人教版 (2019)选择性必修1第二节 电解池第1课时教案

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第1课时 电解原理








1．电解氯化铜溶液实验探究


(1)按如图所示装置完成实验，并填写下表。





(2)实验原理分析：


①氯化铜溶液中存在的离子有Cu2＋、Cl－、H＋、OH－，通电前这些离子在溶液中作自由运动。


②通电时在电场的作用下，溶液中的离子作定向运动，即Cl－、OH－趋向a极，Cu2＋、H＋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CuCl2eq \(=====,\s\up10(电解))Cu＋Cl2↑。


④结论：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。


2．电解和电解池


(1)电解：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。


(2)电解池：将电能转化为化学能的装置。


(3)电解池的电极名称：


阴极：与直流电源负极相连的电极，发生还原反应；


阳极：与直流电源正极相连的电极，发生氧化反应。


(4)电解池的构成条件：


①具有直流电源；②两个电极(阴极、阳极)；③电解质溶液或熔融电解质；④形成闭合回路。


(5)电子和离子移动方向：


①电子：从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。


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。


微点拨：(1)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。 (2)金属导电是因为在电场作用下，自由电子发生定向移动，是物理变化。





1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。


(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。(√)


(2)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。(√)


(3)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极。(×)


(4)电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。(×)


2．如图是电解氯化铜溶液的装置，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 [由图示电流方向可知， a是电源正极，b是电源负极；


则c是电解池的阳极，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，溶液中氯离子不断减少；d是电解池的阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，d电极质量不断增加。]


3．如图所示，甲是刚浸过NaCl溶液的石蕊试纸，A、B两铜片通过导线连接电源两极，在铜片间的滤纸上滴一滴KMnO4溶液，通电一段时间后，发现A、B间的紫红色圆点向A极移动了一段距离，则与A相连的是电源的________极，可发现滤纸的B极边沿附近有________色出现。





[解析] 当通电一段时间后，A、B间的紫红色圆点向A极移动了，由于紫红色是MnOeq \\al(－,4)的颜色，即MnOeq \\al(－,4)向A极移动，因阴离子向阳极移动，所以A为电解池的阳极，则与A相连的是电源的正极，B为电解池的阴极，阴极区H＋放电生成H2，c(H＋)减小，c(OH－)增大，使石蕊试纸变蓝。


[答案] 正 蓝








实验1：将两根碳棒分别插进U形管内的CuCl2溶液中，如图①。





图① 图② 图③


实验2：将两根碳棒用导线连接后，浸入U形管内的CuCl2溶液中，如图②。


实验3：将两根碳棒分别跟直流电源的正极和负极相连接，浸入U形管内的CuCl2溶液中，再接通直流电，如图③。过一段时间后，再把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的电极附近。


[问题1] 实验1、实验2和实验3的现象有什么不同？实验3的两电极的现象是什么？


[提示] 实验1和实验2中均无明显现象。实验3中碳棒上有Cu析出，且有能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝的气体生成。


[问题2] 实验3中CuCl2溶液中通电前离子如何运动？通电后离子如何运动？根据实验现象和氯化铜溶液的组成成分以及原有知识分析推断两极生成物的名称。


[提示] 通电前CuCl2溶液中的Cu2＋、Cl－等自由运动。通电后Cu2＋和Cl－发生了定向移动。根据实验现象可知，与电源负极相连的一极有Cu生成，与电源正极相连的一极有Cl2生成。


[问题3] 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或失电子？


[提示] 电解时，溶液中离子的放电先后顺序与离子的氧化性或还原性有关，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。


[问题4] 溶液中有多种离子时，怎样判断电极产物？


[提示] 根据阳离子放电顺序判断阴极产物，根据电极材料的阴离子放电顺序判断阳极产物。





1．电极反应规律


(1)阴极：无论是惰性电极还是活泼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：溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中。其放电顺序：活泼金属阳极>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。


2．酸、碱、盐溶液电解规律(惰性电极)


用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表：





1．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，CuCl2eq \(=====,\s\up10(电解))Cu＋Cl2↑，故加入CuCl2使CuCl2溶液复原；B项，实质电解水：2H2Oeq \(=====,\s\up10(电解))2H2↑＋O2↑，故加水复原；C项，2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up10(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，减少的n(H2)∶n(Cl2)＝1∶1，故加入HCl复原；D项，2CuSO4＋2H2Oeq \(=====,\s\up10(电解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4，减少Cu、O两种原子，故不能加入含H元素的Cu(OH)2。]


2．用石墨作电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列有关叙述正确的是( )





A．逸出气体的体积：A电极＜B电极


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．电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性


D [SOeq \\al(2－,4)、OH－移向B电极，在B电极OH－放电，产生O2，B电极附近c(H＋)＞c(OH－)，石蕊溶液变红，Na＋、H＋移向A电极，在A电极H＋放电产生H2，A电极附近c(OH－)＞c(H＋)，石蕊溶液变蓝，C项错误、D项正确；A电极产生的气体体积大于B电极，A项错误；两种气体均为无色无味的气体，B项错误。]





1水溶液中，K＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋等离子不可能在阴极放电，即用电解相应水溶液的方法不可能得到K、Na、Mg、Al等活泼金属。


2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。


3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。


4电解质溶液恢复原状的方法：少什么加什么，少多少加多少。








1．如图所示装置中，属于电解池的是( )





A B C D


C [根据电解池的构成条件进行判断：装置A、B、D中无直流电源，装置D中不能形成闭合回路，故A、B、D不属于电解池。]


2．电解池中，阳极的电极材料一定( )


A．发生氧化反应 B．与电源正极相连


C．是铂电极D．得电子


B [若阳极材料为活泼金属，则直接发生氧化反应；若为惰性电极，则最易失电子的阴离子发生氧化反应。]


3．用石墨作阳极、铁棒作阴极电解熔融的氯化钠，下列说法正确的是( )


A．石墨电极周围有大量的钠离子


B．铁棒质量增加


C．电子通过熔融电解质流向铁棒


D．阴极发生氧化反应


B [氯离子移向阳极，发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；钠离子移向阴极，发生还原反应：2Na＋＋2e－===2Na。]


4．某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在如图中，下列有关分析完全正确的是( )





B [电子由电源的负极流出，故a是阴极，d是正极，溶液中阳离子移向阴极。]


5．用石墨作电极，在Na＋、Cu2＋、Cl－、SOeq \\al(2－,4)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)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)由阳极生成气体和转移电子的物质的量之比为1∶4，知阳极产生气体为O2,1 ml O2转移4 ml e－，金属与电子的物质的量之比为1∶2，故金属为＋2价，即Cu2＋，即为CuSO4。


[答案] (1)Na2SO4 (2)CuSO4 (3)NaCl (4)CuSO4发展目标
体系构建
1.从宏观和微观的角度理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动、阴阳两极上的反应及其变化、电流形成的过程和原理。


2.建立对电解过程的系统分析认识的思维模型，理解电解的规律，会判断电解的产物，会书写电解的电极反应式和总反应式。
实验现象
实验结论
电流表指针发生偏转
说明电解质溶液导电，形成闭合回路
与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质
析出金属铜
与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝
产生了氯气
电极产物的判断


(素养养成——宏观辨识与微观探析)
电解质及类别
电极反应式
电解


物质
pH


变化
溶液复


原方法
电解


水型
H2SO4含氧酸
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O


阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
H2O
减小
加入


H2O
NaOH强碱
增大
Na2SO4活泼金属的含氧酸盐
不变
电解


电解


质型
HCl无氧酸
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑


阴极：2H＋＋2e－===H2↑
HCl
增大
加入


HCl
CuCl2不活泼金属的无氧酸盐
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑


阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
CuCl2
加入


CuCl2
放H2


生碱


型
NaCl活泼金属的无氧酸盐
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑


阴极：2H＋＋2e－===H2↑
NaCl、


H2O
增大
加入


HCl
放O2


生酸


型
CuSO4不活泼金属的含氧酸盐
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O


阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
CuSO4、


H2O
减小
加入


CuO或


CuCO3
选项
A
B
C
D
a电极
阳极
阴极
阳极
阴极
d电极
正极
正极
负极
负极
Q离子
阳离子
阳离子
阴离子
阴离子