高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第二节 电解池备课课件ppt

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第二节 电解池备课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了课前·基础认知，课堂·重难突破，素养·目标定位，随堂训练，素养•目标定位，目标素养，知识概览，工作原理，答案C等内容，欢迎下载使用。
1.了解电解池的构造,能分析、解释电解池的工作原理。2.会写电解池的电极反应式和总反应方程式。3.认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。4.能够运用电子守恒的观点进行电化学计算。5.能设计简单的电解池,能利用电解原理防护金属。
一、电解CuCl2溶液1.通电前,CuCl2溶液中存在的离子有 Cu2+、Cl-、H+、OH- 。
3.总反应:CuCl2 Cu+Cl2↑。4.电解的定义:使　电流　通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起　氧化还原反应　的过程。 
微思考 电解质溶液导电与金属导电有什么不同?提示:电解质溶液导电实际上是电解过程,发生氧化还原反应,是化学变化。金属导电是因为在外加电场作用下,自由电子发生定向移动,是物理变化。
微判断 (1)电解与电离均需要通电才可发生。(　　)(2)电解CuCl2溶液,Cu2+放电发生氧化反应。(　　)(3)用石墨电极电解CuCl2溶液,阳极逸出的气体能够使湿润的蓝色石蕊试纸最终变为红色。(　　)(4)电解质溶液导电时,一定会有化学反应发生。(　　)(5)电解CuCl2溶液过程中发生的是放热反应。(　　)
二、电解池1.定义。将　电　能转化为　化学　能的装置,也称电解槽。 
2.构成条件。(1)两个电极:阳极——与电源　正　极连接; 阴极——与电源　负　极连接。 (2)电解质溶液或　熔融电解质　。 (3)直流电源。(4)用导线连接形成　闭合回路　。 
3.装置中电子和离子的移动方向。(1)电子:从电源　负　极流出后,流向电解池　阴　极;从电解池的　阳　极流出后流向电源的　正　极。 (2)离子:阳离子移向电解池的　阴　极,阴离子移向电解池的　阳　极。 
微训练1 .下列关于如图所示①②两个装置的叙述,正确的是(　　)。A.装置名称:①是原电池,②是电解池B.c(H2SO4)变化:①增大,②减小C.电极反应式:①中阳极反应为4OH--4e-══2H2O+O2↑,②中正极反应为Zn-2e══-Zn2+D.离子移动方向:①中的H+向阴极方向移动,②中的H+向负极方向移动
解析:①中有外加电源,为电解池,②为原电池,A项错误;①中电解水,c(H2SO4)增大,②中正极消耗H+,生成H2,c(H2SO4)减小,B项正确;②中正极反应为2H++2e-══H2↑,C项错误;②中H+向正极移动,D项错误。
2.用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。下列分析正确的是(　　)。A.a端是直流电源的负极B.通电使CuCl2发生电离C.阳极上发生的反应:Cu2++2e-══CuD.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体答案:A
解析:根据溶液中阳离子Cu2+移向,左边电极为阴极,则a端是直流电源的负极,A项正确;CuCl2发生电离不需要通电,B项错误;Cu2+在阴极上反应,C项错误;通电一段时间后,Cl-在阳极附近放电生成氯气,D项错误。
一、电解原理重难归纳1.电解原理示意图。
2.电解池的阴极、阳极的判断方法。
3.原电池与电解池的比较。
外接电源的电能,借助电解池将还原剂的电子转移给氧化剂。与原电池不同,电解池中发生的氧化还原反应可以是非自发的,通过外接电源提供的电能迫使反应发生。如何实现反应:Cu+H2SO4══CuSO4+H2↑?提示:用铜作电极,用稀硫酸作电解质溶液,通过电解池实现。
典例剖析电解CuCl2溶液的装置如图所示,其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是(　　)。A.a为负极、b为正极B.a为阳极、b为阴极C.电解过程中,d电极质量增大D.电解过程中,氯离子浓度不变答案:C
解析:电流从电源的正极流出,因此a为正极,b为负极,则c为阳极,d为阴极。电解CuCl2溶液电极反应为阳极(c电极):2Cl--2e-══Cl2↑,阴极(d电极):Cu2++2e-══Cu,C项正确。
【拓展延伸】 在氯化铜溶液中除了Cu2+和Cl-之外还有H+和OH-,这两种离子为什么没有得到或失去电子?答案:电解过程实质上发生了氧化还原反应,一般来说氧化性强的阳离子先得电子被还原,还原性强的阴离子先失电子被氧化。Cu2+比H+更容易得电子,而Cl-比OH-更容易失电子。
学以致用1.如图所示,a、b、c、d均为石墨电极,通电进行电解,下列说法正确的是(　　)。A.电路中电子流向:负极→d→c→b→a→正极B.a、c两极产生气体的物质的量相等C. 向b电极移动,Cl-向c电极移动D.通电后乙烧杯中滴入酚酞溶液,d极附近会变红答案:D
解析:电子只能在外电路中移动,A项错误;a极产生O2,c极产生Cl2,根据电子守恒O2~2Cl2~4e-,产生O2和Cl2的物质的量之比为1∶2,B项错误;阴离子向阳极移动,a极和c极是阳极,所以 向a电极移动,Cl-向c电极移动,C项错误;d极是阴极,电极反应式可表示为2H2O+2e-══H2↑+2OH-,所以滴入酚酞溶液,d极附近会变红,D项正确。
2.如图所示,X、Y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增大,b极板处有无色、无臭气体放出。符合这一情况的是下表中的(　　)。
解析:由题意知,通电后a极板质量增大,说明有金属析出,由此可知,a极为电解池的阴极,则X为电源负极,B、C两项均不符合题意;又因为b极放出的是无色、无臭的气体,D项不符合 题意。
二、电解规律重难归纳1.电解池中电解产物的判断。电解池中的电解产物,与溶液中的离子的放电顺序有关,阳极产物还与电极材料有关。
(1)阳极产物。①若阳极为活性金属电极,则金属失电子溶解,一般生成相应金属阳离子(Fe生成Fe2+而不是生成Fe3+),此时溶液中的离子不放电。②若阳极为惰性电极(Pt、C等),则溶液中的离子放电,放电的一般顺序是S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子>F-,即在水溶液中含氧酸根离子和F-不放电,阳极产物一般为对应非金属单质。
(2)阴极产物。阴极产物与电极材料无关,直接根据阳离子放电顺序进行判断。一般放电顺序是Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。阳离子放电后的产物一般是相应单质,但是在水溶液中Fe3+放电后的产物一般是Fe2+。离子的放电顺序也不是绝对的,放电情况与离子性质、溶液浓度、电流和电极材料等有关。
①K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+在水溶液中不放电,要使这些离子放电,需电解熔融电解质,如熔融NaCl、熔融MgCl2、熔融Al2O3等。②在水溶液中,当H+浓度较小时,放电能力Zn2+>H+;当H+浓度较大时,放电能力H+>Zn2+。
2.酸、碱、盐溶液的电解规律(惰性电极)。用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液。(1)电解水型。
(2)电解电解质型。
(3)电解质和水都发生电解型。
将物质的量浓度相同、体积之比为1∶3的CuSO4溶液和NaCl溶液混合,用惰性电极进行电解,可能发生的反应有哪些?
典例剖析用惰性电极电解下列溶液,一段时间后,再加入一定质量的另一种物质(括号内),溶液能与电解前原来溶液完全一样的是(　　)。A.NaCl溶液(盐酸)B.NaOH溶液(H2O)C.CuCl2溶液(HCl)D.CuSO4溶液[Cu(OH)2]答案:B
解析:电解NaCl溶液时,阳极氯离子放电生成氯气,阴极氢离子得到电子生成氢气,所以应加HCl让电解质溶液复原,A项错误;电解NaOH溶液时,阳极产生氧气,阴极产生氢气,所以应加水让电解质溶液复原,B项正确;电解CuCl2溶液时,阳极氯离子放电生成氯气,阴极析出铜,所以应加氯化铜让电解质溶液复原,C项错误;电解硫酸铜溶液时,阳极产生氧气,阴极产生金属铜,所以应加CuO让电解质溶液复原,加入氢氧化铜相当于多加入了水,D项错误。
方法归纳 (1)电解池的阴极不管是惰性电极(Pt、石墨)还是活性电极,都是电解质溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电,电极本身不可能溶解。 (2)若阴极为H+放电,则阴极区c(OH-)增大;若阳极为OH-放电,则阳极区c(H+)增大;若阴极为H+放电,同时阳极为OH-放电,相当于电解水,电解质溶液浓度增大(饱和溶液例外)。 (3)电解质溶液恢复原状的方法:少什么加什么,少多少加多少。
学以致用1.如图为用直流电源电解Na2SO4溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是(　　)。A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的B.一电极逸出无臭气体,另一电极逸出有刺激性气味的气体C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色
解析:电解Na2SO4溶液时,a为阴极:4H++4e-══2H2↑,b为阳极:4OH--4e-══O2↑+2H2O;a极周围由于H+放电溶液呈碱性,石蕊溶液显蓝色,b极周围由于OH-放电溶液呈酸性,石蕊溶液显红色。
2.为探究电解的放电规律,进行如下实验:
下列说法不正确的是(　　)。A.对比①②可知,阴极放电顺序:Cu2+>H+>Na+B.对比①③可知,阳极放电顺序:Cl->OH->C.对比③④可知,阳极是铜时,会先于溶液中的离子放电D.对比①⑤可知,电解得到金属只能用熔融态,不能用水溶液答案:D
解析:根据①知道铜离子的氧化性强于氢离子,根据②知道氢离子的氧化性强于钠离子,得电子能力强(氧化性强)的离子优先放电,所以对比①②可知,阴极放电顺序为Cu2+>H+>Na+,A项正确。根据①知道,离子放电顺序为Cl->OH-,根据③知道离子放电顺序为OH-> ,B项正确。电解池的阳极若是活泼电极,则金属电极本身失电子,发生氧化反应,对比③④可知,阳极是铜时,会优先于溶液中的离子放电,C项正确。①⑤用到的电解质成分不一样,铜离子优先于钠离子放电,但是电解得到金属不一定只能用熔融态,电解氯化铜溶液也能得到金属铜,D项错误。
1.下列有关电解池的说法正确的是(　　)。A.在电解池中与外接电源负极相连的电极是阳极B.电解任何物质,阳极上失电子数与阴极上得电子数相等C.电解氯化铜溶液时在阴极上有黄绿色气体生成D.电解NaCl、CuCl2两种溶液时参加反应的物质是相同的答案:B
解析:在电解池中,与外接电源负极相连的是阴极,A项错误;电解氯化铜溶液时阳极上有氯气生成,阴极上有铜析出,C项错误;电解NaCl溶液时阴极得到的是H2和NaOH,而电解CuCl2溶液时阴极得到的是Cu,D项错误。
2.某学生欲完成反应2HCl+2Ag ══ 2AgCl+H2↑,设计了下列四个装置,你认为可行的是(　　)。
解析:反应不能自发进行,应设计成电解池,金属银失电子作阳极,与电源的正极相连。 
3.某研究所通过固体氧化物电解池,实现了CH4/CO2的电化学重整制合成气,装置图如下图。下列说法正确的是(　　)。A.a极为电源的负极B.N极上发生氧化反应C.M极的电极反应式为CH4-2e-+O2-══CO+2H2D.电路中通过2 ml电子,阴、阳两极得到CO的质量共为28 g答案:C
解析:由装置原理图可知,O2-由N极移向M极,故M极为阳极,发生氧化反应,则a极为电源的正极,A、B项错误;M极作为阳极,根据题图中反应物和生成物可知阳极电极反应式为CH4-2e-══+O2-CO+2H2,C项正确;每转移2 ml电子,两极均产生1 ml CO,即阴、阳两极共得到2 ml(56 g)CO,D项错误。
4.用惰性电极电解下列溶液,电解一段时间后,阴极质量增大,电解质溶液的pH减小的是(　　)。①CuSO4　②BaCl2　③AgNO3　④H2SO4A.①②B.①③C.①④D.②④答案:B解析:阴极质量增大,说明溶液中含有不活泼金属的阳离子;电解质溶液的pH减小,说明在阳极上是OH-放电,而相应的阴离子应是含氧酸的酸根离子,故本题的答案应为不活泼金属的含氧酸盐,B项正确。
5.如图所示装置中,a、b都是惰性电极,通电一段时间后,b极附近溶液呈蓝色。下列说法中不正确的是(　　)。A.x是正极,y是负极B.a极产生氢气,b极生成I2C.a极和铂电极都有气泡产生D.U形管中溶液的碱性增强答案:A
解析:b极附近溶液呈蓝色,说明b极生成I2,即确定b极发生反应2I--2e-══I2,则b极是阳极,x是负极,y是正极,a极H+放电,发生反应2H++2e-══H2↑,产生氢气,U形管中总反应式为2KI+2H2O 2KOH+H2↑+I2,溶液的碱性增强,A项错误,B、D两项正确;石墨为阴极,铂为阳极,电极反应分别是Cu2++2e-══Cu,4OH--4e-══2H2O+O2↑,C项正确。
6.用石墨棒作电极,从Na+、Cu2+、Cl-、 中选出适当离子组成电解质,电解其水溶液,写出符合条件的一种电解质的化学式:(1)阴极放出H2,阳极放出O2,电解质是　　　　; (2)阴极析出金属,阳极放出O2,电解质是　　 　; (3)阴极放出H2,阳极放出Cl2,电解质是　　　　　　; (4)转移电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量、阳极放出的气体的物质的量之比为4∶2∶1,电解质是　　　。 答案:(1)Na2SO4 (2)CuSO4 (3)NaCl (4)CuSO4
解析:用惰性电极电解电解质溶液的类型有电解水型、电解电解质型、放氢气生碱型和放氧气生酸型,再根据阴、阳离子在电极的放电顺序判断。(1)阴极生成H2、阳极生成O2,实质为电解水,电解质可以是活泼金属的含氧酸盐,即Na2SO4。(2)实质为放氧气生酸型,电解质为不活泼金属的含氧酸盐,即CuSO4。