化学选修4 第四章 第三节 第1课时 电解池原理

〖复习回顾〗原电池：将化学能转变为电能的装置。想一想:构成原电池的条件是什么?ZnCuCuCl2溶液e-e-(1)两个活性不同的电极(2)电解质溶液(一般与活泼性强的电极能发生氧化还原反应)(3)形成闭合回路〖复习回顾〗原电池：将化学能转变为电能的装置。问一问:原电池的电极如何判断?ZnCuCuCl2溶液e-e-负极正极较活泼金属较不活泼金属或非金属电子流出电子流入氧化反应还原反应联想﹡质疑负极:正极:电池总反应:

如果把两根石墨棒作电极插入CuCl2溶液中,外接直流电源,这还是原电池装置吗?〖复习回顾〗写一写:原电池的电极反应式?Zn–2e-=Zn2+Cu2++2e-=CuZn+Cu2+=Zn2++Cu

G

ZnCu

CCCuCl2溶液CuCl2溶液第四章电化学基础第三节电解池1/15/2023第1课时电解池原理伏特戴维电化学的丰硕成果

1799年意大利物理学家伏特发明了将化学能转化为电能的电池,使人类第一次获得了可供实用的持续电流。

1807英国化学家戴维,采用电解法发现钾元素,随后又采用电解法,发现许多元素:他成为发现化学元素最多的科学家。氢气氧气

电解电解水:2H2O====2H2↑＋O2↑+-

电解池是如何将电能转换成化学能的?

实验:在U形管中注入CuCl2溶液,插入两根石墨棒作电极,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“阳极”附近。接通直流电源,观察U形管内的现象和试纸颜色的变化。阅读教材P79“实验4-2”观察现象

(1)将两根碳棒分别浸入盛有CuCl2溶液U型管,浸一会儿取出;现象:

(2)用导线连接两根碳棒后再浸入CuCl2溶液一段时间;现象:

(3)浸入CuCl2溶液的两根碳棒分别跟直流电源的正极和负极相连接,把湿润KI试纸放在与直流电源的正极相连的电极附近,过一段时间。

现象:

碳棒表面无明显变化碳棒表面仍无明显变化与电源负极相连的碳棒覆盖有一层红色物质,与电源正极相连的碳棒表面放出使湿润KI试纸变蓝色的气体.[实验4-2]阴极

CuCl2溶液在电流的作用下发生了化学变化,分解生成了Cu和Cl2阳极氯气铜CuCl2溶液有气泡,气体有刺激性气味,并能使湿润的KI淀粉试纸变蓝碳棒上有一层红色的物质析出现象阴极:阳极:——铜——Cl2

结论:CuCl2(aq)Cu+Cl2↑电解Cu2++2Cl-

Cu+Cl2↑电解阴极阳极CCCuCl2溶液实验后的思考:

(1)通电前,氯化铜溶液里主要存在哪些离子?这些离子的运动情况怎样?(2)通电后,这些离子的运动情况有什么改变?(3)当离子定向运动到电极表面上时,发生了什么变化?电解氯化铜溶液微观模拟电解氯化铜溶液的微观反应过程Cl-Cl-Cl-Cl-Cu2+Cu2+Cu2+、Cl-无规则运动Cu2+、Cl-定向运动Cl-Cl-Cl-Cl-Cu2+Cu2+Cu2+、Cl-发生电子得失ClClClClCuCu阴阳两极上生成Cu、Cl2Cl2Cl2ee

归纳总结阳极:2CI--2e-=CI2↑

(氧化反应)阴极:Cu2++2e-=Cu(还原反应)阴离子向阳极迁移阳离子向阴极迁移由电源负极流向电解池阴极,再由电解池阳极流回电源正极1.电子:2.离子:3.电极反应:超级猜想

CuCl2溶液在导电时会不会发生化学反应?会

在直流电的作用下溶液中的CuCl2被分解,在阴极析出还原产物Cu,在阳极析出氧化产物Cl2,实现了电能转换为化学能。

结论一.电解原理

1.电解:电流通过电解质溶液(或熔化的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。

2.电解池:把电能转化为化学能的装置叫做电解池(电解槽)。

3.电解池结构:直流电源电解质溶液电极(常用惰性电极:Pt、Au或石墨)阳极:接电源正极阴极:接电源负极阳极阴极CuCl2溶液【思考1】形成电解池的条件是什么?

组成闭合回路e-e-CCCuCl2溶液4.电极的判断:阴极:与电源负极相连,电子流入,发生还原反应阳极:与电源正极相连,电子流出,发生氧化反应阴极阳极【思考2】电解池的两极是怎样确定的?【思考3】如何书写电极反应方程式和总方程式?5.电极反应:阳极:2Cl--2e-=Cl2↑阴极:Cu2++2e-=Cu（氧化反应）（还原反应）总反应式:【思考4】在电解过程中,电子、离子是如何形成闭合回路的?

CuCl2(aq)Cu+Cl2↑电解Cu2++2Cl-

Cu+Cl2↑电解(电解CuCl2溶液)电源负极↓电解池阴极

↓溶液中的阳离子向阴极移动并在阴极获得电子,同时溶液中的阴离子向阳极移动

↓在阳极表面失去电子

↓电子沿阳极回到电源正极6.在电解过程中电子的流动方向

注意:电子只在外电路定向移动,不能从溶液中移动【思考5】电解质溶液导电的实质是什么?2Cl--2e-=Cl2电子流向阳极阴极e-氧化反应还原反应CuCl2溶液

电解:CuCl2Cu+Cl2↑通电Cu2++2e-=2Cu7.电解质溶液导电的实质电解质溶液(或熔融态电解质)的导电过程,实质就是电解质溶液(或熔融态电解质)的电解过程

e-阴离子移向阳离子移向(电解CuCl2溶液)与电源正极相连阳极阴极与电源负极相连发生氧化反应阳离子移向阴离子移向发生还原反应电源、电极、电极反应关系我来总结电解原理并不难，惰性材料做极板；两板接通直流电，阳极氧化阴极还。再加CuCl2变小【思考6】电解后氯化铜的浓度如何变化?【思考7】若要使电解质溶液复原,怎么办?【思考8】什么叫放电?【思考9】电解氯化铜为什么是Cu2+

Cl-放电,而不是H+和OH-?阴极:

得电子能力Cu2+>H+阳极:失电子能力Cl->OH-放电:阴离子失去电子,阳离子得到电子的过程。【思考10】阳离子和阴离子是否放电与什么因素有关?阳离子放电:与阳离子的氧化性的相对强弱有关阴离子放电:与阴离子的还原性的相对强弱有关阴极:

阳离子___电子,发生____反应,_____越强,

反应越容易。阳极:

阴离子___电子,发生____反应,_____越强,

反应越容易。得还原氧化性失氧化还原性

阴极:氧化性强的阳离子先放电常见阳离子放电顺序：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+

>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+

阳极:还原性强的阴离子先放电

常见阴离子放电顺序：①当阳极为惰性电极(石墨、铂、金)时,

S2->I->Br->Cl->OH-

>含氧酸根>F-8.常见离子放电顺序【思考11】阴阳离子的放电顺序是什么?【想一想】

若以铜为阳极,铁为阴极,电解氯化

铜溶液,情况又如何?阳极:Cu–2e-=Cu2+阴极:Cu2++2e-=Cu阴极:阳离子得电子,发生还原反应,氧化性越强,反应越容易。

常见阳离子放电顺序：

Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+阳极:阴离子失电子,发生氧化反应,还原性越强,反应越容易。①当阳极为惰性电极(石墨、铂、金)时,常见阴离子放电顺序：

S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-②当阳极为金属电极(除铂、金)时,金属电极优先放电。8.常见离子放电顺序【思考12】电解氯化铜溶液时,溶液中Cu2＋和Cl-放电基本完毕后同,电解过程是否也就停止了呢?

溶液中Cu2+和Cl-放电完毕后,原溶液变为纯水,此时,在纯水中存在H+和OH-,H+在阴极放电,OH-在阳极放电,实际上是电解水的过程,所以:

阴极:4H++4e-=2H2↑

阳极:4OH--4e-=2H2O+O2↑

总反应:2H2O=2H2↑+O2↑（1）阴极附近阳离子:H+、Na+

放电顺序:H+>Na+

阴极:2H++2e-=H2↑（2）阳极附近阴离子:OH-、Cl-

放电顺序:Cl->OH-

阳极:2Cl--2e-=Cl2↑总反应:2NaCl+2H2O==2NaOH+H2↑+Cl2↑【思考14】氯化钠溶液换成熔融的氯化钠,其结果又如何呢?写出电极反应。【思考13】若把电解氯化铜装置中电解质换成氯化钠,其结果又如何呢?写出电极反应。电解

熔融氯化钠中只有Na+和Cl-,Na+在阴极放电生成金属钠,Cl-在阳极放电生成氯气。阴极:2Na++2e-=2Na

(还原反应)阳极:2Cl--2e-=Cl2↑

(氧化反应)总式:

2NaCl2Na+Cl2↑通电阴极阳极氯气钠熔融NaCl

【思考15】分析电解反应(用惰性电极时)的一般思路是什么?②明确溶液中存在哪些离子③判断阴阳离子的放电顺序④根据阳极氧化,阴极还原分析得出产物【小结1】分析电解反应的一般思路:①判断电极材料【思考16】电解池与原电池有哪些异同呢?【小结3】

电解池与原电池有哪些异同①两电极接直流电源②电解质溶液③形成闭合回路①活泼性不同的两电极②电解质溶液③形成闭合回路形成条件将电能转变成化学能的装置将化学能转变成电能的装置定义装置实例电解池原电池装置【小结3】

电解池与原电池有哪些异同(续)电源负极→电解池阴极电解池阳极→电源正极电子流向阳极:氧化反应,溶液中的阴离子失电子或电极金属失电子阴极:还原反应,溶液中的阳离子得电子负极:氧化反应,金属失电子正极:还原反应,溶液中的阳离子得电子电极反应阳极:与电源正极相连阴极:与电源负极相连负极:较活泼金属正极:较不活泼金属（或能导电的非金属）电极名称电解池原电池装置负极正极导线【思考17】电解池有什么规律?阳极阴极氧气氢气Na2SO4溶液实例电极反应浓度PH值复原Na2SO4阴极:4H++4e-=2H2↑变大

加H2O2H2O2H2+O2↑电解不变阳极:4OH--4e-

=2H2O+O2↑第一组:电解Na2SO4【小结4】电解规律阴极阳极氧气氢气第一组:电解H2SO4【小结4】电解规律实例电极反应浓度PH值复原H2SO4H2SO4溶液阴极:4H++4e-=2H2↑变大变小加H2O2H2O==2H2↑+O2↑通电阳极:4OH--4e-=2H2O+O2↑

阴极阳极氧气氢气第一组:电解NaOH【小结4】电解规律NaOH溶液实例电极反应浓度PH值复原NaOH阳极:4OH--4e-

=2H2O+O2↑

变大变大加H2O2H2O==2H2↑+O2↑阴极:4H++4e-=2H2↑通电

(用惰性电极电解时)1.电解水型。如电解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液时其电极反应式为:阳极:4OH--4e-＝2H2O+O2↑阴极:4H++4e-＝2H2↑总反应:2H2O＝＝O2↑+2H2↑电解

电解后溶液中溶质的质量分数增大,若要恢复原来的浓度,只需加入一定量的水即可。PH变化

阳极:

阴极:

溶液:【小结4】电解规律【小结4】电解规律阴极阳极氯气铜CuCl2溶液实例电极反应浓度PH值复原CuCl2阳极:2Cl--2e-=Cl2↑阴极:Cu2++2e-=2Cu↓减小加CuCl2

CuCl2Cu+Cl2↑电解增大第二组:电解CuCl22.电解电解质型。即本身被电解。如电解盐酸、CuCl2溶液等时

电解后溶液中溶质的质量分数减小,若要恢复原来的组成和浓度,需加入一定量的溶质(通入一定量的HCl气体)阳极:2Cl--2e-＝Cl2↑阴极:2H++2e-＝H2↑总反应:2HCl＝＝Cl2↑+H2↑电解电解盐酸PH变化

阴极:

溶液:

(用惰性电极电解时)【小结4】电解规律实例电极反应浓度PH值复原CuSO4阳极阴极氧气铜阳极:4OH--4e-

=2H2O+O2

↑阴极:2Cu2++4e-=2Cu减小减小CuSO4溶液2CuSO4+2H2O2Cu+O2

↑+2H2SO4电解

加CuO第三组:电解CuSO4【小结4】电解规律2.电解电解质+水型。如电解CuSO4溶液

AgNO3溶液等——放氧生酸型。阳极:4OH--4e-＝2H2O+O2↑阴极:2Cu2++4e-＝2Cu总反应:2CuSO4+2H2O＝2Cu+O2↑+2H2SO4

电解

电解后原溶液中溶质的质量分数减小,若要恢复原来的组成和浓度,需加入一定量

金属氧化物。电解CuSO4溶液PH变化

阳极:

溶液:

(用惰性电极电解时)【小结4】电解规律阳极阴极氯气氢气NaCl溶液实例电极反应浓度PH值复原NaCl阳极:2Cl--2e-=Cl2↑阴极:2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑减小增大加HCl电解第四组:电解NaCI【小结4】电解规律4.电解电解质+水型。如电解NaCl溶等——放氢生碱型。

电解后原溶液中溶质的质量分数减小,若要恢复原来的组成和浓度,需通入一定量的HCl。阳极(C):2Cl--2e-＝Cl2↑阴极(C):2H++2e-＝H2↑总反应:2NaCl+2H2O＝2NaOH+Cl2↑+H2↑电解PH变化

阴极:

溶液:

(用惰性电极电解时)【小结4】电解规律

电解质溶液用惰性电极电解的示例:电解类型举例电极反应溶液PH变化溶液复原方法物质类别实例仅溶剂水电解

仅溶质电解

溶质和溶剂都电解

含氧酸H2SO4强碱NaOH活泼金属的含氧酸盐Na2SO4无氧酸HCl阴极:4H++4e-=2H2↑阳极:4OH-－4e-=O2↑+2H2O减小增大不变H2O阳极:2Cl-－2e-=Cl2↑阴极:2H++2e-=H2↑增大HCl不活泼金属的无氧酸盐CuCl2阳极:2Cl-－

2e-=Cl2↑阴极:Cu2++2e-=Cu↓增大CuCl2活泼金属的无氧酸盐NaCl阳极:2Cl-－2e-=Cl2↑阴极:2H++2e-=H2↑增大HCl不活泼金属的含氧酸盐CuSO4阳极:4OH--4e-=O2↑+2H2O阴极:2Cu2++4e-=2Cu↓减小CuO放氢生碱放氧生酸电解规律（惰性电极）小结

阳极:S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-

ⅠⅡⅢⅣⅠ与Ⅲ区:电解本身型如CuCl2

、HClⅠ与Ⅳ区:放氢生碱型如NaClⅡ与Ⅲ区:放氧生酸型如CuSO4、AgNO3Ⅱ与Ⅳ区:电解水型如Na2SO4、H2SO4

、NaOH阴极:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>