2017-2018学年高中化学鲁科版选修4教学案：第1章 第2节 第1课时 电解的原理 Word版含解析

第2节| 电能转化为化学能——电解第1课时电解的原理[课标要求]1．了解电解池的构成。

2．了解电解池的电极名称，会写电极反应方程式。

3．掌握电解池工作时，溶液中阴阳离子的放电顺序。

1．电解池组成“三条件”(1)外接电源以及与电源相连的两个电极；(2)电解质溶液；(3)闭合回路。

2．电解池阴、阳极“四特点”阳极—外接直流电源正极—流出电子—发生氧化反应—阴离子移向；阴极—外接直流电源负极—流入电子—发生还原反应—阳离子移向。

3．离子放电“两顺序”(惰性电极)阳极：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Sn2＋>Zn2＋>H＋水>Al3＋。

电解原理1．电解熔融NaCl(1)实验现象：通电后，在石墨片周围有气泡产生，在铁片上生成银白色金属。

(2)实验分析：①熔融氯化钠中存在的微粒Na＋、Cl－。

②通电后离子的运动方向：阳离子Na＋(填离子符号)移向铁电极，阴离子Cl－(填离子符号)移向石墨电极。

③电极上发生的变化：铁电极：2Na＋＋2e－===2Na，石墨电极：2Cl－－2e－===Cl2↑。

(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。

2．电解让直流电通过电解质溶液或熔融电解质，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。

3．电解池(1)概念：将电能转化为化学能的装置。

(2)构成条件①直流电源以及与电源相连的两电极；②电解质溶液或熔融状态的电解质；③形成闭合回路。

(3)电极及电极反应①阳极：发生氧化反应的电极；阴极：发生还原反应的电极。

②电极反应：在电极上进行的半反应，它可以表示电极上物质的变化情况和电子的转移情况。

4．电解池工作原理(1)电极反应类型阳极→氧化反应；阴极→还原反应。

(2)电子流向：电源负极→阴极；阳极→电源正极。

(3)电流方向：电源正极→阳极；阴极→电源负极。

(4)离子流向：阳离子→阴极；阴离子→阳极。

用石墨作电极电解CuCl2溶液。

(1)通电前溶液中存在哪些离子？这些离子怎样运动？提示：由CuCl2电离出的Cu2＋、Cl－、H2O电离出的少量H＋、OH－，这些离子作自由移动。

(2)通电后离子怎样移动？提示：Cu2＋、H＋向阴极移动，Cl－、OH－向阳极移动。

(3)在两极各是什么离子发生反应？产物分别是什么？提示：Cu2＋、H＋应在阴极发生还原反应，由于氧化性Cu2＋>H＋，则Cu2＋首先被还原生成铜：Cu2＋＋2e－===Cu；Cl－、OH－应在阳极发生氧化反应，由于还原性Cl－>OH－，Cl －首先被氧化生成氯气：2Cl－－2e－===Cl↑，即阴极产物是铜，阳极产物是氯气。

21．电解池电极的判断2．电解池的工作原理接通外界电源后，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子的定向运动形成内电路，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极，如图所示。

3．电解产物的判断方法(1)阳极产物的判断：首先看电极材料。

①若为活性电极(除Au、Pt石墨以外的金属材料)，则电极材料失电子，电极溶解生成相应的金属阳离子。

②若为惰性电极(Au、Pt、石墨)，则依据溶液中阴离子的失电子能力加以判断。

离子放电(失电子)顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>SO2－4(等含氧酸根离子)。

(2)阴极产物的判断直接根据阳离子放电(得电子)顺序判断，生成相应的金属单质(或氢气)Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Zn2＋>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。

[特别提醒]①当溶液中的Zn2＋的浓度远大于水溶液中H＋浓度时，得电子能力为Zn2＋>H＋。

②K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋、Al3＋只在熔融状态下放电，在水溶液中不放电。

1.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变为电能B．石墨电极为正极C．Na＋在铁极上得到电子被还原为钠原子D．铁电极为阳极解析：选C该装置为电解装置，电能转化为化学能，石墨电极作阳极，铁电极为阴极。

2.如图所示是电解CuCl 2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：选C 电流从电源的正极流出，因此a 为电源正极，b 为负极，则c 为阳极，d 为阴极；电解CuCl 2溶液电极反应为阳极(c 电极)2Cl －－2e －===Cl 2↑，阴极(d 电极)Cu 2＋＋2e －===Cu ，故C 项正确。

以惰性电极电解电解质溶液的规律1．电解方程式的书写步骤以用石墨作电极电解CuSO 4溶液为例。

第一步：明确溶液中存在的离子。

阳离子：Cu 2＋、H ＋；阴离子：OH －、SO 2－4。

第二步：判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。

阴极：Cu 2＋>H ＋；阳极：OH－>SO 2－4。

第三步：写出电极反应式和总的电解方程式。

阴极：2Cu 2＋＋4e －===2Cu ；阳极：2H 2O －4e －===O 2↑＋4H ＋。

根据得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：2CuSO 4＋2H 2O=====通电2Cu ＋O 2↑＋2H 2SO 4。

2．电解规律1．用铂做电极电解下列物质的水溶液，电解方程式正确的是( ) A ．CuSO 4溶液：2H 2O=====通电2H 2↑＋O 2↑ B ．稀硫酸：2H 2O=====通电2H 2↑＋O 2↑C ．CuCl 2溶液：2CuCl 2＋2H 2O=====通电2Cu ＋O 2↑＋4HCl D ．NaCl 溶液：2NaCl=====通电2Na ＋Cl 2↑解析：选B 当电解池的电极是惰性电极时，阳极不溶解。

A 项，正确的电解方程式为2CuSO 4＋2H 2O=====通电2Cu ＋O 2↑＋2H 2SO 4；B 项，实质是电解水，电解方程式正确；C 项，正确的电解方程式为CuCl 2=====通电Cu ＋Cl 2↑；D 项，电解的是NaCl 溶液，而不是熔融NaCl ，正确的电解方程式为2NaCl ＋2H 2O=====通电H 2↑＋Cl 2↑＋2NaOH 。

2．用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定量的另一种物质(括号内物质)，电解液基本不变的是( )A ．CuCl 2(CuSO 4)B ．NaOH(NaOH)C ．NaCl(HCl)D ．CuSO 4[Cu(OH)2]解析：选C C 中电解NaCl 溶液时NaOH 仍留在原溶液中，H 2、Cl 2逸出，则损失了H 、Cl 两种元素，且物质的量之比是1∶1，故加入HCl 是正确的；A 中电解CuCl 2溶液时，损失了Cu 和Cl 两种元素，加入CuSO 4不能弥补Cl －，而多了SO 2－4；B 中电解NaOH 溶液时，损失了H 、O 两种元素，若加入NaOH 则增加了Na ；D 中电解CuSO 4溶液时，损失了Cu 、O 两种元素，若加入Cu(OH)2则增加了H 2O 。

3．写出用惰性电极电解下列溶液的电极反应式和总反应方程式： (1)电解NaCl 溶液：阳极：______________________________________________________________； 阴极：_______________________________________________________________。

总反应式：_____________________________________________________________。

(2)电解CuSO 4溶液：阳极：_______________________________________________________________； 阴极：_________________________________________________________________。

总反应式：______________________________________________________________。

答案：(1)2Cl －－2e －===Cl 2↑ 2H ＋＋2e －===H 2↑ 2NaCl ＋2H 2O=====电解H 2↑＋Cl 2↑＋2NaOH (2)4OH －－4e －===O 2↑＋2H 2O 2Cu 2＋＋4e －===2Cu 2CuSO 4＋2H 2O=====电解2Cu ＋O 2↑＋2H 2SO 4[三级训练·节节过关]1．下列是电解不同物质的电极反应，其中错误的是( ) A ．电解饱和食盐水 阴极：Na ＋＋e －===Na B ．电解Na 2SO 4溶液阳极：4OH －－4e －===2H 2O ＋O 2↑ C ．电解熔融NaCl 阴极：Na ＋＋e －===NaD ．电解NaOH 溶液阳极：4OH －－4e －===2H 2O ＋O 2↑解析：选A A 项中电解饱和食盐水时，阴极应是H 2O 电离出的H ＋得电子放出H 2。

2．用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解液的pH 下降的是( )①CuSO 4 ②AgNO 3 ③BaCl 2 ④H 2SO 4 A ．①② B ．②③ C ．③④D ．①④解析：选A 阴极质量增加，应是金属阳离子在阴极放电；电解液pH 下降，应是OH－在阳极放电。

3．用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为1∶3的CuSO 4和NaCl 的混合溶液，可能发生的反应有( )①2Cu 2＋＋2H 2O=====通电2Cu ＋4H ＋＋O 2↑ ②Cu 2＋＋2Cl －=====通电Cu ＋Cl 2↑ ③2Cl －＋2H 2O=====通电2OH －＋H 2↑＋Cl 2↑ ④2H 2O=====通电2H 2↑＋O 2↑ A ．①②③ B ．①②④ C ．②③④D ．②④解析：选C 阴极阳离子的放电先后顺序为Cu 2＋、H ＋，阳极阴离子放电的先后顺序为Cl －、OH －，通电时首先发生的反应为Cu 2＋＋2Cl －=====通电Cu ＋Cl 2↑，Cu 2＋全部还原后，Cl －还有剩余，此时阴极放电的离子是H 2O 电离产生的H ＋，因此反应为：2Cl －＋2H 2O=====通电2OH －＋H 2↑＋Cl 2↑，当Cl －全部氧化后，溶液中的溶质为Na 2SO 4、NaOH ，继续通电实质是电解水：2H 2O=====通电2H 2↑＋O 2↑，故正确选项为C 。