电解池的工作原理教案.docx

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电解池的工作原理教案

电解池的工作原理

适用学科

高中化学

适用年级

高中二年级

适用区域

人教版适用地区

课时时长（分钟）

60

知识点

电解池的工作原理

教学目标

知识与技能：

理解电解原理，初步掌握一般电解反应产物的判断方法；掌握电解电极反应方程式的书写；了解电解反应的一般规律。

过程与方法：

通过了解简单过程中的电解实验视频讲解，加强理解电解池的工作原理并且能够区分与联系原电池，以便提高化学计算能力。

情感态度与价值观：

培养学生的应用能力。

让学生关注有关的生活、生产问题，感受化学的发展对当代社会发展的重要意义。

教学重点

电解池与原电池的工作原理

教学难点

通过所学知识能够设计出原电池和电解池

教学过程

一、复习预习

复习之前所学的化学电池类型，原电池的概念，原电池的工作原理，巩固正负极反应类型及反应原理，提高对电池的深刻认识。

二、知识讲解

考点1：

电解

1．概念

使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。

2．特点

（1）电解是最强有力的氧化还原手段，是不可逆的。

（2）电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。

考点2：

电解池

（1）

1．定义

把电能转化成化学能的装置。

2．形成条件

（1）直流电源；

（2）两个电极：

与电源正极相连的一极是阳极；与电源负极相连的一极是阴极；

（3）电解质溶液或熔融电解质；

（4）形成闭合回路。

考点3：

电解池

（2）

1．装置及电极反应

以电解CuCl2溶液为例

（1）装置

（2）电极反应

阴极

Cu2＋＋2e－=Cu发生还原反应

阳极

2Cl－－2e－=Cl2发生氧化反应

总反应

CuCl2Cu＋Cl2↑

2.电子流向和离子流向

（1）电子流向

电源负极→电解池阴极

电解池阳极→电源正极

（2）离子流向

阳离子→电解池阴极

阴离子→电解池阳极

3．电解熔融NaCl时的电极反应式为

阳极：

2Cl－－2e－=Cl2↑（氧化反应）；

阴极：

2Na＋＋2e－=2Na（还原反应）。

三、例题精析

【例题1】1．下列有关电解池的说法正确的是（　　）

A．在电解池中与外接电源负极相连的电极是阳极

B．无论电解何种物质，阳极上失电子数都与阴极上得电子数相等

C．电解氯化铜溶液时，在阴极上有气体生成

D．电解NaCl、CuCl2两种溶液，参加反应的物质是相同的

【答案】B

【解析】与负极相连的是阴极。

电解氯化铜时，阳极上有氯气生成，阴极上有铜析出；电解NaCl溶液时，水参加了反应，而电解CuCl2溶液时，水没有参加反应。

【例题2】

上图是电解CuCl2溶液的装置，两个电极是石墨电极，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，Cl－浓度不变D．电解过程中，d电极质量增加

【答案】D

【解析】电流的方向是从正极到负极，根据图中电流方向，可知a为电源的正极，b为电源的负极，所以A项错误；在电解池中c、d才称为阳、阴极，所以B项错误；在电解过程中，阳极：

2Cl－－2e－=Cl2↑，阴极：

Cu2＋＋2e－=Cu，所以溶液中的Cl－浓度减小，C项错误；c与电源正极相接是阳极，d与电源的负极相接是阴极，所以c电极上析出氯气，d电极上析出金属铜，质量增加，所以D项正确。

四、课堂运用

【基础】

1、Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图所示，电解总反应为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。

下列说法正确的是（　　）

A．石墨电极上产生氢气

B．铜电极发生还原反应

C．铜电极接直流电源的负极

D．当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成

2、如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。

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

答案及解析：

1、A解析：

由电解总反应可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，阴极上是溶液中的H＋放电，电极反应为2H＋＋2e－=H2↑，A选项正确；阴极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应为2Cu＋2OH－－2e－=Cu2O＋H2O，当有0.1mol电子转移时，有0.05molCu2O生成，D选项错误。

2、D解析：

Na2SO4=2Na＋＋SO，H2OH＋＋OH－，SO和OH－移向b电极，Na＋和H＋移向a电极，在b电极上：

4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，在a电极上：

2H＋＋2e－=H2↑，所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体；由于a电极上H＋放电，所以a电极附近的c（OH－）>c（H＋），滴加石蕊溶液，a电极附近呈蓝色，同理b电极附近呈红色。

【巩固】

1、用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物（方括号内的物质），能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是（　　）

A．AgNO3[AgNO3]B．NaOH[H2O]

C．KCl[KCl]D．CuSO4[Cu（OH）2]

2、用铂作电极电解某种溶液，通电一段时间后，溶液的pH变小，并且在阳极得到0.56L气体，阴极得到1.12L气体（两种气体均在相同条件下测定）。

由此可知溶液可能是（　　）

A．稀盐酸B．KNO3溶液C．CuSO4溶液D．稀硫酸

答案及解析：

1、B

解析　A项：

4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3

脱离反应体系的物质是4Ag＋O2，相当于2Ag2O，所以应当加入适量Ag2O才能复原。

（加入AgNO3，会使NO的量增加）；B项：

2H2O2H2↑＋O2↑　脱离反应体系的是2H2＋O2，相当于2H2O，加入适量水可以复原。

C项：

2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑　脱离反应体系的是H2＋Cl2，相当于2HCl，应通入适量HCl气体才能复原。

（加入盐酸时，同时也增加了水）　D项：

2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑　脱离反应体系的是2Cu＋O2，相当于2CuO，加入适量CuO可以复原。

2、D

解析　阳极与阴极产生的气体体积比为＝，相当于电解水，pH变小说明电解了含氧酸。

【拔高】

1、在100mLH2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作电极电解，两极上均收集到2.24L气体（标准状况下），则原混合液中，Cu2＋的物质的量浓度为（　　）

A．1mol·L－1B．2mol·L－1C．3mol·L－1D．4mol·L－1

2、在水中加等物质的量的Ag＋、Pb2＋、Na＋、SO、NO、Cl－，该溶液放在用惰性电极作电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物质量比为（　　）

A．35.5∶108B．16∶207C．8∶1D．108∶35.5

答案及解析：

1、　A解析　两极均收集到气体时，阴极是Cu2＋放电后，H＋又放电生成氢气；阳极是OH－放电生成氧气。

n（H2）＝n（O2）＝2.24L/22.4L·mol－1＝0.1mol，由电子守恒得n（Cu2＋）×2＋n（H2）×2＝n（O2）×4，即：

c（Cu2＋）×0.1L×2＋0.1mol×2＝0.1mol×4，解得：

c（Cu2＋）＝1mol·L－1，本题考查在阳离子阴极的放电顺序，Cu2＋>H＋。

2、C

解析　溶液中的六种离子，有四种发生反应生成沉淀，Ag＋＋Cl－=AgCl↓、Pb2＋＋SO=PbSO4↓，最后溶液就成了NaNO3溶液；而电解NaNO3溶液，实质上就是电解水，电解方程式为2H2O2H2↑＋O2↑。

氧化产物和还原产物的质量之比为m（O2）∶m（H2）＝（1mol×32g·mol－1）∶（2mol×2g·mol－1）＝8∶1，即C项正确。

课程小结

1、本节内容从生活出发，培养学生学习兴趣，由简单到复杂建立学生的自信心和学习兴趣。

让学生爱学习，想学习。

2．通过练习，引导学生自己总结各概念应用时的注意事项。

3．本讲内容重在应用，多引导学生进行一定量的练习，以熟悉并掌握相关应用。

课后作业

【基础】

1．用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1molCu（OH）2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。

则电解过程中转移的电子的物质的量为（　　）

A．0.1molB．0.2molC．0.3molD．0.4mol

2．在25℃时，将铜电极插入一定量的饱和硫酸钠溶液中进行电解，通电一段时间后，阴极逸出amol气体，同时有bgNa2SO4·10H2O晶体析出。

若温度不变，剩余溶液中溶质的质量分数是（　　）

A.×100%B.×100%

C.×100%D.×100%

答案及解析：

1．D解析：

由电解CuSO4溶液的反应的化学方程式2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4知，电解过程中只析出Cu和放出O2，故电解后加入CuO就可以复原。

但本题提示加入0.1molCu（OH）2可以复原，说明电解过程中不仅有CuSO4被电解，还有H2O被电解。

0.1molCu（OH）2相当于0.1molCuO和0.1molH2O，由电子守恒0.1molCuO～0.1molCu～0.2mole－，0.1molH2O～0.1molH2～0.2mole－，共计0.4mole－。

2．C解析：

用铜作电极时，阳极上铜失去电子被氧化，电极反应为Cu－2e－=Cu2＋；阴极上生成H2，电极反应为2H＋＋2e－=H2↑，阴极区产生的OH－与阳极区产生的Cu2＋结合生成Cu（OH）2沉淀。

总反应为Cu＋2H2OCu（OH）2＋H2↑，即阴极每生成amolH2，就有2amol水被电解，发生电解的水与析出的Na2SO4·10H2O晶体可以组成该温度下的饱和溶液。

该饱和溶液的质量为bg＋2amol×18g·mol－1＝（b＋36a）g，溶质的质量为×bg。

故w（Na2SO4）＝×100%＝×100%。

【巩固】

1．铅蓄电池的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。

研读下图，下列判断不正确的是（　　）

A．K闭合时，d电极反应式：

PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO

B．当电路中转移0.2mol电子时，Ⅰ中消耗的H2SO4为0.2mol

C．K闭合时，Ⅱ中SO向c电极迁移

D．K闭合一段时间后，Ⅱ可单独作为原电池，d电极为正极

2．学生欲完成反应Cu＋H2SO4=CuSO4＋H2↑而设计了下列四个实验，你认为可行的是（　　）

答案及解析：

1.C解析：

当K闭合时，装置Ⅰ中的电极为Pb和PbO2，应为原电池，b极（Pb）作负极，a极（PbO2）作正极；Ⅱ中的电极均为PbSO4，应为电解池，c极为阴极，d极为阳极。

A项：

K闭合时，d极发生氧化反应：

PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SO，正确；B项：

电路中转移0.2mol电子时，Ⅰ中消耗0.2molH2SO4和0.1molPb，正确；C项：

Ⅱ中SO向阳极（d极）迁移，错误；D项：

K闭合一段时间后，c极表面生成Pb，d极表面生成PbO2，装置Ⅱ可单独作为原电池，d电极为正极，正确。

2.C解析：

完成Cu+H2SO4═CuSO4+H2↑反应，因Cu