2020化学新素养同步鲁教选修四课件：第1章 第2节 第1课时 电解的原理

【深度思考】 判断电解后溶液酸、碱生成的方法
(1)若电解产物只有H2，而无O2，则阴极生成碱。 (2)若电解产物只有O2，而无H2，则阳极生成酸。 (3)若电解产物既有O2，又有H2，且二者物质的量之比为1∶2，则实质是电解水， 阳极生成酸，阴极生成碱，最终溶液中无酸和碱生成。
变式训练2 下图中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。符合这一情况的是下表中的( )
2.实验分析 (1)熔融的氯化钠中存在的微粒__C__l－__、__N__a_＋_。
(2)通电后离子移动方向：__C_l_－__向石墨电极移动，__N__a_＋_向铁电极移动。 (3)电极上的电极反应： 铁电极：__2_N__a_＋_＋__2_e_－_=_=__=_2_N_a__；石墨电极：_2_C__l－__－__2_e－__=_=_=_C_l_2_↑_。
学习任务二、惰性电极电解电解质溶液的规律 【合作交流】 1.电解H2SO4溶液与盐酸溶液(惰性电极)的产物相同吗？溶液pH有何变化？
提示 阴极产物相同(H2)，阳极产物不同[H2SO4→O2，HCl→Cl2]，电解H2SO4溶 液pH减小，电解盐酸溶液pH增大。 2.若以惰性电极电解CuSO4溶液，试分析电极产物并写出电极反应式及总反应式。 提示 在 CuSO4 溶液中含有 Cu2＋、H＋、OH－、SO24－四种离子，在阴极上 Cu2＋ 放电得 Cu；在阳极上 OH－放电得 O2，电极反应式：阴极为 2Cu2＋＋4e－===2Cu， 阳极为 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；总反应式：2CuSO4＋2H2O=电==解==2H2SO4 ＋2Cu＋O2↑。
减小
减小
生成新 电解质 生成新 电解质
增大
增大 减小
通氯化氢 加氯化铜 通氯化氢 加氧化铜
【关键提醒】 惰性电极电解电解质溶液后要恢复原电解质溶液的浓度，需加适 量的某物质时，遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则，所加物质可以是 阴极与阳极产物的化合物。
【典例2】 右图为直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附 近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是( ) A.逸出气体的体积，a电极的小于b电极的 B.一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体 C.a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色 D.a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色 解析 电解Na2SO4溶液时，a为阴极：4H＋＋4e－===2H2↑，b为阳极：4OH－－ 4e－===O2↑＋2H2O；a极周围由于H＋放电溶液呈碱性，石蕊显蓝色，b极周围由 于OH－放电溶液呈酸性，石蕊显红色。 答案 D
1807年10月6日，戴维将表面湿润的氢氧化钾放在铂制器皿里，并用导线将铂制 器皿以及插在氢氧化钾里的电极相连，整套装置都暴露在空气中。通电以后，氢 氧化钾开始熔化。戴维发现在阴极附近有带金属光泽的酷似水银的颗粒生成，并 生成紫色火焰，这是钾元素的发现过程。这其中的奥秘是什么呢？电解时，物质 的变化是如何发生的？ 提示 在通电条件下，氢氧化钾发生了电解，分别在两个电极上生成了不同的物 质。
选项 a电极 b电极 X电极 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
解析 由a极板质量增加，知溶液中阳离子在a极板析出，则a为阴极，X为负极； 因B中a极板不析出金属，C中X为正极，故B、C错；又由b极板有无色无味气体 放出，知D错。 答案 A
第2节 电能转化为化学能——电解
第1课时 电解的原理
学业要求
素养对接
1.能分析、解释电解池的工作原理。 2.能设计简单的电解池。
1.模型认知：电解池的构成条件和工作 原理。 2.创新意识：会设计电解池。
[知 识 梳 理]
知识点一、熔融氯化钠的电解 1.实验现象
通电后，石墨片周围有__气__泡__产__生___，铁片上生成银白色金属。
3.实验结论 熔融的氯化钠在电流作用下发生化学变化，分解生成___N_a__和__C_l_2__。从得失电子 角度分析：铁电极上发生___还__原___反应，石墨电极上发生___氧__化___反应。
知识点二、电解原理
1.电解 让_直__流__电___通过电解质溶液或熔融的电解质，而在两电极上分别发生__氧__化____反 应和__还__原____反应的过程叫做电解。

【典例1】 如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极，则下列有关判断 正确的是( )
A.a为负极，b为正极 B.a为阳极，b为阴极 C.电解过程中，d电极质量增加 D.电解过程中，氯离子浓度不变 解析 电流从电源的正极流出，故a为正极，b为负极；c为阳极， d为阴极。电解 时，因Cu2＋移向阴极d，在阴极放电析出Cu，故d电极质量增加；Cl－移向阳极c ，在阳极放电逸出Cl2，导致溶液中Cl－浓度降低。 答案 C
2.电解池 (1)定义：将_电___能转化为___化__学___能的装置。 (2)组成：与__直__流__电___源___相连的两个固体__电__极____；___电__解__质__溶__液_____或熔融的 电解质；形成__闭__合__回__路____。
(3)电极名称与电极反应： 阳极：与电源___正__极___相连，溶液中__阴__离__子__移向此极，___失__去___电子，发生 ___氧__化___反应。 阴极：与电源__负__极____相连，溶液中__阳__离__子__移向此极，__得__到____电子，发生 ___还__原___反应。
以石墨电极电解CuCl2溶液为例 (1)电极反应式的书写： ①确定阴、阳极。与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极。 ②分别写出两极上出现的离子。阴极：Cu2＋、H＋，阳极：Cl－、OH－。 ③判断阴、阳极放电顺序。阴极：Cu2＋>H＋，阳极： Cl－>OH－。 ④写电极反应式。列物质→标得失→选离子、配电荷→配原子个数。 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。
【名师点拨】 1.阳极产物的判断
(1)活性金属电极(除Pt、Au外的金属材料)：电极金属失电子，生成对应的金属阳 离子，阴离子不放电。 (2)惰性电极(Au、Pt、石墨)：溶液中的阴离子失电子，生成对应的非金属单质或 高价化合物。 阴离子放电顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>高价态含氧酸根>F－。
2.如图是电解熔融NaCl制备金属钠的装置示意图，下列有关 判断正确的是( ) A.通过该装置可以将化学能转化为电能 B.石墨电极为正极 C.Na＋在铁电极上得到电子被还原为钠单质 D.电流从负极流出，流入铁电极 解析 电解装置是把电能转化为化学能，A错；石墨电极连接电源正极为阳极， B错；铁电极是阴极，Na＋在铁电极上得到电子被还原，C正确；电子从负极流出 ，进入铁电极，电流方向与电子流向相反，D错。 答案 C
(4)电子流向： 电源_负___极→导线→电解池的__阴__极；电解池的__阳__极→导线→电源的__正__极。
(5)电解方程式：___2_N__a_C_l__（_=_通熔=_=_电融=_=_）__2_N_a_＋__C__l2_↑______。
[自 我 检 测]
1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×” (1)电解是把化学能转化为电能( × ) (2)电解质溶液导电一定发生化学反应( √ ) (3)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现( √ ) (4)任何溶液被电解时，必须导致氧化还原反应的发生( √ ) (5)电解、电离均需要通电才能实现( × ) (6)电解质溶液的导电过程就是该溶液的电解过程( √ )
2.阴极产物的判断 (1)与电极材料无关，直接根据阳离子放电顺序进行判断，溶液中的阳离子得电 子生成对应的单质或低价化合物。 (2)阳离子的放电顺序：Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Ni2＋＞ Fe2＋＞Zn2＋＞Mn2＋＞较活泼金属阳离子(注意Fe3＋的顺序)。
3.电极反应式与电解反应式的书写
【深度思考】 用图表表示电解池的原理
变式训练1 下图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b电极附近溶 液呈红色。下列说法正确的是( )
A.X是负极，Y是正极 B.Pt是阴极，Cu是阳极 C.CuSO4溶液的pH逐渐减小 D.CuSO4溶液的pH不变
解析 b电极附近溶液呈现红色，说明b电极处生成了氢氧根离子。电解食盐水 阳极发生氧化反应产生氯气，阴极发生还原反应产生氢气同时生成氢氧化钠， 因此b电极是阴极，与电源的负极相连，则Y为负极，X为正极；铂电极与电源 的正极相连，作阳极，铜电极作阴极；电解硫酸铜溶液时，阳极发生氧化反应； 水电离出的氢氧根离子放电，阴极发生还原反应：铜离子放电，这样溶液中不 断产生H＋，溶液显酸性，pH变小。 答案 C
(2)电解反应方程式的书写： ①通过最小公倍数法使两个电极反应式的电子数相等。 ②把两个电极反应式相加，消去相同项，并注明条件“通电”。 电解 CuCl2 溶液总反应方程式为 CuCl2=通==电==Cu＋Cl2↑。
【关键提醒】 1.若是水电离出的H＋(或OH－)得(或失)电子，在总反应式中应有H2O参与反应。 2.由电极反应式相加得总电解方程式前，必须使两电极反应式中得失电子数相等。
【名师点拨】
类型 实例
电解质 特点
电极反应特点
阴极
阳极
电解质 浓度
电解质溶液 pH
复原方法
NaOH 可溶性强碱
电解 H2SO4 含氧酸
水型
活泼金属含
Na2SO4 氧酸盐
4H＋＋ 4e－===
2H2
4OH－－ 4e－=== 2H2O＋O2
增大 增大
增大
增大 减小
不变
加水 加水
加水
HCl 电解
无氧酸
电解 质型
不活泼金属 CuCl2 无氧酸盐
放H2
活泼金属无 NaCl
生碱型
氧酸盐
放O2 生酸型
CuSO4
不活泼金属 含氧酸盐
2H＋＋2e－
===H2 Cu2＋＋ 2e－===
2Cl－－ 2e－===
Cu
Cl2
2H＋＋
2e－===H2 4OH－－
Cu2＋＋ 4e－===
2e－===Cu 2H2O＋O2
3.工业制镁是采用电解熔融氯化镁的方法。试分析电解熔融MgCl2的原理，写出有 关的电极反应式及总反应方程式。
电极反应式
阳极：
2Cl－－2e－===Cl2↑
；
阴极：
Mg2＋＋2e－===Mg
。
电解方程式：
MgCl2（=通熔==电融==）Mg＋Cl2↑
。
学习任务一、电解时两电极产物的判断与电极反应式的书写 【情境材料】