4.2.1电解池（导学案）高二化学（人教版2019选择性必修1）

第四章《化学反应与电能》导学案第二节电解池第一课时电解池【学习目标】1.掌握电解池的基本原理和概念，包括阴阳极反应类型等应用；2.理解离子移动和电极反应过程，包括微观粒子的运动和电极反应的微观解释；3.培养实验安全意识和环保意识，注重实验操作规范；4.通过实验演示和案例分析，增强学生对电解池的理解和记忆；【学习重难点】重点：理解电解池的工作原理：即电流通过电解质溶液时，在阴阳两极上发生的氧化还原反应。这需要学生具备基本的电化学知识。难点：掌握阴、阳极反应过程：电解池的阴阳极反应复杂，涉及到氧化还原反应的原理，并能够根据实际情况进行判断和书写。【课前预习】旧知回顾二次电池（铅酸蓄电池）1.二次电池又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。2.铅酸蓄电池的构成;铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，深灰色所示的正极板，板上覆盖有二氧化铅。浅灰色所示的负极板上覆盖有铅单质。硫酸作为电解质溶液。2.正负极分判断：铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。3.二次电池的充电规律a.充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，是原电池的逆反应，因此负极应与电源的负极相连得电子，称阴极，正极接电源的正极后作阳极。b.工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。4.图解二次电池的的工作原理5.电极反应式的书写①放电时的反应负极：Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)－2e－=PbSO4(s)；正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)＋2e－=PbSO4(s)＋2H2O(l)。总反应式：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)==2PbSO4(s)＋2H2O(l)②充电时的反应阴极：PbSO4＋2e－Pb＋SO4阳极：PbSO4＋2H2O－2e－PbO2＋4H＋＋SO总反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+4H++2SO【总结】铅酸蓄电池是二次可充电电池，引导学生熟悉铅酸蓄电池的整体工作原理的总反应式。Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)【课中探究】情境导入：解密电解水骗局随着生活品质的提高，现在每个家庭对饮用水也有了严格的标准，所以市场上出现了琳琅满目的各种净水器，价位不等，形式各样，为我们提供了很多的选择，下图是我们常见的几个类型的净水器。由于净水器的价位不同，选择过多，也被一些不良商家钻了空子。但也有些不良商家在小区内推销自制，无品牌的净水器。电解两杯不同的水，一杯是自来水，一杯是通过商家净水器净化后的饮用水。实验的现象是，没有净化的自来水出现了严重的污浊，而通过商家净化后的水仍是清澈的。这是为什么呢？难道是我们的自来水真的这么不堪吗？通过今天的学习，希望同学们揭开小区的电解水骗局。一、电解池活动一、回顾电解水实验任务1：引导学生回顾电解水实验，实验现象，电极产物。【讨论1】初三化学我们学习了水的电解，思考电解装置的构成【答题要点】【讨论2】电解过程中，有哪些现象，体积比是多少？【答题要点】与负极相连的试管产生H2，与正极相连的试管产生的是O2，且体积比：H2:O2=2:1活动二、电解氯化铜溶液任务1：分小组，按照教材P101页，（如图49）组装实验装置。【过渡】让同学分小组，按照教材组装实验装置。在U形管中注入质量分数为25%的CuC12,溶液，插入两根石墨棒作电极材料（如图49）。把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的石墨棒附近。接通直流电源，观察U形管内的现象和试纸颜色的变化。【讨论1】】观察U形管内的现象和试纸颜色的变化，给出结论。【答题要点】通电后不久的现象：①与直流电源负极相连电极：石墨棒上逐渐覆盖了一层红色的金属。②与直流电源正极相连电极：石墨棒上有气泡产生，气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色。推测产物：①中的产物是金属铜，②中根据气体的刺激性气味和试纸变色情况，可以推测产生的是氯气。【讨论2】根据电极现象，让同学思考通电后，溶液中的离子如何运动？【答题要点】通电前，在CuCl2溶液中，存在四种离子：Cu2+、Cl、H+和OH，作自由运动。通电后，在电极的作用下，这些自由运动的离子改作定向运动，阴离子趋向阳极，阳离子趋向阴极。阴离子移向阳极→Cl、OH移向阳极；阳离子移向阴极→Cu2+、H+移向阴极；【投屏】老师总结电解CuCl2溶液的实验现象，并投屏装置。任务2：通过实验分析，引导学生自主书写电极反应式。【答题要点】电极反应式：阳极：2Cl2e=Cl2↑阴极：Cu2+＋2e=Cu结论：①阳极：Cl向阳极移动，失e产生Cl2②阴极：Cu2+向阴极移动，得e生成Cu，并导致溶液颜色变浅【课堂问答】（1）某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现(√)（2）金属导电是物理变化，电解质溶液导电是化学变化(√)（2）电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝(×活动三、电解池概念、结构自主总结任务1：根据电解CuCl2溶液实验过程，结论分析电解池概念及构成条件【答题要点】1.电解：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。电解过程可以看作外接电源提供的电能，借助电解池将还原剂的电子转移给了氧化剂。2.电解池（电解槽）：把电能转变为化学能的装置。3.电解池构成的条件①两个电极②直流电源相连③电解质溶液或熔融电解质④形成闭合回路。三、电解池的工作原理活动一、电解池工作原理的总结任务1：分小组如何判断电解池的阴极、阳极。【讨论1】教师引导学生根据电解氯化铜溶液两极现象，从氧化还原角度思考。通电前，在CuCl2溶液中，存在四种离子：Cu2+、Cl、H+和OH，作自由运动。通电后，Cu2+和H+都趋向阴极，氧化性：Cu2+>H+，Cu2+先放电，Cu2+放电结束后，水中H+才会放电。Cl和OH都趋向阳极，还原性：Cl>OH,Cl先放电，Cl放电结束后，水中OH才会放电。【讨论2】分小组总结，如何判断电解池的阴阳两极。【答题要点】提示：①电子方向；②离子方向；③反应类型；④电极反应现象【对应训练1】下图是电解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【答案】C【解析】A、根据电流方向可知a为正极，b为负极，故A不符合题意；B、根据电流方向可知a为正极，b为负极，故B不符合题意；C、根据电流方向可知a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极，电解过程中，d电极铜离子得到电子变为铜单质，质量增加，故C符合题意；D、电解过程中，c极氯离子失去电子变为氯气，因此浓度减小，故D不符合题意；故答案为：C。【对应训练2】下列关于能量转化的说法中，错误的是（）A．电解水生成氢气和氧气时，电能转化为化学能B．绿色植物进行光合作用时，太阳能转化为化学能C．白炽灯工作时，电能全部转化为光能D．煤燃烧时，化学能主要转化为热能【答案】C【解析】A.电解水生成氢气和氧气的电解装置是将电能转化为化学能的装置，故不符合题意；B.绿色植物进行光合作用时，太阳能转化为化学能，故不符合题意;C.白炽灯工作时电能转化为光能和热能，故符合题意；D.物质的燃烧将化学能转化为热能和光能，主要是热能，故不符合题意。故答案为：C。二、电解规律活动一、探究惰性电极电解池电解规律任务1：在电解氯化铜溶液的学习基础上，探究离子在阴阳极的放电顺序。【答题要点】阳极：失电子，发生氧化反应—比较——还原性(失电子能力）强弱阴离子的放电顺序是：金属电极>S2>SO32>I>Br>Cl>OH>NO3>SO42(等含氧酸根离子）>F惰性电极惰性电极阴极：得电子，发生还原反应—比较——氧化性(得电子能力）强弱阳离子在阴极上放电顺序是：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+任务2：分小组总结电解池中电极反应式的书写规则及方法。【答题要点】（1）明确电解池的电极材料；阳极如果是金属电极，首先金属电极先失电子。（2）明确溶液中存在哪些离子电解氯化钠溶液实验中，电解质溶液中存在Cl、OH、Na+、H+四种离子（2）离子的移动方向；阴阳两极附近有哪些离子阴离子移向阳极→Cl、OH移向阳极；阳离子移向阴极→Na+、H+移向阴极；（4）根据阳极氧化、阴极还原以及氧化性、还原性强弱判断反应的离子先后，最后分析得出产物阳离子的放电顺序是：Cl>OH阴离子在阴极上放电顺序是：H+>Na+阳极：2Cl2e=Cl2↑阴极：2H++2e=H2↑【对应训练3】下列用惰性电极电解不同物质的电极反应式中，错误的是A．电解饱和食盐水

阴极：B．电解溶液

阴极：C．电解熔融

阳极：D．电解溶液

阳极：【答案】A【详解】A．电解饱和食盐水阴极水电离出的氢离子放电，即，A错误；B．电解溶液阴极铜离子得电子生成铜单质，电极反应正确，B正确；C．电解熔融阳极氯离子放电生成氯气，电极反应正确，C正确；D．电解溶液阳极氢氧化钠电离的氢氧根放电生成氧气，电极反应正确，D正确；【对应训练4】用惰性电极电解饱和食盐水的反应原理为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，下列说法错误的是A．阳极反应式为：2Cl2e=Cl2↑B．H2O为还原剂，得到电子C．电解一段时间后，溶液的pH变大D．NaOH既不是氧化产物也不是还原产物【答案】B【详解】A．根据惰性电极电解饱和食盐水的总反应可知，阳极氯气发生失电子的氧化反应，其电极反应式为：2Cl2e=Cl2↑，A正确；B．阴极水得电子转化为氢气，水为氧化剂，B错误；C．根据总反应可知，电解一段时间后，生成的氢氧化钠使溶液的pH增大，C正确；D．上述反应中，氢气为还原产物，氯气为氧化产物，氢氧化钠既不是氧化产物也不是还原产物，D正确；活动二、酸、碱、盐溶液电解规律(惰性电极)任务1：探究含氧酸的电解规律，如电解H2SO4、HNO3等溶液；【讨论】①根据电解规律，思考电解H2SO4、HNO3溶液的电极反应式；②思考电解一段时间后，溶液溶度如何变化，pH值如何变化，若要恢复原溶液，可通过什么方法？【答题要点】1.电极反应式：电解阳极：2H2O－4e－＝4H++O2↑；阴极：4H++4e－＝2H2↑电解总反应：2H2O====O2↑+2H2↑2.电解后溶液中溶质的质量分数增大，若要恢复原来的浓度，电解的是酸，由于溶剂水的量变小，所以pH变小，若想恢复原溶液，只需加入一定量的水即可。任务2：探究含氧酸的电解规律，如电解NaOH，KOH等溶液；【讨论】①根据电解规律，思考电解NaOH，KOH溶液的电极反应式；②思考电解一段时间后，溶液溶度如何变化，pH值如何变化，若要恢复原溶液，可通过什么方法？【答题要点】1.电极反应式：电解阳极：2H2O－4e－＝4H++O2↑；阴极：4H++4e－＝2H2↑电解总反应：2H2O====O2↑+2H2↑2.电解后溶液中溶质的质量分数增大，若要恢复原来的浓度，电解的是酸，由于溶剂水的量变小，所以pH变大，若想恢复原溶液，只需加入一定量的水即可。任务3：通过电解池电解规律的学习，引导学生独立书写氢前金属含氧酸盐的电解规律，如电解Na2SO4、KCO3等溶液；电解【投屏】阳极：2H2O－4e－＝4H++O2↑阴极：4H2O+4e－＝2H2↑+4OH－电解总反应：2H2O====O2↑+2H2↑【总结】通过以上四种溶液的电解电极反应式的书写，总结规律，属于电解水型，若要恢复原溶液，只需要加入H2O即可。【自主学习】任务1：总结书写电解HCl、CuCl2溶液的电解规律；【答题要点】（1）电解HCl溶液电解阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑阴极：2H++2e－＝H2↑电解总反应：2HCl====Cl2↑+H2↑（2）电解CuCl2溶液电解阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑阴极：Cu2++2e－＝Cu电解总反应：CuCl2====Cl2↑+Cu任务2：写出电极反应式后，学生总结电解类型【答题要点】①属于电解电解质本身型；②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任务3：将学生分为两大组，自主总结书写电解下列溶液的电解规律。【小组1】电解NaCl、KCl、MgCl2、AlCl3溶液的电解规律；【答题要点】电解NaCl溶液时其电极反应式为：电解阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑电解总反应：2NaCl+2H2O=====2NaOH+Cl2↑+H2↑【总结】①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气体。②属于放氢生碱型【小组2】电解CuSO4溶液、AgNO3溶液的电解规律；【答题要点】电解CuSO4溶液时其电极反应式为：电解阳极：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑阴极：2Cu2++4e－＝2Cu电解总反应：2CuSO4+2H2O======2Cu+O2↑+2H2SO4【总结】①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。②属于放氧生酸型。课后作业练习【例1】如图是电解饱和食盐水的装置，a、b为石墨电极。下列判断正确的是A．a为正极，b为负极 B．a极上有氯气放出C．b极上发生氧化反应 D．b极附近溶液显酸性【答案】B【解析】A．a与电源正极相连为阳极，b与电源负极相连为阴极，故A错误；B．a极为阳极，电极上发生反应：，故B正确；C．b极为阴极发生还原反应，故C错误；D．b极生发生反应：，b极附近溶液显碱性，故D错误。【例2】某电解池装置如图所示，电解质溶液为等浓度的、、混合溶液，则电解一段时间后(溶液有剩余)，阴极可能得到的产物依次为A．Cu、 B．Cu、、Na C．、 D．、Cu【答案】A【解析】该装置是电解池，电极是惰性电极，在阴极放电的是溶液中的阳离子，氧化性铜离子大于氢离子大于钠离子，且氢离子来源于水，所以阴极可能得到的产物依次为Cu、，所以A正确，BCD错误。【例3】下列关于电解池工作原理的说法中，错误的是。A．电解池是一种将电能转化成化学能的装置B．电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应C．电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应D．电解池放电时，电极本身不会参加电极反应【答案】D【解析】A．根据电解池的含义可知电解池能够将电能转变成化学能，A正确；B．电解池中发生的反应是在电能作用下发生的氧化还原反应，是非自发的氧化还原反应，B正确；C．电解池工作时，阳极失去电子发生氧化反应，阴极得到电子发生还原反应，C正确；D．电解池放电时，若阳极是活性电极，则电极失去电子发生氧化反应；若阳极为惰性电极，则电极本身不参加电极反应，而阴极无论是活性电极还是惰性电极，电极都不参加反应，D错误。【例4】下列装置工作时，将电能转化为化学能的是A．风力发电机B．硅太阳能电池C．纽扣式银锌电池D．电解熔融氯化钠A．A B．B C．C D．D【答案】D【解析】A．风力发电机属于风能转化为电能，A不选；B．硅太阳能电池属于太阳能转化为电能，B不选；C．纽扣式银锌电池属于化学能转化为电能，C不选；D．电解熔融氯化钠属于电能转化为化学能，D选。【例5】用石墨作电极电解CuCl2和KCl的混合溶液，电解初期阴极和阳极析出的物质分别是（）A．H2、Cl2 B．Cu、Cl2C．H2、O2 D．Cu、O2【答案】B【解析】溶液中的离子有Cu2＋、K＋、H＋及Cl、OH五种离子，得电子能力：Cu2＋>H＋>K＋，失电子能力：Cl>OH，所以电解初期：阴极：Cu2＋＋2e=Cu，阳极：2Cl2e=Cl2↑，故B正确；【例6】下列关于电解池工作原理的说法中，错误的是。A．电解池是一种将电能转化成化学能的装置B．电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应C．电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应D．电解池放电时，电极本身不会参加电极反应【答案】D【解析】A．根据电解池的含义可知电解池能够将电能转变成化学能，A正确；B．电解池中发生的反应是在电能作用下发生的氧化还原反应，是非自发的氧化还原反应，B正确；C．电解池工作时，阳极失去电子发生氧化反应，阴极得到电子发生还原反应，C正确；D．电解池放电时，若阳极是活性电极，则电极失去电子发生氧化反应；若阳极为惰性电极，则电极本身不参加电极反应，而阴极无论是活性电极还是惰性电极，电极都不参加反应，D错误；【例7】（1）在下图的8个装置中，属于原电池的是。

（2）依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Zn(s)===Zn2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。请回答下列问题：

①电极X的材料是；电解质溶液Y是；②银电极为电池的极，发生的电极反应为；（3）航天飞机常采用燃料电池作为电能来源，燃料电池一般指采用H2、CH4、CO、C2H5OH等可燃物质与O2一起构成的电池装置，它可直接将化学能转化为电能。如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：

①电池的负极是(填“a”或“b”)，该极的电极反应是。②消耗标准状况下5.6LO2时，有mol电子发生转移。③开始放电时，正极附近溶液的pH(填“增大”“减小”或“不变”)④以铜为电极，用此电池作电源，电解以下溶液，开始阶段发生反应Cu＋2H2O===Cu(OH)2＋H2↑的有。【答案】A．稀H2SO4B．NaOH溶液

C．Na2SO4溶液D．CuSO4溶液

E．