化学人教版(2019)选择性必修1 4.2.1电解原理(共49张ppt)

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名称 化学人教版(2019)选择性必修1 4.2.1电解原理(共49张ppt)
格式 pptx
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资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 化学
更新时间 2023-10-14 21:09:36

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文档简介

(共49张PPT)
第二节 第一课时 电解原理
第四章 化学反应与电能
1.了解电解的概念。
2.了解电解池的构成,理解电解池的工作原理。
3.掌握电解池电极反应式和电解反应方程式的书写。
学习目标 1min
自学指导 6min
阅读课本第101-102页,完成大本第 84-85页


×
×
阳极→正极 负极→阴极
阴极发生还原反应 Cu2++2e-=Cu
自学检测 3min
外接直流电源,离子定向移动,发生氧化还原反应,属于化学变化。
自学检测 P85 练一练 3min
C
+ -
阳 阴
氧化 还原
2Cl--2e-=Cl2↑
Cu2++2e-=Cu
原电池是把化学能直接转化为电能的装置,
电解池是把电能直接转化为化学能的装置。
回顾初中所学,在通电条件下水分解生成氧气和氢气。
教师点拨 20min
电解池工作原理示意图
阳离子
阴离子
e-
e-
氧化反应
还原反应
与直流电源的负极相连
与直流电源的正极相连
H2O
O2
H2
【实验4-2】
在U形管中注入CuCl2溶液,插入两根石墨棒做电极,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。
思考:氯化铜溶液中含有哪些微粒
阳离子:
阴离子:
Cu2+ 、H+
Cl- 、OH-
Cl- → OH- →
阴极区:
Cu2+ → H+ →
阳极区:
猜想:通电时在阳极和阴极是什么离子在发生电极反应?产物可能是什么?
Cl2↑ O2↑
Cu H2↑
↓e- ↑e-
实验现象
oooooooooooooooooooo
- +
阴极
阳极
Cu
Cl2
ooooooooooooooooooooooo
e-
e-
总反应:CuCl2 Cu + Cl2↑
电解
阳极:
与正极相连的碳棒有气泡产生,该气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝的气体。
与负极相连的碳棒上有红色固体析出。
阴极:
Cl- → Cl2↑ OH- → O2↑
阴极区:
Cu2+ → Cu H+ → H2↑
阳极区:
猜想:通电时在阳极和阴极是什么离子在发生电极反应?为什么?
2Cl--2e- = Cl2↑(氧化反应)
Cu2+ + 2e-= Cu(还原反应)
得电子能力:Cu2+>H+ 失电子能力:Cl->OH-
××
电解氯化铜溶液的微观反应过程
Cl—
Cl—
Cl—
Cl—
Cu2+
Cu2+
Cu2+、Cl-
无规则运动
Cu2+、Cl-
定向运动
Cl—
Cl-
Cl—
Cl—
Cu2+
Cu2+
Cu2+、Cl-
发生电子得失
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cu2+
Cu2+
阴阳两极上
生成Cu、Cl2
Cl2
Cl2
e-
e-
阳极
阴极
电解过程分析:
(1)通电前:CuCl2在水溶液中电离: 。
(2)通电时:Cu2+向 移动;Cl-向 移动。
阴极: (还原反应);
阳极: (氧化反应)
总反应: 。
CuCl2 = Cu2+ + 2Cl-
阴极
阳极
Cu2+ + 2e- = Cu
2Cl- - 2e- = Cl2↑
CuCl2 === Cu + Cl2 ↑
电解
电极名称
电极材料
电极反应
反应类型
总反应 反应现象
电子流向 电流流向 离子走向 阴极
阳极
石墨
石墨
Cu2++2e-=Cu
2Cl--2e-=Cl2↑
还原反应
氧化反应
CuCl2 Cu+ Cl2↑
有红色物质产生
有刺激性气味的气体,使湿润的淀粉KI试纸变蓝
负极→阴极,阳极→正极
正极→阳极,阴极→负极
阳离子→阴极,阴离子→阳极
工作原理(以电解CuCl2溶液为例)
1.电解:使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。
注意:①电流应是直流电
②熔融态的电解质(离子化合物)也能被电解
2.电解池:将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。
电解池的工作原理
和电离的区别:
电离无需通电而电解需要,电解质先电离后电解
注意:
(1)电解质溶液的导电过程,就是电解质溶液的电解过程。
(2)电解是最强的氧化还原反应手段,是不可逆的。
3.电解池的构成条件:
①有外接直流电源;②两个电极(阴极、阳极);
③电解质溶液或熔融电解质;④形成闭合回路;
⑤能发生氧化还原反应。
可以是自发的反应,
也可以是非自发的反应
电解池的工作原理
电极材料为金属或石墨,两极材料可相同或不同
【练习】哪个是原电池,哪个是电解池
判断方法:是否有外加电源
①③⑤ ⑥⑦
4.电解池的电极名称:(电化学上规定)
阴极:与直流电源负极相连的电极,发生还原反应;
阳极:与直流电源正极相连的电极,发生氧化反应。
注意:
(1)电解池的阴、阳极完全由外加直流电源的负、正极确定,与电极材料本身的性质无关。
(2)电极的分类:在电解时,根据电极本身是否参与氧化还原反应,可把电极分为惰性电极和活性电极两类:
① 惰性电极(C、Pt、Au):只起导电作用,不参与反应
② 活性电极(除Pt、Au外的其余金属)
5.几种流向的问题
(1)电流:
电源正极→电解池阳极→电解质溶液→电解池阴极→电源负极)
(2)电子流向:电源 极 → 电解池 极;
电解池 极 → 电源 极
(3)离子: 阳离子 → 电解池 极
阴离子 → 电解池 极






电流(I)流向
电解池的工作原理
电解池中电极及电解产物的判断
阳极:失去电子发生氧化反应(阳失氧)
阴极:得到电子发生还原反应(阴得还)
思考交流:阴阳极谁来得失电子呢?
CuCl2溶液
Zn Zn
活性电极
阳极:
电极材料本身失电子
阴极:
阳离子得电子
Zn – 2e = Zn2+
Cu2+ + 2e- = Cu
CuCl2溶液
Pt Pt
阳极:
阴离子失电子
阴极:
阳离子得电子
2Cl- – 2e = Cl2↑
Cu2+ + 2e- = Cu
惰性电极
阴极:不管电极材料是活性的还是惰性只起导电作用,
不参与反应。只由溶液中的阳离子得电子
阳极:若是活性电极,则电极材料本身失电子,
若是惰性电极,则由溶液中阴离子失电子
①活性电极:电极自身放电即电极自身失去电子发生氧化反应, 如:Fe、Cu、Ag
②惰性电极:电极自身不反应,只导电。如:Au、Pt、C
1.电解池的分析方法与规律
(1)判断阴、阳极
电解规律
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+酸>Pb2+>Sn2+ >Fe2+>Zn2+>H+水>Al3+>Mg2+>Na+>K+
(2)分析电解质溶液中的全部离子并分为阴、阳两组
注意:水溶液中存在H+和OH-,熔融电解质中不存在H+和OH-。
(3)放电顺序
①阴极(与电极材料无关):电极只导电,溶液中的阳离子放电,得电子能力(氧化性)强的离子先放电。
Ag++e-=Ag
2H++2e-=H2 ↑或 2H2O+2e-=H2↑+2OH-
(只在熔融状态放电)
离子放电顺序取决于离子本身性质(得失电子能力),另外也与离子的浓度及电极材料有关。
Fe2+
②阳极(与电极材料有关):
1.活性电极:
Fe、Cu、Ag 直接失去电子
Fe-2e- =Fe2+
Cu-2e- =Cu2+
Ag-e-=Ag+
2.惰性电极:
Pt、石墨 溶液中的阴离子放电
阳极常见放电顺序:失电子能力(还原性)强的离子先放电。
活性电极>S2->SO32->I->Br->Cl->OH- >(含氧酸根)>F-
2Cl--2e-=Cl2
4OH--4e-=2H2O + O2↑ 或 2H2O-4e-=4H++O2↑
先分析阳极材料是惰性还是活性电极。
电解池中电极反应的书写
1. 先判断电极材料
2. 找全阴、阳离子
3. 根据放电顺序写出电极反应式,要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
分析阳极反应时首先要看阳极材料,如果活泼电极(除Pt、Au、石墨、钛之外金属)则阳极本身失电子,发生氧化反应。如果阳极本身是惰性金属或石墨,则考虑溶液中阴离子放电。
4. 阴、阳两极相加得总反应式,条件写电解
注意:若反应的H+(或OH-)是由水电离出来的,用水的分子式表示。
总结:看电极→找离子→分阴阳→排顺序→写反应
一、阳极为活泼电极:M – ne- = Mn+
阴极:2H+ + 2e- = H2↑
阳极:Cu -2e- = Cu2+
总反应:Cu +H2SO4 == CuSO4 + H2 ↑
电解
溶质浓度减小,pH增大
1、用Cu做电极电解稀硫酸
H2SO4溶液
阴极
+
-
A
H+
SO42-
H+
OH-
H+
阳极

2、用Ag做电极电解Na2SO4溶液
阴极:2H2O + 2e- = H2↑+2OH-
阳极:2Ag -2e- = 2Ag+
总反应:2Ag +2H2O == 2AgOH + H2 ↑
电解
溶质浓度增大,pH不变
Na2SO4溶液
阴极
+
-
A
Na+
SO42-
Na+
OH-
Na+
阳极

一、阳极为活泼电极:M – ne- = Mn+
2、电解规律(用惰性电极电解时)
阴极:2H+ + 2e- =H2↑
阳极:2Cl- -2e- =Cl2↑
总反应:2HCl ===Cl2↑+H2↑
电解
1、电解电解质型:
实质:电解质本身被电解
增大
通入HCl
溶液pH变化:
溶液复原方法:
电解盐酸:
电解规律
无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液的电解
(如HCl、CuCl2等)
Na2SO4溶液
实例 电极反应 浓度 pH 复原
Na2SO4




阳极: 2H2O-4e-=4H++O2↑
阴极: 2H2O+2e-=H2↑+2OH-
变大
不变
加H2O
2H2O 2H2 ↑ + O2 ↑
电解
2、电解水型:
H2SO4、NaOH、Na2SO4 等
含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐的电解。
C
C
思考:类似的还有什么物质?
实例 电极反应 浓度 pH值 复原
CuSO4
C
C
阳极: 2H2O-4e-=4H++O2↑
阴极:Cu2++ 2e- = Cu
减小
减小
加CuO
CuSO4溶液
2CuSO4+ 2H2O 2Cu +O2 ↑+ 2H2SO4
电解
3、放氧生酸型:
NaCl溶液
实例 电极反应 浓度 pH 复原
NaCl





阳极: 2Cl- - 2e- = Cl 2↑
阴极: 2H2O+ 2e-=H2 ↑+2OH-
2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 ↑ + Cl2 ↑
电解
减小
增大
加HCl
4、放氢生碱型:
C
C
阳极:S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F-




Ⅱ与Ⅳ区:如Na2SO4、H2SO4 、NaOH
阴极:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+
电解电解质型 :
放氢生碱型 :
放氧生酸型 :
电解水型 :
Ⅰ与Ⅲ区: 如CuCl2 、HCl
Ⅰ与Ⅳ区: 如NaCl
Ⅱ与Ⅲ区: 如CuSO4、AgNO3
电解池 原电池 电极名称 ___极(与电源负极相连) ____极(与电源正极相连) ___极(电子流出的极) ___极(电子流入的极)
外电路电子 流_____ 流___ 流___ 流___
内电路离子 _______移向 ________移向 _______移向 _______移向
电极反应(氧化、还原反应) ____反应 ____反应 ____反应 ____反应
能量转化 ____能转化为______能 ____能转化为____能 反应是否自发 _____自发进行 _____自发进行 原电池与电解池的比较








阳离子
阴离子
阴离子
阳离子
还原
氧化
氧化
还原

化学
化学

不能

D
甲 乙
+ -
阳 阴 阳 阴
氧化 还原 氧化 还原
电子只能在外电路移动
2Cl--2e-=Cl2↑
得失电子守恒
O2~2Cl2~4e-
阴离子移向阳极
a
2H2O+2e-=H2↑+2OH-
2H2O-4e-=O2↑+4H+
Cu2++2e-=Cu


2Cl--2e-=Cl2↑
2H2O+2e-=H2↑+2OH-
把湿润的淀粉碘化钾试纸放在A电极附近,试纸变蓝,则证明A电极上的产物为氯气
+ -
阳 阴
氧化 还原
电流
+ -
阳 阴
氧化 还原
电流
0.56 L
1
V(O2)=0.025×22.4=0.56 L
O2
2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4
n(H+)=4n(O2)=0.1 mol,c(H+)=0.1 mol·L-1,pH=1。
探究电解池的电解规律
无明显现象 无明显现象
阴 阳
2Cl--2e-=Cl2↑
Cu2++2e-=Cu
阴极←Cu2+ Cl-→阳极
产生气泡,试纸变蓝
析出红色物质
 溶液中离子的放电先后顺序与离子的氧化性或还原性有关,
氧化性强的阳离子先得电子被还原,Cu2+比H+更容易得电子,
还原性强的阴离子先失电子被氧化,Cl-比OH-更容易失电子。
根据阳离子放电顺序判断阴极产物,
根据电极材料的阴离子放电顺序判断阳极产物。
D

阴极

阳极:2H2O-4e-=4H++O2↑
阴极:Ag++e-=Ag
1 mole-~1 molAg~0.25 mol O2
D
可能是生成的H+中和了OH-,也可能是生成的HClO的漂白性
H2 Cl2
CuO可能分解为Cu2O和O2
2H2O+2e-=H2↑+2OH-
Cl2+Na2S=2NaCl+S↓
Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓
随堂自测 5min P88
C
C
装置A、B、D中无直流电源,且装置D中不能形成闭合回路
如铜和稀硫酸的反应,铜为阳极被氧化,可生成硫酸铜
B
D
阳极上Cl-放电,
阴极上H+放电
阴 阳
2H2O+2e-=H2↑+2OH-
2H2O-4e-=O2↑+4H+
a极H2的体积是b极O2体积的2倍
Na2SO4  
CuSO4
NaCl
CuSO4
惰性电极电解电解质溶液的类型有电解水型、电解电解质型、放氢气生碱型和放氧气生酸型。
再根据阴、阳离子在电极的放电顺序判断。
(1)实质电解水,电解质是活泼金属的含氧酸盐,即Na2SO4。
(2)实质放氧气生酸型,电解质为不活泼金属的含氧酸盐,即CuSO4。
(3)实质为放氢气生碱型,电解质为活泼金属的无氧酸盐,即NaCl。
(4)由阳极生成气体和转移电子的物质的量之比为1∶4,知阳极产生气体为O2,金属与电子的物质的量之比为1∶2,故金属为+2价,即Cu2+,即为CuSO4。