高中化學(xué) 41電解原理教案 舊人教版選修

第四單元 電解原理及其應(yīng)用第一節(jié) 電解原理重點(diǎn)難點(diǎn):1理解電解的基本概念和原理。2了解銅的電解精煉、電鍍銅。3會(huì)寫(xiě)電極反應(yīng)式、電解方程式，掌握圍繞電解的計(jì)算。知識(shí)點(diǎn)講解:基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)引電解電解CuCl2 使電流通過(guò)電解質(zhì)溶液而在陰、陽(yáng)兩極引起氧化還原反應(yīng)的過(guò)程叫做電解。如用惰性電極電解CuCl2溶液時(shí)，電極反應(yīng)式：陽(yáng)極 2Cl2e=Cl2（氧化反應(yīng)）陰極 Cu2+2e=Cu（還原反應(yīng)）電解方程式為：CuCl2 Cu+Cl2電解池把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置叫做電解池或電解槽。電解池與直流電源的連接 其中跟直流電源或原電池的負(fù)極相連的電極是電解池的陰極；跟直流電源或原電池的正極相連的電極是電解池的陽(yáng)極。重點(diǎn)難點(diǎn)點(diǎn)撥一、電解原理1電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電我們知道，金屬導(dǎo)電時(shí)，是金屬內(nèi)部的自由電子發(fā)生的定向移動(dòng)，而電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電與金屬導(dǎo)電不同。通電前電解質(zhì)溶液中陰、陽(yáng)離子在溶液中自由地移動(dòng)；通電后在電場(chǎng)的作用下，這些自由移動(dòng)的離子改作定向移動(dòng)，帶負(fù)電荷的陰離子由于靜電作用向陽(yáng)極移動(dòng)，帶正電荷的陽(yáng)離子則向陰極移動(dòng)，并在兩極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)。我們把：借助于電流引起氧化還原反應(yīng)的裝置，也就是把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置叫電解池。電解池中與直流電源負(fù)極相連的電極叫陰極，與直流電源正極相連的電極叫陽(yáng)極。物質(zhì)能否導(dǎo)電是由其內(nèi)部能否形成定向移動(dòng)的自由電荷所決定的，對(duì)金屬就是自由電子，而對(duì)電解質(zhì)溶液就是自由移動(dòng)的陰陽(yáng)離子。2電解（1）概念：使電流流過(guò)電解質(zhì)溶液而在陰、陽(yáng)兩極引起氧化還原反應(yīng)的過(guò)程叫電解。（2）電子流動(dòng)的方向：電子從外接直流電源的負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線到達(dá)電解池的陰極，電解池溶液中的陽(yáng)離子移向陰極，并在陰極獲得電子而被還原，發(fā)生還原反應(yīng)；與此同時(shí)，電解池溶液中的陰離子移向陽(yáng)極，并在陽(yáng)極上失去電子（也可能是陽(yáng)極很活潑而本身失去電子）而被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)。這樣，電子又從電解池的陽(yáng)極流出，沿導(dǎo)線而流回外接直流電源的正極。（3）電極反應(yīng)的類(lèi)型：陽(yáng)極反應(yīng)為氧化反應(yīng)，陰極反應(yīng)為還原反應(yīng)，故而陰極處于被保護(hù)的狀態(tài)，而陽(yáng)極則有可能被腐蝕。3、電極名稱(chēng)的進(jìn)一步理解原電池：根據(jù)電子流動(dòng)的方向可以把電極分成正、負(fù)極。流出電子的電極（或發(fā)生氧化反應(yīng)的電極）為負(fù)極、流入電子的電極為（或發(fā)生還原反應(yīng)的電極）正極；電解池：根據(jù)離子的遷移方向可以把電極分成陽(yáng)極、陰極。陽(yáng)離子移向的電極（或與直流電源負(fù)極相連的電極）為陰極、陰離子移向的電極（或與直流電源正極相連的電極）為陽(yáng)極。在原電池中，稱(chēng)正極、負(fù)極，其中負(fù)極流出電子在電解池中，稱(chēng)陽(yáng)極、陰極，其中陰極流入電子電解池的陽(yáng)極與原電池的正極相連，電解池的陰極與原電池的負(fù)極相連4、電極反應(yīng)式和電解方程式的書(shū)寫(xiě)<1>化學(xué)變化的表示表示方法為了表示化學(xué)變化的不同側(cè)面，化學(xué)變化主要用化學(xué)方程式表示。具體分類(lèi)如下：（普通）化學(xué)方程式氧化還原方程式（標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移方向、數(shù)目等）離子方程式電離方程式水解方程式熱化學(xué)方程式（標(biāo)明反應(yīng)物、生成物的狀態(tài)及對(duì)應(yīng)的熱效應(yīng)）電極反應(yīng)式電解方程式<2>電極反應(yīng)式與電解方程式的書(shū)寫(xiě)書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)，首先要搞清楚電極材料，然后分析溶液中離子情況，再根據(jù)陰、陽(yáng)極放電的規(guī)律，得出相應(yīng)的結(jié)論。電解過(guò)程總反應(yīng)方程式叫電解方程式(指電解時(shí)總的化學(xué)方程式或離子方程式)。要正確書(shū)寫(xiě)電解方程式，首先要正確寫(xiě)出電極反應(yīng)式，然后分析參加電極反應(yīng)的離子來(lái)自何種物質(zhì)，這樣才能正確寫(xiě)出反應(yīng)物、生成物，配平且在等號(hào)上方注明“電解”或“通電”。書(shū)寫(xiě)的具體步驟：先查陽(yáng)極電極材料和確定溶液中的離子種類(lèi)如用C電極電解CuSO4溶液：溶液中有CuSO4=Cu2+SO42；H2O H+OH-。溶液中存在Cu2+、H+、OH、SO42共4種離子。由放電順序確定放電產(chǎn)物和電極反應(yīng)C電極為惰性電極，不參加反應(yīng)。放電能力 Cu2+H+ Cu2+放電生成CuOHSO42，OH放電生成O2電極反應(yīng)：陰極2Cu2+4e=2Cu陽(yáng)極4OH-4e2H2O+O2溶液中余下的H+和SO42結(jié)合成新物質(zhì)H2SO4。由電極反應(yīng)產(chǎn)物，寫(xiě)出總反應(yīng)式電解方程式如上述反應(yīng)中的反應(yīng)物為CuSO4和H2O，產(chǎn)物是Cu、O2和H2SO4，電解方程式為：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO45、電離、水解和電解的比較發(fā)生條件變化實(shí)質(zhì)實(shí)例電離適用于電解質(zhì)在溶液或熔化狀態(tài)中發(fā)生電解質(zhì)分離成自由移動(dòng)的離子（在水溶液中形在水合離子）CuSO4=Cu2+SO42-電離是鹽類(lèi)發(fā)生水解反應(yīng)和電解反應(yīng)的先決條件電解要通入直流電才能發(fā)生一般說(shuō)，鹽類(lèi)的水解反應(yīng)是可逆的、微弱的；其他物質(zhì)（如CaC2、醇鈉、鹵代烴、酯、多糖、蛋白質(zhì)等）的水解程度與物質(zhì)自身有關(guān)。水 解與水電離產(chǎn)生的H+或OH-結(jié)合成難電離物質(zhì)等在水溶液中發(fā)生組成鹽的酸根陰離子或金屬陽(yáng)離子（包括NH4+）和水電離出的H+或OH結(jié)合成弱電解質(zhì)CN-+H2OHCN+OH-Cu2+2H2OCu(OH)2+2H+ 電 解只有電解質(zhì)處于熔融狀態(tài)或溶液中才能發(fā)生要通入直流電，才發(fā)生電解在直流電作用下，組成電解質(zhì)的陰、陽(yáng)離子（或水中的H+、OH）在電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4 6、電離方程式、離子方程式和電極反應(yīng)式、電解方程式的比較表示內(nèi)容書(shū)寫(xiě)特點(diǎn)實(shí)例電離方程式表示電解質(zhì)在熔融狀態(tài)或溶液中的離解的式子強(qiáng)電解質(zhì)完全電離，用“=”表示，弱電解質(zhì)不完全電離，用“”表示。多元酸、堿分步電離分步書(shū)寫(xiě)（中學(xué)階段中多元弱堿的電離可一步書(shū)寫(xiě)）NaHSO4=Na+H+SO42- H2S+H2OH3O+HS-HS-+H2OH3O+S2-NaHCO3=Na+HCO3-HCO3-H+CO32-Al(OH)3Al3+3OH- 離子方程式表示弱電解質(zhì)等在溶液中的反應(yīng)?？梢员硎就活?lèi)的反應(yīng)反應(yīng)物、生成物中易溶且易電離的寫(xiě)離子形式（包括弱酸、弱堿、難電離物質(zhì)等）；其他物質(zhì)寫(xiě)分子式。方程式兩邊原子個(gè)數(shù)和電荷均應(yīng)守恒，固態(tài)物質(zhì)間反應(yīng)不用離子方程式表示（濃溶液間的反應(yīng)一般也不用）NH4+OH-NH3+H2ONH4+OH- NH3·H2OCu+2Ag+=2Ag+Cu2+Al3+3H2OAl(OH)3+3H+Fe3+3SCN-=Fe(SCN)32H+SO42-+Ba2+2OH-=BaSO4+2H2OCH3CH2Cl+OH- CH3CH2OH+Cl-C6H5O-+CO2+H2O C6H5OH+HCO3-CH3COOCH2CH3+OH- CH3COO-+CH2CH3OH CaC2+2H2O Ca2+2OH-+C2H2 4Ag+2H2O4Ag+O2+4H+電極反應(yīng)式表示原電池或電解池中的電極反應(yīng)要注明電極名稱(chēng)，得（失）電子數(shù)用惰性電極電解CuSO4溶液陽(yáng)極 4OH-4e-=2H2O+O2陰極 Cu2+2e-=Cu鋼鐵的吸氧腐蝕（鐵本身是活潑電極，參加反應(yīng)）負(fù)極Fe2e=Fe2+正極O2+2H2O+4e-=4OH-電解飽和食鹽水（用惰性電極）陽(yáng)極：2Cl-2e-=Cl2陰極：2H+2e-=H2電解方程式表示電解時(shí)物質(zhì)變化的化學(xué)方程式條件是“電解”用惰性電極電解硫酸銅時(shí)：2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2用惰性電極電解飽和食鹽水時(shí)：2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2 7、電解時(shí)電極放電順序的判斷離子在電極上得失電子的能力與離子的性質(zhì)、溶液的濃度和溫度、電流的大小、電極的材料及電極間的距離等都有關(guān)系。中學(xué)階段我們一般只討論電極材料的性質(zhì)、離子的氧化性強(qiáng)弱和還原性強(qiáng)弱對(duì)它們得失電子能力的影響。陽(yáng)極放電順序看電極，如果是活性電極（指金屬活動(dòng)順序表Ag及Ag以前的金屬）則電極材料失電子，電極被溶解，溶液中的陰離子不能失電子。如果是惰性電極(Pt、Au、石墨)，則要再看溶液中的陰離子的失電子能力，此時(shí)根據(jù)陰離子放電順序加以判斷。陰離子放電順序：S2IBrClOH含氧酸根F（實(shí)際上在水溶液中的電解，OH后面的離子是不可能放電的，因?yàn)樗峁┑腛H會(huì)放電）陰極放電順序陰極本身被保護(hù)，直接根據(jù)陽(yáng)離子放電順序進(jìn)行判斷，陽(yáng)離子放電順序：Ag+Fe3+Cu2+Fe2+Zn2+H+Al3+Mg2+（類(lèi)似，在水溶液中的電解，H+后面的離子一般是不放電的，因?yàn)樗峁┑腍+會(huì)放電；離子的放電順序往往還與溶液的酸堿性、溫度、離子的濃度等有關(guān)）8、電解質(zhì)溶液的電解規(guī)律（惰性電極）被電解的物質(zhì)電解質(zhì)實(shí)例陰極陽(yáng)極總方程式溶液的pH備注H2O強(qiáng)堿的含氧酸鹽Na2SO44H+4e=2H24OH4e=O2+2H2O2H2O2H2O2不變電解質(zhì)起導(dǎo)電作用，其量不變，水減少含氧酸H2SO4降低強(qiáng)堿KOH升高電解質(zhì)自身弱堿的非含氧酸鹽(氟化物除外)CuCl2Cu2+2e=Cu2Cl2e=Cl2CuCl2Cu+Cl2具體看金屬陽(yáng)離子水解能力與生成的氣體溶于水后的反應(yīng)。此處Cl2溶于水的酸性強(qiáng)于Cu2+水解的酸性，所以pH下降相當(dāng)于電解質(zhì)分解，水不參加反應(yīng)非含氧酸（HF除外）HBr2H+2e=H22Br2e=Br22HBr Br2+H2升高電解質(zhì)自身和水強(qiáng)堿的非含氧酸鹽NaCl2H+2e=H22Cl2e=Cl22NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2 升高產(chǎn)生堿或酸弱堿的含氧酸鹽CuSO4Cu2+42e=2Cu4OH4e=O2+2H2O2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2降低9、電解質(zhì)溶液電解時(shí)（均為惰性電極），pH變化情況，電解液復(fù)原所需加入物質(zhì)及電解類(lèi)型（與上面的8相互對(duì)照補(bǔ)充）（1）分解水型：含氧酸、強(qiáng)堿、活潑金屬的含氧酸鹽（如NaOH、H2SO4、K2SO4等）的電解。陰極：4H+4e-=2H2陽(yáng)極：4OH-4e-=O2+2H2O總反應(yīng)：2H2O 2H2+O2陰極產(chǎn)物：H2；陽(yáng)極產(chǎn)物：O2。電解質(zhì)溶液復(fù)原加入物質(zhì)：H2O。pH變化情況：原來(lái)酸性的溶液pH變小，原來(lái)堿性的溶液pH變大，強(qiáng)酸（含氧酸）強(qiáng)堿的正鹽溶液pH不變。（2）分解電解質(zhì)型：無(wú)氧酸（除HF外）、不活潑金屬的無(wú)氧酸鹽（氟化物除外）的電解，如HCl、CuCl2等。陰極：Cu2+2e-=Cu陽(yáng)極：2Cl-2e-=Cl2總反應(yīng)：CuCl2 Cu+Cl2陰極產(chǎn)物：酸為H2，鹽為金屬；陽(yáng)極產(chǎn)物：鹵素等非金屬單質(zhì)。電解液復(fù)原加入物質(zhì)為原溶質(zhì)，如電解CuCl2溶液，需加CuCl2。pH變化情況：如電解無(wú)氧酸溶液pH變大但不會(huì)超過(guò)7；如為鹽溶液的電解則視無(wú)氧酸根的情況而定（如：電解CuCl2溶液時(shí)，由于生成的Cl2溶于水產(chǎn)生的酸性強(qiáng)于Cu2+水解產(chǎn)生的酸性，所以pH下降；電解Na2S溶液時(shí)，由于生成NaOH使pH升高）。（3）放氫生堿型：活潑金屬的無(wú)氧酸鹽（氟化物除外）溶液的電解，如NaCl、MgBr2等。陰極：2H+2e-=H2陽(yáng)極：2Cl-2e-=Cl2總反應(yīng)：2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2陰極產(chǎn)物：堿和H2；陽(yáng)極產(chǎn)物：鹵素等非金屬單質(zhì)。電解飽和食鹽水的產(chǎn)物分別為NaOH和H2以及Cl2。電解液復(fù)原加入物質(zhì)為鹵化氫。電解飽和食鹽水，要使電解質(zhì)溶液復(fù)原需加入HCl。pH變化情況：電解液pH顯著變大（4）放氧生酸型：不活潑金屬的含氧酸鹽溶液的電解，如CuSO4、AgNO3等。陰極：2Cu2+4e-=Cu陽(yáng)極：4OH-4e-=O2+2H2O總反應(yīng)：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO4陰極產(chǎn)物：析出不活潑金屬單質(zhì)；陽(yáng)極產(chǎn)物是該鹽對(duì)應(yīng)的含氧酸和氧氣，本例中分別是Cu以及H2SO4、O2。電解液復(fù)原加入物質(zhì)為不活潑金屬的氧化物（金屬價(jià)態(tài)與原鹽中相同）。如電解CuSO4溶液，復(fù)原需加入CuO。pH變化情況：溶液pH顯著變小。10、實(shí)驗(yàn)分析：電解CuCl2溶液（1）電極材料陰極可用惰性電極，甚至較活潑的金屬，但陽(yáng)極需使用惰性電極，否則會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)而溶解。（2）惰性電極一般指金、鉑、石墨電極，而銀、銅等均是活性電極。（3）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：通電后，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，陰極石墨棒上析出一層紅色固體，陽(yáng)極表面有氣泡放出，可聞到刺激性氣味。（4）淀粉碘化鉀試紙的作用：檢驗(yàn)陽(yáng)極產(chǎn)物是否為Cl2。使用時(shí)應(yīng)先潤(rùn)濕并纏于玻棒端或用鑷子夾持，作用時(shí)間不宜太久，否則變藍(lán)后的試紙又會(huì)失去藍(lán)色?！倦S堂練習(xí)】1、 電解CuSO4溶液時(shí)，若要求達(dá)到以下三點(diǎn)要求：陽(yáng)極質(zhì)量減少；陰極質(zhì)量增加；電解液中Cu2+不變，則可選用的電極是A用含Zn、Ag的銅合金作陽(yáng)極，純銅作陰極 B純銅作陽(yáng)極，含Zn、Ag的銅合金作陰極 C用純鐵作陽(yáng)極，用純銅作陰極 D用石墨作陽(yáng)極，用隋性電極(Pt)用陰極2、用石墨作電極，電解1mol·L1下列物質(zhì)的溶液，溶液的pH保持不變的是AHCl BNaOH CNa2SO4 DNaCl3、用惰性電極電解下列溶液，電解一段時(shí)間后，陰極質(zhì)量增加，電解質(zhì)溶液的pH下降的是ACuCl2 BAgNO3 CBaCl2 DH2SO44、當(dāng)兩極都用銀片作電極電解AgNO3溶液時(shí)，在陽(yáng)極上的產(chǎn)物是A只有銀 B銀和氧氣 C只有氫氣 D上述都不對(duì)答案1、B 2、C 3、B 4、D w.w.w.k.s.5.u.c.o.m - 9 -用心 愛(ài)心 專(zhuān)心