2023年电解池教学设计

千里之行，始于足下让知识带有温度。第第2页/共2页精品文档推荐电解池教学设计电解原理教学设计

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，带负电荷的阴离子因为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打算的，对金属就是自由电子，而对电解质溶液就是自由移动的阴阳离子。

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）电子流淌的方向：

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，故而阴极处于被庇护的状态，而阳极则有可能被腐蚀。

3、电极名称的进一步理解

⑴在原电池中，称正极、负极，其中负极流出电子

⑵在电解池中，称阳极、阴极，其中阴极流入电子

⑶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，首先要搞清晰电极材料，然后分析溶液中离子状况，再按照阴、阳极放电的逻辑，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，然后分析参与电极反应的离子来自何种物质，这样才干正确写出反应物、生成物，配平且在等号上方注明“电解”或“通电”。

书写的详细步骤：

⑴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CuSO

4溶液：溶液中有CuSO

4

=Cu2++SO

4

2—；H

2

OH++OH-。

溶液中存在Cu2+、H+、OH—、SO

4

2—共4种离子。

⑵由放电挨次确定放电产物和电极反应

C电极为惰性电极，不参与反应。

放电能力Cu2+＞H+Cu2+放电生成Cu

OH—＞SO

42—，OH—放电生成O

2

电极反应：

阴极2Cu2++4e—=2Cu

阳极4OH—-4e—＝2H

2O+O

2

↑

溶液中余下的H+和SO

42—结合成新物质H

2

SO

4

。

⑶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CuSO

4和H

2

O，产物是Cu、O

2

和H

2

SO

4

，电解方程式为：2CuSO

4

+2H

2

O

2Cu+O

2↑+2H

2

SO

4

5、电离、水解和电解的比较

发生条件变化实质实例

电离①适用于电

解质

②在溶液或

熔化状态中

发生

电解质分别成自由移

动的离子（在水溶液中

形在水合离子）

CuSO

4

=Cu2++SO

4

2-①电离是盐类

发生水解反应

和电解反应的

先决条件

②电解要通入

直流电才干发

生

③普通说，盐类

的水解反应是

可逆的、微弱

的；其他物质

（如CaC

2

、醇钠、

卤代烃、酯、多

糖、蛋白质等）

的水解程度与

物质自身有关。

水解①与水电离

产生的H+或

OH-结合成难

电离物质等

②在水溶液

中发生

组成盐的酸根阴离子

或金属阳离子（包括

NH

4

+）和水电离出的H+

或OH—结合成弱电解

质

CN-+H

2

OHCN+OH-

Cu2++2H

2

OCu(OH)

2

+2H+

电解①惟独电解

质处于熔融

状态或溶液

中才干发生

②要通入直

流电，才发生

电解

在直流电作用下，组成

电解质的阴、阳离子

（或水中的H+、OH—）

在电极上发生氧化还

原反应

2CuSO

4

+2H

2

O

2Cu+O

2

↑+2H

2

SO

4

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

电离方程式表示电解质在

熔融状态或溶

液中的离解的

式子

强电解质彻低电离，用

“=”表示，弱电解质不完

全电离，用“”表示。

多元酸、碱分步电离分步

书写（中学阶段中多元弱

碱的电离可一步书写）

NaHSO

4

=Na++H++SO

4

2-

H

2

S+H

2

OH

3

O++HS-

HS-+H

2

OH

3

O++S2-

NaHCO

3

=Na++HCO

3

-

HCO

3

-H++CO

3

2-

Al(OH)

3

Al3++3OH-

离子方程式表示弱电解质

等在溶液中的

反应。可以表

示同一类的反

应

反应物、生成物中易溶且

易电离的写离子形式（包

括弱酸、弱碱、难电离物

质等）；其他物质写分子

式。方程式两边原子个数

和电荷均应守恒，固态物

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）

NH

4

++OH-NH

3

↑+H

2

O

NH

4

++OH-NH

3

·H

2

O

Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+

Al3++3H

2

OAl(OH)

3

+3H+

Fe3++3SCN-=Fe(SCN)

3

2H++SO

4

2-+Ba2++2OH-=BaSO

4

↓+2H

2

O

CH

3CH

2

Cl+OH-CH

3

CH

2

OH+Cl-

C6H

5

O-+CO

2

+H

2

OC

6

H

5

OH+HCO

3

-

CH

3COOCH

2

CH

3

+OH-CH

3

COO-+CH

2

CH

3

OH

CaC

2+2H

2

OCa2++2OH-+C

2

H

2

↑

4Ag++2H

2O4Ag+O

2

↑+4H+

电极反应式表示原电池或

电解池中的电

极反应

要注明电极名称，得（失）

电子数

①用惰性电极电解CuSO

4

溶液

阳极4OH-—4e-=2H

2

O+O

2

↑

阴极Cu2++2e-=Cu

②钢铁的吸氧腐蚀（铁本身是活泼电极，

参与反应）

负极Fe—2e—=Fe2+

正极O

2

+2H

2

O+4e-=4OH-

③电解饱和食盐水（用惰性电极）

阳极：2Cl--2e-=Cl

2

↑

阴极：2H++2e-=H

2

↑

电解方程式表示电解时物

质变化的化学

方程式

条件是“电解”

用惰性电极电解硫酸铜时：

2CuSO

4

+2H

2

O2H

2

SO

4

+2Cu+O

2

↑

用惰性电极电解饱和食盐水时：

2NaCl+2H

2

O2NaOH+H

2

↑+Cl

2

↑

7、原电池、电解池和电镀池的比较

原电池电解池电镀池

定义将化学能改变成电能的

装置

将电能改变成化学能的装置

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

装置举

例

形成条

件①活动性不同的两电极

（衔接）

②电解质溶液（电极插

入其中并与电极自发

①两电极接直流电源

②两电极插入电解质溶液

③形成闭合回路

①镀层金属接电源正极，

镀件接电源负极

②电镀液必需含有镀层金

属的离子

反应）

③形成闭合回路

电极名

称负极较活泼金属（电子

流出的极）

正极较不活泼金属或能

导电的非金属（电子流入

的极）

阴极与电源泉负极相连的极

阳极与电源正极相连的极

名称同电解池的命名，但有

限制

阳极必需是镀层金属

阴极镀件

电极反

应负极氧化反应；金属或

还原性气体失电子

正极还原反应；溶液中

的阳离子得电子或者氧

化性气体得电子（吸氧腐

蚀）

阳极氧化反应；溶液中的阴

离子失电子，或电极金属失电

子

阴极还原反应；溶液中的阳

离子得电子

阳极金属电极失电子

阴极电镀液中阳离子得电

子

电子流

向外电路：

外电路：

同电解池

能量转

变

化学能改变为电能电能转化为化学能电能转化为化学能装置特

点无外接直流电源有外接直流电源

有外接直流电源，阳极为活

泼金属且与电解液中阳离

子为同一金属

相像之

处

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。

举例⑴铜锌原电池；⑵氢氧燃

烧电池

⑴氯碱工业装置；⑵电解精炼

铜

镀锌装置

8、电解时电极放电挨次的推断

中学阶段我们普通只研究电极材料的性质、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。

⑴阳极放电挨次

①看电极，假如是活性电极（指金属活动挨次表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。

②假如是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要再看溶液中的阴离子的失电子能力，此时根

据阴离子放电挨次加以推断。

阴离子放电挨次：

S2—＞I—＞Br—＞Cl—＞OH—＞含氧酸根＞F—（实际上在水溶液中的电解，OH—后面的离子是不行能放电的，由于水提供的OH—会放电）

⑵阴极放电挨次

阴极本身被庇护，直接按照阳离子放电挨次举行推断，阳离子放电挨次：

Ag+＞Fe3+＞Cu2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+＞Al3+＞Mg2+（类似，在水溶液中的电解，H+后面的离子普通是不放电的，由于水提供的H+会放电）

9、电解质溶液的电解逻辑（惰性电极）

被电

解的物质电解质

实例

阴极阳极总方程式

溶液的

pH

备注

H2O强碱的含4H++4e—=2H

2

↑4OH——4e—=O

2

↑+2H

2H

2

O2H

2

↑＋O

2

↑

不电解

氧酸盐Na2SO4

2

O变质起导电作

用，其量不变，

水减

少含氧酸H2SO4

降低

强碱KOH

升

高

电解质自身

弱碱的非

含氧酸盐

(氟化物除外)CuCl2

Cu2++2e—=Cu↓2Cl——2e—=Cl2↑CuCl

2Cu+Cl2↑

详细看金属阳离子水解能力

与生成的气体溶于水后的反应。此处Cl2溶于水的酸性强于

相当于电解质分解，水不参与反应

Cu2+水

解的酸

性，所

以pH下

降

非含氧酸

（HF除外）HBr2H++2e—=H

2

↑2Br——2e—=Br

22HBrBr2+H2↑

升

高

电解质自身和水

强碱的非

含氧酸盐

NaCl

2H++2e—=H

2

↑2Cl——2e—=Cl

2

↑

2NaCl+2H

2

O

2NaOH+H

2

↑+Cl

2

↑

升

高

产生

碱或

酸弱碱的含

氧酸盐

CuSO

4

Cu2++42e—=2Cu

↓

4OH——4e—=O

2

↑+2H

2

O

2CuSO

4

+2H

2

O

2H

2

SO

4

+2Cu+O

2

↑

降

低

10、电解质溶液电解时（均为惰性电极），pH变化状况，电解液复原所需加入物质及

电解类型（与上面的9互相对比补充）（1）分解水型：

含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐（如NaOH、H

2SO

4

、K

2

SO

4

等）的电解。

阴极：4H++4e-=2H

2

↑

阳极：4OH--4e-=O

2↑+2H

2

O

总反应：2H

2O2H

2

↑+O

2

↑

阴极产物：H

2；阳极产物：O

2

。

电解质溶液复原加入物质：H

2

O。

pH变化状况：本来酸性的溶液pH变小，本来碱性的溶液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、CuCl

2

等。

阴极：Cu2++2e-=Cu

阳极：2Cl--2e-=Cl

2

↑

总反应：CuCl

2Cu+Cl

2

↑

阴极产物：酸为H

2

，盐为金属；阳极产物：卤素等非金属单质。

电解液复原加入物质为原溶质，如电解CuCl

2溶液，需加CuCl

2

。

pH变化状况：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

根的状况而定（如：电解CuCl

2溶液时，因为生成的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Na

2

S溶液时，因为生成NaOH使pH上升）。

（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、MgBr

2

等。

阴极：2H++2e-=H

2

↑

阳极：2Cl--2e-=Cl

2

↑

总反应：2NaCl+2H

2O2NaOH+H

2

↑+Cl

2

↑

阴极产物：碱和H

2

；阳极产物：卤素等非金属单质。电解饱和食盐水的产物分离为NaOH

和H

2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变化状况：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CuSO

4、AgNO

3

等。

阴极：2Cu2++4e-=Cu

阳极：4OH--4e-=O

2↑+2H

2

O

总反应：2CuSO

4+2H

2

O2Cu+O

2

↑+2H

2

SO

4

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，本例中分离是

Cu以及H

2SO

4

、O

2

。

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CuSO

4溶液，复原需加入CuO。

pH变化状况：溶液pH显着变小。

吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区分

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分

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

11、电解原理的应用

⑴氯碱工业

如电解饱和食盐水可制得NaOH、Cl

2、H

2

，而电解稀NaCl溶液可制备NaClO。

2NaCl+2H

2O2NaOH+H

2

↑+Cl

2

↑

⑵电镀利用电解原理举行设计

电镀与普通的电解本质相同，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（电解过程浓度普通会发生变化，但电镀则不变）的变化等均有差别。

⑶精炼铜

⑷电解法冶炼金属

一些较活泼的金属常用电解的办法冶炼，如Na、Mg、Al等金属（这是由于这些金属的阳离子的氧化性很弱，难以找到经济有用的还原剂，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；用纯铜板作阴极，与电源的负极相连，用CuSO

溶液（加入一定量的硫酸）作电解液。

4

溶液中主要有Cu2+、SO、H+、OH-，通电后H+和Cu2+移向阴极，并在阴极发生CuSO

4

Cu2++2e-=Cu；OH-和SO移向阳极，但阳极由于是活性电极故而阴离子并不放电，主要为阳极（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，Cu溶解时它们以阳极泥形式沉积下来，可供提炼Au、Ag等贵金属。

结论：该过程实现了提纯铜的目的。

三、电镀铜

电镀时，普通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。

电镀铜逻辑可概括为“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实用物质、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．计算的办法

(1)按照电子守恒法计算：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)按照总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后按照总反应式列比例式计算

(3)按照关系式计算：按照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－～2H2～O2～2Cu～4Ag。

[尝试运用]将含有0.4molCu(NO3)2和0.4molKCl的水溶液1L，用惰性电极电解一段时光后，在一电极上析出19.2gCu；此时，在另一电极上放出气体的体积在标准情况下为(不考虑产生的气体在水中的溶解)(B)

A．3.36LB．5.6L

C．6.72LD．13.44L

[解析]阴极析出铜0.3mol，由Cu2＋＋2e－===Cu知Cu2＋得到0.6mol电子，按照2Cl－－2e－===Cl2↑，求出当溶液中Cl－所有参加电极反应时，放出Cl20.2mol，失去电子0.4mol。因此在阳极还有OH－放电，按照4OH－－4e－===2H2O＋O2↑和电子守恒在阳极有0.05molO2放出，即阳极共放出0.25mol标准情况下为5.6L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(要特殊注重阳极材料)。

(2)当溶液中有多种离子共存时，先要按照离子放电挨次确定离子放电的先后。

(3)按照得失电子守恒举行相关计算。

电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋H2↑＋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AgNO

溶液中，通电电解。当电解质溶液的pH由

3

6.0变为3.0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视），则电极上析出银的质量是（）

A．27mg

B．54mg

C．108mg

D．216mg

[分析]按照离子放电挨次，先写出两极的电极反应式：

阳极：4OH--4e-=O

2↑+2H

2

O①

阴极：4Ag++4e-=4Ag②

其中OH-来自水，所以总的电解反应式：4Ag++2H

2O4Ag+O

2

↑+4H+

或4AgNO

3+2H

2

O4Ag+O

2

↑+4HNO

3

由于有HNO

3生成，所以pH要变小。生成HNO

3

的物质的量为

(10-3-10-6)×0.5≈0.5×10-3mol，所以析出银的质量为0.5×10-3mol×108g/mol=54mg答案：B

例2．若在铁片上镀锌，以下讲述中错误的是（）

A．可把铁片与电源的正极相连

B．电解质必需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别的电解。电镀时普通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