高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 电解池教案配套课件ppt

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1.理解电解池中电子的移动、阴离子和阳离子的移动、阴极和阳极上的反应及其变化、电流形成的过程和原理,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2.建立电解过程的思维模型,理解电解的规律,判断电解的产物,书写电解的电极反应式和总反应式,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
电解原理1.实验探究:电解CuCl2溶液按如图所示装置完成实验,并填写下表。
2.电解和电解池(1)电解:使电流通过　　　　　　　　　　　　　　　而在阳极、阴极引起　　　　　　反应的过程。 (2)电解池:将　　　　转化为　　　　　的装置(也称　　　　　)。 (3)电解池的构成条件①直流电源;②两个电极;③电解质溶液或熔融电解质;④形成闭合回路。
电解质溶液(或熔融电解质)
微思考阅读教材电解CuCl2溶液的内容。思考:CuCl2溶液中含有哪些离子?分析开始在两电极上放电的离子分别是哪种离子?
提示 CuCl2溶液中含有Cu2+、Cl-、H+和OH-;氧化性Cu2+>H+,还原性Cl->OH-,因此两电极上开始时放电的离子为Cu2+和Cl-。
深化理解(1)原电池是将化学能转化为电能的装置,电解池是将电能转化为化学能的装置;原电池无外接电源,电解池有外接直流电源。(2)电解时必须使用直流电源,不能使用交流电源。(3)电解质水溶液或熔融电解质均可被电解,因为其中均含有可移动的阴、阳离子。(4)电解是一种强氧化还原手段,可以实现非自发的氧化还原反应。(5)金属导电为物理变化,电解质溶液导电为化学变化。
易错辨析(1)电解池能将电能转化为化学能。(　　)(2)电解质溶液导电属于化学变化。(　　)(3)电解池的阳极与电源的负极相连。(　　)
提示 电解池的阳极与电源的正极相连。
探究一　电极产物的判断　电极反应的书写
1807年,英国化学家戴维将铂电极插入熔融的氢氧化钾中并接通直流电源时,奇迹发生了,在阴极附近产生一种银白色的金属,随即形成紫色火焰;在阳极产生一种无色气体和水蒸气。这就是发现钾元素的主要过程,在当时社会上引起轰动。(1)通电过程中能量的转化形式是什么?
提示 通电过程中电能转化为化学能。
(2)通电过程中阴极发生反应的类型是什么?阳极发生反应的类型是什么?试写出电解过程的电极反应。
(3)若将“熔融的氢氧化钾”换成KOH溶液,还能制得金属钾吗?试分析溶液中存在的离子并进行解释,写出两极的电极反应。
提示 阴极钾元素的化合价降低,发生还原反应,则阳极发生氧化反应。阴极反应:4K++4e-===4K,阳极反应:4OH--4e-===O2↑+2H2O。
提示 不能。溶液中含有KOH电离产生的K+和OH-,还有水电离产生的少量H+和OH-,故溶液中含有K+、H+和OH-,H+的放电顺序优先于K+,因此不能制得金属钾。阴极的电极反应为2H++2e-===H2↑,阳极的电极反应为4OH--4e-===O2↑+2H2O。
电解池电极产物的判断
名师点拨　电解池中电极名称的判断
视角1根据电源判断电解池的两极和反应1.如图所示,下列有关实验现象的描述正确的是(　　)
解析 a电极为阴极,得到电子,发生还原反应,b电极为阳极,失去电子,发生氧化反应。A项,a电极上有铜生成,质量增加,b电极上有黄绿色的氯气生成,错误;B项,a电极上有氢气生成,质量不变,b电极上有无色的氧气生成,错误;C项,a电极上有铜生成,质量增加,b电极上有无色的氧气生成,正确;D项,a电极上有无色的氢气生成,b电极上有黄绿色的氯气生成,错误。
归纳总结　根据化学电源确定电解池的两极,对于阳极首先观察是活性电极还是惰性电极,若为活性电极,电极本身反应;若为惰性电极,需分析溶液中存在的离子,确定在两极上发生反应的离子,正确书写电极反应。
视角2根据外电路电子移动方向或电流方向判断电解池的两极和反应2.某同学将电解池工作时电子、离子移动方向及电极种类等信息表示在图中,下列有关分析完全正确的是(　　)
解析 根据电子移动方向可知,c是电源负极,d是电源正极,a是阴极,b是阳极,电解时,电解质溶液中阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,则Q离子是阳离子,P离子是阴离子,故B正确。
视角3根据离子移动方向判断电解池的两极和反应3.有一款高压无阳极配置可充电钠电池,其充电过程的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.b为正极,电极c上发生氧化反应B.用此电池做电解水实验,当消耗0.9 g水时,理论上c极消耗钠2.3 gC.放电时,Na+由3A沸石分子筛膜的右侧向左侧迁移D.充电时,d为阳极,发生还原反应
解析 充电时,钠电池相当于电解池,Na+从右往左移动,因此c为阴极,d为阳极,a为电源负极,b为电源正极,c为阴极发生还原反应,d为阳极发生氧化反应,A、D错误;用此电池做电解水实验时,则c为负极,电极反应为Na-e-===Na+,0.9 g水的物质的量为0.05 ml,电解时转移电子0.1 ml,则消耗Na 0.1 ml,质量为2.3 g,故B正确;放电时,阳离子向正极移动,Na+由3A沸石分子筛膜的左侧向右侧迁移,故C错误。
方法点拨　根据能量的转化过程判断,二次电池放电时为原电池,充电时为电解池,电池的负极充电时为阴极,电池的正极充电时为阳极,因此充电时二次电池的正极接直流电源的正极,负极接直流电源的负极,即充电时“正接正,负接负”。
探究二　用惰性电极电解电解质水溶液的类型总结
用惰性电极电解电解质溶液的基本类型(1)电解H2O(或相当于电解水)型:含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐
(2)电解电解质型:无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐
(3)电解质和水都发生电解型:活泼金属的无氧酸盐、不活泼金属的含氧酸盐
名师点拨　溶液复原的分析方法用惰性电极电解电解质溶液时,要使电解后溶液恢复原状态,加入的物质应由电解过程中从溶液中逸出或析出(以气体或固体形式脱离电解质溶液)的物质决定。应遵循“出来什么加什么,出来多少加多少”的原则,一般加入阴极产物和阳极产物化合得到的物质。
视角1用惰性电极电解的分析方法1.用惰性电极电解等物质的量硫酸铜和氯化钠的混合溶液,刚开始阴极和阳极上分别析出的物质是(　　)A.H2和Cl2B.H2和O2C.Cu和O2D.Cu和Cl2
解析 等物质的量硫酸铜和氯化钠的混合溶液,含有阳离子Cu2+、Na+、H+和阴离子Cl-、 、OH-,用惰性电极电解,在阴极上阳离子放电顺序为Cu2+>H+(水)>Na+,在阳极上阴离子放电顺序为Cl->OH-> ,所以刚开始阴极和阳极上分别析出的物质是Cu和Cl2,答案选D。
【变式设问】(1)当溶液中的Cl-完全反应后,若继续电解,请写出阴、阳两极所有可能发生的电极反应。
(2)若原溶液中含有CuSO4和NaCl的物质的量均为1 ml,当Cu2+恰好完全放电时,计算阳极产生的气体在标准状况下的体积。
提示 Cl-完全反应时,阳离子还含有Cu2+,则阴极发生的反应为Cu2++2e-===Cu,2H++2e-===H2↑,阳极反应为2H2O-4e-===4H++O2↑。
提示 Cu2+恰好完全放电时,1 ml Cu2+完全反应转移2 ml电子,阳极上首先是Cl-放电生成Cl2,1 ml Cl-失去1 ml电子生成0.5 ml Cl2,还有1 ml电子来自H2O放电生成O2,则应生成0.25 ml O2,因此阳极气体的总的物质的量为0.75 ml,在标准状况下体积为16.8 L。
视角2用惰性电极电解的规律2.以惰性电极电解下列溶液,有气体生成且溶液pH减小的是(　　)A.NaClD.NaOH
解析 用惰性电极电解NaCl溶液,阳极Cl-放电生成氯气,阴极水放电生成氢气并产生OH-,溶液pH增大,故A不符合题意;用惰性电极电解CuSO4溶液,阴极Cu2+放电,阳极水放电产生氧气和H+,溶液pH减小,故B符合题意;用惰性电极电解Na2CO3溶液,阴极水放电产生H2,阳极水放电产生氧气,Na2CO3溶液浓度增大,溶液pH增大,故C不符合题意;用惰性电极电解NaOH溶液,阴极水放电产生H2,阳极OH-放电产生氧气,NaOH溶液浓度增大,溶液pH增大,故D不符合题意。
3.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),溶液能与原来溶液完全一样的是(　　)A.CuCl2(CuSO4)B.NaOH(NaOH)C.NaCl(NaCl)D.CuSO4(CuCO3)
解析 电解氯化铜时,阳极放出氯气,阴极生成金属铜,所以应加氯化铜让电解质溶液复原,A错误;电解氢氧化钠时,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错误;电解氯化钠时,阳极产生氯气,阴极产生氢气,所以应加氯化氢让电解质溶液复原,C错误;电解硫酸铜时,阳极产生氧气,阴极产生金属铜,所以应加氧化铜或CuCO3让电解质溶液复原,D正确。
4.如图是一个用铂丝作电极,电解稀的MgSO4溶液(含有少量石蕊溶液)的装置,回答下列问题:
(1)开始U形管中溶液呈　　　　　色,原因为　　　　　　　　　　　　　　　　(用离子方程式表示)。 (2)写出A电极的电极反应:  　, 写出B电极的电极反应:  　。  
Mg2++2H2O Mg(OH)2+2H+
2H2O+2e-===H2↑+2OH-,Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
2H2O-4e-===4H++O2↑