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第四章 化学反应与电能
第二节 电解池
第1课时 电解原理
学习目标
1.了解电解的概念，熟悉电解池的构成条件。
2.理解电解池的工作原理。
3.熟悉常见阴离子的还原性或阳离子的氧化性强弱，掌握放电顺序。
4.掌握电解池电极反应式和电解反应方程式的书写。（重难点）
化学能直接转化为电能的装置叫原电池，那么是否有一种装置将电能直接转化成化学能了？
原电池
电解池
1800年，英国的尼科尔逊和卡里斯尔获得电解水的成功。
1807年，英国化学家戴维用电极电解熔融的氢氧化钾发现了钾元素，随后用电解法又相继发现了钠、钙、锶、钡等元素。
电能直接转化为化学能的装置—电解池
新课导入
思考：若将水换成CuCl2溶液，预计会观察到什么现象？
实验探究
【实验4-2】在U形管中注入质量分数为25%CuCl2溶液，插入两根石墨棒作电极材料，把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的石墨棒(阳极)附近。接通直流电源，观察U形管内的现象和试纸颜色的变化。
与正极相连的电极 与负极相连的电极
现象
判断产物
反应方程式
产生使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝的气体
产生红色物质
氯气
铜
CuCl2 === Cu + Cl2↑
通电
通电前:
CuCl2溶液中存在哪些离子？如何移动？
石墨
Cl－
Cu2＋
Cl－
Cl－
Cu2＋
Cl－
Cl－
OH－
Cu2＋
Cl－
H＋
Cl－
Cu2＋、Cl－、H＋、OH－
自由移动
思考·讨论
CuCl2 = Cu2+ + 2Cl-
H2O H+ + OH-
通电后:
CuCl2溶液中的离子如何移动？
阳极
石墨
e-
e-
e-
e-
阴极
Cl－
Cu2＋
Cl－
Cl－
Cl－
Cu2＋
H＋
Cl－
OH－
Cl－
Cl－
思考·讨论
e-
e-
e-
e-
Cl－、OH－向阳极迁移，
Cu2＋、H＋向阴极迁移。
阳极：
2Cl－ － 2e－ = Cl2↑（氧化反应）
阴极：
Cu2+ ＋ 2e－ = Cu （还原反应）
与直流电源正极相连的石墨棒
与直流电源正极相连的石墨棒
放电：阴、阳离子到达电极，就失去或获得电子，发生氧化或还原反应的过程。
1、电解：让直流电通过电解质溶液（或熔融电解质），在阳极、阴极引起氧化、还原反应的过程叫做电解。
2、放电：当离子到达电极时，失去/获得电子，发生氧化/还原反应的过程叫做放电。
3、电解池（电解槽）：
（1）定义：
（2）构成：
①直流电源
②电极
③电解质溶液或熔融电解质
④形成闭合回路
阴极:与电源负极相连
阳极:与电源正极相连
新知探究
一、电解原理
惰性电极：C、Pt、Au等
活性电极：除Pt、Au 以外的金属电极
如：Fe、Cu、Ag等
把电能转化成化学能的装置
（还原反应）
（氧化反应）
电极材料
氧化
反应
还原
反应
阴离子
阳离子
氧化反应
还原反应
阳极
阴极
阴离子移向______；
阳离子移向______
阳极
阴极
离子流向
反应类型
电子流向
电源____极流向____极
____极流向电源____极
负
阴
阳
正
e-
e-
新知探究
一、电解原理
4、电解池的工作原理
【思考】怎么判断电解池的阴阳极？
③⑥
1.分析下图，属于电解池的有（ ）
课堂·练习
2.如图所示是电解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
新知探究
一、电解原理
4、电解池的工作原理
【思考】怎么判断电解池的阴阳极？
阳极
与电源负极相连
发生还原反应
阳离子移向阴极
电子流入
析出金属或有H2放出
阴极
与电源正极相连
发生氧化反应
阴离子移向阳极
电子流出
电极溶解或有O2、Cl2放出
电流流出
电流流入
电解CuCl2溶液时，为什么只有Cu2+在得电子，Cl-在失电子？
阳极：2Cl- - 2e- = Cl2↑（氧化反应）
阴极：Cu2++ 2e- = Cu（还原反应）
思考·讨论
阳离子氧化性强弱顺序；阴离子还原性强弱顺序
离子放电顺序实质？
水电离出的H+和OH-为什么没有参与电极反应呢？
阳离子放电（与电极材料无关）
新知探究
5、放电顺序
（1）阴极：
阴极最常用的放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋
溶液中只考虑部分
(与金属活动顺序表相反)
氧化性减弱,放电能力减弱
Ag+ > Hg2+ > Fe3+ > Cu2+ > H+（酸） > Pb2+ > Sn2+ >Fe2+ >Zn2+> H+ （水）> Al3+ > Mg2+ > Na+ > Ca2+ > K+
阳离子放电顺序
（2）阳极
金属失电子，发生氧化反应
若为活性电极：
若为惰性电极(Pt、Au、C等)：
仅溶液中的阴离子放电
(只传递电子，本身不失电子)
阳极常见放电顺序：活性电极>Cl- >OH-
新知探究
5、放电顺序
溶液中只考虑部分
阴离子放电顺序
S2- > I- > Br- > Cl- > OH- >含氧酸根> F-
还原性减弱，放电能力减弱
新知探究
一、电解原理
4、电解池的工作原理
【思考】怎么判断电解池的阴阳极？
阳极
与电源负极相连
发生还原反应
阳离子移向阴极
电子流入
析出金属或有H2放出
阴极
与电源正极相连
发生氧化反应
阴离子移向阳极
电子流出
电极溶解或有O2、Cl2放出
电流流出
电流流入
例：写出用石墨做电极电解CuCl2溶液的电极反应式及总电解方程式
① 首先分析、比较出阴阳极的放电离子
阴极：Cu2+ > H+
阳极：Cl- > OH-
② 然后写电极反应式 ：
阴极：
阳极：
Cu2+ + 2eˉ === Cu
2Cl- -2e- === Cl2↑
③ 两极反应式相加得总方程式
2Cu2+ +2Cl- === 2Cu＋Cl2↑
电解
CuCl2 === Cu + Cl2↑
电解
电极反应式的书写
分析电解反应的一般思路：
①判断电极及材料
②明确溶液中存在哪些离子
③判断阴阳离子的放电顺序
④根据阳极氧化，阴极还原分析得出产物，两极相加得到总方程式
【注意】1.标明条件：通电或电解。 2.若电解的H+ 或OH- 来自于H2O，在方程式中要以H2O形式存在，不能书写H+或OH-作为反应物。
归纳·总结
归纳·总结
思考：电解氯化铜溶液时，溶液中Cu2+和Cl－放电基本完毕后，电解过程是否也就停止了呢？
溶液中Cu2+和Cl-放电完毕后，原溶液变为纯水，此时，在纯水中存在H+和OH-， H+在阴极放电，OH-在阳极放电，实际上是电解水的过程，电极反应式如下：
阴极：
阳极：
总反应：
4H2O+ 4e－ === 2H2 ↑ +4OH－
2H2O－4e-=== 4H+ + O2 ↑
2H2O === 2H2↑ + O2 ↑
电解
注意：书写反应的总离子方程式时，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。
电极反应式的书写
新知探究
6、电解规律
类型 电解质 反应式 溶液pH 复原方法
H2SO4 阴极：________________________
阳极：________________________
总反应：______________________
NaOH
Na2SO4
HCl
（CuCl2） 阴极：________________________
阳极：________________________
总反应：______________________
2H++2e-=H2 ↑或 2H2O+2e-=H2↑+2OH-
4OH-- 4e- =2H2O + O2↑ 2H2O- 4e-=4H++O2↑
2H2O ==== 2H2↑+ O2↑
电解
电解水型
含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐
变小
变大
不变
加适量水
2H＋＋2e－==H2↑
2Cl- - 2e- === Cl2↑
2HCl ==== H2 + Cl2↑
电解
变大
通入
HCl(g)
电解
电解质型
无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐
特别提醒：电解后溶液的复原，从溶液中放出的气体和生成的沉淀，按照原子个数比组成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则。
新知探究
6、电解类型
类型 电解质 反应式 溶液pH 复原方法
NaCl
（K2S） 阴极：_________________________
阳极：_________________________
总反应：_______________________
CuSO4
（AgNO3） 阴极：_________________________
阳极：_________________________
总反应：_______________________
2Cl- - 2e- === Cl2↑
2H2O+2e-=H2↑+2OH-
2NaCl + 2H2O ==== 2NaOH + H2↑+ Cl2↑
电解
变大
通入
HCl(g)
2Cu2+ + 4e- === 2Cu↓
2H2O- 4e-=4H++O2↑
2CuSO4 + 2H2O === 2Cu + 2H2SO4 + O2↑
电解
变小
加CuO
放H2生碱型
活泼金属的无氧酸盐
放O2生酸型
不活泼金属的含氧酸盐
↓
阳极：S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F-
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
阴极：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>（H+）>Al3+>Mg2+>Na+
新知探究
电解规律：
Ⅰ与Ⅲ区： 如CuCl2 、HCl
Ⅰ与Ⅳ区： 如NaCl
Ⅱ与Ⅲ区： 如CuSO4、AgNO3
Ⅱ与Ⅳ区： 如Na2SO4、H2SO4 、NaOH
电解电解质型
放氢生碱型
放氧生酸型
电解水型
电解池 原电池
电极名称 ______极
(与电源负极相连) ______极
(与电源正极相连) ______极
(电子流出的电极) ______极
(电子流入的电极)
电极反应
(氧化、还原) ______反应 ______反应 ______反应 ______反应
能量转变 _____能转变为_____能 ______能转变为____能
反应是自发还是不自发
阴
阳
负
正
还原
氧化
氧化
还原
电
化学
化学
电
不自发
自发
原电池和电解池比较
归纳·总结
e-
e-
阴极
阳极
化合价升高
氧化产物
阳离子（氧化性）
阴离子（还原性）
还原剂
失电子
还原产物
氧化剂
得电子
化合价降低
装置要素
失电子场所
（阳极材料）
离子导体
（电解质）
电子导体
（导线）
得电子场所
（阴极材料）
反应微粒
生成微粒
电子流向
得失电子
微粒后续反应
原理要素
e-
e-
宏观辨识
微观探析
证据推理
模型认知
构建电解的原理模型
阳极氧化
阴极还原
归纳·总结
电解池
电解原理
放电顺序
电解水型
放H2 生碱型
电解电解质型
放O2 生酸型
电解规律
活泼金属＞S2-＞I -＞Br -＞Cl -＞OH-
Ag+＞Hg2+>Fe3+> Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+
课堂·总结
用惰性电极电解下列电解质溶液，写出电极反应式和总反应式：
(1) 电解氢氧化钠溶液
阳极：__________________________；
阴极：___________________________；
总反应式：______________________。
(2)电解稀硫酸溶液
阳极：_________________________；
阴极：___________________；
总反应式：_____________________。
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
4H＋＋4e－===2H2↑
2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
(3)电解硫酸钠溶液
阳极：________________________；
阴极：__________________________；
总反应式：____________________。
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑
课堂·练习
活泼金属＞S2-＞I -＞Br -＞Cl -＞OH-＞ 含氧酸根离子(SO42-等) ＞F-
Ag+＞Hg2+>Fe3+> Cu2+＞H+(酸)＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞ H+(水) ＞
Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+
(4)用银作阳极电解硫酸钠溶液。
阳极(Ag) ：___________________；
阴极：___________________；
总反应： ___________________________；
(3)用铜作阳极电解稀硫酸。
阳极(Cu) ：___________________；
阴极：___________________；
总反应： ___________________________；
2H++ 2e-=H2↑
Cu- 2e-=Cu2+
Cu +H2SO4 === CuSO4 + H2 ↑
电解
用银做电极电解硫酸钠
2Ag- 2e-=2Ag+
2Ag +2H2O === 2 AgOH + H2 ↑
电解
2H2O+2e-=H2↑+2OH-
借助电解，可以使非自发的氧化还原反应进行
课堂·练习
Ag+＞Hg2+>Fe3+> Cu2+＞H+(酸)＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞ H+(水) ＞
Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+
活泼金属＞S2-＞I -＞Br -＞Cl -＞OH-＞ 含氧酸根离子(SO42-等) ＞F-
1.某同学将电解池工作时电子、离子的移动方向及电极种类等信息表示在
下图中，下列有关分析完全正确的是( )
选项 A B C D
电极 阳极 阴极 阳极 阴极
电极 正极 正极 负极 负极
离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子
B
课堂·练习
2. 要实现反应：Cu＋2HCl=CuCl2＋H2↑，设计了下列四个实验，你认为可行的是( )
C
课堂·练习
借助电解，可以使非自发的氧化还原反应进行
3.用惰性电极电解下列溶液(足量)，电解一段时间后加适量水，溶液能恢复至电解前状态的是
A.CuCl2溶液 B.AgNO3溶液
C.H2SO4溶液 D.KCl溶液
C
4．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是( )
A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出
B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：
Cu2＋＋2e－=Cu
C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色
D．a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2+向铜电极移动
D
课堂·练习
5.在如图所示的装置中，若通直流电5min时，铜电极质量增加2.16g。请回答下列问题：
(1)Y电极为直流电源的___________极。
(2)B中阳极的电极反应式为___________。
(3)C中pH变化：___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)A中反应的方程式为___________。若A中KCl溶液的体积是200mL，电解后，溶液的pH为___________(设电解前后溶液体积不变)。
课堂·练习

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