資源簡介

(共58張PPT)
基礎課時6　電解池的工作原理
專題1　化學反應與能量變化
第二單元　化學能與電能的轉化
學習任務 1．通過理解電解池中電子的移動、陰陽離子的移動、陰陽兩極上的反應及其變化、電流形成的過程和原理，培養宏觀辨識與微觀探析的化學核心素養。
2．建立對電解過程的系統分析認識的思維模型，理解電解的規律，會判斷電解的產物，會書寫電解的電極反應式和總反應式，培養證據推理與模型認知的化學核心素養。
必備知識　自主預習儲備
1．電解熔融的氯化鈉
電解熔融態氯化鈉原理圖
(1)實驗現象。
通電后，在陽極周圍有____產生，在陰極上生成__________。
氣泡
銀白色金屬
(2)實驗分析。
①熔融氯化鈉中存在的微粒：____、____。
②通電后離子和電子的移動方向。
離子：陽離子____(填離子符號)移向__極；陰離子____(填離子符號)移向__極。
電子：從電源____流向____，從____流向電源的____。
③電極反應式。
陰極：____________________(還原反應)。
陽極：______________________(氧化反應)。
Na＋
Cl－
Na＋
陰
Cl－
陽
負極
陰極
陽極
正極
2Na＋＋2e－===2Na
2Cl－－2e－===Cl2↑
(3)實驗結論。
熔融的氯化鈉在____作用下發生了化學變化，分解生成了鈉和氯氣。
電流
判一判　(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)熔融氯化鈉中存在的微粒為Na＋、Cl－。 (　)
(2)熔融的氯化鈉在電流作用下發生化學變化，分解生成鈉和氯氣。 (　)
(3)工業上用電解熔融氯化鋁的方法制取金屬鋁。 (　)
√
√
×
2．電解池的基本概念
(1)電解。
在直流電的作用下，在兩電極上分別發生____反應和____反應的過程。
(2)電解池。
①定義：將____轉化為______的裝置。
②組成：直流電源，固體電極材料，電解質溶液或熔融電解質，構成閉合回路。
(3)電極及電極反應。
陽極：與電源____相連的電極，發生____反應。
陰極：與電源____相連的電極，發生____反應。
氧化
還原
電能
化學能
正極
氧化
負極
還原
判一判　(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)電解池的兩個電極必須是兩個活動性不同的電極。 (　)
(2)在電解池中與外接電源負極相連的電極是陰極。 (　)
(3)電解池中，電子從陽極流入電源正極。 (　)
(4)電解池的陽極發生還原反應。 (　)
×
√
√
×
3．電解CuCl2溶液
裝置 現象 電極反應式
陰極 有紅色物
質析出 Cu2+＋2e－===Cu(____反應)
陽極 有黃綠色
氣體生成 2Cl－－2e－===Cl2↑(____反應)
電解總反應式
還原
氧化
【特別提醒】　電解CuCl2溶液時，Cl－、OH－向陽極移動，還原性強的Cl－優先失去電子發生氧化反應；Cu2+、H＋向陰極移動，氧化性強的Cu2+優先得到電子發生還原反應。
練一練　用石墨電極電解CuCl2溶液(如圖)。下列分析正確的是(　　)

A．a端是直流電源的負極
B．通電使CuCl2發生電離
C．陰極上發生的反應：2Cl－－2e－===Cl2↑
D．通電一段時間后，在陰極附近觀察到黃綠色氣體
√
A　[電解過程中，陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動，陰極與直流電源的負極相連，陽極與直流電源的正極相連，A項正確；電解質在溶液中的電離是水分子的作用，與是否通電無關，B項錯誤；電解過程中陽極上發生的反應為氧化反應，陽極反應為2Cl－－2e－===Cl2↑，在陽極附近可觀察到黃綠色氣體，C、D項錯誤。]
關鍵能力　情境探究達成
[情境素材]
利用太陽能電池實現太陽能轉化為電能，進行電解水。然后，通過電解水獲取的氫氣和氧氣組成氫氧燃料電池，實現化學能轉化為電能，帶動小風扇的轉動(如圖)。
電解池的工作原理及電解規律
[問題探究]
[問題1]　電解原理分析
(1)陰、陽離子在電解過程中的移動方向與在原電池中的移動方向有什么區別和聯系？
(2)電解時電子可從溶液中通過嗎？
提示：(1)原電池中：陽離子→正極；陰離子→負極；電解池中：陽離子→陰極；陰離子→陽極。
即陽離子都是移向發生還原反應的電極，陰離子都是移向發生氧化反應的電極。
(2)電子不能通過電解質溶液，在溶液中是自由離子定向移動傳導電流。
[問題2]　電極放電順序
(1)在氯化銅溶液中除了Cu2+和Cl－之外還有H＋和OH－，這兩種離子為什么沒有得或失電子？
(2)若用Cu電極電解稀硫酸，開始電解時的電極反應式和總反應式如何書寫？
(3)若將等物質的量的CuSO4和MgCl2混合溶于水，對該溶液以惰性電極進行電解，試討論兩個電極可能生成的產物，并寫出總反應式。
[歸納總結]
1．電解池的陰極、陽極的判斷方法
2．電解池工作原理
①電解時必須使用直流電源，不能使用
交流電源。
②電解質的水溶液或熔融電解質均可被電解，因為它們均可電離出自由移動的陰、陽離子。
③電解過程中，電能轉化為化學能而儲存在電解產物中，轉化過程中遵循能量守恒定律。
④電解質溶液(或熔融電解質)的導電過程，就是電解質溶液(或熔融電解質)的電解過程，是化學變化，而金屬的導電是利用其物理性質。
⑤電解法是一種強氧化還原手段，可以完成非自發的氧化還原反應。
3．電解產物的判斷方法
4．電解池電極反應式、電解總反應式的書寫
書寫步驟 具體操作
判斷兩極 陽極：與電源正極相連 陰極：與電源負極相連
判斷反應微粒 活性電極：電極材料本身失電子 溶液中的較易得電子的陽離子反應
惰性電極：溶液中較易失去電子的陰離子反應
書寫步驟 具體操作
書寫電極反應式 活性電極：M－ne－===Mn＋ Mn＋＋ne－===M
惰性電極：mRn－－mne－===Rm
書寫電解總方程式 根據得失電子數相等，將陰陽極電極反應式相加得電解總反應式，注意若是水電離的H＋或OH－參與電極反應，寫總反應式時要寫成H2O
5．惰性電極電解電解質溶液的規律
類型 電極反應特點 實例 電解
對象 電解質溶液濃度 pH 電解質溶液復原
電解
水型 陰極：2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑)
陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑) NaOH溶液 水 增大 增大 加水
H2SO4溶液 水 增大 減小 加水
Na2SO4溶液 水 增大 不變 加水
類型 電極反應特點 實例 電解
對象 電解質溶液濃度 pH 電解質溶液復原
電解電解質型 電解質電離出的陰、陽離子分別在兩極放電 HCl溶液 電解質 減小 增大 通氯化氫
CuCl2溶液 電解質 減小 — 加氯化銅
類型 電極反應特點 實例 電解
對象 電解質溶液濃度 pH 電解質溶液復原
放H2生堿型 陰極：H2O放H2生堿
陽極：電解質陰離子放電 NaCl溶液 電解質和水 生成
新電
解質 增大 通氯化氫
放O2生酸型 陰極：電解質陽離子放電
陽極：H2O放O2生酸 CuSO4溶液 電解質和水 生成
新電
解質 減小 加氧化銅或碳酸銅
(1)書寫電解池中電極反應式時，可以用實際放電的離子表示，但書寫總電解反應方程式時，弱電解質要寫成化學式。
(2)書寫兩極電極反應式時，要確保兩極得失電子數目相等。
(3)鐵作陽極時，鐵失去電子生成Fe2+而不是Fe3+。
(4)書寫電極反應式時，要判斷陽極溶解生成的陽離子是否和電解質溶液中的陰離子發生反應。
[能力達成]
1．用惰性電極進行下列電解，有關說法正確的是(　　)
①電解稀硫酸　②電解Cu(NO3)2溶液
③電解KOH溶液?、茈娊釴aCl溶液
A．電解進行一段時間后四份溶液的pH均增大
B．反應②中電解一段時間后，向溶液中加入適量的CuO固體可使溶液恢復到電解前的情況
C．反應③中陽極消耗OH－，故溶液濃度變小
D．反應④中陰、陽兩極上產物的物質的量之比為2∶1
√
HCl、CuCl2
HCl、CuCl2
Na2SO4、H2SO4
H2O
(3)以碳棒為陽極，鐵棒為陰極，電解過程中電解質和水量都減少，則電解質是______________。若要恢復到電解前的狀態，應加入的物質是______________________。
[解析]　(1)以碳棒為電極，電解過程中電解質質量減少，水量不變，則陽離子只能為H＋、Cu2+，陰離子只能是Cl－，其電解質是HCl、CuCl2。
(2)實質上是電解水，H＋、OH－分別在兩極上放電，因此，其電解質是Na2SO4、H2SO4。
CuSO4、NaCl
CuO或CuCO3、HCl
學習效果　隨堂評估自測
2
4
3
題號
1
√
1．下列有關用惰性電極電解AgNO3溶液一段時間后的說法，正確的是(　　)
A．電解過程中陽極的質量不斷增加
B．電解過程中溶液的pH不斷升高
C．此時向溶液中加入適量的Ag2O固體可使溶液恢復到電解前的狀況
D．電解后兩極產生的氣體體積比為2∶1
2
4
3
題號
1
2
3
題號
1
4
√
2．如圖中X、Y分別是直流電源的兩極，通電后發現a極板質量增加，b極板處有無色無味氣體放出。符合這一情況的是表中的(　　)
選項 a極板 b極板 X電極 Z溶液
A 鋅 石墨 負極 CuSO4
B 石墨 石墨 負極 NaOH
C 銀 鐵 正極 AgNO3
D 銅 石墨 負極 CuCl2
A　[由a極板質量增加知，溶液中陽離子在a極板處析出，則a為陰極，X為負極，因B中a極板處不析出金屬、C中X為正極可知B、C均錯誤；又由b極板處有無色無味氣體放出可知D錯誤。]
2
3
題號
4
1
√
3．用惰性電極電解下列電解質的溶液，一段時間后，再加入一定質量的另一種物質(中括號內)，溶液能與原來溶液完全一樣的是(　　)
A．NaCl[鹽酸] 　 B．NaOH[H2O]
C．CuCl2[HCl] 　 D．CuSO4[Cu(OH)2]
2
3
題號
4
1
B　[電解NaCl溶液時，陽極氯離子放電生成氯氣，陰極氫離子得到電子生成氫氣，所以應加HCl讓電解質溶液復原，A錯誤；電解NaOH溶液時，陽極產生氧氣，陰極產生氫氣，所以應加水讓電解質溶液復原，B正確；電解CuCl2溶液時，陽極氯離子放電生成氯氣，陰極析出銅，所以應加氯化銅讓電解質溶液復原，C錯誤；電解硫酸銅溶液時，陽極產生氧氣，陰極產生金屬銅，所以應加CuO或CuCO3讓電解質溶液復原，加入氫氧化銅會多生成水，D錯誤。]
2
4
3
題號
1
4．用如圖所示的裝置進行電解。通電后發現濕潤的淀粉-KI試紙的C端變為藍色。
2
4
3
題號
1
(1)E為電源的______極，F為電源的______極。
(2)A中發生反應的化學方程式為_____________________________
______________。
(3)在B中觀察到的現象是___________________________________
______________________。
(4)D端的電極反應式為_____________________________。
負
正
4HNO3＋O2↑
銅片溶解，石墨電極上有氣體生成，
溶液中有藍色沉淀生成
2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
2
4
3
題號
1
[解析]　本題實質上是三個電解裝置串聯，由題中信息可知C為陽極、D為陰極，則E為負極，F為正極。A中是以Pt為陽極、Fe為陰極電解AgNO3溶液。B中Cu為陽極，發生的反應為Cu－2e－===Cu2+，石墨為陰極，發生的反應為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，由于水電離出的H＋放電，所以溶液中的c(OH－)增大，故溶液中有氫氧化銅藍色沉淀生成。D端為陰極，發生的電極反應為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。
題號
基礎課時固基練(6)　電解池的工作原理
1
3
5
2
4
6
8
7
√
1．用石墨作陽極、鐵棒作陰極電解熔融的氯化鈉，下列說法正確的是(　　)
A．石墨電極周圍有大量的鈉離子　B．鐵棒質量增加
C．電子通過熔融電解質流向鐵棒　D．陰極發生氧化反應
B　[氯離子移向陽極，發生氧化反應：2Cl－－2e－===Cl2↑；鈉離子移向陰極，發生還原反應：2Na＋＋2e－===2Na。]
題號
2
1
3
4
5
6
8
7
2．下列說法中正確的是(　　)
A．電解氯化銅溶液就是氯化銅的電離
B．電解氯化銅溶液是化學變化，不通電也能發生
C．氯化銅溶液是電解質
D．電解是最強的氧化還原手段，不能自發進行的氧化還原反應也可以發生
√
題號
2
1
3
4
5
6
8
7
D　[A.電解氯化銅溶液是通過外加直流電源使溶液中的陰陽離子定向移動，并在電極上發生氧化還原反應的過程；氯化銅的電離是指氯化銅變成銅離子和氯離子的過程，故A錯誤；B.電極氯化銅溶液需要外加直流電源，故B錯誤；C.氯化銅溶液是混合物，電解質是指在熔融狀態或在水溶液中導電的化合物，故C錯誤；D.電解反應是在外加直流電源強迫下的氧化還原反應，不能自發進行的氧化還原反應，通過電解的原理可以實現，故D正確。]
題號
3
2
4
5
6
8
7
1
3．將直流電源的正、負極(電極材料為Pt)，用玻璃片分別壓在一張用食鹽水、碘化鉀、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的濾紙上，經過一段時間后，兩極附近濾紙的顏色分別是(　　)
D　[陽極據放電順序發生的電極反應為2I－－2e－===I2，I2遇淀粉變藍；陰極發生的電極反應為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，使石蕊溶液變藍。]
A B C D
陽極 藍 白 紅 藍
陰極 白 藍 藍 藍
√
題號
4
2
3
5
6
8
7
1
√
4．若某電能與化學能的轉化裝置(電解池或原電池)中發生的總反應的離子方程式是Cu＋2H＋===Cu2+＋H2↑，則下列關于該裝置的有關說法中正確的是(　　)
A．該裝置可能是原電池，也可能是電解池
B．該裝置只能是電解池，且金屬銅為該電解池的陽極
C．該裝置只能是原電池，且電解質溶液為硝酸
D．該裝置只能是原電池，電解質溶液不可能是鹽酸
題號
4
2
3
5
6
8
7
1
B　[銅和鹽酸或稀硫酸不能自發地進行氧化還原反應，銅和硝酸能自發地進行氧化還原反應，但生成的氣體是氮氧化物而不是氫氣，所以該反應只能是電解池反應而不是原電池反應，該裝置只能構成電解池不能構成原電池；該電解池中，銅作陽極，陽極上銅失電子發生氧化反應，陰極上氫離子得電子發生還原反應，所以該電解池的陽極必須是銅電極，故答案選B。]
題號
2
4
5
3
6
8
7
1
√
題號
2
4
5
3
6
8
7
1
題號
2
4
5
3
6
8
7
1
6．(素養題)載人空間站的生態系統中，要求分離人呼出的二氧化碳，同時需要提供氧氣。某電化學裝置利用太陽能轉化的電能可以實現上述要求，同時還有燃料一氧化碳生成，該電化學裝置中得電子的電極發生的反應是2CO2＋4e－＋2H2O===2CO＋4OH－。下列判斷錯誤的是(　　)
A．上述電化學裝置相當于電解池
B．上述裝置進行的總反應為2CO2===2CO＋O2
C．反應結束后該電化學裝置中的電解質溶液堿性不變
D．失電子的電極發生的反應是4OH－＋4e－===2H2O＋O2↑
必備知識
關鍵能力
學習效果
基礎課時固基練
基礎課時6　電解池的工作原理
√
題號
2
4
5
3
6
8
7
1
D　[該電池是利用電能轉化為化學能，符合電解池原理，所以題述電化學裝置相當于電解池，故A正確；該電池中，陰極的電極反應式為2CO2＋4e－＋2H2O===2CO＋4OH－，陽極上OH－失電子生成氧氣，得失電子數相同條件下，將兩個電極反應式相加即得電池總反應式：2CO2===2CO＋O2，故B正確；陰極反應生成的OH－在陽極完全反應，電池總反應為2CO2===2CO＋O2，所以反應結束后該電化學裝置中的電解質溶液的堿性不變，故C正確；陽極上OH－失電子生成氧氣供給呼吸，電極反應式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故D錯誤。]
題號
2
4
5
3
7
6
8
1
7．某化學興趣小組的同學用如圖所示裝置研究有關電化學的問題。當閉合K時，觀察到電流表的指針發生了偏移。
甲　　　　 　乙
題號
2
4
5
3
7
6
8
1
請回答下列問題：
(1)乙裝置的名稱是________；Zn為_______極。
(2)寫出電極反應式：Cu極：__________________；石墨棒極：__________________。
(3)當甲中產生0.1 mol氣體時，乙中產生的氣體在標準狀況下的體積應為________。
(4)若乙中溶液不變，將其電極都換成銅電極，閉合K一段時間后，乙中溶液的顏色________(填“變深”“變淺”或“無變化”)。
電解池
負
2H＋＋2e－===H2↑　
Cu2+＋2e－===Cu
2.24 L
無變化
題號
2
4
5
3
7
6
8
1
(5)若乙中電極不變，將其溶液換成NaCl溶液，閉合K一段時間后，甲中溶液的pH將________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)；乙中溶液的pH將________。
[解析]　(1)由圖中的銅、鋅兩種電極和電解質溶液(稀硫酸)和閉合電路知：該裝置為原電池，Zn較活潑，則Zn作負極，Cu作正極，則乙裝置為電解池，石墨棒極與負極相連為陰極，Pt極與正極相連為陽極。
增大
增大
題號
2
4
5
3
7
6
8
1
(2)甲裝置為原電池，Cu極為正極，正極上氫離子得電子，正極上的反應為2H＋＋2e－===H2↑，乙裝置為電解池，石墨棒極與負極相連為陰極，陰極上銅離子得電子，則電極反應為Cu2+＋2e－===Cu。
(3)根據原電池、電解池中電子守恒，當甲中產生0.1 mol氣體時，甲中2H＋＋2e－===H2↑，則轉移0.2 mol電子，連接電源負極的石墨棒極為電解池的陰極，轉移0.2 mol電子，根據Cu2+＋2e－===Cu，乙中析出銅的物質的量為0.1 mol，電解池的陽極上發生氧化反應：2Cl－－2e－===Cl2↑，則生成氣體為0.1 mol，其在標準狀況下的體積為2.24 L。
題號
2
4
5
3
7
6
8
1
(4)若乙中溶液不變，將其電極都換成銅電極，則為電鍍池，陽極銅失電子生成銅離子，陰極銅離子得電子生成銅單質，則溶液中銅離子的濃度不變，所以溶液的顏色不變。
(5)甲中發生的反應為Zn與氫離子的反應，反應消耗氫離子，則pH增大，乙中電極不變，將其溶液換成NaCl溶液，則乙中電解NaCl溶液生成氫氧化鈉，所以溶液的pH增大。
題號
2
4
5
3
8
6
7
1
8．如圖是用兩個石墨作為電極，電解飽和Na2SO4溶液的裝置，U形管內的電解液中事先加有酚酞指示劑?；卮鹣铝袉栴}：
(1)根據圖中倒扣試管內的液面高度，判斷直流電源左端為________極，Na＋通過陽離子交換膜移動的方向為________(填“左→右”或“右→左”)。
負
右→左
題號
2
4
5
3
8
6
7
1
(2)電解過程中，有關電極附近溶液顏色變化中正確的是_______(填序號)。
①A側溶液由無色變為紅色
②B側溶液由無色變為紅色
③A側溶液不變色
④B側溶液不變色
(3)寫出B側發生的電極反應：___________________________。
(4)檢驗b管中氣體的方法及現象是_____________________________
_________________________________________________________。
①④
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
用拇指按住試管口，取出試管，
正立后移開拇指，將帶火星的木條伸入試管內，帶火星的木條復燃
題號
2
4
5
3
8
6
7
1
[解析]　(1)用石墨電極電解飽和Na2SO4溶液的實質是電解水，根據圖中倒扣試管內的液面高度可知，a試管收集的氣體是氫氣、b試管收集的氣體是氧氣，則A為陰極區、B為陽極區，陽極與電源正極相連、陰極與電源負極相連，所以直流電源左端為負極，電解時，電解質溶液中陽離子通過陽離子交換膜移向陰極區A，即Na＋通過陽離子交換膜的移動方向：右→左。(2)陰極的電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，生成的OH－使陰極區酚酞溶液變紅，陽極的電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成H＋，陽極區酚酞溶液不變色，即A側溶液由無色變為紅色、B側溶液不變色。
題號
2
4
5
3
8
6
7
1
(3)該電解池中A為陰極區、B為陽極區，B側中發生的電極反應為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。(4)電解池中A為陰極區、B為陽極區，b管中氣體為氧氣，可用帶火星的木條檢驗，操作為用拇指按住試管口，取出試管，正立后移開拇指，將帶火星的木條伸入試管內，帶火星的木條復燃。

展開更多......

收起↑