第二节 电解池第1课时 电解原理
[核心素养发展目标]
1.宏观辨识与微观探析：从宏观和微观的角度理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动、阴阳两极上的反应及其变化、电流形成的过程和原理。
2.证据推理与模型认知：建立对电解过程的系统分析认识的思维模型，理解电解的规律，会判断电解的产物，会书写电解的电极反应式和总反应式。
知识梳理
一、电解原理
1．实验探究：电解CuCl2溶液
(1)按下图所示装置完成实验，并填写下表。
实验现象
实验结论
原因分析
电流表指针发生偏转
说明电解质溶液导电，形成闭合回路
电解质溶液导电的过程就是被电解的过程
与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质
析出金属铜
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)
与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝
产生了氯气
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
2.电解和电解池
(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。
(2)电解池：将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。
(3)电解池的构成条件
①直流电源；②两个电极；③电解质溶液或熔融电解质；④形成闭合回路。
3．电解原理
深度思考
1．如下图所示装置中属于电解池的是________(填序号)。
答案 ③⑥
2．如图所示是电解稀盐酸的装置，其中c、d为石墨电极。试回答下列问题：
(1)a电极为________，b电极为________。
(2)c电极为________，电极反应式为________________________，发生了________反应。
d电极为________，电极反应式为________________________，发生了________反应。
(3)电解过程中，氢离子向____(填“阴”或“阳”，下同)极移动，氯离子向____极移动。电解总方程式为：________________________。
答案 (1)正极 负极 (2)阳极 2Cl－－2e－===Cl2↑ 氧化 阴极 2H＋＋2e－===H2↑ 还原 (3)阴 阳 2HClH2↑＋Cl2↑
二、电解规律
1．电解池的分析方法与规律
(1)判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)分析电解质水溶液的全部离子并分为阴、阳两组。
(3)根据放电顺序写出电极反应式
①阴极(与电极材料无关)：
②阳极(与电极材料有关)：
(4)总化学方程式或离子方程式
书写反应的总离子方程式时，要注意：若参与电极反应的H＋(或OH－)是由水电离出来的，应用水的分子式表示。
提醒 ①“活泼电极”一般指Pt、Au以外的金属。
②最常用的放电顺序：阳极：活泼金属＞Cl－＞OH－；阴极：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋。
2．电解后溶液的复原规律
用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表：
(1)电解H2O型
电解质
H2SO4
NaOH
Na2SO4
阳极反应式
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极反应式
4H＋＋4e－===2H2↑
pH变化
减小
增大
不变
复原加入物质
加入H2O
(2)电解电解质型
电解质
HCl
CuCl2
阳极反应式
2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极反应式
2H＋＋2e－===H2↑
Cu2＋＋2e－===Cu
pH变化
增大
复原加入物质
加入HCl
加入CuCl2
(3)电解质和水都发生电解型
电解质
NaCl
CuSO4
阳极反应式
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
阴极反应式
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
2Cu2＋＋4e－===2Cu
pH变化
增大
减小
复原加入物质
加入HCl
加入CuO或CuCO3
特别提醒 电解后溶液的复原，从溶液中放出的气体和生成的沉淀，按照原子个数比组成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则。
课堂检测
1．以石墨为电极，电解KI溶液(其中含有少量酚酞和淀粉)。下列说法错误的是( )
A．阴极附近溶液呈红色
B．阴极逸出气体
C．阳极附近溶液呈蓝色
D．溶液的pH变小
答案 D
2．如图中X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无味气体放出。符合这一情况的是表中的( )
选项
a极板
b极板
X电极
Z溶液
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
答案 A
3．用石墨作电极电解0.1
mol·L－1的CuSO4溶液，当有0.4
mol电子通过电路时，发现阴极增重6.4
g，则要使电解后的溶液恢复到电解前状态，则可向电解后的溶液中加入( )
A．0.1
mol
Cu(OH)2
B．0.1
mol
CuO
C．0.2
mol
CuO
D．0.1
mol
CuO和0.2
mol
H2O
答案 A
4．用如图所示的装置进行电解。通电后发现湿润的淀粉?KI试纸的C端变为蓝色。
(1)E为电源的____极，F为电源的____极。
(2)A中发生反应的化学方程式为__________________________________________________。
(3)在B中观察到的现象是_______________________________________________________。
(4)D端的电极反应式为__________________________________________________________。
答案 (1)负 正
(2)4AgNO3＋2H2O4Ag＋4HNO3＋O2↑
(3)铜片溶解，石墨电极上有气体生成，溶液中有蓝色沉淀生成
(4)2H＋＋2e－===H2↑第二节
第2课时 电解原理的应用
[核心素养发展目标]
1.变化观念与平衡思想：通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。
2.证据推理与模型认知：建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。
知识梳理
一、电解饱和食盐水
烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
1．电解饱和食盐水的原理
通电前：溶液中的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。
通电后：①移向阳极的离子是Cl－、OH－，Cl－比OH－容易失去电子，被氧化成氯气。
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。
②移向阴极的离子是Na＋、H＋，H＋比Na＋容易得到电子，被还原成氢气。其中H＋是由水电离产生的。
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。
③总反应：
化学方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH；
离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。
2．氯碱工业生产流程
工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。
①阳离子交换膜电解槽
②阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量。
3．氯碱工业产品及其应用
(1)氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂。
(2)电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。
二、电镀 电冶金
1．电镀与电解精炼
电镀是一种利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。
装置
电镀
精炼
阳极材料
镀层金属Cu
粗铜(含锌、银、金等杂质)
阴极材料
镀件金属Fe
纯铜
阳极反应
Cu－2e－===Cu2＋
Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋等
阴极反应
Cu2＋＋2e－===Cu
Cu2＋＋2e－===Cu
溶液变化
硫酸铜溶液浓度保持不变
Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥
2.电冶金
(1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。如Mn＋＋ne－===M。
(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。
如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠的反应式：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：2Na＋＋2e－===2Na；
总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。
课堂检测
1．关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是( )
A．都用粗铜作阳极、纯铜作阴极
B．电解液的成分都保持不变
C．阳极反应都只有Cu－2e－===Cu2＋
D．阴极反应都只有Cu2＋＋2e－===Cu
答案 D
2．下列描述中，不符合生产实际的是( )
A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极
B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极
C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极
D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极
答案 A
3．(2019·重庆高二质检)如图甲为锌铜原电池装置，乙为电解熔融氯化钠装置。则下列说法正确的是( )
A．甲装置中锌为负极，发生还原反应，铜为正极，发生氧化反应
B．甲装置盐桥的作用是使反应过程中ZnSO4溶液和CuSO4溶液保持电中性
C．乙装置中铁极的电极反应式为2Na－2e－===2Na＋
D．乙装置中B是氯气出口，A是钠出口
答案 B
4．工业电解饱和食盐水制烧碱时须阻止OH－移向阳极，目前采用阳离子交换膜将两极溶液分开(如图)(F处加少量NaOH以增加溶液导电性)。
(1)C、D分别是直流电源的两电极，C是电源________极，D是电源________极。
(2)电解一段时间后，________由A口导出，________由B口导出。阴极附近碱性增强的原因是(用电离方程式及电极反应式表示)____________________________________________。
(3)若不采用阳离子交换膜，OH－向阳极移动，发生的反应可用离子方程式表示为___________
______________________________________________________________________________。
答案 (1)负 正
(2)Cl2 H2 H2OH＋＋OH－、2H＋＋2e－===H2↑
(3)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
