2021-2022学年上学期高二化学鲁科版（2019）选择性必修1 第一章第三节 电能转化为化学能—电解 第1课时 电解的原理 课件（58张ppt）

(共58张PPT)
第三节
电能转化为化学能—电解
第1课时
电解的原理
氯化铜溶液
Zn
Cu
氯化铜溶液
石墨
石墨
原电池
电解池
原电池——将
能转化为
能的装置。
化学
电
电解池——将
能转化为
能的装置。
电
化学
稀硫酸
稀硫酸
稀硫酸
稀硫酸
A
B
C
D
1.下列装置中属于原电池的是
（
）
属于电解池的是
（
）
B
C
D
原电池、电解池的区分关键看是否有外接电源
跟踪习题
一、电解原理
1、电解
使电流通过熔融的电解质或电解质溶液，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
2、电解池
利用氧化还原反应，把电能转化为化学能的装置。
3、电解池构成条件
【归纳总结】
与外加直流电源
与电源相连的两个电极
有电解质溶液
形成闭合回路
自发或者非自发的氧化还原反应
联想质疑
金属钠与氯气在常温下就可以发生氧化还原反应生成氯化钠,同时放出大量的热:
2Na(s)+Cl2(g)
=2NaCl(s)
△H=-822.3kJ·mol-1
反之,若以氯化钠为原料制备金属钠,则需要从外界获得能量(如电能)。在生产实践中,人们是如何利用电能,以氯化钠为原料制取金属钠的呢？
【交流·研讨】
工业上电解熔融氯化钠生产金属钠的装置示意图。容器中盛有熔融的氯化钠，两侧分别插入石墨片和铁片作为电极材料，两个电极分别与电源的正极和负极相连。
现象：
石墨电极：(阳极、和电源正极相连)：
铁电极(阴极、和电源负极相连)：
有气泡，产生黄绿色、刺激性气味，并能使湿润的KI-淀粉试纸变蓝的气体。
有金属钠析出
电解熔融的氯化钠
3、接通电源后，熔融氯化钠中Na+、Cl-各向那个方向运动？
4、移到两极表面的Na+、Cl-发生什么变化？
1、通电前，熔融氯化钠中存在哪些离子？这些离子的运动情况怎样？
做无规则运动
阳离子：Na+
阴离子：Cl-
2、通电后，外电路上的电流方向怎样？
【实验分析】
Na+移向与电源负极相连的电极(Fe),得到电子变成Na,发生还原反应：
Na+
+
e-＝Na
Cl-移向与电源正极相连的电极(C),失去电子变成Cl,结合生成Cl2,发生氧化反应：2Cl-
-
2e-＝Cl2↑
2NaCl
2Na+Cl2↑
通电
总反应式：
4．电解池的工作原理
接通外界电源后，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子的定向运动形成内电路，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极，如图所示。
5、电极产物的判断，电极反应的书写
阳极：还原剂-ne-
＝
氧化产物
氧化反应
阴极：氧化剂+ne-＝还原产物
还原反应
口诀：
“正阳氧，
负阴还”
6.
电流方向，电子、离子的流向
正极→阳极→阴极→负极（闭合回路）
阳离子→阴极，阴离子→阳极（“阴阳相吸”）
电子：
电流：
物质在阳极失电子
流入正极，
负极电子流出
阴极（物质在阴极得电子）
通过导线
通过导线
离子：
牢记：“离子不上岸，电子不入水”
书写电解熔融氯化镁，氧化铝的电极反应方程式和总反应方程式
练习1：使用惰性电极电解时
串联电解熔融KCl、MgCl2、Al2O3一段时间后，析出K、Mg、Al的物质的量之是
。
6:3:2
练习2：使用惰性电极电解时
串联电路，电子处处相等！
惰性电极：一般不参与电极反应（石墨、金、铂）
活性电极：除石墨、金、铂以外的金属电极。
【实验】电解CuCl2溶液
观察实验现象，并书写电极反应式。
1、如何才能正确判断出电解过程中阴阳两极的电极产物？
2、电解过程中，电解质溶液中阴、阳离子得、失电子能力的相对强弱顺序？
思考：
阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。
电极产物的判断及电极反应的书写
无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。
阳离子在阴极上放电顺序（由易到难）：
阴极:
Au+
>
Ag+
>
Fe3+
>
Cu2+
>
(H+酸)
>
Pb2+
>
Sn2+
＞
Fe2+
>
Zn2+
>
(H+水)
>
Al3+
…
①活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化成阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。
②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：溶液中阴离子放电。
阳极：
阳极放电顺序（由易到难）：
活性金属电极>S2-
>
I-
>
SO32-
>
Br-
>
Cl-
>
OH-(
碱或水
)
>
其它含氧酸根
>
F-
【实验】电解CuCl2溶液
观察实验现象，并书写电极反应式。
【注意】
离子放电顺序与电极材料﹑离子本身的氧化性﹑
还原性及离子浓度等因素有关！！
分析：1、用惰性电极电解0.1mol/LAgNO3与0.1mol/LCu(NO3)2混合溶液
。
2、用惰性电极电解0.1mol/LFeCl3和0.1mol/L
CuCl2混合溶液
先析出
，后析出
。
阴极初始反应为：
.
Fe3++e-=Fe2+
【方法导引】：分析电解反应的一般步骤：
2、确定电极性质和材料。活性、惰性电极
3、分析明确溶液中存在阴阳离子。
1、确定装置的性质。电解池
4、根据放电顺序，分析离子移动方向和阴阳两极放电情况。
5、根据溶液性质，确定电极产物，并写出电极反应。
6、写出电解总反应方程式。
6.以石墨作电极分别电解下列溶液,在阴极不能得到氢气的是(
)
A.
Na2SO4
B.
AgNO3
C.
NaCl
D.
NaOH
B
练习
7.下列各组中,每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是(
)
A.
HCl、CuCl2、Ba(OH)2
B.
NaOH、CuSO4、H2SO4
C.
NaOH、H2SO4、Ba(OH)2
D.
NaBr、H2SO4、Ba(OH)2
C
2：写出电极反应方程式和总反应方程式
1、写出以惰性(石墨)电极电解下列溶液的电极反应式和电解方程式。
⑴氯化铜溶液(CuCl2)
⑵氯化氢溶液(HCl)
⑶氯化钠溶液(NaCl)
⑷硫酸铜溶液(CuSO4)
⑸硝酸银溶液(AgNO3)
⑹氢氧化钠溶液(NaOH)
⑺稀硫酸(H2SO4)
⑻硫酸钠溶液(Na2SO4)
课后练习
第2课时
电解规律和电解原理的应用
回顾：电解池的工作原理
离子的放电顺序
(1)阴极：惰性电极、活性电极都不参与反应，溶液中的阳离子放电顺序：
Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋
(2)阳极：活性电极被氧化或溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化。其放电顺序：
活性金属电极>S2－
>SO32－
>I－>Br
－>Cl－>OH
电解无氧酸溶液(氢氟酸除外)、不活泼金属的无氧酸盐溶液时，实质上是电解质本身被电解。如电解盐酸、CuCl2溶液等
阳极：
2Cl－-
2e-＝Cl2↑
阴极：
Cu2+
+
2e－＝Cu
总反应：CuCl2
==
Cl2↑+
Cu
通电
⑵HCl溶液
⑴
CuCl2溶液
阳极：
2Cl－-
2e-＝Cl2↑
阴极：
2H+
+
2e－＝H2↑
总反应：2HCl
==
Cl2↑+
H2↑
通电
1、电解质本身被电解
电解液复原：
一、用惰性电极进行电解时的电解规律总结
电解液复原规律：
“析出什么物质，就加入相应元素组成的化合物”
若要恢复需加入一定量的溶质
电解活泼金属的无氧酸盐溶液时，电解质和水都有一部分被电解，如电解NaCl溶液等。
通入一定量的HCl。
2、电解电解质和水(放氢生碱型)
⑶NaCl溶液
阳极(C)：
阴极(C)：
2NaCl+2H2O
==
2NaOH
+
Cl2↑+
H2↑
通电
或写成：阴极(C)：2H2O
+2e－＝
H2↑
+
2
OH－
一、用惰性电极进行电解时的电解规律总结
2Cl－-2e-
＝
Cl2↑
2H+
+2e－＝
H2↑
总反应：
电解液复原：
电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质和水都有一部分被电解，如电解CuSO4溶液、AgNO3溶等。
4OH－
-
4e-
＝
2H2O
+
O2↑
2Cu2+
+
4e－＝
2Cu
总反应：2CuSO4
+
2H2O
==
2Cu
+O2↑+
2H2SO4
通电
电解液复原：
⑷CuSO4溶液
3、电解电解质和水(放氧生酸型)
⑸AgNO3溶液
阳极
：
阴极：
总反应：4AgNO3+
2H2O
==
4Ag
+O2↑+4HNO3
通电
一、用惰性电极进行电解时的电解规律总结
或写成：阳极
：
2H2O
-
4e-
＝
O2
+
4H+↑
阳极
：
阴极：
4OH－
-
4e-＝
2H2O
+
O2↑
4Ag+
+
4e－＝
4Ag
电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液时，实质上是电解水。如电解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液
阳极：4OH－
-
4e-
=
2H2O
+
O2↑
阴极：4H+
+
4e－
=
2H2↑
总反应：2H2O
==
O2↑
+
2H2↑
通电
加入一定量的水。
4、电解水型(既生氢又生氧，实质电解水)
⑹氢氧化钠溶液
⑺稀硫酸
⑻硫酸钠溶液
一、用惰性电极进行电解时的电解规律总结
电解液复原：
惰性电极电解电解质溶液的产物判断（图示）
(1)电解时,只生成H2而不生成O2,则溶液的pH
。
(2)电解时,只生成O2而不生成H2,则溶液的pH
。
(3)电解时,既生成H2又生成O2,则实际为电解水。
①若原溶液为酸性,则pH
，
②若原溶液为碱性,则pH
，
③若原溶液为中性,则pH
。
增大
减小
减小
增大
不变
电解过程中溶液pH的变化规律
1.为下图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法正确的是（
）双选
A．X是正极，Y是负极
B．X是负极，Y是正极
C．CuSO4溶液的PH值逐渐减小
D．CuSO4溶液的PH值不变
AC
练习
电解的相关计算
⑴计算类型
①电子守恒在电解计算中的应用。
②电解后某产物的质量
③气体的体积
④某元素的化合价
⑤元素的相对原子质量
⑥计算电解后溶液中的离子浓度。
⑦计算电解质溶液的pH。
⑧串、并联电路中的物质关系。
⑵计算方法
①电子守恒法：得失电子守恒；串联电路电子处处相等
②总反应式计算先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算
③关系式计算根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需要的关系式
⑶等量关系
①当电流通过一个或多个串联的电解池时，
它们皆处于同一闭合电路中，所以各池的电流强度相等，同一时间内通过的电子的物质的量相等。
②常见电化学计算的对应关系：
H2～Cl2～1/2O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－。
如电解中析出气体时，在同温同压下析出各气体物质的量之比为
n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)＝1∶1∶0.5。
例1：若X、Y都是惰性电极，a是CuSO4溶液，电解一段时间后，阳极上产生气体的体积为0.224
L(标准状况下)，则阴极上析出金属的质量为
。
1.28
g
例2、如图A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入0.05
mol·L－1的CuCl2溶液，B池中加入0.1
mol·L－1的AgNO3溶液，进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出的物质的物质的量之比是(　　)
A、2∶2∶4∶1
B、1∶1∶2∶1
C、2∶1∶1∶1
D、2∶1∶2∶
例3．将0.3mol
KCl、0.2
mol
Cu(NO3)2、0.1
molAgNO3一起溶于水，配成100mL混合溶液，用惰性电极电解一段时间后，若在一极析出9.6g
Cu，此时在另一极上产生气体的体积（标准状况下）为（　　）
A．2.24
L
B．3.96L
C．3.92
L
D．2.8L
例4．500mLNaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3 )
=0.3mol·L-1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到气体1.12L(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是(
)
A．原混合溶液中c(Na+)=0.2mol·L-1
B．电解后溶液中c(H+)=0.2mol·L-1
C．上述电解过程中共转移0.4mol电子
D．电解后溶液复原时需加入4gCuO
必刷题20页：
6、
必刷题20页：
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二、电解原理的重要应用
H+
Na+
Cl-
OH-
阳极放出有刺激性气味的气体
阴极放出无色无味的气体
1、电解饱和食盐水
电极反应方程式
阴极：
2H+
+2e-
===
H2
阳极：2Cl-
-
2e-
===
Cl2
总式：2NaCl
+2H2O
===
2NaOH
+
H2
+
Cl2
通电
注意：阴极区pH值升高，酚酞变红
阴极区
阳极区
工业电解食盐水制备烧碱:
离子交换膜电解槽----------阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜有一种特殊的性质,
即它只允许阳离子通过,而阻止阴离子和气体通过.这样即能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起烛爆炸,
又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量和产量.
－
+
Cl2
Cl2
Cl—
H2
Na+
H+
OH—
淡盐水
NaOH溶液
精制饱和NaCl溶液
H2O（含少量NaOH）
阳离子交换膜
2、铜的电解精炼
⑴粗铜所含的杂质
Zn
Fe
Ni
Ag
Au等
+
纯铜
粗铜
－
CuSO4溶液
⑵粗铜的精炼
以粗铜为阳极，以纯
铜为阴极，
以CuSO4溶液
为电解液进行电解
阳极：
Zn
－2e－＝Zn2+
Fe－2e－＝Fe2+
Ni
－2e－＝Ni2+
Cu－2e－＝Cu2+
阴极：
Cu2+
+2e－＝Cu
活泼性：Zn>Fe>Ni>Cu>Ag>Au
纯铜
粗铜
电解精炼铜的装置：
e-
?
－
＋
纯铜作阴极，粗铜作阳极；
Ag
Au
Cu
2+
Zn
Cu
2+
Au
Zn
2+
Cu
2+
Fe
2+
Cu
2+
Zn
2+
e－
e－
（3）电解精炼铜原理：
①粗铜的溶解与纯铜的生成：
阳极（粗铜）：Cu
－2e-
=
Cu2+
阴极（纯铜）：
Cu2+
+
2e-
=
Cu
②比铜活泼的金属：Zn.Fe.Ni只溶解，不析出；
③比铜不活泼的金属：Au.Pt.不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；
④电解质溶液中CuSO4的浓度基本不变；
3、电镀铜：
（1）电镀铜的装置：
【实验4——2】
镀件作阴极，镀层金属作阳极，
含镀层金属离子的电解质配成电镀液；
（2）电镀铜的原理：
阳极（镀层金属）：Cu－2e-
=
Cu2+
阴极（镀件）：
Cu2+
+
2e-
=
Cu
电镀液浓度不变；
待镀铁制品
铜片
－
＋
CuSO4溶液
（3）电镀池形成条件
+
镀件
镀层金属
－
含镀层金属离子的盐溶液
①
镀件作阴极
②
镀层金属作阳极
③
含镀层金属阳离子
的盐溶液作电解液
请设计一个电镀池为铁片镀上一层锌
+
-
铁片
锌片
电镀液
(ZnCl2溶液)
[Zn2+] [H+]，则Zn2+放电
例：电镀锌
阴极：
Zn2+
+
2e-
==
Zn
（还原反应）
　
因Zn离子浓度远大于Ｈ离子浓度　　　　　　
阳极：
Zn
—
2e-
==
Zn2+
（氧化反应）
关于电镀的生产和污染及防治
（4）活泼金属的冶炼
总反应式
:
2NaCl
2Na+Cl2↑
总反应式
:
MgCl2
Mg+Cl2↑
总反应式
:
2Al2O3
2Al+3O2↑
钠的制取
镁的制取
铝的制取
【拓展视野】
物理方法
热分解法
热还原法
电解法
人类冶炼金属的年代表
电化学储能技术,从铅蓄电池开始
铅蓄电池是典型的可充型电池，电池总反应式为：
（1）放电时，正极的电极反应式是　
　　
　　
　，
电解液中H2SO4的浓度逐渐　　
　
　，当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加　
　　　g。
（2）在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按图连接电解，则:
A电极的电极反应式是　
　　
　　
　　
　　
　　
　;
B电极的电极反应式是　　
　　
　　
　　
　　
　
　。
PbO2
+
4H++SO42-+2e-
=2PbSO4
+2H2O
变小
48
PbSO4
+2H2O
-2e-
=
PbO2
+
4H++
SO42-
PbSO4
+2e-
=Pb
+
SO42-
电解（充电）——利用电压的强制手段
比能量最高的：锂离子电池
参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小称为该电池的比能量
锂离子电池是一种二次电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+
在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。放电时，负极失电子后Li+脱嵌，经过电解质嵌入正极，放电时相反。
导电电解液
03
膜技术在电化学中的应用
【拓展补充】
（1）交换膜的功能
使离子选择性定向迁移（目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷）。
（2）交换膜在中学电化学中的作用
①防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素。如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的氢气混合发生爆炸。
②用于物质的制备、分离、提纯等。
（3）离子交换膜的类型
常见的离子交换膜为：阳离子交换膜、阴离子交换膜、特殊离子交换膜等。
1.（隔离某些离子或物质）目前电解法制烧碱通常采用离子交换膜法，阳（阴）离子交换膜不允许阴（阳）离子通过。则下列叙述中错误的是（　　）
A.NaOH、H2均在Ⅰ区产生
B.
图中a为阴离子交换膜
C.使用离子交换膜可以有效地隔离NaOH和Cl2，阻止二者之间的反应
D.电解时往Ⅲ区的溶液中滴加几滴甲基橙，溶液先变红后退色
B
2.（分离、提纯）用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是（　　）
A.阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B.通电后阴极区溶液pH会增大
C.K＋通过交换膜从阴极区移向阳极区
D.纯净的KOH溶液从b口导出
C
3.（制备某些物质）H3PO2也可用电渗析法制备。
“四室电渗析法”工作原理如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：
（1）写出阳极的电极反应式____________________________。
（2）分析产品室可得到H3PO2的原因___________________________
________________________________________________。
（3）早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2将
“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用
H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。
其缺点是产品中混有　　　　　　　杂质。该杂质产生的原因是：___________________________________。
H2PO2－或H3PO2被氧化
2H2O－4e－=
O2↑＋4H＋
阳极室的H＋穿过阳膜扩散至
产品室，原料室的H2PO2－穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2
PO43－
或H3PO4