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(共28张PPT)
专题1 化学反应与能量变化
第二单元 化学能与电能的转化
1.2.3 电解池的工作原理
核心素养目标
科学态度与社会责任：
认识电解技术在金属冶炼、电镀防腐等领域的重要应用，理解化学对工业技术进步的推动作用。
证据推理与模型认知：
通过对比原电池与电解池的能量转化差异，建立 “氧化还原反应 — 电能与化学能转化” 的分析模型。
宏观辨识与微观探析：
通过分析电解熔融氯化钠、电解氯化铜溶液等案例，理解电解过程中阴阳离子的放电顺序与电极材料的关系，形成 “物质性质 — 电解条件 — 产物判断” 的系统思维。
教学重难点
重点
电极名称与电源的连接方式、电子和离子的移动方向、电极反应类型。
常见阴阳离子的放电顺序及应用。
根据电解对象和放电顺序，正确书写电极反应式及总反应式。
难点
混合电解质溶液的电解顺序及产物判断，涉及离子浓度对放电顺序的影响。
根据电解产物，分析需要补充的物质，理解元素守恒与溶液平衡。
如电镀池与金属腐蚀的原理对比，避免概念混淆。
课前导入
你是否想过手机芯片中的高纯硅如何制备？航天火箭的燃料氢气怎样高效生产？这些都离不开电解池的神奇魔力！1807 年，戴维通过电解熔融苛性钠制得金属钠，开创了电解法制备金属的先河。如今，电解技术已渗透到工业生产的方方面面 —— 从电解食盐水制烧碱，到电解精炼铜提纯金属，电解池如同 “物质转化的魔术师”，将电能转化为化学能，实现非自发反应的发生。
今天，我们将走进电解池的微观世界，从电子流动到离子迁移，解密电解原理如何让 “不可能” 的反应变为现实，甚至尝试设计一个 “电解小实验”，体验电能如何 “雕刻” 物质的神奇过程！
01
电解池的工作原理
电解和电解池
概念：
①电解是在直流电作用下，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
②电解池是将电能转化为化学能的装置。
构成条件
电极反应
电子流向
离子移动方向
具有与直流电源相连接 的两个电极（阴极、阳极），插入电解质溶液或熔融电解质中，形成闭合回路。
阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应；
阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。
负极→阴极、阳极→正极
阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。
电解熔融态氯化钠
通电前和通电后，熔融态氯化钠中Na＋和Cl－的运动有何差异？请在图中用箭头示意Na＋和Cl－的运动情况。
通电前
通电后
课前导入
→过程分析：
通电前，熔融NaCl中存在可以自由移动的Na＋、Cl－。
通电后，阴、阳离子发生定向迁移，其中，Na+离子向阴极移动，发生还原反应； Cl－向阳极移动，发生氧化反应。
→电极反应和电解反应：
阴极：2Na＋＋2e－=2Na；
阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑。
电解反应：2NaCl2Na+Cl2↑
电解熔融态氯化钠的原理示意图
电解池工作原理
电解池工作原理
示意图
电解质溶液或熔融电解质
阳离子移向电解池的阴极；
阴离子移向电解池的阳极。
阴极：
阳极：
发生还原反应
发生氧化反应
电子流向：
从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。
离子流向：
阴(极)得(e－)阳(极)失(e－)
实验探究电解氯化铜溶液
如图所示，U形管中装有氯化铜溶液，插入两根石墨棒作为电极，接通直流电源，将湿润的淀粉碘化钾试纸放在阳极附近，观察U形管内的现象和试纸颜色的变化。
1. 在氯化铜溶液中存在 Cu2＋、H＋、Cl－和OH－，请根据实验事实指出，在直流电的作用下，哪些离子优先在电极上发生反应。
2. 写出电极反应式和电解总反应式。
实验探究电解氯化铜溶液
放电顺序：通电时，在电场的作用下，溶液中的离子做定向移动，Cu2＋、H＋向阴极移动，Cl－、OH－向a阳极移动。
在阴极，Cu2+优于H+在电极上发生反应，在阳极，Cl-优于OH-在电极上发生反应。
反应原理：
电极名称 阴极 阳极
反应类型 还原反应 氧化反应
电极反应式 Cu2＋＋2e－=Cu 2Cl－－2e－=Cl2↑
电解反应 CuCl2Cu＋Cl2↑ 实验探究电解氯化铜溶液
→实验现象：
①溶液颜色变浅；②阴极上有红色物质生成；③阳极附近有刺激性气味的气体产生，能使湿润的淀粉 KI试纸变蓝。
→实验结论：
电解CuCl2溶液，生成了铜和氯气。
注意事项
①电解时必须使用直流电源，不能使用交流电源。
②电解质的水溶液或熔融电解质均可以被电解，因为它们均可电离出自由移动的阴、阳离子。
③电解法是一种强氧化还原手段，以完成非自发的氧化还原反应。
④“惰性”是指电极本身还原性很弱，不易发生反应。活性电极是指金属活动性顺序表中的Ag和排在Ag前面的金属，惰性电极是指石墨、铂(Pt)、金(Au)等。
02
电解池电极反应规律
电极反应规律
阴极：无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的一般是溶液中的阳离子。
阳离子放电顺序：
阳极：溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料（电极为活性电极）本身失去电子被氧化而溶入溶液中。
阴离子放电顺序：
电极反应规律
以惰性电极电解电解质溶液的规律
类型 电解质溶液 电极反应特点 pH 变化 复原加入的物质
电解水型 含氧酸（如H2SO4） 阴极：4H＋＋4e－=2H2↑ 阳极：2H2O-4e-=O2↑+4H+ 减小 H2O
强碱（如NaOH） 阴极：4H2O+4e-=2H2↑+4OH- 阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ 增大 H2O
活泼金属的含氧酸盐溶液（如Na2SO4） 阴极：4H2O+4e-=2H2↑+4OH- 阳极：2H2O-4e-=O2↑+4H+ 不变 H2O
以惰性电极电解电解质溶液的规律
类型 电解质溶液 电极反应特点 pH 变化 复原加入的物质
电解电解质型 无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液（如HCl、CuCl2） 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 增大 电解质
放H2生碱型 活泼金属的无氧酸盐（如NaCl） 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH- 阳极：电解质阴离子放电 增大 无氧酸
放O2生酸型 不活泼金属的含氧酸盐溶液（如AgNO3、CuSO4） 阴极：电解质阳离子放电 阳极：2H2O-4e-=O2↑+4H+ 减小 金属氧化物或碳酸盐
电解后溶液pH的变化规律
→电解区域：
①当阴极是由H+放电产生H2时，阴极区pH 变大；②当阳极是由OH-放电产生O2时，阳极区pH变小。
→电解质溶液：
①电解过程中，既产生H2，又产生O2，实质是电解水，溶液浓度增大(饱和溶液除外)， 因而原溶液若呈酸性，则pH变小；原溶液若呈碱性，则pH变大；原溶液若呈中性，则pH不变。②电解过程中，无H2和O2产生，pH几乎不变。③电解过程中，只产生H2，溶液中OH-浓度增大，pH变大。④电解过程中，只产生O2，溶液中H+浓度增大，pH变小。
书写电解池电极反应式
(1)书写电解池中电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池总反应方程式时，弱电解质要写成化学式形式。
(2)书写两极电极反应式时，要确保两极得失电子数目相等。
(3)铁作阳极时，铁失去电子生成Fe2+，而不是Fe3+。
(4)书写电极反应式时，要判断阳极溶解生成的阳离子是否和电解质溶液中的阴离子发生反应。
03
课堂小结
04
课堂练习
1．下列关于电解池工作原理的说法错误的是(　　)
A．电解池是一种将电能转化成化学能的装置
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．与原电池不同，电解池放电时，电极本身不会参加电极反应
D
2．如图是电解CuCl2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
C
3．如图装置分别通电一段时间后，溶液的质量增加的是(　　)
D
4．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)，不能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是(　　)
A．AgNO3溶液[AgOH(s)]
B．K2SO4溶液[H2O(l)]
C．KCl溶液[HCl(g)]
D．CuSO4溶液[CuCO3(s)]
A
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