高中化学 第04章 电化学基础 专题431 电解原理导学案 新人教版选修4.docx
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高中化学第04章电化学基础专题431电解原理导学案新人教版选修4
4-3-1电解池(第一课时)
【学习目标】
1.理解电解原理,初步掌握一般电解反应产物的判断方法
2.掌握电解质溶液中离子的放电顺序及电解质溶液的电解规律(惰性电极)
3.掌握电解电极方程式的书写
【学习重难点】
学习重点:
掌握电解电极方程式的书写;掌握电解质溶液中离子的放电顺序及电解质溶液的电解规律(惰性电极)
学习难点:
掌握电解电极方程式的书写;掌握电解质溶液中离子的放电顺序及电解质溶液的电解规律(惰性电极)
【自主预习】
一.电解原理
1.实验探究:
教材P79页“实验4-2”
【问题1】通电前,CuCl2溶液中存在
阳离子:
阴离子:
【问题2】如图所示:
与电源正极相连的电极叫极,与电源负极相连的电极叫极。
通电后,溶液中的离子如何运动?
阳离子向极移动,阴离子向极移动
【问题3】预测一下将发生怎样的电极反应?
在阴极上发生电极反应(或者说放电)的离子是
在阳极上放电的离子是
给CuCl2溶液通电时现象:
阴极上:
,经检验该物质是。
阳极上:
,经检验该物质是。
电极反应式:
阳极:
反应类型:
反应。
阴极:
反应类型:
反应。
总反应式:
过程分析:
CuCl2溶液能导电是因为存在,通电后这些自由移动的离子,在电场作用下作移动,带负电的氯离子向极移动,在阳极,氯离子失去电子被为氯原子,并两两结合成氯分子,从阳极放出,带正电的铜离子向极移动,在阴极铜离子获得电子被成铜原子,覆盖在阴极上。
2.电解:
使电流通过溶液而在阴、阳两极引起的过程。
该过程中能转化为能。
这是一个过程(物理?
化学?
)
显然:
电解质溶液的导电过程就是的过程。
3.电解池:
将能转化为能的装置。
4.原电池与电解池的比较
装置类别
原电池
电解池
原理(能量转化)
离子迁移方向
发生氧化反应的电极
发生还原反应的电极
相同点
(从原理分析
二.电解电极反应的分析
1.放电顺序
阴极:
由于阴极上要电子,不管阴极材料是金属还是石墨,此时都不能得电子,因此只能是溶液中的得电子。
阳离子氧化性越强就越得电子。
金属越不活泼,对应阳离子氧化性越,越得电子。
由此根据金属活动顺序表,分析下列离子得电子能力的强弱:
(1)金属活动顺序表
(2)(用“〉”表示)Ag+Hg2+(Fe3+)Cu2+H+(酸)
Pb2+Fe2+Zn2+Al3+…
(3)、、、、等活泼金属阳离子在水溶液中电解时不得电子。
【小结】质量增加,或有氢气产生的电极一定是极。
阳极:
①活性材料作电极时:
金属在阳极电子被成离子进人溶液,
②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时:
溶液中阴离子的放电顺序(由易到难)(用“〉”表示):
S2-I-Br-Cl-OH-(水或碱)最高价含氧酸根离子F-
【小结】当阳极为活泼金属时,金属电极优先放电。
2.电解质溶液电解规律:
实例
电极反应
PH
变化
使电解质溶液复原的物质
电解溶剂型
含氧酸H2SO4
阴极:
阳极:
总反应:
强碱NaOH
活泼金属的含氧酸盐Na2SO4
电解溶质型
无氧酸HCl
阴极:
阳极:
总反应:
不活泼金属的无氧酸盐CuCl2
阴极:
阳极:
总反应:
溶剂和溶质均被电解型
活泼金属的无氧酸盐NaCl
阴极:
阳极:
总反应:
不活泼金属的含氧酸盐CuSO4
阴极:
阳极:
总反应:
【小结】用惰性电极电解时,若使电解后的溶液恢复原状态,应遵循“缺什么加什么,缺多少加多少”的原则,一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。
3.电极方程式的书写(以电解ZnSO4为例)
①标出电极名称—阴极或阳极;分析、比较出阴阳极分别放电的离子:
②写出电极方程式:
阳极:
;反应类型:
反应。
阴极:
;反应类型:
反应。
阴、阳两极中得、失电子的总数要,每一极上都要满足和守恒,
③两极半反应相加得总方程式;
【练习】用石墨电极电解下列电解质溶液,写出其电极反应式(注意得失电子的顺序)
(1)AgNO3
阴极:
阳极
总方程式:
(2)KCl
阴极:
阳极
总方程式:
【预习检测】
1.下列关于电解池的叙述中不正确的是()
A.与电源正极相连的是电解池的阴极
B.与电源负极相连的是电解池的阴极
C.在电解池的阳极发生氧化反应
D.电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极
2.下列关于电解池形成的闭合回路的叙述中,正确的是()
A.电解池的闭合回路仅是电子的定向移动形成的
B.金属导线中,电子从电源的负极流向电解池的阳极,从电解池的阴极流向电源的正极
C.电解熔融的NaCl时,Cl-向阴极移动,Na+向阳极移动
D.相同时间内,阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相等
合作探究
探究活动一:
电解的原理
1.右图为工业上电解熔融氯化钠生产金属钠的装置示意图。
容器中盛有熔融的氯化钠,
两侧分别插入石墨片和铁片作为电极材料,两个电极分别与电源的正极和负极相连。
(1)通电前,熔融NaCl中存在的微粒有,这些微粒的运动状态是。
(2)通电后离子运动方向:
阳离子(填离子符号)移向铁电极,发生反应;阴离子(填离子符号)移向石墨电极,发生反应。
电极上发生的变化是①铁电极:
2Na++2e-===2Na;②石墨电极:
2Cl--2e-===Cl2↑。
(3)由以上分析可知:
熔融的NaCl在作用下发生了,分解生成了。
2.电解和电解池
(1)电解是使直流电通过或熔融电解质而在两个电极上引起的过程。
(2)电解池是将转化为的装置。
(3)电极名称
阴极:
与电源相连的电极,发生反应;
阳极:
与电源相连的电极,发生反应。
(4)电解池的构成条件:
具有与相连接的两个电极(阴极、阳极),插入溶液或熔融电解质中,形成。
[归纳总结]
(1)电解池的工作原理示意图
(2)电解质导电的过程就是电解质的电解过程。
【学以致用】
1.下列关于电解池的叙述中,正确的是()
A.电解池中的闭合回路仅是由电子的定向运动形成的
B.金属导线中,电子从电源的负极流向电解池的阳极,从电解池的阴极流向电源的正极
C.在电解质溶液中,阴离子向阴极移动,阳离子向阳极移动
D.相同时间内,阳离子在阴极上得到的电子数与阴离子在阳极上失去的电子数相等
探究活动二:
酸、碱、盐溶液的电解规律
1.按右图所示装置完成CuCl2溶液的电解实验:
(1)实验过程中观察到的现象是:
①检流计指针;
②与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层;
③与正极相连的a极一侧有产生,能使湿润的淀粉KI试纸。
(2)实验结论是
(3)实验原理分析
①氯化铜溶液中的电离过程有CuCl2===Cu2++2Cl-,H2O
H++OH-;溶液中存在的离子有。
通电前,这些离子在溶液中做自由运动。
②通电时,在电场的作用下,溶液中的离子做,即趋向a极,趋向b极。
③a极电极反应式是2Cl--2e-===Cl2↑,b极电极反应式是Cu2++2e-===Cu,总反应式是CuCl2
Cu+Cl2↑。
2.有下列两组离子:
①Cu2+、Na+、H+、Ag+;②Cl-、I-、SO2-4、OH-。
用惰性电极电解时,移向阳极的是,放电先后顺序是;移向阴极的是,放电先后顺序是。
3.用惰性电极电解下列酸、碱、盐电解质溶液:
①H2SO4;②HCl;③NaOH;④Na2SO4;⑤CuCl2;⑥NaCl;⑦CuSO4。
回答下列问题:
(1)阴极反应式与①相同的有,其电极反应式是2H++2e-===H2↑;与⑤相同的有,其电极反应式是Cu2++2e-===Cu。
(2)阳极反应式与①相同的有,其电极反应式是4OH--4e-===O2↑+2H2O;与②相同的有,其电极反应式是2Cl--2e-===Cl2↑。
(3)写出下列电解的化学方程式
③
⑥
⑦
(4)只水发生电解的是,只电解质本身发生电解的是,电解质和水都发生电解的是。
(5)电解后溶液的pH显著增大的是,减小的是,不变的是。
(6)欲使电解后的溶液复原,只加入水的是,只加入电解质的是;欲使电解后的⑥复原需,欲使电解后的⑦复原需加入。
[归纳总结]
1.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,结合放电顺序分析谁优先放电(注意活泼金属作阳极时优先放电)。
(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、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH变化等。
2.电极反应规律
(1)阴极:
无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应,发生反应的是溶液中的阳离子。
阳离子放电顺序:
Ag+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+……
(2)阳极:
电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中,或者溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化。
其放电顺序:
金属阳极>S2->I->Cl->OH->含氧酸根。
3.用惰性电极进行电解时的电解规律
用惰性电极进行电解时各种变化情况简析:
类型
电极反应特点
溶液种类
电解对象
电解质浓度
pH
电解质溶液复原
电解水型
阴极:
阳极:
NaOH
H2SO4
Na2SO4
电解电解质型
电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电
HCl
CuCl2
放H2生碱型
阴极:
H2O放出H2生成碱
阳极:
电解质的阴离子放电
NaCl
放O2生酸型
阴极:
电解质的阳离子放电
阳极:
H2O放出O2生成酸
CuSO4
【学以致用】
2.用惰性电极电解AgNO3溶液,下列说法不正确的是()
A.电解过程中阴极质量不断增加
B.电解过程中溶液的pH不断降低
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2∶1
3.用石墨作电极电解CuCl2和KCl的混合溶液,电解初期阴极和阳极分别析出的物质是()
A.H2、Cl2B.Cu、Cl2C.H2、O2D.Cu、O2
【归纳总结】
【巩固练习】
1.如图所示的装置能够组成电解池的是()
2.下列关于电解池工作原理的说法中,错误的是()
A.电解池是一种将电能转变成化学能的装置
B.电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应
C.电解池工作时,阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应
D.电解池放电时,电极本身不会参加电极反应
3.用石墨作电极,电解下列物质的溶液,其实质不是电解水的是()
A.NaNO3B.NaOH
C.Na2SO4D.NaCl
4.用惰性电极电解下列溶液,其中随着电解的进行,溶液pH逐渐减小的是()
①氯化钠溶液②硫酸铜溶液③氢氧化钠溶液④稀硫酸⑤稀盐酸⑥硫酸钠溶液
A.①③⑤B.②④⑤
C.②④D.②④⑥
5.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物质(方括号内物质),能够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]
6.在某电解质溶液中,用M和N作电极,通电一段时间后,发现M极质量减小,N极质量增大,符合这一情况的是()
A.电解质溶液是稀硫酸
B.金属M是阳极,N是阴极
C.M和N是石墨电极
D.M是阴极,N是阳极
7.用惰性电极电解CuSO4溶液。
若阴极上析出Cu的质量为3.2g,则阳极上产生的气体在标准状况下的体积为________________________________;
常温下,若将电解后的溶液稀释至1L,则溶液的pH约为________。
【总结与反思】
通过自评、互评、师评相结合对本节学习过程进行反思感悟。
【参考答案】
【自主预习】
一、4.
【预习检测】
1.A2.D
【合作探究】
探究活动二
1.
(1)①发生偏转;②红色物质;③有刺激性气味的气体,变蓝
(2)电解质CuCl2溶液在导电过程中有金属铜析出,并产生了氯气;(3)①Cu2+、Cl-、H+、OH-,②定向移动,Cl-、OH-,Cu2+、H+
2.②,I->Cl->OH->SO42‾;①,Ag+>Cu2+>H+>Na+。
3.
(1)②③④⑥,⑦
(2)③④⑦,⑤⑥
(3)③2H2O
2H2↑+O2↑;⑥2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑;⑦2CuSO4+2H2O
2H2SO4+2Cu+O2↑。
(4)①③④,②⑤,⑥⑦(5)②③⑥,①⑦,④⑤(6)①③④,②⑤,通入HCl气体,CuO
【归纳总结】
类型
电极反应特点
溶液种类
电解对象
电解质浓度
pH
电解质溶液复原
电解水型
阴极:
2H++2e-===H2↑
阳极:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
NaOH
水
增大
增大
加水
H2SO4
水
增大
减小
加水
Na2SO4
水
增大
不变
加水
电解电解质型
电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电
HCl
电解质
减小
增大
加氯化氢
CuCl2
电解质
减小
略增大
加氯化铜
放H2生碱型
阴极:
H2O放出H2生成碱
阳极:
电解质的阴离子放电
NaCl
电解质和水
生成新电解质
增大
加氯化氢
放O2生酸型
阴极:
电解质的阳离子放电
阳极:
H2O放出O2生成酸
CuSO4
电解质和水
生成新电解质
减小
加氧化铜
普通化学方程式
热化学方程式
化学计量数
是整数,既表示微粒个数又表示该物质的物质的量
可以是整数也可以是分数,只表示该物质的物质的量
状态
不要求注明
必须在分子式后注明
ΔH正负号及单位
无
必须注明(正号常省略)
意义
表明了化学反应中的物质变化
不仅表明了化学反应中的物质变化,也表明了化学反应中的能量变化
遵循规律
原子守恒
原子守恒和能量守恒
【学以致用】
2.D3.B
【自我检测】
1.B2.D3.D4.C5.B6.B7.0.56L1