电解池教学设计

1、电解原理教学设计一、电解原理1电解质溶液的导电我们知道， 金属导电时，是金属内部的自由电子发生的定向移动，而电解质溶液的导电与金属导电不同。通电前电解质溶液中阴、 阳离子在溶液中自由地移动； 通电后在电场的作用下， 这些自由移动的离子改作定向移动，带负电荷的阴离子由于静电作用向阳极移动，带正电荷的阳离子则向阴极移动，并在两极上发生氧化还原反应。我们把：借助于电流引起氧化还原反应的装置，也就是把电能转化为化学能的装置叫电解池。电解池中与直流电源负极相连的电极叫阴极，与直流电源正极相连的电极叫阳极。物质能否导电是由其内部能否形成定向移动的自由电荷所决定的，对金属就是自由电子，而对电解质溶液就是自由

2、移动的阴阳离子。2电解（ 1）概念：使电流流过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解。（ 2）电子流动的方向：电子从外接直流电源的负极流出， 经导线到达电解池的阴极， 电解池溶液中的阳离子移向阴极，并在阴极获得电子而被还原，发生还原反应；与此同时，电解池溶液中的阴离子移向阳极，并在阳极上失去电子（也可能是阳极很活泼而本身失去电子）而被氧化，发生氧化反应。这样，电子又从电解池的阳极流出，沿导线而流回外接直流电源的正极。（ 3）电极反应的类型：阳极反应为氧化反应， 阴极反应为还原反应， 故而阴极处于被保护的状态， 而阳极则有可能被腐蚀。3、电极名称的进一步理解在原电池中，称正极、负极

3、，其中负极流出电子在电解池中，称阳极、阴极，其中阴极流入电子电解池的阳极与原电池的正极相连，电解池的阴极与原电池的负极相连4、电极反应式与电解方程式的书写书写电极反应，首先要搞清楚电极材料，然后分析溶液中离子情况，再根据阴、阳极放电的规律，得出相应的结论。电解过程总反应方程式叫电解方程式 ( 指电解时总的化学方程式或离子方程式 ) 。要正确书写电解方程式，首先要正确写出电极反应式，然后分析参加电极反应的离子来自何种物质，这样才能正确写出反应物、生成物，配平且在等号上方注明“电解”或“通电”。书写的具体步骤：先查阳极电极材料和确定溶液中的离子种类如用 C电极电解 CuSO4溶液：溶液中有2+2；

4、H2O+-CuSO4=Cu +SO4H +OH。2+2共 4 种离子。溶液中存在 Cu 、 H、 OH、SO4由放电顺序确定放电产物和电极反应C 电极为惰性电极，不参加反应。放电能力Cu2+H+Cu2+放电生成 Cu2OH SO4 ， OH 放电生成 O2电极反应：阴极2Cu2+4e =2Cu阳极4OH -4e 2H2O+O2溶液中余下的H+和 SO42 结合成新物质 H2SO4。由电极反应产物，写出总反应式电解方程式如上述反应中的反应物为CuSO4和 H2O，产物是 Cu、O2 和 H2SO4，电解方程式为：2CuSO4+2HO2Cu+O+2HSO45、电离、水解和电解的比较发生条件变化实质

5、实例电适用于电电解质分离成自由移2+42-电离是盐类4CuSO=Cu +SO离解质 在溶动的离子（在水溶液中发生水解反应液或熔化状态中发生与水电离产生的 H+或水 OH-结合成难解 电离物质等在水溶液中发生只有电解质处于熔融状态或溶液电中才能发生形在水合离子）组成盐的酸根阴离子或金属阳离子（包括-CN+H2O+NH ）和水电离出的HHCN+OHCu +2HO4-2+或 OH 结合成弱电解2Cu(OH)+2H质在直流电作用下，组成电解质的阴、阳离子+ 2CuSO4+2HO （或水中的 H、 OH ）和电解反应的先决条件 电解要通入直流电才能发生 一般说，盐类的水解反应是可逆的、微弱的；其他物质（

6、如CaC2、醇钠、卤代烃、酯、多糖、蛋白质等）的水解程度与物质自身有关。解2Cu+O+2HSO4要通入直在电极上发生氧化还流电，才发生原反应电解6、电离方程式、离子方程式和电极反应式、电解方程式的比较表示内容书写特点实例NaHSO4=Na+H+SO42-强电解质完全电离，用+-H2S+H2OH3O+HS表示电解质在 “=”表示，弱电解质不完-+2-电离方熔融状态或溶全电离，用“”表示。 HS+H2OH3O+S程式液中的离解的 多元酸、碱分步电离分步+-NaHCO=Na+HCO33式子书写（中学阶段中多元弱碱的电离可一步书写）反应物、生成物中易溶且易电离的写离子形式（包表示弱电解质括弱酸、弱碱、

7、难电离物等在溶液中的质等）；其他物质写分子离子方反应。可以表式。方程式两边原子个数程式示同一类的反和电荷均应守恒，固态物应质间反应不用离子方程式表示（浓溶液间的反应一般也不用）-+2-HCO3H+CO3Al(OH) 33+-Al +3OH+-NH4 +OHNH3+H2O+-NH4 +OHNH3·H2O+2+Cu+2Ag=2Ag+Cu3+2Al(OH)3+Al +3HO+3H3+-Fe +3SCN=Fe(SCN)3+2-2+-2H+SO4 +Ba +2OH=BaSO4+2HO-CH3CH2Cl+OHCH3CH2OH+Cl-C6H5O+CO2+H2OC6H5OH+HCO3-CH3COOC

8、H2CH3+OHCH3COO+CH2CH3OHCaC+2HO2+-Ca +2OH+CH2224Ag+2HO4Ag+O2+4H+ 用惰性电极电解 CuSO4溶液阳极 4OH- 4e- =2HO+O2阴极Cu2+2e- =Cu电极反应式电解方程式 钢铁的吸氧腐蚀 （铁本身是活泼电极，表示原电池或参加反应）要注明电极名称，得（失）电解池中的电负极 Fe 2e =Fe2+电子数极反应-正极 O2+2HO+4e=4OH 电解饱和食盐水（用惰性电极）阳极： 2Cl - -2e - =Cl2+-2阴极： 2H+2e =H用惰性电极电解硫酸铜时：表示电解时物条件是“电解”质变化的化学2CuSO4+2HO2HS

9、O4+2Cu+O方程式用惰性电极电解饱和食盐水时：2NaCl+2HO2NaOH+H+Cl27、原电池、电解池和电镀池的比较原电池电解池定将化学能转变成电能的将电能转变成化学能的装置义装置装置举例 活动性不同的两电极（连接） 两电极接直流电源形成条 电解质溶液（电极插 两电极插入电解质溶液件入其中并与电极自发反应） 形成闭合回路电镀池应用电解原理在某些金属或非金属表面镀上一层其他金属合金的装置 镀层金属接电源正极，镀件接电源负极电镀液必须含有镀层金属的离子形成闭合回路负极 较活泼金属（电子名称同电解池的命名，但有流出的极）限制阴极 与电源泉负极相连的极电极名称正极 较不活泼金属或能阳极 必须是镀

10、层金属阳极 与电源正极相连的极导电的非金属（电子流入的极）负极 氧化反应；金属或还原性气体失电子电极反正极 还原反应；溶液中阴极 镀件阳极氧化反应；溶液中的阴离子失电子，或电极金属失电阳极 金属电极失电子子应的阳离子得电子或者氧化性气体得电子（吸氧腐蚀）阴极 电镀液中阳离子得电阴极还原反应；溶液中的阳子离子得电子同电解池外电路：电子流外电路：向能量转化学能转变为电能电能转化为化学能电能转化为化学能变有外接直流电源，阳极为活装置特无外接直流电源有外接直流电源泼金属且与电解液中阳离点子为同一金属相似之均能发生氧化还原反应，且同一装置中两个电极在反应过程中转移电子总数相等。处举铜锌原电池； 氢氧燃

11、氯碱工业装置；电解精炼镀锌装置例烧电池铜8、电解时电极放电顺序的判断中学阶段我们一般只讨论电极材料的性质、离子的氧化性强弱和还原性强弱对它们得失电子能力的影响。阳极放电顺序看电极，如果是活性电极（指金属活动顺序表Ag 及 Ag 以前的金属）则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极 (Pt 、Au、石墨 ) ，则要再看溶液中的阴离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断。阴离子放电顺序：2I（实际上在水溶液中的电解，后面的离子SBrCl OH含氧酸根 FOH是不可能放电的，因为水提供的OH 会放电）阴极放电顺序阴极本身被保护，直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳

12、离子放电顺序：+3+2+2+2+3+2+Ag Fe Cu Fe Zn H Al Mg （类似，在水溶液中的电解，+H后面的离子一般是不放电的，因为水提供的H+会放电）9、电解质溶液的电解规律（惰性电极）被电电解质溶液的解的阴极阳极总方程式备注实例pH物质强碱的含电解不氧酸盐质起变Na2SO4导电作4OH4e =O2+2HH2 O4H+4e =2H2HO2H O降用，含氧酸2 O2H2SO4低其量不强碱 KOH变，升水减弱碱的非含氧酸盐( 氟化物 Cu2+2e =Cu 2Cl 2e=Cl2 CuClCu+Cl 电解22除质自外)CuCl 2身非含氧酸2H+2e =H2 2Br 2e=Br22HB

13、rBr2+H2（HF除高少具体看金属阳离子水解能力与生成的气体溶于水相当后的反于电应。此解质处 Cl 2分溶于水解，的酸性水不强于参加Cu2+水反应解的酸性，所以 pH下降升外） HBr高强碱的非+2NaCl+2HO升含氧酸盐2H+2e =H2Cl2e =Cl22高电解22NaOH+H+Cl NaCl产生质自碱或身和弱碱的含2+2酸水降Cu +42e =2Cu 4OH4e =O+2H2CuSO+2HO氧酸盐42 O低42HSO+2Cu+OCuSO410、电解质溶液电解时（均为惰性电极），pH 变化情况，电解液复原所需加入物质及电解类型（与上面的9 相互对照补充）（ 1）分解水型：含氧酸、强碱、

14、活泼金属的含氧酸盐（如NaOH、H2SO4、K2SO4等）的电解。阴极： 4H+4e- =2H-阳极： 4OH-4e =O2+2HO总反应： 2HO2H+O2阴极产物： H2；阳极产物： O2 。电解质溶液复原加入物质：H2O。pH 变化情况：原来酸性的溶液pH变小，原来碱性的溶液pH变大，强酸（含氧酸）强碱的正盐溶液 pH不变。（ 2）分解电解质型：无氧酸（除 HF外）、不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）的电解，如HCl、CuCl2 等。阴极： Cu2+2e- =Cu阳极： 2Cl - -2e - =Cl2总反应： CuCl2Cu+Cl2 阴极产物：酸为H2，盐为金属；阳极产物：卤素等非金属

15、单质。电解液复原加入物质为原溶质，如电解CuCl2 溶液，需加 CuCl2。pH 变化情况：如电解无氧酸溶液pH变大但不会超过7；如为盐溶液的电解则视无氧酸根的情况而定（如：电解CuCl2 溶液时，由于生成的Cl 2 溶于水产生的酸性强于Cu2+水解产生的酸性，所以pH下降；电解 Na2S 溶液时，由于生成NaOH使 pH 升高）。（ 3）放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）溶液的电解，如NaCl、MgBr2 等。阴极： 2H+2e- =H2阳极： 2Cl - -2e - =Cl2总反应： 2NaCl+2HO2NaOH+H+Cl 2阴极产物： 碱和 H2 ；阳极产物：卤素等非金属单质。

16、 电解饱和食盐水的产物分别为NaOH和 H2 以及 Cl 2。电解液复原加入物质为卤化氢。电解饱和食盐水，要使电解质溶液复原需加入 HCl。 pH 变化情况：电解液 pH显着变大（ 4）放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐溶液的电解，如CuSO4、AgNO3等。阴极： 2Cu2+4e- =Cu-阳极： 4OH-4e =O2+2HO总反应： 2CuSO4+2HO2Cu+O+2HSO4阴极产物： 析出不活泼金属单质； 阳极产物是该盐对应的含氧酸和氧气，本例中分别是Cu 以及 H2SO4、 O2 。电解液复原加入物质为不活泼金属的氧化物（金属价态与原盐中相同）。如电解CuSO4溶液，复原需加入CuO。p

17、H 变化情况：溶液pH显着变小。吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区别电化腐蚀类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性较强正极反应O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-2H+ + 2e-=H2负极反应Fe 2e-=Fe2+Fe 2e-=Fe2+腐蚀作用是主要的腐蚀类型，具有广泛性发生在某些局部区域内吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区别电化腐蚀类吸氧腐蚀析氢腐蚀型条件水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性较强正极反应2-+ 2H2-2H+ + 2e-2O + 4eO = 4OH=H负极反应Fe 2e- =Fe2+Fe 2e- =Fe2+腐蚀作用是主要的腐蚀类型， 具有广发生在某些局部区域内泛性11、电解原理的应用

18、氯碱工业如电解饱和食盐水可制得NaOH、Cl 2 、H2，而电解稀 NaCl 溶液可制备 NaClO。2NaCl+2HO2NaOH+H+Cl2电镀利用电解原理进行设计电镀与一般的电解本质相同，但在电极材料、电极反应（是同种金属的得失电子，宏观上无新物质生成）、溶液浓度（电解过程浓度一般会发生变化，但电镀则不变）的变化等均有差别。精炼铜电解法冶炼金属一些较活泼的金属常用电解的方法冶炼，如Na、Mg、Al 等金属（这是因为这些金属的阳离子的氧化性很弱，难以找到经济实用的还原剂，从这个意义上看，电源的负极是最强的还原剂）。二、铜的电解精炼原理：电解时，用粗铜板作阳极，与直流电源的正极相连；用纯铜板作

19、阴极，与电源的负极相连，用 CuSO4溶液（加入一定量的硫酸）作电解液。2+-+2+CuSO溶液中主要有 Cu 、SO、H、OH，通电后 H和 Cu 移向阴极，并在阴极发生42+-移向阳极，但阳极因为是活性电极故而阴离子并不放电，主要为阳Cu +2e =Cu；OH和 SO极（活泼及较活泼金属）发生氧化反应而溶解，阳极反应：Cu-2e- =Cu2+。电解过程中，比铜活泼的Zn、 Fe、Ni 等金属杂质，在铜溶解的同时也会失电子形成金属阳离子而溶解，此时阴极仍发生Cu2+2e- =Cu，这会导致电解液中硫酸铜的浓度不发生变化； Ag、Au 不如 Cu易失电子，贵金属。Cu溶解时它们以阳极泥形式沉积

20、下来，可供提炼Au、Ag等结论：该过程实现了提纯铜的目的。三、电镀铜电镀时，一般都是用含镀层金属离子的电解质溶液为电镀液；把待镀金属制成品浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极，而用镀层金属为阳极，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，并在阴极上被还原成金属析出。电镀铜规律可概括为“阳极溶解，阴极沉积，电解液不变”。工业上电镀常使用有毒电镀液，因此电镀废水应回收有用物质、降低有害物质含量后，达标排放，以防污染环境。四、电解的有关计算1计算的原则(1) 阳极失去的电子数阴极得到的电子数。(2) 串联电路中通过各电解池的电子总数相等。(3) 电源输出的电子总数和电解池中转移的电子2计算的方

21、法(1) 根据电子守恒法计算：用于串连电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。(2) 根据总反应式计算： 先写出电极反应式， 再写出总反应式， 最后根据总反应式列比例式计算(3) 根据关系式计算：根据得失电子守恒的关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。电解计算时常用的定量关系为：4e 4H 4OH 2H2O22Cu4Ag。 尝试运用 将含有 mol Cu(NO3)2 和 mol KCl的水溶液 1 L ，用惰性电极电解一段时间后，在一电极上析出g Cu ；此时，在另一电极上放出气体的体积在标准状况下为( 不考虑产生的气体在水中的

22、溶解) (B)ALBLCLDL 解析 阴极析出铜 mol ，由 Cu2 2e=Cu知 Cu2得到 mol 电子，根据 2Cl 2e=Cl2，求出当溶液中Cl 全部参与电极反应时，放出Cl2 mol ，失去电子 mol 。因此在阳极还有OH放电，根据 4OH 4e=2H2OO2和电子守恒在阳极有mol O2放出，即阳极共放出mol 标准状况下为L 的气体。【题后感悟】解答电解计算题的基本步骤：(1) 正确书写电极反应式 ( 要特别注意阳极材料 ) 。(2) 当溶液中有多种离子共存时，先要根据离子放电顺序确定离子放电的先后。(3) 根据得失电子守恒进行相关计算。电解饱和食盐水的化学方程式为2NaC

23、l 2H2O=电解 2NaOHH2 Cl2 ，离子方程式为 2Cl 2H2O=电解 Cl2 H2 2OH。电镀时把待镀的金属制品作阴极， 镀层金属作阳极，用含镀层金属离子的溶液作电镀液，电镀时，镀层金属离子浓度保持不变。电解精炼铜时， 用纯铜作阴极、 粗铜作阳极， 用 CuSO4溶液作电解液， 精炼过程中， Cu2的浓度逐渐减小。 典型例题剖析 例 1用两支惰性电极插入 500mL的 AgNO3溶液中，通电电解。当电解质溶液的 pH由变为时（设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略），则电极上析出银的质量是（）A27mgB54mgC108mgD216mg 分析 根据离子放电

24、顺序，先写出两极的电极反应式：-=O2+2HO阳极： 4OH-4e阴极： 4Ag+4e- =4Ag其中-OH来自水，所以总的电解反应式：+4Ag+2HO+4Ag+O2+4H或4AgNO3+2HO4Ag+ O2+4HNO3因为有 HNO3生成，所以 pH 要变小。生成 HNO3的物质的量为 (10 -3 -10 -6 ) ×× 10-3 mol，所以析出银的质量为× 10-3 mol×108g/mol=54mg答案： B例 2若在铁片上镀锌，以下叙述中错误的是（）A可把铁片与电源的正极相连B电解质必须用含有锌离子的可溶性盐C锌极发生氧化反应D铁极的电极反应式为Zn2+2e- =Zn 分析 电镀的实质就是以非惰性电极为阳极的一种特殊的电解。电镀时一般以镀层金属为电解池的阳极，待镀件为阴极，含镀层金属离子的电解溶液为电镀液。电镀过程中镀层金属发生氧化反应而成为离子溶入电解液，其离子则在待镀件上发生还原反应而析出，且电解质溶液浓度一般不变。故而本题只有A 项不正确。答案： A例 3串联电路中的四个电解池分别装有·L -1 的下列溶液，用铂电极电解，连接直流电源一段时间后，溶液的 pH最小的是（）ACuCl2BNaClCAgNO3DKNO3 分析 本