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第3節(jié) 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能——電解 課時(shí)1
第1章 物質(zhì)的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化
1.通過對(duì)熔融氯化鈉電解體系的分析，掌握電解、電解池概念，并能夠正確地判斷電解池的陰極和陽(yáng)極；
2.學(xué)會(huì)判斷電解的產(chǎn)物和書寫電解的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式；
3.通過對(duì)電解池與原電池的比較，建立電池與電解相統(tǒng)一的電化學(xué)認(rèn)識(shí)模型。
聯(lián)想 · 質(zhì)疑
聯(lián)想 · 質(zhì)疑
金屬鈉與氯氣在常溫下就可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯化鈉，同時(shí)放出大量的熱。
2Na(s) + Cl2(g) === 2NaCl(s)
ΔH=－822.3kJ·mol-1
能以氯化鈉為原料制備金屬鈉嗎？
非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)
從外界獲得能量
——電能
一、電解的原理
交流 · 研討
交流 · 研討
1.通電前，熔融氯化鈉中有哪些離子？
這些離子如何運(yùn)動(dòng)？
Na+ 、 Cl－
運(yùn)動(dòng)無(wú)序
e-
e-
2.通電后，外電路的電子流向如何？
交流 · 研討
交流 · 研討
3.通電后，熔融氯化鈉中離子如何運(yùn)動(dòng)？
e-
e-
4.通電后，離子在電極表面發(fā)生什么變化？
Na+ 、 Cl－ 發(fā)生定向移動(dòng)
Na+
Cl-
2Na+ + 2e－===2Na
2Cl－－2e－===Cl2↑
得電子
還原反應(yīng)
氧化性
失電子
還原性
氧化反應(yīng)
陰極
陽(yáng)極
2NaCl===2Na + Cl2↑
電解
總反應(yīng)式：
陰極
陽(yáng)極
1.電解：將直流電通過熔融電解質(zhì)或電解質(zhì)溶液，在兩個(gè)電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程。
2.電解池：將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。
A
直流電源
固體電極材料
電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)
組成：
請(qǐng)繪制反應(yīng)電解池工作原理的電解圖，并從工作原理和裝置構(gòu)成上分析原電池和電解池的異同。
交流 · 研討
交流 · 研討
直流電源
－
＋
e－
e－
陽(yáng)極
陰極
氧化反應(yīng)
還原反應(yīng)
陽(yáng)離子遷移方向
陰離子遷移方向
電子導(dǎo)體
電極
離子導(dǎo)體
電極反應(yīng)
電化學(xué)體系
原電池 電解池
能量轉(zhuǎn)換
構(gòu)成條件
電極材料
電極反應(yīng)
電子導(dǎo)體
離子導(dǎo)體
電極反應(yīng)物、電極材料、離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體
無(wú)電源
有直流電源
負(fù)極→正極
電源負(fù)極→陰極；
陽(yáng)極→電源正極。
陽(yáng)離子向正極遷移，
陰離子向負(fù)極遷移。
陽(yáng)離子向陰極遷移，
陰離子向陽(yáng)極遷移。
化學(xué)能→電能
電能→化學(xué)能
發(fā)生氧化還原反應(yīng)
正極
負(fù)極
陽(yáng)極
陰極
[原電池和電解池的比較]
活動(dòng) · 探究
活動(dòng) · 探究
二、電解原理的應(yīng)用——電解飽和食鹽水
1.飽和食鹽水中可能存在哪些離子？
Na+、Cl- 、水電離出的H+和OH-
Na+、水電離出的H+移向陰極
Cl-、水電離出的OH-移向陽(yáng)極
2.在電場(chǎng)中離子的移動(dòng)方向如何？
陽(yáng)極
陰極
OH-
Na+
H+
Cl-
e－
e－
e－
石墨
石墨
飽和食鹽水
活動(dòng) · 探究
活動(dòng) · 探究
3.在兩極上可能發(fā)生的電極反應(yīng)是什么？
陽(yáng)極
陰極
OH-
Na+
H+
Cl-
石墨
石墨
飽和食鹽水
到底是哪種離子反應(yīng)呢？
陽(yáng)極：
陰極：
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H++2e－===H2↑
2Na+ + 2e－===2Na
4OH－－4e－===O2+2H2O
陰極：有無(wú)色、無(wú)味氣泡產(chǎn)生，滴加酚酞，
溶液變紅，點(diǎn)燃?xì)怏w后，有爆鳴聲。
陽(yáng)極：有黃綠色、刺激性氣味的氣體產(chǎn)生，
使?jié)駶?rùn)的淀粉KI試紙變藍(lán)。
[實(shí)驗(yàn)]電解飽和食鹽水
視頻
陽(yáng)極：2Cl－-2e－===Cl2↑
陰極：2H++2e－===H2↑
總反應(yīng)：2Cl－+2H2O===Cl2↑+H2↑+2OH－
電解
得電子能力：H+>Na+
失電子能力：Cl－>OH－
電解食鹽水可以得到三種重要的化工產(chǎn)品——氯氣、氫氣和燒堿。
工業(yè)電解食鹽水制備燒堿
離子交換膜法電解飽和食鹽水原理示意圖
離子交換膜是一類高分子膜，它能選擇性地使物質(zhì)通過。陽(yáng)離子能通過陽(yáng)離子交換膜，而陰離子則不能通過。
Na＋不斷從陽(yáng)極區(qū)進(jìn)入陰極區(qū)，而陰極區(qū)產(chǎn)生的OH－只能留在陰極區(qū)，可以得到濃度較高的NaOH溶液。
防止H2、Cl2混合發(fā)生爆炸。
避免Cl2與NaOH反應(yīng)，影響NaOH的產(chǎn)量。
陽(yáng)極區(qū)
陰極區(qū)
三、離子放電順序
離子在電極表面得到或失去電子的過程也叫作“放電”。當(dāng)電解質(zhì)溶液中存在多種陽(yáng)離子或陰離子時(shí)，離子在電極上放電的順序是存在某種規(guī)律的。
（1）陰極放電順序（氧化性）
Ag+>Hg2+> Fe3+> Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+ >H+（水）>Al3+>Mg2+>Na+ >Ca2+>K+
①Al3+~ K+水溶液中不放電，熔融狀態(tài)放電。
【注意】
②離子在兩極上放電順序復(fù)雜，與離子性質(zhì)、溶液濃度、電極材料等有關(guān)，以上僅是一般規(guī)律。
Ag+>Hg2+> Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+ >Al3+>Mg2+>Na+ >Ca2+>K+
Ag+>Hg2+> Fe3+> Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+ >Al3+>Mg2+>Na+ >Ca2+>K+
濃度大
濃度小
（2）陽(yáng)極放電順序
活性金屬電極
>S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH－＞非還原性含氧酸根>F-
（還原性）
[例1]如圖所示，燒杯內(nèi)盛有100 mL的溶液，按要求回答下列問題：
(1)若所盛溶液為CuSO4溶液，則B極為______極，
A極的電極反應(yīng)式為________________________。
若所盛溶液為KCl溶液，則B極的電極反應(yīng)式為________________。
陰
4OH－－4e－=O2↑+2H2O
2Cl－-2e－===Cl2↑
X
A
B
四、電解類型
（用惰性電極電解某電解質(zhì)的水溶液）
【思考】請(qǐng)寫出電解CuCl2、NaOH、NaCl、CuSO4溶液的電極反應(yīng)式
和電解池總反應(yīng)方程式
總反應(yīng)：CuCl2===Cu + Cl2↑
電解
陽(yáng)極：2Cl－-2e－===Cl2↑
陰極：Cu2++2e－===Cu
CuCl2
陰極：4H2O+4e－===2H2↑+4OH－
陽(yáng)極：4OH－－4e－=O2↑+2H2O
總反應(yīng)：2H2O===2H2↑+ O2↑
電解
NaOH
NaCl
陽(yáng)極：2Cl－-2e－===Cl2↑
陰極：2H2O+2e－===H2↑+2OH－
總反應(yīng)：2NaCl+2H2O===Cl2↑+H2↑+2NaOH
電解
CuSO4
陽(yáng)極：2H2O－4e－=== O2↑+4H+
總反應(yīng)：2CuSO4 +2H2O===2Cu+2H2SO4+O2↑
電解
陰極：
2Cu2++4e－===2Cu
總反應(yīng)：CuCl2===Cu + Cl2↑
電解
陽(yáng)極：2Cl－-2e－===Cl2↑
陰極：Cu2++2e－===Cu
CuCl2
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞其它
S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞ OH－ ＞非還原性含氧酸根
1.電解電解質(zhì)型：
電解質(zhì)電離出的陰、陽(yáng)離子分別在兩極放電。
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞其它
S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞ OH－ ＞非還原性含氧酸根
2.電解水型：
水電離出的H+、OH－分別在兩極放電。
陰極：4H2O+4e－===2H2↑+4OH－
陽(yáng)極：4OH－－4e－=O2↑+2H2O
總反應(yīng)：2H2O===2H2↑+ O2↑
電解
NaOH
NaCl
陰極：2H2O+2e－===H2↑+2OH－
陽(yáng)極：2Cl－-2e－===Cl2↑
總反應(yīng)：2NaCl+2H2O===Cl2↑+H2↑+2NaOH
電解
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞其它
S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞ OH－ ＞非還原性含氧酸根
①放氫生堿型：電解質(zhì)電離的陰離子在陽(yáng)極放電，水電離的陽(yáng)離子在陰極放電。
2.電解電解質(zhì)+水型：
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞其它
S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞ OH－ ＞非還原性含氧酸根
②放氧生酸型：
電解質(zhì)電離的陽(yáng)離子在陰極放電，水電離的陰離子在陽(yáng)極放電。
CuSO4
陽(yáng)極：2H2O－4e－=== O2↑+4H+
陰極：
總反應(yīng)：2CuSO4 +2H2O===2Cu+2H2SO4+O2↑
電解
2Cu2++4e－===3Cu
Ⅱ.通電片刻后，若使電解液恢復(fù)至原來的體積和濃度，應(yīng)往其中
添加適量的什么物質(zhì)？
根據(jù)總反應(yīng)式，加入CuO。 H2SO4+CuO=CuSO4+H2O
Ⅰ.給CuSO4溶液通電，電解液的pH如何變化？
總反應(yīng)：2CuSO4 +2H2O===2Cu+2H2SO4+O2↑
電解
生成新電解質(zhì)——酸
pH逐漸減小
思考與交流
五、電極反應(yīng)式
①首先判斷陰、陽(yáng)極，分析電極材料，判斷是電極材料放電還是溶液中的離子放電。
②再分析溶液中的離子種類，根據(jù)離子放電順序，分析電極反應(yīng)，并判斷電極產(chǎn)物，寫出電極反應(yīng)式。
③電解水溶液時(shí)，注意放電順序中H+、OH－之后的離子一般不參與放電反應(yīng)。
1.電極反應(yīng)式的書寫
看電極→找離子→分陰陽(yáng)→排順序→寫反應(yīng)
2.電解化學(xué)方程式的書寫
反應(yīng)條件必須標(biāo)明“電解”。
僅是電解質(zhì)被電解，電解化學(xué)方程式中只寫電解質(zhì)及電解產(chǎn)物。
如電解CuCl2溶液：
僅有水被電離，只寫水及電解產(chǎn)物即可。
如電解NaOH溶液：
電解質(zhì)、水同時(shí)被電解，則都要寫進(jìn)方程式。
如電解NaCl溶液：
CuCl2===Cu + Cl2↑
電解
2H2O===2H2↑+ O2↑
電解
2NaCl+2H2O===Cl2↑+H2↑+2NaOH
電解
【練一練】
(1)與電源正極相連的是電解池的陰極。(　　)
(2)用惰性電極電解NaCl溶液時(shí)可以得到Na和Cl2。(　　)
(3)電解池工作時(shí),陽(yáng)極發(fā)生還原反應(yīng),失去電子。(　　)
(4)電解池工作時(shí),陽(yáng)極上的電子通過電解質(zhì)溶液移向陰極。(　　)
(5)電解AgNO3溶液時(shí),Ag+移向陽(yáng)極, 移向陰極。(　　)
1.判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)
2.如圖是電解CuCl2溶液的裝置,其中c、d為石墨電極,則下列有關(guān)判斷正確的是(　　)
A.a為負(fù)極,b為正極
B.a為陽(yáng)極,b為陰極
C.電解過程中,d電極質(zhì)量增加
D.電解過程中,氯離子濃度不變
電流從電源的正極流出,故a為正極,b為負(fù)極,c為陽(yáng)極,d為陰極。電解時(shí),因Cu2+移向陰極,在陰極放電析出Cu,故陰極(d電極)質(zhì)量增加;Cl-移向陽(yáng)極,在陽(yáng)極(c電極)放電逸出Cl2,導(dǎo)致溶液中Cl-濃度降低。
C
3.如圖所示，a、b為石墨電極，通電一段時(shí)間后，b極附近顯紅色。下列說法不正確的是(　　)
A．b電極反應(yīng)式為：2H＋＋2e－=H2↑
B．a(chǎn)電極反應(yīng)式為：2Cl－－2e－=Cl2↑
C．銅電極反應(yīng)式為：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O
D．鐵電極反應(yīng)式為：Cu2＋＋2e－=Cu
C
4.如圖是利用直流電源電解稀Na2SO4溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中正確的是(　　)
A.逸出氣體的體積,a電極的小于b電極的
B.一電極逸出無(wú)味氣體,另一電極逸出刺激性氣味氣體
C.a電極附近呈紅色,b電極附近呈藍(lán)色
D.a電極附近呈藍(lán)色,b電極附近呈紅色
判斷電解后溶液中生成酸或堿的方法
(1)若電解產(chǎn)物只有H2而無(wú)O2,則陰極周圍生成堿。
(2)若電解產(chǎn)物只有O2而無(wú)H2,則陽(yáng)極周圍生成酸。
(3)若電解產(chǎn)物既有O2又有H2,且二者物質(zhì)的量之比為1∶2,則實(shí)質(zhì)是電解水,電解過程中陽(yáng)極生成酸,陰極生成堿,最終溶液中還是原溶質(zhì)。
D
5.下圖所示裝置中,a、b都是惰性電極,通電一段時(shí)間后,b電極附近溶液呈紅色。下列說法正確的是(　　)
A.X是負(fù)極,Y是正極
B.Pt是陰極,Cu是陽(yáng)極
C.CuSO4溶液的pH逐漸減小
D.CuSO4溶液的pH不變
C
6.按圖甲裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),若圖乙中橫坐標(biāo)x表示通過電極的電子的物質(zhì)的量。下列敘述正確的是(　　)
A.F表示反應(yīng)生成Cu的物質(zhì)的量
B.E表示反應(yīng)實(shí)際消耗H2O的物質(zhì)的量
C.E表示反應(yīng)生成O2的物質(zhì)的量
D.F表示反應(yīng)生成H2SO4的物質(zhì)的量
B
7.用石墨電極電解下列溶液一段時(shí)間后再加入一定量的某種純凈物(方括號(hào)內(nèi)物質(zhì)),能使溶液恢復(fù)到原來的成分和濃度的是(　　)
A.AgNO3[AgNO3] B.NaOH[H2O]
C.KCl[KCl] D.CuSO4[Cu(NO3)2]
B
(1)當(dāng)X為Pt，Y為Fe，Z為AgNO3時(shí)，
陽(yáng)極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　，
陰極反應(yīng)式為　　　　　　　　　，
電解反應(yīng)式為　　　　　　　　　 。
(2)X為Cu，Y為Fe，Z為CuSO4時(shí)，
陽(yáng)極反應(yīng)式為　　　　　　　　，
陰極反應(yīng)式為　　　　　　　　　。
4OH－－4e－＝ 2H2O+O2↑
4Ag++4e－＝4Ag
Cu－2e－＝Cu2+
Cu2++2e－＝Cu
2H2O+4AgNO3===4Ag+O2↑+4HNO3
電解
8.書寫下列電極反應(yīng)式和電解反應(yīng)的化學(xué)方程式。
電解原理
電解池
原理
構(gòu)成條件
直流電源、電極材料
離子導(dǎo)體、電子導(dǎo)體
閉合回路
電極判斷
離子移動(dòng)方向、放電順序
電極反應(yīng)的書寫

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