电解原理及其应用 课件(共37张PPT)2023-2024学年高二化学同步专题（人教版2023选择性必修1）

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2023-2024学年

选择性必修1(人教版2023)

第四章化学反应与电能

电解原理及其应用

突破点1.从微观层面理解电解池

重难归纳

1.电解原理示意图。

①电子移动方向：

电源负极→电解池___极；电解池的___极→电源的正极。

②离子移动方向：

阳离子：移向电解池___极；阴离子：移向电解池___极。

③电流移动方向：

电源的___极→电解池___极；电解池___极→电源负极。

阴

阳

阴

阳

正

阳

阴

(1)从电子、离子、电流的移动方向角度理解电解池的工作原理

一幅图理解电子、离子、电流的移动方向

(注意：)电子不能通过电解质溶液。

(2)从离子的放电先后顺序角度理解电解池的工作原理

2.原电池与电解池的比较。

装置类别原电池电解池

原理使氧化还原反应中电子的转移定向移动,从而形成电流使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程

装置特点将化学能转化成电能将电能转化成化学能

装置类别原电池电解池

实例

电极名称负极正极阴极阳极

反应类型氧化反应还原反应还原反应氧化反应

装置类别原电池电解池

反应特征自发的氧化还原反应(主动)借助电流(被动)

电极判断由电极本身决定正极:流入电子负极:流出电子由外接电源决定

阳极:与电源正极相连

阴极:与电源负极相连

电子流向由负极经导线流入正极由外接电源负极经导线流入电解池阴极;由电解池阳极经导线流入外接电源正极

离子移动阳离子向正极移动阴离子向负极移动阳离子向阴极移动

阴离子向阳极移动

典例剖析

电解CuCl2溶液的装置如图所示,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电极质量增大

D.电解过程中,氯离子浓度不变

答案:C

解析: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,C项正确。

C

2.如图所示,X、Y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增大,b极板处有无色、无臭气体放出。符合这一情况的是下表中的()。

选项a极板b极板X电极Z溶液

A锌石墨负极CuSO4溶液

B石墨石墨负极NaOH溶液

C银铁正极AgNO3溶液

D铜石墨负极CuCl2溶液

A

解析:由题意知,通电后a极板质量增大,说明有金属析出,由此可知,a极为电解池的阴极,则X为电源负极,B、C两项均不符合题意;又因为b极放出的是无色、无臭的气体,D项不符合题意。

C

提升点1：电解池两极的判断及电极反应式的书写

1．电解池阴、阳极判断的“五种方法”

2.电解池中电极反应式的书写规律。

电解池中电极反应式的书写关键是掌握离子的放电顺序。

(1)阴极与电源负极相连,得电子发生还原反应。其规律有两个:一是电极本身不参加反应;二是电解质溶液中氧化性强的阳离子先得电子,如Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+,要注意金属活动性顺序中铝及铝前面的金属离子在溶液中不放电。

(2)阳极与电源正极相连,失去电子发生氧化反应。其规律有两个:一是若阳极为非惰性电极(除铂、金之外的金属作电极),电极本身失去电子被氧化,电解质溶液中的阴离子不参与电极反应;二是若阳极为惰性电极(铂、金或非金属作电极),电解质溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化,如S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根。

(3)特别注意:书写电解池中电极反应式时,要以实际放电的离子表示,但书写总电解反应方程式时,弱电解质要写成分子式。如用惰性电极电解氢氧化钠溶液,阳极发生氧化反应,电极反应式为4OH--4e-══2H2O+O2↑;阴极发生还原反应,电极反应式为2H++2e-══H2↑,总反应式表示为2H2O2H2↑+O2↑。

“三看法”正确书写电解反应式

1．按要求书写电极反应式和总反应方程式：

(1)用惰性电极电解熔融的MgCl2

阳极反应式：_______________________；

阴极反应式：_______________________；

总反应离子方程式：_________________。

(2)用铜作电极电解盐酸溶液

阳极反应式：________________；

阴极反应式：________________；

总反应离子方程式：_______________。

(3)用铁作电极电解NaCl溶液

阳极反应式：__________________；

阴极反应式：__________________；

总反应离子方程式：_______________。

2.按要求书写电极反应式和总反应方程式：

(1)用惰性电极电解MgCl2溶液

阳极反应式：

_____________________；

阴极反应式：

_____________________；

总反应离子方程式：

_______________。

(2)用Al作电极电解NaOH溶液

阳极反应式：

_____________________；

阴极反应式：

_____________________

总反应离子方程式：

___________________

(3)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜

阳极反应式：

__________________________；

阴极反应式：

_________________________；

总反应方程式：

___________________________。

(4)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl7－和AlCl4－组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应式为______________。

若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。

重难归纳

1.电解池中电解产物的判断。

电解池中的电解产物,与溶液中的离子的放电顺序有关,阳极产物还与电极材料有关。

突破点2．从宏观层面应用电解池

(1)阳极产物。

①若阳极为活性金属电极,则金属失电子溶解,一般生成相应金属阳离子(Fe生成Fe2+而不是生成Fe3+),此时溶液中的离子不放电。

②若阳极为惰性电极(Pt、C等),则溶液中的离子放电,放电的一般顺序是S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子>F-,即在水溶液中含氧酸根离子和F-不放电,阳极产物一般为对应非金属单质。

(2)阴极产物。

阴极产物与电极材料无关,直接根据阳离子放电顺序进行判断。一般放电顺序是Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。

阳离子放电后的产物一般是相应单质,但是在水溶液中Fe3+放电后的产物一般是Fe2+。

离子的放电顺序也不是绝对的,放电情况与离子性质、溶液浓度、电流和电极材料等有关。

①K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+在水溶液中不放电,要使这些离子放电,需电解熔融电解质,如熔融NaCl、熔融MgCl2、熔融Al2O3等。

②在水溶液中,当H+浓度较小时,放电能力Zn2+>H+;当H+浓度较大时,放电能力H+>Zn2+。

2.酸、碱、盐溶液的电解规律(惰性电极)。

用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液。

典例剖析

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),溶液能与电解前原来溶液完全一样的是()。

A.NaCl溶液(盐酸)B.NaOH溶液(H2O)

C.CuCl2溶液(HCl)D.CuSO4溶液[Cu(OH)2]

答案:B

解析:电解NaCl溶液时,阳极氯离子放电生成氯气,阴极氢离子得到电子生成氢气,所以应加HCl让电解质溶液复原,A项错误;电解NaOH溶液时,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项正确;电解CuCl2溶液时,阳极氯离子放电生成氯气,阴极析出铜,所以应加氯化铜让电解质溶液复原,C项错误;电解硫酸铜溶液时,阳极产生氧气,阴极产生金属铜,所以应加CuO让电解质溶液复原,加入氢氧化铜相当于多加入了水,D项错误。

方法归纳

(1)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。

(2)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)。

(3)电解质溶液恢复原状的方法:少什么加什么,少多少加多少。

提升点2：电解规律及电极产物的判断

1．分析电解过程的思维程序(电解规律)

[名师点拨]

(1)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。

(2)电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。

(3)电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是靠离子移动导电。因此，电子和离子的移动遵循“电子不下水，离子不上线”。

2．惰性电极电解电解质溶液的产物判断

[例]用石墨电极完成下列电解实验。

下列对实验现象的解释或推测不合理的是()

A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑

C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋

D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜

D

2.某小组为研究电化学原理，设计如图所示装置，下列叙述正确的是()

A．若a和b为石墨，通电后a极上反应为2Cl－－2e－===Cl2↑

B．若a和b为石墨，通电后b极上发生氧化反应

C．若a为铜，b为铁，通电后a极质量增加

D．若a为铁，b为铜，通电后Cu2＋向铁电极移动

A

A

解析：A石墨是惰性电极，a极与电源的正极相连，作电解池的阳极，通电后a极上发生氧化反应，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A正确；b极与电