1、基础课时6电解池的工作原理学 习 任 务1通过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，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2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，培养证据推理与模型认知的化学核心素养。 1电解熔融的氯化钠电解熔融态氯化钠原理图(1)实验现象：通电后，在阳极周围有气泡产生，在阴极上生成银白色金属。(2)实验分析熔融氯化钠中存在的微粒：Na、Cl。通电后离子和电子的移动方向离子：阳离子Na(填离子符号)移向阴极；阴离子Cl(填离子符号)移向阳极。电子：从电源负极流
2、向阴极，从阳极流向电源的正极。电极上发生的变化 阴极：2Na2e=2Na(还原反应)。阳极：2Cl2e=Cl2(氧化反应)。(3)实验结论：熔融的氯化钠在电流作用下发生了化学变化，分解生成了钠和氯气。微点拨：工业上活泼金属的制备通常用电解法。如NaCl(熔融)Na，MgCl2(熔融)Mg，Al2O3(熔融)Al。(正确的打“”，错误的打“”)(1)熔融氯化钠中存在的微粒为Na、Cl()(2)熔融的氯化钠在电流作用下发生化学变化，分解生成钠和氯气()(3)工业上用电解熔融氯化铝的方法制取金属铝。()2电解池的基本概念(1)电解在直流电的作用下，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。(2)
3、电解池定义：将电能转化为化学能的装置。组成：直流电源，固体电极材料，电解质溶液或熔融电解质，构成闭合回路。(3)电极及电极反应阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应。(正确的打“”，错误的打“”)(1)电解池的两个电极必须是两个活动性不同的电极()(2)在电解池中与外接电源负极相连的电极是阴极()(3)电解池中，电子从阳极流入电源正极()(4)电解池的阳极发生还原反应()3电解CuCl2溶液装置现象反应阴极有红色物质析出Cu22e=Cu(还原反应)阳极有黄绿色气体生成2Cl2e=Cl2(氧化反应)电池总反应CuCl2CuCl2微点拨：电解CuCl2溶
4、液时，Cl、OH向阳极移动，还原性强的Cl优先失去电子发生氧化反应；Cu2、H向阴极移动，氧化性强的Cu2优先得到电子发生还原反应。用石墨电极电解CuCl2溶液(如图)。下列分析正确的是()Aa端是直流电源的负极B通电使CuCl2发生电离C阴极上发生的反应：2Cl2e=Cl2D通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体A电解过程中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，阴极与直流电源的负极相连，阳极与直流电源的正极相连，A项正确；电解质在溶液中的电离是水分子的作用，与是否通电无关，B项错误；电解过程中阳极上发生的反应为氧化反应，阳极反应为2Cl2e=Cl2，在阳极附近可观察到黄绿色气体，C、D项
5、错误。电解池的工作原理及电解规律电解(Electrolysis)是将电流通过电解质溶液或熔融态电解质(又称电解液)，在阴极和阳极上引起氧化还原反应的过程，电化学电池在外加直流电压时可发生电解过程。1807年，英国科学家H戴维将熔融苛性碱进行电解制取钾、钠，从而为获得高纯度物质开拓了新的领域。1833年，英国物理学家M法拉第提出了电化学当量定律(即法拉第第一、第二定律)。1886年美国工业化学家CM霍尔电解制铝成功。1890年，第一个电解氯化钾制取氯气的工厂在德国投产。1893年，开始使用隔膜电解法，用食盐溶液制烧碱。1897年，水银电解法制烧碱实现工业化。至此，电解法成为化学工业和冶金工业中的
6、一种重要生产方法。1937年，阿特拉斯化学工业公司实现了用电解法由葡萄糖生产山梨醇及甘露糖醇的工业化，这是第一个大规模用电解法生产有机化学品的过程。1969年又开发了由丙烯腈电解二聚生产己二腈的工艺。问题1电解原理分析(1)阴、阳离子在电解过程中的移动方向与在原电池中的移动方向有什么区别和联系？提示原电池中：阳离子正极；阴离子负极电解池中：阳离子阴极；阴离子阳极。即阳离子都是移向发生还原反应的电极，阴离子都是移向发生氧化反应的电极。(2)电解时电子可从溶液中通过吗？提示电子不能通过电解质溶液，在溶液中是自由离子定向移动传导电流。问题2电极放电顺序(1)在氯化铜溶液中除了Cu2和Cl之外还有H和
7、OH，这两种离子为什么没有得或失电子？提示电解时，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，还原性强的阴离子先失电子被氧化。Cu2比H更容易得电子，而Cl比OH更容易失电子。(2)若用Cu电极电解稀硫酸，开始电解时的电极反应式和总反应式如何书写？提示阳极：Cu2e=Cu2阴极：2H2e=H2电解总反应式：H2SO4CuCuSO4H2。(3)若将等物质的量的CuSO4和MgCl2混合溶于水，对该溶液以情性电极进行电解，试讨论两个电极可能生成的产物，并写出总反应式。提示在此混合溶液中，含有的阳离子放电顺序为Cu2HMg2，阴离子放电顺序为ClOHSO，故开
8、始电解时，阴极上Cu2放电得产物Cu，阳极上Cl放电得Cl2，当Cu2、Cl放电完毕后，阴极上H继续放电得产物H2，阳极上OH放电得产物O2，所以该电解过程可分为两个阶段，总反应式为：第一阶段CuCl2CuCl2第二阶段2H2O2H2O2。问题3电解质溶液的变化和复原(1)用惰性电极电解硫酸溶液与盐酸后溶液pH有何变化？如何将电解后的溶液恢复到电解前的状态？提示硫酸溶液pH减小，盐酸pH增大。将电解后的溶液恢复到电解前的状态，硫酸溶液应加入水，盐酸应通HCl。(2)用惰性电极电解食盐水、硫酸铜溶液和硫酸钠溶液一段时间后，溶液的pH如何变化？若要使溶液复原，应加入什么物质？提示食盐水的pH增大，
9、硫酸铜溶液的pH减小，硫酸钠溶液的pH不变。使溶液复原，食盐水中应通入一定量的HCl，硫酸铜溶液中应加入一定量的氧化铜或碳酸铜，硫酸钠溶液中应加入一定量的水。1电解池的阴极、阳极的判断方法2电解池工作原理电解时必须使用直流电源，不能使用交流电源。电解质的水溶液或熔融电解质均可被电解，因为它们均可电离出自由移动的阴、阳离子。电解过程中，电能转化为化学能而储存在电解产物中，转化过程中遵循能量守恒定律。电解质溶液(或熔融电解质)的导电过程，就是电解质溶液(或熔融电解质)的电解过程，是化学变化，而金属的导电是利用其物理性质。电解法是一种强氧化还原手段，可以完成非自发的氧化还原反应。3电解产物的判断方法
10、4电解池电极反应式、电池总反应式的书写书写步骤具体操作判断两极阳极：与电源正极相连阴极：与电源负极相连判断反应微粒活性电极：电极材料本身失电子溶液中的较易得电子的阳离子反应惰性电极：溶液中较易失去电子的阴离子反应书写电极反应式活性电极：Mne=MnMnne=M惰性电极：mRnmne=Rm书写电解总方程式根据得失电子数相等，将阴阳极电极反应式相加得电解总反应式，注意若是水电离的H或OH参与电极反应，写总反应式时要写成H2O5惰性电极电解电解质溶液的规律(1)电解水型电解质类型电极反应式及总反应式电解质溶液浓度溶液pH电解质溶液复原含氧酸，如H2SO4阴极：2H2e=H2(或2H2O2e=2OHH
11、2)阳极：4OH4e=2H2OO2(或2H2O4e=4HO2)增大减小加水可溶性强碱，如NaOH增大活泼金属含氧酸盐，如KNO3不变(2)电解电解质型电解质类型电极反应式及总反应式电解质溶液浓度溶液pH电解质溶液复原无氧酸，如HCl阴极：2H2e=H2阳极：2Cl2e=Cl2总反应式：2HClH2Cl2减小增大通入HCl不活泼金属无氧酸盐，如CuCl2阴极：Cu22e=Cu阳极：2Cl2e=Cl2总反应式：CuCl2CuCl2加CuCl2固体(3)放H2生碱型电解质(水溶液)电极反应式及总反应式电解质浓度溶液pH溶液复原活泼金属的无氧酸盐(如NaCl、KCl)阳极：2Cl2e=Cl2阴极：2H
12、2e=H2总反应式：2Cl2H2OCl2H22OH生成新电解质增大通入HCl气体(4)放O2生酸型电解质(水溶液)电极反应式及总反应式电解质浓度溶液pH溶液复原不活泼金属的含氧酸盐如CuSO4、Cu(NO3)2阳极：4OH4e=2H2OO2阴极：2Cu24e=2Cu总反应式：2Cu22H2O2CuO24H生成新电解质减小加CuO或CuCO3(1)书写电解池中电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成化学式。(2)书写两极电极反应式时，要确保两极得失电子数目相等。(3)铁作阳极时，铁失去电子生成Fe2而不是Fe3。(4)书写电极反应式时，要判断阳极溶解生成的
13、阳离子是否和电解质溶液中的阴离子发生反应。1用惰性电极进行下列电解，有关说法正确的是()电解稀硫酸电解Cu(NO3)2溶液电解KOH溶液电解NaCl溶液A电解进行一段时间后四份溶液的pH均增大B反应中电解一段时间后，向溶液中加入适量的CuO固体可使溶液恢复到电解前的情况C反应中阳极消耗OH，故溶液浓度变小D反应中阴、阳两极上产物的物质的量之比为21BA项，电解后溶液酸性增强，pH减小；B项，反应为2Cu22H2O2CuO24H，故加入适量CuO固体可使溶液恢复到电解前的情况；C项，反应为2H2O2H2O2，故KOH浓度增大；D项，反应为2Cl2H2OH2Cl22OH，阴极产生H2，阳极产生Cl
14、2，二者物质的量之比为11。2为了加深对电解规律的理解，某同学做了以下探究，要求从H、Cu2、Na、SO、Cl 5种离子中两两恰当的组成电解质，按下列要求进行电解：(1)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量减少，水量不变，则采用的电解质是_。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是_。(2)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量不变，水量减少，则采用的电解质是_。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是_。(3)以碳棒为阳极，铁棒为阴极，电解过程中电解质和水量都减少，则电解质是_。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是_。解析(1)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量减少，水量不变，则阳离子只能为H、Cu
15、2，阴离子只能是Cl，其电解质是HCl、CuCl2。(2)实质上是电解水，H、OH分别在两极上放电，因此，其电解质是Na2SO4、H2SO4。(3)电解质是CuSO4,2CuSO42H2O2H2SO42CuO2，若恢复到原状态，可加入CuO，也可加入CuCO3。电解质是NaCl,2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，要恢复到原状态可通入HCl。答案(1)HCl、CuCl2HCl、CuCl2(2)Na2SO4、H2SO4H2O(3)CuSO4、NaClCuO或CuCO3、HCl1下列有关用惰性电极电解AgNO3溶液一段时间后的说法，正确的是()A电解过程中阳极的质量不断增加B电解过程中溶液的p
16、H不断升高C此时向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复到电解前的状况D电解后两极产生的气体体积比为21C用惰性电极电解AgNO3溶液，总的电解反应式为4AgNO32H2O4AgO24HNO3，阴极上析出Ag，阳极上放出O2，A、D错误；由于生成HNO3，溶液的pH降低，B错误；要使溶液恢复到电解前的状况要加入的物质应是Ag2O，C正确。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CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨负极CuCl2A由a极板质量增加知，溶液中
17、阳离子在a极板处析出，则a为阴极，X为负极，因B中a极板处不析出金属、C中X为正极可知B、C均错误；又由b极板处有无色无味气体放出可知D错误。3用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一种物质(中括号内)，溶液能与原来溶液完全一样的是()ANaCl盐酸BNaOHH2OCCuCl2HCl DCuSO4Cu(OH)2B电解NaCl溶液时，阳极氯离子放电生成氯气，阴极氢离子得到电子生成氢气，所以应加HCl让电解质溶液复原，A错误；电解NaOH溶液时，阳极产生氧气，阴极产生氢气，所以应加水让电解质溶液复原，B正确；电解CuCl2溶液时，阳极氯离子放电生成氯气，阴极析出铜，所以应加氯化铜让
18、电解质溶液复原，C错误；电解硫酸铜时，阳极产生氧气，阴极产生金属铜，所以应加CuO或CuCO3让电解质溶液复原，加入氢氧化铜会多生成水，D错误。4电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中发生反应：Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O，最后Cr3以Cr(OH)3形式除去。下列说法中错误的是()A阳极反应为Fe2e=Fe2B电解过程中废水的pH不会发生变化C电解过程中有Fe(OH)3沉淀生成D电路中每转移12 mol电子，最多有1 mol Cr2O被还原BAFe板作阳极，为活性电极，Fe失电子，发生氧化反应生成亚铁离子，阳极反应为Fe2e=Fe2，故A
19、正确；B由反应式Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O可知，处理过程中消耗氢离子，溶液的酸性减弱，溶液pH增大，故B错误；C阴极发生还原反应，溶液中的氢离子得到电子减少，同时生成氢氧根，Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O，有Fe3生成，所以有Fe(OH)3沉淀生成，故C正确；DFe2e=Fe2，则转移电子数12 mol需要6 mol Fe，再根据溶液处理的关系式，得6Fe12e6Fe2Cr2O，故被还原的Cr2O的物质的量为1 mol，故D正确；5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_。解析本题实质上是三个电解装置串联，由题中信息可知C为阳极、D为阴极，则E为负极，F为正极。A中是以Pt为阳极、Fe为阴极电解AgNO3溶液。B中Cu为阳极，发生的反应为Cu2e=Cu2，石墨为阴极，发生的反应为2H2e=H2，由于水电离出的H放电，所以溶液中的c(OH)增大，故溶液中有氢氧化铜蓝色沉淀生成。D端为阴极，发生的电极反应为2H2e=H2。答案(1)负正(2)4AgNO32H2O4Ag4HNO3O2(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)2H2e=H2