶 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 阴极： 阳极： 总反应： 4 质 均 被 电 解 型 不活泼金属的含氧酸 盐 CuSO4 阴极： 阳极： 总反应： 【小结】 用惰性电极电解时，若使电解后的溶液恢复原状态，应遵循“缺什么加什么，缺 多少加多少”的原则，一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。 3．电极方程式的书写（以电解 ZnSO4 为例） ①标出电极名称—阴极或阳极；分析、比较出阴阳极分别放电的离子： ②写出电极方程式： 阳极： ；反应类型： 反应。 阴极： ；反应类型： 反应。 阴、阳两极中得、失电子的总数要 ，每一极上都要满足 和 守恒， ③两极半反应相加得总方程式； 【练习】用石墨电极电解下列电解质溶液，写出其电极反应式（注意得失电子的顺序） （1） AgNO3 阴极： 阳极 总方程式： （2） KCl 阴极： 阳极 总方程式： 【预习检测】 5 1. 下列关于电解池的叙述中不正确的是（ ） A. 与电源正极相连的是电解池的阴极 B. 与电源负极相连的是电解池的阴极 C. 在电解池的阳极发生氧化反应 D. 电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极 2． 下列关于电解池形成的闭合回路的叙述中，正确的是（ ） A．电解池的闭合回路仅是电子的定向移动形成的 B．金属导线中，电子从电源的负极流向电解池的阳极，从电解池的阴极流向电源的正 极 C．电解熔融的 NaCl 时，Cl-向阴极移动，Na+向阳极移动 D．相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相等 合作探究 探究活动一：电解的原理 1． 右图为工业上电解熔融氯化钠生产金属钠的装置示意图。容器中盛有熔融的氯化钠， 两侧分别插入石墨片和铁片作为电极材料，两个电极分别与电源的正极和负极相连。 （1）通电前，熔融 NaCl 中存在的微粒有 ，这些微粒的运动状态是 。 （2）通电后离子运动方向：阳离子 (填离子符号)移向铁电极，发生 反应；阴离 子 (填离子符号)移向石墨电极，发生 反应。电极上发生的变化是①铁电极： 2Na＋＋2e－===2Na；②石墨电极：2Cl－－2e－===Cl2↑。 （3）由以上分析可知：熔融的 NaCl 在 作用下发生了 ，分解生成了 。 2．电解和电解池 （1）电解是使直流电通过 或熔融电解质而在两个电极上引起 的过程。 （2）电解池是将 转化为 的装置。 （3）电极名称 阴极：与电源 相连的电极，发生 反应； 阳极：与电源 相连的电极，发生 反应。 （4）电解池的构成条件：具有与 相连接的两个电极(阴极、阳极)，插入 溶液或 熔融电解质中，形成 。 [归纳总结] （1）电解池的工作原理示意图 6 （2）电解质导电的过程就是电解质的电解过程。 【学以致用】 1．下列关于电解池的叙述中，正确的是 ( ) A．电解池中的闭合回路仅是由电子的定向运动形成的 B．金属导线中，电子从电源的负极流向电解池的阳极，从电解池的阴极流向电源的正 极 C．在电解质溶液中，阴离子向阴极移动，阳离子向阳极移动 D．相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子数与阴离子在阳极上失去的电子数相等 探究活动二：酸、碱、盐溶液的电解规律 1． 按右图所示装置完成 CuCl2 溶液的电解实验： （1）实验过程中观察到的现象是： ①检流计指针 ； ②与负极相连的 b 极上逐渐覆盖了一层 ； ③与正极相连的 a 极一侧有 产生，能使湿润的淀粉 KI 试纸 。 （2）实验结论是 （3）实验原理分析 ①氯化铜溶液中的电离过程有 CuCl2===Cu2＋＋2Cl－，H2O H＋＋OH－；溶液中存在的离 子有 。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 ，即 趋向 a 极， 趋向 b 极。 ③a 极电极反应式是 2Cl－－2e－===Cl2↑，b 极电极反应式是 Cu2＋＋2e－===Cu，总反应式 是 CuCl2 Cu＋Cl2↑。 7 2．有下列两组离子：①Cu2＋、Na＋、H＋、Ag＋；②Cl－、I－、SO2－ 4 、OH－。用惰性电极电解时， 移向阳极的是 ，放电先后顺序是 ；移向阴极的是 ，放 电先后顺序是 。 3．用惰性电极电解下列酸、碱、盐电解质溶液：①H2SO4；②HCl；③NaOH；④Na2SO4；⑤CuCl2； ⑥NaCl；⑦CuSO4。回答下列问题： （1）阴极反应式与①相同的有 ，其电极反应式是 2H＋＋2e－===H2↑；与⑤相同的 有 ，其电极反应式是 Cu2＋＋2e－===Cu。 （2）阳极反应式与①相同的有 ，其电极反应式是 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；与②相同 的有 ，其电极反应式是 2Cl－－2e－===Cl2↑。 （3）写出下列电解的化学方程式 ③ ⑥ ⑦ （4）只水发生电解的是 ，只电解质本身发生电解的是 ，电解质和水都发生电解 的是 。 （5）电解后溶液的 pH 显著增大的是 ，减小的是 ，不变的是 。 （6）欲使电解后的溶液复原，只加入水的是 ，只加入电解质的是 ；欲使电解后 的⑥复原需 ，欲使电解后的⑦复原需加入 。 [归纳总结] 1．分析电解问题的基本方法思路 （1）通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的 H＋和 OH－)。 （2）通电时：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁优先放电(注意活泼 金属作阳极时优先放电)。 （3）正确书写电极反应式，要注意原子数、电荷数是否守恒。 （4）能结合题目要求分析电解时的各种变化情况，如两极现象、水的电离平衡移动、离子 浓度的变化、pH 变化等。 2．电极反应规律 （1）阴极：无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离 子。阳离子放电顺序：Ag＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋…… （2）阳极：电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中，或者溶液中还原性强的阴离子失 去电子被氧化。其放电顺序：金属阳极>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。 3．用惰性电极进行电解时的电解规律 用惰性电极进行电解时各种变化情况简析： 8 类型 电极反应特点 溶液种类 电解对 象 电解质 浓 度 pH 电解质溶 液复 原 电解水型 阴极： 阳极： NaOH H2SO4 Na2SO4 电解电解质型 电解质电离出的 阴、阳离子分 别在两极放 电 HCl CuCl2 放 H2 生碱型 阴极：H2O 放出 H2 生成碱 阳极：电解质的阴 离子放电 NaCl 放 O2 生酸型 阴极：电解质的阳 离子放电 阳极：H2O 放出 O2 生成酸 CuSO4 【学以致用】 2．用惰性电极电解 AgNO3 溶液，下列说法不正确的是( ) A．电解过程中阴极质量不断增加 B．电解过程中溶液的 pH 不断降低 C．此时向溶液中加入适量的 Ag2O 固体可使溶液恢复到电解前的状况 D．电解后两极产生的气体体积比为 2∶1 3．用石墨作电极电解 CuCl2 和 KCl 的混合溶液，电解初期阴极和阳极分别析出的物质是( ) A．H2、Cl2 B．Cu、Cl2 C．H2、O2 D．Cu、O2 【归纳总结】 9 【巩固练习】 1．如图所示的装置能够组成电解池的是( ) 2．下列关于电解池工作原理的说法中，错误的是( ) A．电解池是一种将电能转变成化学能的装置 B．电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应 C．电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应 D．电解池放电时，电极本身不会参加电极反应 3．用石墨作电极，电解下列物质的溶液，其实质不是电解水的是( ) A．NaNO3 B．NaOH C．Na2SO4 D．NaCl 4．用惰性电极电解下列溶液，其中随着电解的进行，溶液 pH 逐渐减小的是( ) ①氯化钠溶液 ②硫酸铜溶液 ③氢氧化钠溶液 ④稀硫酸 ⑤稀盐酸 ⑥硫酸钠溶液 A．①③⑤ B．②④⑤ C．②④ D．②④⑥ 5．用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种物质(方括号内物质)，能够使 溶液恢复到原来的成分和浓度的是( ) A．AgNO3[AgNO3] B．NaOH[H2O] C．KCl[KCl] D．CuSO4[Cu(OH)2] 6．在某电解质溶液中，用 M 和 N 作电极，通电一段时间后，发现 M 极质量减小，N 极质量 增大，符合这一情况的是( ) A．电解质溶液是稀硫酸 B．金属 M 是阳极，N 是阴极 C．M 和 N 是石墨电极 D．M 是阴极，N 是阳极 10 7．用惰性电极电解 CuSO4 溶液。若阴极上析出 Cu 的质量为 3．2 g，则阳极上产生的气体在 标准状况下的体积为________________________________； 常温下，若将电解后的溶液稀释至 1 L，则溶液的 pH 约为________。 【总结与反思】 通过自评、互评、师评相结合对本节学习过程进行反思感悟。 11 【参考答案】 【自主预习】 一、4． 12 【预习检测】 1． A 2． D 【合作探究】 探究活动二 1．（1）①发生偏转；②红色物质；③有刺激性气味的气体，变蓝（2）电解质 CuCl2 溶液 在导电过程中有金属铜析出，并产生了氯气；（3）①Cu2＋、Cl－、H＋、OH－，②定向移 动， Cl－、OH－，Cu2＋、H＋ 2. ②， I－>Cl－>OH－>SO4 2‾；①，Ag＋>Cu2＋>H＋>Na＋。 3. （1）②③④⑥，⑦（2）③④⑦，⑤⑥ （3）③2H2O 2H2↑＋O2↑；⑥2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；⑦2CuSO4＋ 2H2O 2H2SO4＋2Cu＋O2↑。 （4）①③④，②⑤，⑥⑦（5）②③⑥，①⑦，④⑤（6）①③④，②⑤，通入 HCl 气体， CuO 【归纳总结】 类型 电极反应特点 溶液种类 电解对 象 电解质 浓 度 pH 电解质溶 液复 原 13 电解水型 阴极：2H＋＋2e－ ===H2↑ 阳极：4OH－－4e－ ===2H2O＋ O2↑ NaOH 水 增大 增大 加水 H2SO4 水 增大 减小 加水 Na2SO4 水 增大 不变 加水 电解电解质型 电解质电离出的 阴、阳离子分 别在两极放 电 HCl 电解质 减小 增大 加氯化氢 CuCl2 电解质 减小 略增大 加氯化铜 放 H2 生碱型 阴极：H2O 放出 H2 生成碱 阳极：电解质的阴 离子放电 NaCl 电解质 和 水 生成新 电 解 质 增大 加氯化氢 放 O2 生酸型 阴极：电解质的阳 离子放电 阳极：H2O 放出 O2 生成酸 CuSO4 电解质 和 水 生成新 电 解 质 减小 加氧化铜 普通化学方程式 热化学方程式 化学计量数 是整数，既表示微粒个数又表示 该物质的物质的量 可以是整数也可以是分数，只表示该物 质的物质的量 状态 不要求注明 必须在分子式后注明 ΔH 正负号及单位 无 必须注明(正号常省略) 意义 表明了化学反应中的物质变化 不仅表明了化学反应中的物质变化，也 表明了化学反应中的能量变化 遵循规律 原子守恒 原子守恒和能量守恒 【学以致用】 2． D 3． B 【自我检测】 1．B 2．D 3．D 4．C 5．B 6．B 7．0．56 L 1