4.2.1 电解原理 课件（共29张PPT）

(共29张PPT)
第1课时
电解原理
学习目标
1. 会描述电解池的工作原理，能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式。
2. 熟悉电解规律和电解产物的判断方法。
1799年意大利物理学家伏打发明了将化学能转化为电能的装置，使人类第一次获得了可供实用的持续电流。
伏打(1745~1827）
伏打电池
科
学
史
话
次年，英国化学家尼科尔森和卡里斯尔获知伏打的发明后，立即着手用伏打电池进行电解水的试验。当他们接通电流后，两电极上都有气泡产生。
经收集、鉴定，这两种气体分别是氢气和氧气，
且其体积比约为2∶1。
科
学
史
话
阳极：与电源正极相连的电极
阴极：与电源负极相连的电极
电极名称
实验结论
阴极上有 H2 生成；
阳极上有 O2 生成。
H2
O2
H2O
水
的
电
解
阳极：
4OH－ —4e－ == O2↑+ 2H2O
阴极：
4H+ + 4e－ == 2H2↑
氧化反应，失去电子
还原反应，得到电子
↑
戴维（1778 ~1829）
电解水的成功，使人们意识到电
可以用于化学研究。
英国科学家戴维在思考：电可以
分解水，那么，电对于盐溶液又
将产生什么作用呢？
科
学
史
话
探究实验电解氯化铜
CuCl2 ==Cu+Cl2↑
电解
铜
氯气
现象：
阳极：黄氯气气体产生，该气体能使润湿的淀粉碘化钾溶液变蓝。
阴极：有红色物质析出。
电解原理
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。
2. 电解池（电解槽）：
把电能转化为化学能的装置
注意：①电流必须是直流而不是交流。
②熔融态的电解质也能被电解。
【思考1】电解池的两极是怎样确定的？
3. 两个电极及电极反应:
阴极：与电源负极相连——电子流进——还原反应
阳极：与电源正极相连——电子流出——氧化反应
⑴两个电极的确定及电极反应：
e－
e－
C
C
CuCl2溶液
阴极
阳极
⑵两个电极的类型：
惰性电极(铂、金、石墨)：
　　　　——仅仅导电，不参与反应
活性电极(除铂、金外的金属)：
　　　　——既可以导电、又可以参与电极反应
惰性电极与活性电极
【思考2】形成电解池的条件是什么？
Cu
Cu
CuCl2溶液
阴极
阳极
C
C
CuCl2溶液
阴极
阳极
4. 形成电解池的条件：
e－
e－
C
C
CuCl2溶液
⑴与电源相连的两个电极
⑵电解质溶液或熔化的电解质
⑶形成闭合回路
阴极
阳极
【思考3】在电解过程中，电子、离子是如何形成闭合回路的？
电子的流向: 电子从外加电源的负
极流出，流到电解池的阴极，再
从阳极流回电源正极。（注意：
电子只在外电路定向移动，不能
从溶液中移动）
离子定向移动的方向:
阳离子向阴极移动,
阴离子向阳极移动。
【思考4】电解质溶液导电的实质是什么？
e－
e－
C
C
CuCl2溶液
阴极
阳极
5. 电解质溶液导电的实质：
对电解质溶液（或熔融态电解质）通电时，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，电解质的阳离子移向阴极得电子发生还原反应；电解质的阴离子移向阳极失去电子（有的是组成阳极的金属原子失去电子）发生氧化反应，电子从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极。这样，电流就依靠电解质溶液（或熔融态电解质）里阴、阳离子的定向移动而通过溶液（或熔融态电解质），所以电解质溶液（或熔融态电解质）的导电过程，就是电解质溶液（或熔融态电解质）的电解过程。
【思考5】如何书写电极反应方程式和总方程式？
通式：
阴极：氧化剂＋ne－ ==　还原产物
阳极：还原剂－ne－ ==　氧化产物
总电解反应式：阴阳极反应式相加所得的式子（考虑电子守恒）
6. 电极反应式的书写：（以电解CuCl2 为例）
e－
e－
C
C
CuCl2溶液
阴极
阳极
阳离子移向阴极放电，
阴离子移向阳极放电
阴极：Cu2++2e－ == Cu 还原反应
阳极：2Cl－ -2e－ == Cl2 ↑ 氧化反应
总反应式：
CuCl2 Cu+Cl2↑
电解
加CuCl2溶液
变小
【思考6】电解后氯化铜的浓度如何变化？
【思考7】若要使电解质溶液复原，怎么办？
【思考8】什么叫放电？
阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。
【思考9】为什么Cu2+、Cl－放电，而不是H+和OH－ ？
阴离子放电：与阴离子的还原性的相对强弱有关
阳离子放电：与阳离子的氧化性的相对强弱有关
【思考10】阴阳离子的放电顺序是什么？
7. 离子放电顺序：
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>(H+)> Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
注：当离子浓度相差较大时，放电顺序要发生变化，相同时按H+，不同时按（H+）
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是：
阴极:
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人溶液，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：溶液中阴离子的放电顺序是：
S 2->SO32->I－ >Br－ >Cl－ >OH－ >NO3 ->SO42-(等含氧酸根离子）>F－
阳极：
【思考11】电解氯化铜溶液时，溶液中Cu2＋和Cl－放
电基本完毕后，电解过程是否也就停止了呢？
溶液中Cu2+和Cl－放电完毕后，原溶液变为纯水，此时，在纯水中存在H+和OH－ ， H+在阴极放电，OH－在阳极放电，实际上是电解水的过程，所以：
阴极：4H+ + 4e－ == 2H2 ↑
阳极：4OH－ －4e－ ==2H2O + O2 ↑
总反应：2H2O == 2H2↑ + O2 ↑
【思考12】在电解氯化铜溶液的装置中，若把电解质换成氯化钠，其结果又如何呢？写出电极反应。
电解
（1）溶液中所含阳离子：H+、Na+，
放电顺序：H+ > Na+
阴 极：2H+ + 2e－ == H2 ↑
（2）溶液中所含阴离子：OH－ 、Cl－ ，
放电顺序：Cl－ > OH－
阳 极：2Cl－ －2e－ == Cl2 ↑
总反应： 2NaCl + 2H2O == 2NaOH + H2 ↑+ Cl2 ↑
【思考13】氯化钠溶液换成熔融的氯化钠，其结果又如何呢？写出电极反应。
电解
熔融的氯化钠中有Na+和Cl－ ，Na+在阴极放电生成金属钠，Cl－在阳极放电生成氯气。
阴极：2Na+ +2e－ == 2Na
（氧化反应）
阳极：2Cl－ -2e－ == Cl2↑
（还原反应）
总式：
2NaCl 2Na+Cl2 ↑
电解
阴极
阳极
氯
气
钠
熔融NaCl
【思考14】分析电解反应（用惰性电极时）的一般思路是什么？
小结1：分析电解反应(用惰性电极时)的一般思路：
明确溶液中存在哪些离子
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
阴阳两极附近有哪些离子
【思考15】电解与电离有哪些异同呢？
电　离 电　解
条件
过 程
特点
联系 阴阳离子定向移动，在两极上失得电子成为原子或分子。如：
CuCl2==Cu+Cl2↑
电解
电解质溶于水或受热融化状态
电解质电离后，再通直流电
电解质电离成为自由移动的离子例：CuCl2==Cu2++2Cl－
只产生自由移动的离子
发生氧化还原反应生成了新物质
电解必须建立在电离的基础上
【思考16】电解池与原电池有哪些异同呢？
小结2：电解与电离比较：
【思考17】电解池有什么规律？
电解池
能量转换
离子的迁移 方向
发生氧化反应的电极
发生还原反应的电极
反应能否自发
电能转化为化学能
阳极（接电源正极）
阴极（接电源负极）
阴离子向阳极迁移
阳离子向阴极迁移
原电池
化学能转化为电能
负极
正极
阴离子向负极迁移
阳离子向正极迁移
相同点 (从原理分析)
都是氧化还原反应
小结3：原电池与电解池的比较:
不自发
自发
电解质溶液用惰性电极电解的示例：
电解 类型 举 例 电极反应 溶液 pH 变化 溶液
复原
方法
物质类别 实例 仅溶 剂水 电解
仅溶 质电 解
溶质 和溶 剂都 电解
含氧酸
H2SO4
强碱
NaOH
活泼金属的含氧酸盐
Na2SO4
无氧酸
HCl
阴极:4H+ + 4e- == 2H2↑
阳极:4OH-－4e-==O2↑+2H2O
减小
增大
不变
H2O
阳极:2Cl- －2e-==Cl2↑
阴极:2H++2e- == H2↑
增大
HCl
不活泼金属的无氧酸盐
CuCl2
阳极:2Cl- － 2e- ==Cl2↑
阴极:Cu2++2e- == Cu↓
增大
CuCl2
活泼金属的无氧酸盐
NaCl
阳极:2Cl-－2e- ==Cl2↑
阴极:2H++2e- == H2↑
增大
HCl
不活泼金属的含氧酸盐
CuSO4
阳极:4OH-－4e-==O2↑+2H2O
阴极:2Cu2++4e- == 2Cu↓
减小
CuO
放氢生碱
放氧生酸
电解规律（惰性电极）小结：
Ⅰ与Ⅲ区：电解本身型 如CuCl2 、HCl
Ⅰ与Ⅳ区：放氢生碱型 如NaCl
Ⅱ与Ⅲ区：放氧生酸型 如CuSO4、AgNO3
Ⅱ与Ⅳ区：电解水型 如Na2SO4、H2SO4 、NaOH
阳极：S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F-
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
阴极：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>（H+）>Al3+>Mg2+>Na+
随堂练习
1. 如图所示，通电后A极上析出Ag，对该装置的有关叙述正确的是（ ）
A.P是电源的正极
B.F极上发生的反应为：4OH－ - 4e－ ==2H2O+O2↑
C.电解时，甲、乙、丙三池中，除E、F两极外，其余电极均参加了反应
D.通电后，甲池的pH减小，
B
2.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（ ）
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
a
X Y
b
Pt
Cu
CuSO4溶液
NaCl和酚酞溶液
AC
3. 用铂电极电解下表中各组物质的水溶液，电解一段时间以后，甲、乙两池中溶液的pH值均减小，而在①和④两极，电极产物的物质的量之比为1︰2的是（ ）
D
A B C D
甲 KOH H2SO4 Na2SO4 CuSO4
乙 CuSO4 AgNO3 HCl HNO3
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