1、第二单元 化学能与电能的转化第3课时 电解池的工作原理一、教学目标1了解电解、电解池的概念，熟悉电解池的构成条件。2理解电解池的工作原理。3能正确书写电解池的电极反应式和电解反应方程式。二、教学重难点电解的原理、电极反应式的书写三、教学过程【课程引入】知识回顾：复习回顾原电池的构成条件以及工作原理原电池的构成条件：两个电极；具有电解质溶液或熔融电解质；形成闭合回路；能自发进行氧化还原反应。原电池的工作原理： 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=822.3 kJmol1 反之，若以氯化钠为原料制
2、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？过渡：工业上常用电解熔融的氯化钠获得金属钠。电解是一种将电能转化为化学能的过程。通过电解的方法可以使许多在通常条件下不能自发进行的反应顺利进行。【新知讲解】交流讨论：图1-19是电解熔融态氯化钠的原理图。请与同学交流讨论下列问题： 图1-19 图1-201通电前（图1-20左图）和通电后（图1-20右图），熔融态氯化钠中Na+和Cl-的运动有何差异？请用箭头示意Na+和Cl-的运动情况。2通电后电极表面分别发生了什么化学反应？请写出两电极上发生反应的电极反应式。 3请分析电解过程中电子的流
3、向。总结：1通电前，熔融氯化钠发生电离，Na+和Cl作自由移动。通电后， Na+和Cl作定向移动。溶液中离子移动方向为：Cl移向阳极，Na+移向阴极。2阳极反应式为：2Cl2e=Cl2，发生氧化反应； 阴极反应式为：2Na+ + 2e=2Na，发生还原反应。由以上分析可知：熔融的NaCl在直流电源作用下发生了氧化还原反应，分解生成了Na和Cl2，电解反应为：2NaCl2Na + Cl2。3电解过程中电子的流向为：电源负极阴极 阳极电源正极（一）电解池的工作原理1电解和电解池（1）在直流电的作用下，在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫电解。电解过程中电能转化为化学能。（2）将电能转化为化
4、学能的装置称为电解池。2电解池的构成条件（1）有外加直流电源；（2）具有与直流电源相连接的两个电极（阴极、阳极）； 在电解池中，与电源负极相连的电极是阴极；与电源正极相连的电极是阳极（3）两电极插入电解质溶液或熔融电解质中；（4）形成闭合回路。3电解池的工作原理在电解池中，阴极上发生还原反应，阳极上发生氧化反应。在电解池中，电子从电源的负极出发，流向电解池的阴极；从电解池的阳极出发，流向电源的正极。在电解质溶液中，阳离子向电解池的阴极移动，阴离子向电解池的阳极移动。注意：当电极为惰性电极（铂、金、石墨）时，此时电极仅起导电作用，不参与电极反应；当电极为金属电极（除铂、金外的金属）时，既可以导电
5、，又可以参与电极反应。小结：电源、电极、电极反应关系交流讨论：对比原电池和电解池，请分析：1原电池和电解池在工作原理上有何异同？ 2原电池和电解池在装置构成上有何异同？ 总结：4比较原电池和电解池原电池电解池工作原理不同自发进行氧化还原反应；化学能转化为电能使难以发生的氧化还原反应发生；电能转化为化学能相同两电极上分别发生氧化和还原反应装置构成不同无电源有直流电源相同电极反应物、电极材料、离子导体和电子导体补充：原电池和电解池的电极名称也不同，原电池叫做正、负极，电解池叫做阴、阳极。观察思考：如图所示，U形管中装有氯化铜溶液，插入两根石墨棒作为电极，接通直流电源，将湿润的淀粉碘化钾试纸放在阳极
6、附近，观察U形管内的现象和试纸颜色的变化。（二）电解氯化铜溶液1实验现象U形管内溶液颜色变浅；阴极上有红色物质生成；阳极附近有刺激性气味的气体产生，能使湿润的淀粉KI试纸变蓝。思考：（1）通电后，溶液中的离子如何移动？（2）根据实验现象分析，在电极上放电的离子分别是什么离子？（3）请写出电极反应式。2实验原理通电时，在电场的作用下，溶液中的离子作定向移动，Cu2+向阴极移动，Cl向阳极移动。电解氯化铜溶液时，理论上Cu2+、H+都可能在阴极上被还原。由于Cu2+优先于H+在电极上发生反应，因此，在阴极Cu2+得到电子，发生还原反应生成铜：Cu2+ + 2e=Cu；同理，OH、Cl均可能在阳极上
7、被氧化。由于Cl优先于OH在电极上发生反应，因此，在阳极Cl失去电子，发生氧化反应生成氯气：2Cl2e=Cl2。所以电解CuCl2溶液，生成了铜和氯气，电解反应为：CuCl2Cu + Cl2。交流讨论：1根据电解氯化铜溶液的电解结果，讨论： （1）阳极为什么是Cl放电而不是OH放电？（答：还原性：ClOH） （2）阴极为什么是Cu2+放电而不是H+放电？（答：氧化性：Cu2+H+）2当用惰性电极电解电解质溶液时，阴、阳极放电有什么规律？总结：（三）电解规律1离子的放电顺序离子在电极表面得到或失去电子的过程通常叫做放电。过渡：当电解质溶液中存在多种阳离子或阴离子时，离子在电极上放电的顺序是存在规
8、律的。阴极上，金属阳离子得电子能力或氧化性越强越先放电。常见阳离子的放电顺序：（规律：金属越不活泼的对应阳离子氧化性越强，越容易得电子。）注意：阴极电极不放电。阳极上，阳极材料为金属（铂、金等惰性金属除外）时，金属阳极材料优先失去电子；阳极材料为石墨时，电解质溶液中阴离子失去电子，阴离子失电子能力或还原性越强越先放电。常见阴离子的放电顺序：练习：有下列两组离子：Cu2+、Na+、H+、Ag+；Cl、I、SO42、OH。用惰性电极电解时，移向阳极的是(填序号)，放电先后顺序是IClOHSO42；移向阴极的是(填序号)，放电先后顺序是Ag+Cu2+H+Na+。交流讨论：用惰性电极电解下列溶液，写出
9、电极反应式。溶液阴极反应式阳极反应式电解反应方程式H2SO44H+4e-=2H24OH-4e-=2H2O+O22H2O2H2+O2NaOH4H+4e-=2H24OH-4e-=2H2O+O22H2O2H2+O2Na2SO44H+4e-=2H24OH-4e-=2H2O+O22H2O2H2+O2盐酸2H+2e-=H22Cl-2e-=Cl22HClH2+Cl2NaCl2H+2e-=H22Cl-2e-=Cl22NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2CuSO42Cu2+4e-=2Cu4OH-4e-=2H2O+O22CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2总结：2电解类型（惰性电极）按照电解池溶液
10、中的常见阴阳离子，把它们分为4种情况：（1）与区电解本身型当电解无氧酸溶液（氢氟酸除外）、不活泼金属的无氧酸盐溶液时，如电解盐酸、CuCl2溶液等，电解实质是电解电解质本身，我们把这类电解类型归为电解本身型。我们从电极反应式、溶液pH变化情况以及复原需要加入的物质分析电解本身型电解池：（说明：电解质溶液恢复原状的方法：少什么加什么，少多少加多少。）实例阴极反应式阳极反应式pH变化复原加入物质盐酸2H+2e-=H22Cl-2e-=Cl2增大HClCuCl2Cu2+2e-=Cu2Cl-2e-=Cl2CuCl2（2）与区放氢生碱型当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Na
11、Cl、MgCl2溶液等，电解结果是放出氢气同时有碱生成，我们把这类电解类型归为放氢生碱型。同样从下面几个方面分析放氢生碱型电解池：实例阴极反应式阳极反应式pH变化复原加入物质NaCl2H+2e-=H22Cl-2e-=Cl2增大HCl（3）与区放氧生酸型当电解不活泼金属的含氧酸盐溶液时，电解质和水都有一部分被电解，如电解CuSO4、AgNO3溶液等，电解结果是放出氧气同时有酸生成，我们把这类电解类型归为放氧生酸型。同样从下面几个方面分析放氧生酸型电解池：实例阴极反应式阳极反应式pH变化复原加入物质CuSO42Cu2+4e-=2Cu4OH-4e-=2H2O+O2减小CuO或CuCO3AgNO34A
12、g+4e-=4Ag4OH-4e-=2H2O+O2减小Ag2O或Ag2CO3（4）与区电解水型当电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的最高价含氧酸盐溶液时，如电解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液，电解实质是电解水，我们把这类电解类型归为电解水型。同样从下面几个方面分析电解水型电解池：实例阴极反应式阳极反应式pH变化复原加入物质H2SO44H+4e-=2H24OH-4e-=2H2O+O2减小H2ONaOH增大Na2SO4不变3分析电解问题的基本方法思路（1）通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H+和OH)。（2）通电时：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析
13、谁优先放电。（3）正确书写电极反应式，要注意原子数、电荷数是否守恒。（4）能结合题目要求分析电解时的各种变化情况，如两极现象、离子浓度的变化、 pH变化等。【典型例题】例1下列关于电解池的说法正确的是（）A电源的负极就是阴极B阳极上发生还原反应C电子从电源的负极沿导线流向电解池的阴极D在电解质溶液中，阴离子向阴极运动，阳离子向阳极运动解析：A电解池的阴极连接电源的负极，故A错误；B阳极发生氧化反应，故B错误；C电子从电源的负极沿导线流向电解池阴极，从电解池阳极流向电源正极，电子不进入电解质溶液，故C正确；D在电解质溶液中，阴离子向阳极运动，阳离子向阴极运动，故D错误。故选C。答案：C例2如图所
14、示是电解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（ ） Aa为负极，b为正极Ba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：A根据电流方向知，a是正极、b是负极，故A错误；B根据电流方向知，a是电源正极、b是负极，连接正极的c是阳极、连接负极的d是阴极，故B错误；C电解过程中，d电极电极反应式为Cu2+2e=Cu，所以d电极质量增加，故C正确；D电解过程中阳极电极反应式为2Cl2e=Cl2，所以氯离子浓度降低，故D错误。故选C。答案：C例3关于如图所示、两个装置的叙述，正确的是（）A装置名称：是原电池，是电解池B硫酸浓度变化：增大，减
15、小C电极反应式：中阳极：4OH4e=2H2O + O2，中正极：Zn2e=Zn2+D离子移动方向：中H+向阴极方向移动，中H+向负极方向移动解析：A外加电源，为电解池装置，为原电池装置，为铜锌原电池，故A错误；B外加电源，电解硫酸溶液，阳极上生成氧气，阴极生成氢气，硫酸浓度增大，为原电池装置，正极不断消耗氢离子，硫酸浓度降低，故B正确；C外加电源，电解硫酸溶液，阳极上生成氧气，4OH4e=2H2O + O2；为原电池装置，铜为正极发生还原反应，电极方程式为2H+ + 2e=H2，故C错误；D电解池工作时，阳离子向阴极移动，原电池工作时，阳离子向正极移动，故D错误。故选B。答案：B例4用惰性电极
16、电解下列各组物质的水溶液时，发生的电极反应完全相同的是（）ANaOH、H2SO4 BCuCl2、Cu(NO3)2CNa2SO4、NaCl DKNO3、AgNO3解析：A惰性电极电解氢氧化钠溶液、硫酸溶液，依据离子放电顺序分析实质是电解水，阳极电极反应为4OH4e=2H2O + O2，阴极电极反应为2H+ + 2e=H2，故A正确；B依据溶液中阴阳离子放电顺序分析，惰性电极电解氯化铜溶液实质电解氯化铜，电极反应为阳极为：2Cl2e=Cl2，阴极为Cu2+ + 2e=Cu，电解Cu(NO3)2是电解硝酸铜和水，阳极电极反应为4OH4e=2H2O + O2，阴极电极反应为Cu2+ + 2e-=Cu，
17、电极反应不同，故B错误；C依据溶液中阴阳离子放电顺序分析，惰性电极电解Na2SO4实质是电解水，阳极电极反应为4OH4e=2H2O + O2，阴极电极反应为2H+ + 2e=H2，惰性电极电解NaCl溶液是电解氯化钠和水，阳极电极反应2Cl2e=Cl2，阴极电极反应为2H+ + 2e=H2，电极反应不同，故C错误；D依据溶液中阴阳离子放电顺序分析，惰性电极电解KNO3实质是电解水，阳极电极反应为4OH4e=2H2O + O2，阴极电极反应为2H+ + 2e=H2，惰性电极电解AgNO3溶液是电解AgNO3和水，阳极电极反应为4OH4e=2H2O + O2，阴极电极反应为Ag+ + e-=Ag，
18、电极反应不同，故D错误。故选A。答案：A例5电解硫酸铵的废水可制备硫酸和化肥，电解装置如图。下列说法错误的是（ ）Aa极为电源的负极BNH4+通过阳膜移向N室C电解过程中原料室溶液pH升高DM室电极反应式为2H2O4e=O2 + 4H+解析：A电解硫酸铵的废水可制备硫酸和化肥，则NH4+通过阳膜移向N室，所以右边N电极为阴极，左边M电极为阳极，则a极为电源的正极，故A错误；B由A项分析可知，NH4+通过阳膜移向N室，故B正确；C电解过程中原料室溶液中NH4+通过阳膜移向N室，硫酸根通过阴膜移向M室，所以原料室溶液中pH升高，故C正确；D左边M电极为阳极发生氧化反应，电极反应式为2H2O4e=O
19、2 + 4H+，故D正确。故选A。答案：A四、课堂小结一、电解池的工作原理1电解和电解池（1）电解是在直流电的作用下，在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。（2）电解池是将电能转化为化学能的装置。2电解池的构成条件（1）有外加直流电源；（2）具有与直流电源相连接的两个电极（阴极、阳极）；（3）两电极插入电解质溶液或熔融电解质中；（4）形成闭合回路。3电解池的工作原理二、电解规律1离子的放电顺序阴极上 常见阳离子的放电顺序：阳极上 常见阴离子的放电顺序：2电解类型（惰性电极）（1）与区电解本身型 如HCl、CuCl2（2）与区放氢生碱型 如NaCl（3）与区放氧生酸型 如CuSO4、AgNO3（4）与区电解水型 如H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4五、板书设计（一）电解池的工作原理1电解和电解池2电解池的构成条件3电解池的工作原理4比较原电池和电解池（二）电解氯化铜溶液1实验现象2实验原理（三）电解规律1离子的放电顺序2电解类型3分析电解问题的基本方法思路 13 / 13
