高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第四章 电化学基础第三节 电解池教案设计

第三节　电解池

课时1　电解原理及其规律

目标与素养：1.了解电解池的构造和电解原理。(宏观辨识与变化观念)2.理解电解规律及电极反应和电解方程式的书写。(科学探究与模型认知)

一、电解CuCl2溶液

1．通电前，CuCl2溶液中存在的离子有Cu2＋、Cl－、H＋、OH－。

2．工作原理

(1)总反应：CuCl2Cu＋Cl2↑。

(2)电流方向：电源正极→阳极→阴极→电源负极。

(3)电子流向：阳极→电源正极，电源负极→阴极。

3．CuCl2溶液导电的过程就是CuCl2电解的过程，就是在阴、阳两极发生氧化还原反应的过程。

二、电解和电解池

1．电解的概念

使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。

2．电解装置——电解池

(1)概念：将电能转变为化学能的装置。

(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构成闭合回路。

(3)工作原理

①电极反应类型

阳极→氧化反应；阴极→还原反应。

②电子流向：电源负极→阴极；阳极→电源正极。

③电流方向：电源正极→阳极；阴极→电源负极。

④离子流向：阳离子→阴极；阴离子→阳极。

　阴、阳离子在电解过程中的移动方向与在原电池中的移动方向有什么区别和联系？

[答案]　原电池中，阳离子移向正极；阴离子移向负极；电解池中，阳离子移向阴极；阴离子移向阳极。  即阳离子都是移向发生还原反应的电极，阴离子都是移向发生氧化反应的电极。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)电解与电离均需要通电才可发生的。 (　　)

(2)电解CuCl2溶液，Cu2＋放电发生氧化反应。 (　　)

(3)电解池的阳极与原电池的负极电极反应类型相同。 (　　)

(4)电解过程中电子流向为负极→阴极→阳极→正极。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×

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－===Cu

D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体

[答案]　A

3．惰性电极电解NaCl溶液，阴极反应式为________，阳极反应式为________，Cl－移向________极。

[答案]　2H＋＋2e－===H2↑　2Cl－－2e－===Cl2↑　阳

1.电解原理示意图

2．电解池的阴极、阳极的判断方法

1．如图所示是电解CuCl2溶液的装置，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电极质量增加

D．电解过程中，氯离子浓度不变

C　[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，故C项正确。]

1.电解产物的判断方法

2．惰性电极电解电解质溶液的规律

注意：惰性电极电解电解质溶液后要恢复原电解质溶液的浓度，需加适量的某物质时，遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则，所加物质可以是阴极与阳极产物的化合物。

2．如图为直流电源电解稀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．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体

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

D　[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。]

3．用惰性电极电解足量的下列溶液，一段时间后，再加入一定量的另一种物质(方括号内)，不能使溶液与原来溶液一样的是(　　)

A．CuCl2[CuCl2]　　 B．NaOH[H2O]

C．NaCl[HCl] D．CuSO4[Cu(OH)2]

D　[A项，CuCl2Cu＋Cl2↑，故加入CuCl2使CuCl2溶液复原；B项，实质电解水：2H2O2H2↑＋O2↑，故加水复原；C项，2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，减少的n(H2)∶n(Cl2)＝1∶1，故加入HCl复原；D项，2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，减少Cu、O两种原子，故不能加入含H元素的Cu(OH)2。]

判断电解后溶液酸、碱生成的方法

(1)若电解产物只有H2，而无O2，则阴极生成碱。

(2)若电解产物只有O2，而无H2，则阳极生成酸。

(3)若电解产物既有O2，又有H2，且二者物质的量之比为1∶2，则实质是电解水，阳极生成酸，阴极生成碱，最终溶液中无酸和碱生成。但溶液浓度可能变大。

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气体生成

D．电解NaCl、CuCl2两种溶液参加反应的物质是相同的

B　[在电解池中，与负极相连的是阴极，A项错误；电解氯化铜时阳极上有氯气生成，阴极上有铜析出，C项错误；电解NaCl溶液时水参加了反应，而电解CuCl2溶液水没有参加反应，D项错误。]

2．用惰性电极电解Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是(　　)

A．H2和Cl2　　 B．Cu和Cl2

C．H2和O2 D．Cu和O2

[答案]　B

3．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I2

C．a极和Pt电极都有气泡产生

D．U形管中溶液的碱性增强

A　[b极附近溶液呈蓝色→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＋2H2O2KOH＋H2↑＋I2，溶液的碱性增强，故A错误，B、D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正确。]

4．用石墨棒作电极，在Na＋、Cu2＋、Cl－、SO等离子中选出适当离子组成电解质，电解其溶液，写出符合条件的一种电解质的化学式：

(1)当阴极放出H2，阳极放出O2时，电解质是________。

(2)当阴极析出金属，阳极放出O2时，电解质是________。

(3)当阴极放出H2，阳极放出Cl2时，电解质是________。

(4)通过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时，电解质是________。

[解析]　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)阴极有H2生成，阳极有O2生成，实质为电解水，故电解质是活泼金属的含氧酸盐，即Na2SO4。

(2)实质为放氧气生酸型，即电解质为不活泼金属的含氧酸盐，即CuSO4。

(3)实质为放氢气生碱型，即电解质为活泼金属的无氧酸盐，即NaCl。

(4)由阳极生成气体与转移电子的物质的量之比为1∶4，知阳极产生气体为O2,1 mol O2转移4 mol e－；析出金属与转移电子的物质的量之比为1∶2，故金属阳离子为＋2价，即Cu2＋，故为CuSO4。

[答案]　(1)Na2SO4　(2)CuSO4　(3)NaCl　(4)CuSO4