高中化学 第四章 第三节 第1课时 电解原理课件 新人教版选修4-新人教版高中选修4化学课件

1、第三节电解池第三节电解池第第1 1课时电解原理课时电解原理 新课导入新课导入(教师用书备用教师用书备用) )18071807年年, ,当英国化学家戴维将铂电极插入熔融的氢氧化钾并接通直流电当英国化学家戴维将铂电极插入熔融的氢氧化钾并接通直流电源时源时, ,奇迹发生了奇迹发生了, ,在阴极附近产生一种银白色的金属在阴极附近产生一种银白色的金属, ,随即形成紫色的随即形成紫色的火焰。这就是发现钾元素的主要过程火焰。这就是发现钾元素的主要过程, ,当时在社会上引起轰动。当时在社会上引起轰动。这其中的奥妙是什么这其中的奥妙是什么? ?下面就让我们一起探讨吧下面就让我们一起探讨吧! ! 学习目标学习目标

2、 1.1.初步了解放电顺序。初步了解放电顺序。( (素养素养: :变化观念与平衡思想变化观念与平衡思想) )2.2.理解电解池的构成及工作原理。理解电解池的构成及工作原理。( (素养素养: :宏观辨识与微观探析宏观辨识与微观探析) )3.3.掌握电解池电极反应式和总反应方程式的书写。掌握电解池电极反应式和总反应方程式的书写。( (素养素养: :证据推理与证据推理与模型认知模型认知) )知识分点突破知识分点突破能力总结提升能力总结提升知识分点突破知识分点突破知识点知识点1 1电解池的工作原理电解池的工作原理基础梳理基础梳理1.1.电解与电解池电解与电解池还原还原 氧化氧化 电电化学化学2.2.电

3、解池构成条件及工作原理电解池构成条件及工作原理正极正极氧化反应氧化反应负极负极还原反应还原反应正正负负疑难探究疑难探究如图所示如图所示, ,在在U U形管中注入形管中注入CuClCuCl2 2溶液溶液, ,插入两根石墨棒电极并接通直流插入两根石墨棒电极并接通直流电源。电源。 问题导思问题导思 1.1.如何判断一套装置是原电池还是电解池如何判断一套装置是原电池还是电解池? ?提示提示: :一看有无外接电源一看有无外接电源, ,二看电极材料。电解池中的阳极一般为活泼性二看电极材料。电解池中的阳极一般为活泼性较差的导电材料较差的导电材料, ,且两极可以使用相同材料。且两极可以使用相同材料。2.2.阴

4、、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区别和联系? ?提示提示: :原电池中原电池中, ,阳离子移向正极阳离子移向正极; ;阴离子移向负极阴离子移向负极; ;电解池中电解池中, ,阳离子移阳离子移向阴极向阴极; ;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移向阳极。即阳离子都是移向发生还原反应的电极, ,阴离阴离子都是移向发生氧化反应的电极。子都是移向发生氧化反应的电极。3.3.在氯化铜溶液中除了在氯化铜溶液中除了CuCu2+2+和和ClCl- -之外还有之外还有H H+ +和和OHOH-

5、-, ,这两种离子为什么没这两种离子为什么没有得到或失去电子有得到或失去电子? ?提示提示: :电解时电解时, ,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。还原性强的阴离子先失电子被氧化。CuCu2+2+比比H H+ +更容易得电子更容易得电子, ,而而ClCl- -比比OHOH- -更容易失电子更容易失电子, ,可从氧化性强弱的角度可从氧化性强弱的角度比较得电子的顺序比较得电子的顺序, ,从还原性强弱的角度比较失电子的顺序。从还原性

6、强弱的角度比较失电子的顺序。 归纳总结归纳总结 1.1.解决电解问题的基本思路解决电解问题的基本思路哪些离子哪些离子通电前电解质溶液中含有的离子种类通电前电解质溶液中含有的离子种类( (包括水电离出的包括水电离出的H H+ +和和OHOH- -) )谁优先放电谁优先放电通电时通电时, ,阴离子移向阳极阴离子移向阳极, ,阳离子移向阴极阳离子移向阴极, ,结合放电结合放电顺序分析放电物质顺序分析放电物质分析电解结果分析电解结果写电极反应式写电极反应式, ,结合要求分析结合要求分析, ,如两极现象、水的电如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、离平衡移动、离子浓度的变化、pHpH的变化等的变

7、化等2.2.做到做到“三看三看”, ,正确书写电极反应式正确书写电极反应式(1)(1)一看电极材料一看电极材料, ,若是金属若是金属(Au(Au、PtPt除外除外) )作阳极作阳极, ,金属一定失电子金属一定失电子( (注注:Fe:Fe生成生成FeFe2+2+) )。(2)(2)二看介质二看介质, ,介质是否参与电极反应。介质是否参与电极反应。(3)(3)三看是否有特殊信息三看是否有特殊信息( (如题目信息如题目信息),),若电解目的是制取氧化铝若电解目的是制取氧化铝, ,则则阳极产物不能是阳极产物不能是AlAl3+3+。3.3.电解池中方程式书写的电解池中方程式书写的3 3个关键点个关键点(

8、1)(1)书写电解池中电极反应式时书写电解池中电极反应式时, ,一般以实际放电的离子表示一般以实际放电的离子表示, ,但书写但书写总电解反应方程式时总电解反应方程式时, ,弱电解质一定要写成化学式。弱电解质一定要写成化学式。(2)(2)电极反应的书写首先根据题干要求及信息大胆写出反应物和生成电极反应的书写首先根据题干要求及信息大胆写出反应物和生成物物, ,然后根据然后根据“阴阴( (极极) )得得(e(e- -) )阳阳( (极极) )失失(e(e- -) )”加上得失电子数目加上得失电子数目, ,最后最后根据电解质溶液酸碱性补上根据电解质溶液酸碱性补上H H+ +、OHOH- -或或H H2

9、 2O,O,依据电荷守恒配平。依据电荷守恒配平。(3)(3)要确保两极得失电子数目相等要确保两极得失电子数目相等, ,且总反应注明条件且总反应注明条件“电解电解”。题点一电解池的结构题点一电解池的结构C C题组例练题组例练C C2.2.(2018(2018福建泉州泉港一中期中福建泉州泉港一中期中) )下列说法中正确的是下列说法中正确的是( ( ) )A.A.在原电池中在原电池中, ,物质在负极发生还原反应物质在负极发生还原反应B.B.在原电池中在原电池中, ,电子由正极流向负极电子由正极流向负极C.C.在电解池中在电解池中, ,物质在阴极发生还原反应物质在阴极发生还原反应D.D.在电解池中在电

10、解池中, ,与电源正极相连的电极是阴极与电源正极相连的电极是阴极解析解析: :原电池中负极应该发生失电子的氧化反应原电池中负极应该发生失电子的氧化反应,A,A错误错误; ;原电池中电原电池中电子由负极流向正极子由负极流向正极,B,B错误错误; ;电解池中阴极发生得电子的还原反应电解池中阴极发生得电子的还原反应,C,C正正确确; ;在电解池中在电解池中, ,与电源正极相连的电极是阳极与电源正极相连的电极是阳极,D,D错误。错误。 题后悟道题后悟道 电解池的阴、阳极的判断方法电解池的阴、阳极的判断方法题点二电解池工作时电极方程式的书写题点二电解池工作时电极方程式的书写D D3.3.用如图所示装置除

11、去含用如图所示装置除去含CNCN- -、ClCl- -废水中的废水中的CNCN- -时时, ,控制溶液控制溶液pHpH为为9 910,10,阳极产生的阳极产生的ClOClO- -将将CNCN- -氧化为两种无污染的气体氧化为两种无污染的气体, ,下列说法不正确的是下列说法不正确的是( ( ) )C C4.4.如图为如图为EFCEFC剑桥法用固体二氧化钛剑桥法用固体二氧化钛(TiO(TiO2 2) )生产海绵钛的装置示意图生产海绵钛的装置示意图, ,其其原理是在较低的阴极电位下原理是在较低的阴极电位下,TiO,TiO2 2( (阴极阴极) )中的氧解离进入熔融盐中的氧解离进入熔融盐, ,阴极最阴

12、极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是后只剩下纯钛。下列说法中正确的是( ( ) ) 题后悟道题后悟道 电解池中电极反应式的书写步骤电解池中电极反应式的书写步骤题点三电解池电极产物的判断题点三电解池电极产物的判断B B5.5.用石墨作电极电解用石墨作电极电解CuClCuCl2 2和和KClKCl的混合溶液的混合溶液, ,电解初期阴极和阳极分别电解初期阴极和阳极分别析出的物质是析出的物质是( ( ) )A.HA.H2 2、ClCl2 2B.CuB.Cu、ClCl2 2C.HC.H2 2、O O2 2D.CuD.Cu、O O2 2D D6.6.(2018(2018河南镇平一中月考河南镇平一中月考)

13、)对于冶炼像钠、钙、镁、铝这样活泼的金属对于冶炼像钠、钙、镁、铝这样活泼的金属, ,电解法几乎是唯一可行的工业方法。下列有关说法中正确的是电解法几乎是唯一可行的工业方法。下列有关说法中正确的是( ( ) )A.A.电解熔融电解熔融NaOHNaOH可生成金属钠、可生成金属钠、O O2 2以及以及H H2 2B.B.电解熔融电解熔融CaClCaCl2 2时时, ,金属钙在阳极生成金属钙在阳极生成C.C.可用电解饱和可用电解饱和MgClMgCl2 2溶液的方法获得金属镁溶液的方法获得金属镁D.D.电解熔融电解熔融AlAl2 2O O3 3制备金属铝时制备金属铝时, ,要加入冰晶石要加入冰晶石, ,使

14、使AlAl2 2O O3 3在较低温度下熔解在较低温度下熔解解析解析: :制取金属钠的方法是电解熔融的氯化钠制取金属钠的方法是电解熔融的氯化钠,A,A错误错误; ;电解熔融电解熔融CaClCaCl2 2时时, ,钙离子在阴极得到电子变为金属钙钙离子在阴极得到电子变为金属钙,B,B错误错误; ;电解饱和电解饱和MgClMgCl2 2溶液时溶液时得不到金属镁得不到金属镁, ,只有电解熔融的氯化镁时才会得到金属镁只有电解熔融的氯化镁时才会得到金属镁,C,C错误错误;D;D正确。正确。 题后悟道题后悟道 电解时电极产物的判断电解时电极产物的判断知识点知识点2 2酸、碱、盐溶液的电解酸、碱、盐溶液的电解

15、基础梳理基础梳理用惰性电极电解酸、碱、盐溶液的一般规律用惰性电极电解酸、碱、盐溶液的一般规律增大增大减小减小不变不变增大增大电解电电解电解质型解质型电解质电离出的阴、阳电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电离子分别在两极放电HClHCl电解质电解质 . .通入通入 . .CuClCuCl2 2电解质电解质- -加入加入 . .放放H H2 2生碱型生碱型阴极阴极:H:H2 2O O放放H H2 2生碱生碱阳极阳极: :电解质阴离子放电解质阴离子放电电NaClNaCl电解电解质和水质和水 . .通入通入 . .放放O O2 2生酸型生酸型阴极阴极: :电解质阳离子放电解质阳离子放电电阳极阳极:H

16、:H2 2O O放放O O2 2生酸生酸CuSOCuSO4 4电解电解质和水质和水 . .加入加入 . . . .HClHCl氯化铜氯化铜增大增大HClHCl减小减小CuOCuO或或CuCOCuCO3 3疑难探究疑难探究如图为电解饱和食盐水的装置如图为电解饱和食盐水的装置问题导思问题导思1.1.上述装置电解一段时间后上述装置电解一段时间后, ,如何再恢复到原来的饱和食盐水的状态如何再恢复到原来的饱和食盐水的状态? ?提示提示: :通入通入HClHCl气体。气体。2.2.若将饱和食盐水改为氢氧化钾溶液时若将饱和食盐水改为氢氧化钾溶液时, ,用惰性电极电解用惰性电极电解, ,氢氧化钾的氢氧化钾的物

17、质的量如何变化物质的量如何变化? ?溶液的溶液的pHpH如何变化如何变化? ?提示提示: :惰性电极电解氢氧化钾溶液时惰性电极电解氢氧化钾溶液时, ,实质是电解水实质是电解水, ,氢氧化钾的物质的氢氧化钾的物质的量不变量不变, ,但溶剂水的量减小但溶剂水的量减小, ,其物质的量浓度增大其物质的量浓度增大, ,故溶液的故溶液的pHpH增大。增大。3.3.若将饱和食盐水改为硝酸银溶液若将饱和食盐水改为硝酸银溶液, ,用惰性电极电解一段时间用惰性电极电解一段时间, ,若恢复若恢复原溶液的状态原溶液的状态, ,应加入何种物质应加入何种物质? ? 归纳总结归纳总结 1.1.电解规律题的解题思路电解规律题

18、的解题思路(1)(1)明确电解目的明确电解目的, ,理解电解原理。理解电解原理。(2)(2)准确判断电解池的阴极、阳极。准确判断电解池的阴极、阳极。(3)(3)看清阳极的电极材料是活性电极还是惰性电极。看清阳极的电极材料是活性电极还是惰性电极。(4)(4)熟记各种离子的放电顺序及阴、阳离子的移动方向。熟记各种离子的放电顺序及阴、阳离子的移动方向。(5)(5)注意特殊条件注意特殊条件: :如阴如阴( (阳阳) )离子交换膜等。离子交换膜等。(6)(6)规范书写电极反应式、电解总反应式规范书写电极反应式、电解总反应式( (条件注明电解条件注明电解),),明确计算明确计算依据。依据。2.2.电解质溶

19、液恢复时的注意事项电解质溶液恢复时的注意事项用惰性电极电解电解质溶液时用惰性电极电解电解质溶液时, ,若使电解后的溶液恢复原状态若使电解后的溶液恢复原状态, ,应遵循应遵循“缺什么加什么缺什么加什么, ,缺多少加多少缺多少加多少”的原则。一般加入阴极产物与阳极产的原则。一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。注意物的化合物。注意: :若两极产物是若两极产物是H H2 2和和ClCl2 2, ,加的是加的是HClHCl气体而不是稀盐酸气体而不是稀盐酸; ;若两极产物是若两极产物是CuCu和和O O2 2, ,加入加入CuOCuO或或CuCOCuCO3 3都可以复原都可以复原, ,因为因为CuCOCu

20、CO3 3可以写成可以写成CuOCuOCOCO2 2, ,在与酸反应时在与酸反应时, ,其中的其中的COCO2 2会生成气体逸出会生成气体逸出, ,而不能加入而不能加入Cu(OH)Cu(OH)2 2和和CuCu2 2(OH)(OH)2 2COCO3 3。3.3.电解池电解池pHpH变化的判断方法变化的判断方法(1)(1)根据电极反应式判断阴、阳极区溶液根据电极反应式判断阴、阳极区溶液pHpH的变化的变化, ,若阴极若阴极H H+ +放电放电, ,则阴则阴极区极区c(OHc(OH- -) )增大增大,pH,pH增大增大; ;若阳极若阳极OHOH- -放电放电, ,则阳极区则阳极区c(Hc(H+

21、+) )增大增大,pH,pH减小。减小。(2)(2)根据电解反应方程式判断电解质溶液根据电解反应方程式判断电解质溶液pHpH变化变化, ,若生成碱若生成碱, ,则溶液的则溶液的pHpH增大增大; ;若生成酸若生成酸, ,则溶液的则溶液的pHpH减小减小; ;若电解水若电解水, ,通过溶液的浓度变化来分通过溶液的浓度变化来分析溶液析溶液pHpH变化。变化。题组例练题组例练1.1.用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液, ,在电解的过程中在电解的过程中, ,溶液溶液的的pHpH依次为升高、不变、降低的是依次为升高、不变、降低的是( ( ) )A.AgNOA

22、.AgNO3 3CuClCuCl2 2Cu(NOCu(NO3 3) )2 2B.KClB.KClNaNa2 2SOSO4 4CuSOCuSO4 4C.CaClC.CaCl2 2KOHKOHNaNONaNO3 3D.HClD.HClHNOHNO3 3K K2 2SOSO4 4B B解析解析: :由电解电解质溶液的四种类型可知由电解电解质溶液的四种类型可知: :类型类型化学物质化学物质pHpH变化变化放放O O2 2生酸型生酸型CuSOCuSO4 4、AgNOAgNO3 3、Cu(NOCu(NO3 3) )2 2降低降低放放H H2 2生碱型生碱型KClKCl、CaClCaCl2 2升高升高电解电

23、解质型电解电解质型CuClCuCl2 2HClHCl升高升高电解电解H H2 2O O型型NaNONaNO3 3、NaNa2 2SOSO4 4、K K2 2SOSO4 4不变不变KOHKOH升高升高HNOHNO3 3降低降低C C2.2.以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水, ,关于两个电解池反应的说法关于两个电解池反应的说法正确的是正确的是( ( ) )A.A.电解结束后电解结束后, ,均可以加水恢复原溶液均可以加水恢复原溶液B.B.电解结束后所得液体的电解结束后所得液体的pHpH相同相同C.C.阴极反应式相同阴极反应式相同D.D.通过相同电量时生成的气体总体积相等通过相同电量时生成的气体总体积相等( (同温同压同温同压) ) 题后悟道题后悟道 以惰性电极电解电解质溶液以惰性电极电解电解质溶液, ,分析电解反应的一般方法和步骤分析电解反应的一般方法和步骤(1)(1)分析电解质溶液的组成分析电解质溶液的组成, ,找出有关离子找出有关离子, ,并分为阴离子、阳离子两组并分为阴离子、阳离子两组; ;(2)(2)分别对阴、阳离子排出放电顺序分别对阴、阳离子排出放电顺序, ,写出电极反应式写出电极反应式; ;(3)(3)合并两个电极反应式合并