高中化学 431 电解原理教案 新人教版选修4.docx

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高中化学431电解原理教案新人教版选修4

第三节电解池

第1课时　电解原理

●课标要求

1．体验化学能与电能相互转化的探究过程。

2．了解电解池的工作原理。

3．能写出电极反应和电池反应方程式。

●课标解读

1.通过实验探究电能转化为化学能的过程。

2．理解电解池的工作原理。

3．正确书写电解池中电极反应和电池反应方程式。

●教学地位

电解是中学理论体系不可缺少的一部分，同时电解与物理学科中的电学、能量的转换有密切的联系，是氧化还原反应、原电池、电离等知识的综合运用。

通过比较原电池原理比较分析电解原理。

本课时是本章重点内容之一。

●新课导入建议

自从伏打发明电池后，“电”的应用就风起云涌，席卷全球。

1800年科学家采用伏打电池电解水获得成功后，戴维进行了思考，电既然能分解水，那么电对于盐溶液，固体化合物产生什么作用呢？

开始他将苛性钾制成饱和水溶液进行电解，结果在电池两极分别得到的是氧气和氢气，加大电流强度仍然没有其他收获。

随后他改用熔融的苛性钾，在电池作用下，熔融的苛性钾发生明显变化，在阴极附近产生了一种白色的小球状物质，随即形成紫色火焰，这个小球状物质是什么？

【提示】　这个小球状物质是钾。

●教学流程设计

课前预习安排：

（1）看教材P79页，填写【课前自主导学】中的“知识1，电解CuCl2溶液”，并完成【思考交流1】；

（2）看教材P80页，填写【课前自主导学】中的“知识2，电解原理”，并完成【思考交流2】。

⇒步骤1：

导入新课、本课时教材地位分析。

⇒步骤2：

建议对【思考交流】多提问几个学生，使80%以上的学生都能掌握该内容，以利于下一步对该重点知识的探究。

⇓

步骤6：

师生互动完成“探究2、惰性电极电解电解质的溶液的规律”，可利用【问题导思】中的问题由浅入深地进行。

建议教师除【例2】外，使用【教师备课资源】中例题变换角度拓展学生的思路。

⇐步骤5：

在老师指导下由学生自主完成【变式训练1】和【当堂双基达标】中的1、2、3三题，验证学生对探究点的理解掌握情况。

⇐步骤4：

教师通过【例1】和教材P79页讲解研析，对“探究1”进行总结。

⇐步骤3：

师生互动完成“探究1、电解池电极及电极产物的判断”可利用【问题导思】中的问题由浅入深地进行。

步骤7：

教师通过【例2】和教材P80页的讲解研析对“探究2”进行总结。

⇒步骤8：

在老师指导下由学生完成【当堂双基达标】中的4题，验证学生对探究点的理解。

⇒步骤9：

先让学生自主总结本课时学习的主要知识，然后对照【课堂小结】明确掌握已学的内容、并课下完成【课后知能检测】。

课　标　解　读

重　点　难　点

1.了解电解、电解池的概念。

2.理解电解池的原理。

3.能够正确书写电解池的电极反应方程式。

1.通过实验探究加深对电解池工作原理的理解。

（重点）

2.比较离子在电解池中的放电顺序。

（重点）

3.原电池与电解池比较。

（重难点）

电解CuCl2溶液

1.装置

CuCl2溶液的电解

2．实验现象和结论

实验现象

结论

电流表指针发生偏转

说明电解质溶液在导电，形成闭合回路

与负极相连的石墨棒上逐渐覆盖了一层红色固体

析出金属铜

与正极相连的碳棒一侧有刺激性气味的气体产生，湿润的KI淀粉试纸变蓝

产生了氯气

3.实验原理分析

（1）通电前，Cu2＋、H＋、Cl－以及OH－在溶液中作自由运动通电时，在电场的作用下，这些自由运动的离子改作定向运动即Cl－、OH－等阴离子趋向阳极，Cu2＋、H＋等阳离子趋向阴极。

（2）两个电极上的反应和总反应：

阳极（与电源正极相连）：

2Cl－－2e－===Cl2↑。

阴极（与电源负极相连）：

Cu2＋＋2e－===Cu。

总反应：

CuCl2电解,Cu＋Cl2↑。

（3）结论：

电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。

1．溶液中含有Cu2＋、H＋为什么是Cu2＋去阴极得电子，而不是H＋呢？

【提示】　阴极上的物质，发生还原反应，本身是氧化剂应具有氧化性，而氧化性Cu2＋>H＋，故Cu2＋先得电子。

电解原理

1.电解

使电流通过电解质溶液在两个电极上引起氧化还原反应的过程。

2．电解池

（1）定义：

将电能转化为化学能的装置。

（2）

构成有外加电源电解质溶液或熔融电解质两个

电极阴极：

与电源负极相连，发生还原反应阳极：

与电源正极相连，发生氧化反应形成闭合回路

2．

（1）电解CuCl2溶液产生Cl2的两电极能用铁吗？

（2）电解质溶液导电时，一定会有化学反应发生吗？

【提示】　

（1）阴极可以用，但阳极不能用，否则阳极发生反应为Fe－2e－===Fe2＋，而不放出Cl2。

（2）一定。

电解池电极及电极产物判断

【问题导思】　

①电解池中，阴、阳两极的材料与电解产物有关系吗？

【提示】　阳极产物与材料有关，阴极无关。

②电解CuSO4与NaCl的混合液，首先在阴、阳两极产生什么物质（用惰性电极）?

【提示】　阳极―→Cl2　阴极——Cu。

1．电解池的电极和电极反应

2．电解时电极产物的判断

（1）阳极产物的判断

①活性金属电极

金属电极失电子，被溶解，生成对应金属阳离子。

②惰性电极（Pt、Au、C）

阴离子失电子，生成对应非金属单质。

阴离子放电顺序：

S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－。

（2）阴极产物的判断

与电极材料无关，直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序：

Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。

根据两极产物也可判断电极，一般情况下

（1）析出金属（质量增重）或有气体（H2）放出——阴极。

（2）有非金属单质生成，是气态的有Cl2、O2或电极本身减轻——阳极。

　现用Pt电极电解1L浓度均为0.1mol/L的HCl、CuSO4的混合溶液，装置如图，下列说法正确的是

（　　）

A．电解开始时阴极有H2放出

B．电解开始时阳极上发生：

Cu2＋＋2e－===Cu

C．当电路中通过电子的量超过0.1mol时，此时阴极放电的离子发生了变化

D．整个电解过程中，SO

不参与电极反应

【解析】　依据放电顺序阴极先放电的是Cu2＋，故阴极开始析出的是Cu，阳极先放电的是Cl－，故阳极开始产生的是Cl2。

故A、B错；由阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu，n（Cu2＋）＝0.1mol，当电路中通过电子的量达到0.2mol时，此时Cu2＋消耗完毕，阴极放电离子变为H＋，所以C错；阳极先是Cl－放电，当Cl－消耗完毕，此时H2O电离产生的OH－开始在阳极放电，SO

不参与电极反应。

【答案】　D

判断电解池中的产物步骤

1．对于电解池，首先要考虑阳极材料，若为惰性电极，溶液中的阴离子被氧化；若为金属电极，则被氧化的是电极本身。

过于活泼的金属不能作电极材料（K、Na）。

2．若溶液中的阴、阳离子有多种，则根据离子放电顺序判定什么离子先放电，什么离子后放电，并写出电极方程式。

3．注意根据电子流向和电流流向判断电极是相反的。

1．关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是（　　）

A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠

B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色

C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色

D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性

【解析】　电解食盐水时发生的反应为：

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

总反应：

2NaCl＋2H2O电解,2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

对照分析选项，A错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2，滴加KI溶液后发生反应：

Cl2＋2I－===I2＋2Cl－，溶液呈棕色，B正确；阴极附近产生大量的OH－，滴加酚酞后变红色，C错误；电解后生成NaOH，溶液呈碱性，D错误。

【答案】　B

用惰性电极电解电解质溶液的规律

【问题导思】　

①电解H2SO4溶液与盐酸溶液（惰性电极）的产物相同吗？

溶液pH有何变化？

【提示】　阴极产物相同（H2），阳极产物不同[H2SO4→O2，HCl→Cl2]，pH都增大。

②用惰性电极电解食盐水一段时间后，若要使溶液复原，应加入什么物质？

【提示】　加入HCl。

类型

电解质

特点

实例

电极反应式

阴极

阳极

电解方程式

电解

对象

电解

质溶

液浓

度的

变化

电解

质溶

液复

原的

方法

电解

水型

含氧酸

H2SO4

可溶性

强碱

NaOH

活泼金

属含氧

酸盐

KNO3

4H＋＋4e－===2H2↑

4OH－

－4e－

===

2H2O

＋O2↑

2H2O

2H2↑＋O2↑

水

增大

加水

电解

电解

质型

无氧酸

HCl

2H＋＋

2e－===

H2↑

2Cl－－2e－

===

Cl2↑

2HCl

H2↑＋Cl2↑

不活泼

金属无

氧酸盐

CuCl2

Cu2＋＋

2e－===

Cu

2Cl－－2e－

===

Cl2↑

CuCl2

Cu＋Cl2↑

电解质

减小

加入

氯化

氢

加入

氯化

铜

放H2

生碱型

活泼金

属无氧

酸盐

NaCl

2H＋＋

2e－===

H2↑

2Cl－－2e－

===Cl2↑

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

电解质

和水

生成

新电

解质

加入

氯化

氢

放O2

生酸型

不活泼

金属含

氧酸盐

CuSO4

2Cu2＋＋

4e－===

2Cu

4OH－

－4e－

===2H2O

＋O2↑

2CuSO4＋2H2O

2Cu＋2H2SO4＋O2↑

电解

质和

水

生成

新电

解质

加入

CuO

　用惰性电极进行电解，下列说法正确的是

（　　）

A．电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液pH不变

B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小

C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2

D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1

【解析】　电解稀硫酸实质上是电解水，c（H＋）增大，溶液pH减小，A项错误；电解稀氢氧化钠溶液，实质上也是电解水，c（OH－）增大，溶液pH增大，B项错误；电解硫酸钠溶液，在阴析上生成H2，阳极上生成O2，其物质的量之比为2∶1，C项错误。

D项正确。

【答案】　D

电解产物判断

1．用惰性电极电解电解质水溶液时，首先要全面分析电解质溶液的组成，找全离子并分为阴、阳两组，然后排出阴、阳离子的放电顺序，写出两极上的电极反应式。

2．根据两极的电极反应式写出反应的总离子方程式时，要注意：

若参与电极反应的H＋（或OH－）是由水电离出来的，应用水的分子式表示。

3．若阴极为H＋放电，则阴极区c（OH－）增大；若阳极区OH－放电，则阳极区c（H＋）增大；若阴、阳极同时有H＋、OH－放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大（饱和溶液例外）。

2．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．电解过程中阴极质量不断增加

B．电解过程中溶液的pH不断升高

C．此时向溶液中加入适量的Ag2O固体不能使溶液恢复至电解前的状况

D．电解后两极产生的气体体积比为2∶1

【解析】　用惰性电极电解AgNO3溶液，总的电解反应式为：

4AgNO3＋2H2O电解,4Ag＋O2↑＋4HNO3，则阴极上析出银，阳极上放出氧气，A项正确，D项错误；由于生成HNO3，溶液的pH应不断降低，B项错误；要使溶液恢复到电解前的状况要看加入的物质在溶液中的反应：

2Ag2O＋4HNO3===4AgNO3＋2H2O，得到的物质恰好是反应掉的物质，可使溶液恢复至电解前的状况，C项错误；故选A。

【答案】　A

【教师备课资源】

　pH＝a的某电解质溶液中，插入两支惰性电极，通直流电一段时间后，溶液的pH>a，则该电解质可能是（　　）

A．NaOH　　B．H2SO4　　

C．AgNO3　　D．Na2SO4

【解析】　由阴、阳离子的放电顺序可知，电解NaOH、H2SO4、Na2SO4溶液的实质都是电解水，电解质溶液的浓度都增大，故NaOH溶液的pH增大，H2SO4溶液的pH减小，Na2SO4溶液的pH不变；AgNO3的电解方程式为：

4AgNO3＋2H2O

4Ag＋O2↑＋4HNO3，故溶液的pH减小。

【答案】　A

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．在电解质溶液中，阴离子向阴极运动，阳离子向阳极运动

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

【解析】　在电解池中，外电路上是靠电子的定向移动形成电流，而电解质溶液中是靠阴、阳离子的定向移动而形成电流，因此A项错误；在电解池中，电子由电源的负极流向电解池的阴极，由电解池的阳极流向电源的正极，因此B项错误；在电解质溶液中，阴离子向着阳极移动，阳离子向着阴极移动，因此C项错误。

【答案】　D

2．下列说法错误的是（　　）

A．电解质的导电过程是化学变化，而金属的导电是物理变化

B．电解质溶液导电的过程，就是电解质被电解的过程

C．电解质在任何条件下均可以导电

D．电解质溶液导电过程中一定有新物质生成

【解析】　电解质导电的过程就是被电解的过程，在电解过程中发生氧化还原反应，一定有新物质生成，所以是化学变化；而金属导电是靠自由电子的定向移动，无新物质生成，是物理变化，故A、B、D项正确。

电解质要导电只有在电离的条件下，存在自由移动的离子时才能导电，所以C项错误。

【答案】　C

3．某学生欲完成2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑反应，设计了下列四个实验，你认为可行的实验是（　　）

【解析】　反应不能自发进行，应设计成电解池，金属银失电子作阳极与电源的正极相连。

【答案】　C

4.根据如图所示装置回答：

（1）当X为Pt，Y为Fe，Z为AgNO3时，阳极反应式为___________，

阴极反应式为__________，

电解反应式为_______________________。

（2）X为Cu，Y为Fe，Z为CuSO4时，阳极反应式为

______________________，

阴极反应式为__________________________。

【解析】　电解池中与电源正极相连的是阳极（X）与电源负极相连的是负极（Y）。

【答案】　

（1）4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　

4Ag＋＋4e－===4Ag　

2H2O＋4AgNO34Ag＋O2↑＋4HNO3

（2）Cu－2e－===Cu2＋　Cu2＋＋2e－===Cu

1．下列说法不正确的是（　　）

A．不能自发进行的氧化还原反应，一般可以通过电解实现

B．电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化

C．电解池和原电池中均发生氧化还原反应

D．电解、电离、原电池均需要通电

【解析】　电离不需要通电，而是在溶于水或熔化状态下发生的。

【答案】　D

2．如图所示，铜片、锌片和石墨棒用导线连接后插入番茄里，电流表中有电流通过，则下列说法正确的是（　　）

A．锌片是负极

B．两个铜片上都发生氧化反应

C．石墨是阴极

D．两个番茄都形成原电池

【解析】　由于番茄汁显酸性，左侧番茄形成原电池，Zn作负极。

右侧番茄形成电解池，Cu作阴极。

故只有A选项正确。

【答案】　A

3．能用电解原理说明的问题是（　　）

①电解是把电能转变成化学能　②电解是把化学能转变成电能　③电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化　④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现　⑤任何溶液被电解时，必须导致氧化还原反应的发生

A．①②③④　　　　　　B．②③⑤

C．③④D．①③④⑤

【解析】　本题主要考查了电解原理。

从能量转化的角度看，电解是把电能转变成化学能的过程，故①对、②错；电解质溶液的导电过程，必将伴随着两个电极上氧化还原反应的发生，同时生成新的物质，故③、⑤对；某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解供给电能可以实现，故④对。

所以①③④⑤选项都符合题意。

故正确答案为D。

【答案】　D

4．将一直流电源的正、负极（电极材料为Pt），用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊试液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是（　　）

A

B

C

D

阳极

蓝

白

红

蓝

阴极

白

蓝

蓝

蓝

【解析】　阳极上I－放电生成I2，使淀粉变蓝，阴极上H＋放电后，使溶液中的c（H＋）

【答案】　D

5．同温、同压下，用惰性电极在U形管中电解下列物质的水溶液，消耗相同的电量，生成气体体积最大的是（　　）

A．饱和食盐水B．CuCl2溶液

C．CuSO4溶液D．NaOH溶液

【解析】　电解饱和食盐水，两极分别产生氢气和氯气，假设转移2mol电子，生成氢气和氯气各1mol，共2mol；而电解CuCl2溶液产生的气体只有氯气，转移2mol电子，生成氯气1mol；电解CuSO4溶液，产生的气体只有氧气，转移2mol电子，生成氧气0.5mol；电解NaOH溶液，两极分别产生氢气和氧气，转移2mol电子，生成氢气1mol、氧气0.5mol，共1.5mol。

【答案】　A

6.

如图所示为直流电源电解稀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。

下列实现现象中正确的是（　　）

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

【解析】　以石墨为电极电解Na2SO4溶液时，阳极（b极）：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极（a极）：

4H＋＋4e－===2H2↑，则a极附近溶液显碱性，b极附近溶液显酸性，滴加石蕊试液后，a极附近呈蓝色，b极附近呈红色。

【答案】　D

7．用石墨作电极电解1mol·L－1CuSO4溶液，当c（Cu2＋）为0.5mol·L－1时，停止电解，向剩余溶液中加入下列何种物质可使电解质溶液恢复至原来状况（　　）

A．CuSO4　　　　　　　B．CuO

C．Cu（OH）2D．CuSO4·5H2O

【解析】　电解过程中的反应为：

阳极：

2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；

阴极：

2Cu2＋＋4e－===2Cu。

总反应为：

2CuSO4＋2H2O

2H2SO4＋2Cu＋O2↑。

从溶液中析出的物质是Cu和O2，每放出1molO2，即析出2molCu，Cu与O的物质的量之比为1∶1，所以，加入CuO可使溶液恢复原状。

【答案】　B

8．用Pt电极电解含有0.1molCu2＋和0.1molX3＋的溶液，阴极析出固体物质的质量m（g）与电路中通过电子的物质的量n（mol）的关系如图所示。

则离子的氧化能力由大到小的排列正确的是（　　）

A．Cu2＋>X3＋>H＋B．H＋>X3＋>Cu2＋

C．X3＋>H＋>Cu2＋D．Cu2＋>H＋>X3＋

【解析】　有些同学没有认真分析，就将X3＋与Fe3＋联系起来，选择答案C。

这其实是简单记忆阳离子放电顺序导致定势思维而造成的结果。

本题的解题信息在图像中，一通电就有固体析出，且通过0.2mol电子后，就再没有固体析出了，说明是Cu2＋放电的结果，X3＋不放电。

故正确答案为D。

【答案】　D

9．如图所示中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（　　）

a极板

b极板

X电极

Z溶液

A

锌

石墨

负极

CuSO4

B

石墨

石墨

负极

NaOH

C

银

铁

正极

AgNO3

D

铜

石墨

负极

CuCl2

【解析】　根据题意，a为锌时，X为负极，则a为阴极，a极上有铜析出，质量增加，Y为正极，则b为阳极，b极处有O2放出，A选项符合题意；B组中，两电极均为石墨时，实质为电解水，两极上都放出气体，电极质量不变，不符合题意；C组中，当b极为Fe时，X为正极，b极Ag＋得电子，铁极质量增加，a极银失电子，质量减轻，不符合题意；D组中，a极为铜时，X为负极，a上析出铜，铜极质量增加，但b极上放出有刺激性气味的Cl2，不符合题意，因此只有A正确。

【答案】　A

10．将含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解，且电解时间足够长。

有以下结论：

①溶液中几乎没有Br－；②电解质溶液为无色；③最终溶液显碱性；④K＋、Na＋和SO

的浓度几乎没有变化。

正确的是（设Cl2、Br2全部从溶液中逸出）（　　）

A．①②③　B．仅③　　C．①④　　D．均正确

【解析】　此题电解的是混合溶液，目的是考查学生对阴、阳离子放电顺序掌握的熟练性。

溶液中存在的阴离子有：

Cl－、Br－、SO

、OH－，阳离子有：

K＋、Cu2＋、Na＋、H＋。

因用Pt电极电解足够长的时间，阴离子首先放电的是Br－，其次是Cl－，最后是OH－，SO

在溶液中不放电，阳离子先放电的是Cu2＋，其次是H＋。

所以先电解CuBr2，阳极逸出Br2，阴极析出Cu，当CuBr2电解完毕后，相当于继续电解HCl（H＋来自于水中），当Cl－被消耗尽后，则继续电解水。

由于Cu2＋转化为单质铜，电解质溶液变为无色；Cl－放电时，水电离出的H＋放电，使溶液中的c（OH－）增大；由于电解足够长时间，水被消耗，c（K＋）、c（Na＋）和c（SO

）会增大。

【答案】　A

11．从NO

、SO

、H＋、Cu2＋、Ba2＋、Ag＋、Cl－等离子中选出适当的离子组成电解质，采用惰性电极对其溶液进行电解。

（1）两极分别放出H2和O2，电解质的化学式可能为____________；

（2）若阴极析出金属，阳极放出O2，电解质的化学式可能为________________；