2017_2018学年高中化学专题1化学反应与能量变化第二单元第三课时电解池的工作原理学案苏教版.docx

第三课时 电解池的工作原理课标要求1了解电解、电解池的概念，理解电解原理。2学会比较离子的放电顺序，能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式。3熟悉电解规律和电解产物的判断方法。1电解池组成“三条件”：外接电源；电解质溶液；闭合回路。2离子放电“两顺序”(惰性电极)：阳极：S2IBrClOH。阴极：AgFe3Cu2H(酸)Sn2Fe2Zn2H(H2O)Al3。3电解池阴、阳极“四特点”：阳极：外接直流电源正极流出电子发生氧化反应阴离子移向。阴极：外接直流电源负极流入电子发生还原反应阳离子移向。电解的原理1电解熔融的氯化钠电解装置电解过程分析通电前存在微粒Na、Cl微粒移动自由移动通电后微粒移动Na移向阴极Cl移向阳极电极反应阴极：2Na2e=2Na阳极：2Cl2e=Cl2电解反应2NaCl通电2NaCl2实验现象阴极：产生银白色金属阳极：产生黄绿色气体2电解CuCl2溶液电解装置电解过程分析通电前存在微粒Cu2、Cl、H、OH微粒运动自由移动通电后微粒运动Cu2、H移向阴极Cl、OH移向阳极电极反应阴极：Cu22e=Cu阳极：2Cl2e=Cl2电解反应CuCl2CuCl2实验现象阴极：覆盖一层红色固体阳极：有气泡放出；闻到刺激性的气味；湿润的淀粉碘化钾试纸变为蓝色3电解的概念在直流电的作用下，在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。4电解池(1)概念：将电能转化为化学能的装置。(2)构成条件两个电极：阳极与电源正极连接；阴极与电源负极连接。电解质溶液或熔融电解质。直流电源。构成闭合回路。(3)工作原理电极反应类型。阳极氧化反应；阴极还原反应。电子流向：电源负极阴极；阳极电源正极。电流方向：电源正极阳极；阴极电源负极。离子流向：阳离子阴极；阴离子阳极。1阴、阳离子在电解过程中的移动方向与在原电池中的移动方向有什么区别和联系？提示：原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极；电解池中，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。即阳离子都是移向发生还原反应的电极，阴离子都是移向发生氧化反应的电极 。2在氯化铜溶液中除了Cu2 和Cl之外还有H和OH，这两种离子为什么没有得到或失去电子？提示：电解时，溶液中离子的放电先后顺序与离子的氧化性或还原性有关，氧化性强的阳离子先得电子被还原，还原性强的阴离子先失电子被氧化。Cu2比H更容易得电子，而Cl比OH更容易失电子，可从氧化性强弱的角度比较得电子的顺序，从还原性强弱的角度比较失电子的顺序。1电解池电极的判断2电解池的工作原理接通外界电源后，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子的定向运动形成内电路，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极，如图所示。3电解产物的判断(1)先判断电极类型，惰性电极是指石墨、Au、Pt等电极，除Au、Pt以外的金属电极是活性电极。(2)阳极产物的判断：首先看电极，如果是活性电极，则电极材料失去电子，被溶解；如果是惰性电极，根据阴离子的放电顺序判断。阴离子的放电顺序：S2IBrClOH含氧酸根F。(3)阴极产物的判断：直接根据阳离子放电顺序判断。阳离子放电顺序：AgHg2Fe3Cu2H(酸)Pb2Sn2Fe2Zn2H(水)Al3Mg2Na。1.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()Aa为正极、b为负极Ba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，氯离子浓度不变解析：选AC电流从电源的正极流出，因此a为电源正极，b为负极，则c为阳极，d为阴极；电解CuCl2溶液电极反应为阳极(c电极)2Cl2e=Cl2，阴极(d电极)Cu22e=Cu，故A、C两项正确。2写出用惰性电极电解下列溶液的电极反应式和电解反应式：(1)电解NaCl溶液：阳极：_；阴极：_；电解反应式：_。(2)电解CuSO4溶液：阳极：_；阴极_；电解反应式：_。答案：(1)2Cl2e=Cl22H2e=H22NaCl2H2OH2Cl22NaOH(2)4OH4e=O22H2O2Cu24e=2Cu2CuSO42H2O2CuO22H2SO4以惰性电极电解电解质溶液的规律1电解方程式的书写步骤以用石墨作电极电解CuSO4溶液为例。第一步：明确溶液中存在的离子。阳离子：Cu2、H；阴离子：OH、SO。第二步：判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。阴极：Cu2H；阳极：OHSO。第三步：写出电极反应式和总的电解方程式。阴极：2Cu24e=2Cu；阳极：2H2O4e=O24H。根据得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：2CuSO42H2O2CuO22H2SO4。2电解规律(惰性电极)类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度pH电解质溶液复原电解水型阴：4H4e=2H2阳：4OH4e=2H2OO2NaOH水增大增大加水H2SO4水增大减小加水Na2SO4Na2SO4水增大不变加水电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大通入氯化氢气体CuCl2电解质减小加入氯化铜固体放H2生碱型阴极：H2O放H2生碱阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大通入氯化氢气体放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小加入氧化铜1用惰性电极电解下列溶液，下列说法正确的是()A电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液pH不变B电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH，故溶液pH减小C电解硫酸铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为12D电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为11解析：选D电解稀硫酸，实质上是电解水，硫酸的浓度增大，pH减小，A项错误；电解稀NaOH溶液，也是电解水，NaOH溶液的浓度增大，pH增大，B项错误；电解CuSO4溶液，阴极产物是Cu，阳极产物是O2，由于两电极通过电量相等，故放出Cu与O2的物质的量之比为21，C项错误；电解CuCl2溶液实质是电解CuCl2，阳极产物Cl2，阴极产物Cu，由于两极通过电量相等，生成Cu和Cl2的物质的量之比为11，D项正确。2从H、K、Cu2、Cl、SO中选取适当的离子组成符合下列情况的电解质，进行电解(阳离子只能使用一次)。(1)以碳棒为电极进行电解，电解质的物质的量减少，水的物质的量保持不变，两极都有气体生成，气体体积相同，则该电解质的化学式为_，电解的阴极反应：_，电解的阳极反应：_，电解反应式是_。(2)以铂丝为电极进行电解，水的物质的量减少，电解质的物质的量保持不变，两极都有气体生成，气体体积比为21，则该电解质的化学式为_，阴极反应式为_，阳极反应式为_。(3)以惰性电极电解，电解质的物质的量减少，水的物质的量也减少，pH下降，则电解质的化学式为_，电解反应式为_。解析：(1)以碳棒为电极进行电解，电解质的物质的量减少，水的物质的量保持不变，两极都有气体生成，气体体积相同，则该电解质的化学式为HCl，电解的阴极反应为2H2e=H2，电解的阳极反应为2Cl2e=Cl2，电解反应式是2HClH2Cl2。(2)以铂丝为电极进行电解，水的物质的量减少，电解质的物质的量保持不变，两极都有气体生成，气体体积比为21，则该电解质为活泼金属的含氧酸盐，其化学式为K2SO4，阴极H得到电子，电极反应式为4H4e=2H2，OH在阳极失去电子，电极反应式为4OH4e=2H2OO2。(3)以惰性电极电解，电解质的物质的量减少，水的物质的量也减少，pH下降，则电解质为不活泼金属的含氧酸盐，化学式为CuSO4，电解反应式为2CuSO42H2O2CuO22H2SO4。答案：(1)HCl2H2e=H22Cl2e=Cl22HClH2Cl2(2)K2SO44H4e=2H24OH4e=2H2OO2(3)CuSO42CuSO42H2O2CuO22H2SO4三级训练节节过关1下列说法错误的是()A电解质的导电过程是化学变化，而金属的导电是物理变化B电解质溶液导电的过程，就是电解质被电解的过程C电解质在任何条件下均可以导电D电解质溶液导电过程中一定有新物质生成解析：选C电解质导电的过程就是被电解的过程，在电解过程中发生氧化还原反应，一定有新物质生成，所以是化学变化；金属导电是靠自由电子的定向移动，无新物质生成，是物理变化，A、B、D项正确；电解质导电只有在电离的前提下，其电离产生的自由移动的离子定向移动能导电，所以C项错误。2.某小组设计电解饱和食盐水的装置如右图，通电后两极均有气泡产生，下列叙述正确的是()A铜电极附近观察到黄绿色气体B石墨电极附近溶液先变红C溶液中的Na向石墨电极移动D铜电极上发生还原反应解析：选DA项，电解饱和食盐水时，若电极为惰性电极，则两极分别产生氯气和氢气，而现在Cu作电极时仍产生两种气体，说明Cu为阴极，石墨为阳极，则石墨电极附近有氯气产生，错误；B项，石墨为阳极，Cu为阴极，氢离子放电生成氢气，则铜电极附近溶液先变红，错误；C项，电解池中的阳离子向阴极移动，所以钠离子向Cu极移动，错误；D项，铜电极为阴极，发生还原反应，正确。3用惰性电极电解下列溶液的说法正确的是()A电解氯化钾溶液的过程中，溶液的pH增大B电解硝酸银溶液的过程中，阴极质量不变，阳极质量增大C电解硫酸钠溶液的过程中，两极产生气体的物质的量不相同D电解氢氧化钠溶液的过程中，氢氧化钠的物质的量浓度减小解析：选ACA项，电解KCl溶液生成KOH，溶液的pH增大，正确；B项，电解Ag(NO3)2溶液时，阴极反应：Age=Ag，阳极反应：4OH4e=2H2OO2，阴极质量增大，阳极质量不变，错误；C项，电解硫酸钠溶液实际上是电解水，阳极产生O2，阴极产生H2，其物质的量之比为12，正确；D项，电解氢氧化钠溶液实际上是电解水，氢氧化钠的浓度增大，错误。4如图所示 ，甲烧杯中盛有100 mL 0.50 molL1 AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100 mL 0.25 molL1 CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9 g。(1)电源E为_极。(2)A极的电极反应式为_，析出物质_mol。(3)B极的电极反应式为_，析出气体_mL(标准状况)。(4)D极的电极反应式为_，析出气体_mL(标准状况)。(5)甲烧杯中滴入石蕊溶液，_极附近变红，如果继续电离，在甲烧杯中最终得到_溶液。解析：(1)电解池中，发现A极比C极重1.9 g，则A极是阴极，和电源的负极相连即E是负极，F是正极，B是阳极，C是阴极，D是阳极。(2)A极是阴极，电极反应式为Age=Ag，析出金属银，C是阴极，电极反应式为Cu22e=Cu，析出金属铜，A极比C极重1.9 g，设电路中转移电子的物质的量为x，则108 gmol1x gmol1x1.9 g，x0.025 mol，析出金属银的物质的量是0.025 mol。(3)B是阳极，该极上是氢氧根离子失电子，电极反应为4OH4e=H2OO2，电路中转移电子0.025 mol，生成氧气是1/40.025 mol0.006 25 mol，体积是0.006 25 mol22.4 Lmol10.14 L140 mL。(4)D是阳极，该极上的电极反应是2Cl2e=Cl2，电路中转移电子0.025 mol，生成氯气是0.025 mol0.012 5 mol，体积是280 mL。(5)电解硝酸银溶液，在阴极上析出Ag，阳极上放出O2，产生硝酸，滴入石蕊溶液，显红色。答案：(1)负(2)Age=Ag0.025(3)4OH4e=2H2OO2140(4)2Cl2e=Cl2280(5)BHNO3一、单项选择题1电解池中，阳极的电极材料一定()A发生氧化反应B与电源正极相连C是铂电极 D得电子解析：选B阳极材料可以是惰性电极，不参加氧化反应，可以是活性电极，参加氧化反应，它们一定与电源正极相连。2电解某盐溶液时，在阴、阳两极上一定相等的是()A析出金属的物质的量 B析出金属的质量C通过的电子数目 D放出气体的体积解析：选C电解池的阳极上一定不会析出金属，A、B项错误；阴、阳两极若同时放出气体，放出气体的体积不一定相等，如用石墨电极电解Na2SO4溶液时，阴、阳两极放出H2、O2的体积比为21，D项错误。3在某电解质溶液里，用M和N作电极，通电一段时间后，发现M极质量减小，N极质量增大，符合这一情况的是()A电解质溶液是稀硫酸B金属M是阳极，金属N是阴极CM和N是石墨电极DM是阴极，N是阳极解析：选BM极质量减小，说明M为活性电极材料且作阳极，N极质量增加，说明电解液中有金属离子得电子析出，N作阴极。4用铂电极电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别为H2和O2的是()A稀HCl溶液B稀Na2SO4溶液CCuCl2溶液 D酸性AgNO3溶液解析：选BA项，电解稀HCl溶液，阴极产物为H2，阳极产物为Cl2，错误；B项， 电解Na2SO4溶液，实际上是电解水，阴极产物为H2，阳极产物为O2，正确；C项，电解CuCl2溶液，阴极产物为Cu，阳极产物为Cl2，错误；D项，电解酸性AgNO3溶液，阴极产物为Ag，阳极产物为O2和HNO3，错误。5电解CuSO4和NaCl的混合溶液，开始时阴极和阳极上析出的物质分别是()AH2和Cl2 BCu和Cl2CH2和O2 DCu和O2解析：选B混合液中阳离子为Cu2、Na、H，放电能力：Cu2HNa；阴离子为Cl、SO、OH，放电能力：ClOHSO，即阴极Cu2放电，产物为Cu，阳极Cl放电，产物为Cl2。6如图所示的电解池和中，a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重bd。符合上述实验结果的盐溶液是()选项XYAMgSO4CuSO4BAgNO3Pb(NO3)2CFeSO4Al2(SO4)3DCuSO4AgNO3解析：选D由图示可知：a、c为阳极，b、d为阴极。A项和C项，在电解池中b极发生反应2H2e=H2，不符合题意；B项，电解池中d极发生2H2e=H2，不符合题意；D项，b、d极分别发生反应Cu22e=Cu,2Ag2e=2Ag，且m(Cu)a，则该电解质可能是()ANaOH BH2SO4CAgNO3 DNa2SO4解析：选A电解NaOH溶液相当于电解水，NaOH溶液浓度增大，使溶液的pH升高，A项正确；电解H2SO4溶液和电解Na2SO4溶液相似，都使溶液浓度增大，所以溶液的pH分别减小、不变，B、D两项均不正确；电解AgNO3溶液生成HNO3，溶液的pH减小，C项不正确。9用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液，电解一段时间后，再加入W，能使溶液恢复到电解前的状态，则下列符合题意的是()选项XYZWACFeNaClH2OBPtCuCuSO4CuSO4溶液CCCH2SO4H2ODAgFeAgNO3AgNO3晶体解析：选CA项，阳极为惰性电极，在阳极是Cl放电，2Cl2e=Cl2，在阴极是H放电，2H2e=H2，通入HCl(g)能使溶液恢复到原状态，A项不符合题意；B项，阳极为惰性电极，在阳极是OH放电，4OH4e=O22H2O，在阴极是Cu2放电，2Cu24e=2Cu，加入CuO(s)能使溶液恢复到原状态，B项不符合题意；C项，两电极均为惰性电极，在阴极是H放电，在阳极是OH放电，其实质是电解水，加适量水可使溶液恢复到原状态，C项符合题意；D项，Ag作阳极，为活性电极，电极反应为Age=Ag，阴极反应为Age=Ag，AgNO3溶液浓度不变。三、非选择题10用如下图所示的装置进行电解。通电一会儿，发现湿润的淀粉KI试纸的C端变为蓝色。(1)E为电源的_极，铜为_极。(2)A中发生反应的化学方程式为_，溶液酸性_。(3)在B中观察到的现象是_。(4)D端的电极反应式为_。解析：本题是三个电解装置串联，首先判断电源的正、负极，E为负极，F为正极；A中是以Pt为阳极、Fe为阴极电解AgNO3溶液。B中Cu为阳极，Cu溶解发生反应为Cu2e=Cu2，石墨为阴极，发生反应为2H2e=H2，由于水电离出的H放电，所以溶液中的c(OH)c(H)，故溶液中有氢氧化铜蓝色沉淀生成。D端为阴极，发生电极反应为2H2e=H2。答案：(1)负阳(2)4AgNO32H2O4Ag4HNO3O2增强(3)铜片溶解，石墨极上有气体生成，溶液中有蓝色沉淀生成(4)2H2e=H2一、单项选择题1下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是()AHCl、CuCl2、Ba(OH)2BNaOH、CuSO4、H2SO4CNaOH、H2SO4、Ba(OH)2 DNaBr、H2SO4、Ba(OH)2解析：选C电解时只生成氧气和氢气，实际上是电解水，C项符合。2.用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。下列分析正确的是()Aa端是直流电源的负极B通电使CuCl2发生电离C阳极上发生的反应：Cu22e=CuD通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体解析：选A通过图中离子的运动状态可判断连接a的电极为阴极，连接b的电极为阳极，故a端为直流电极的负极，b端为直流电源的正极，A项正确；CuCl2在水溶液中能发生电离，不需要通电，B项错误；阳极发生氧化反应，即2Cl2e= Cl2，C项错误；阴极发生还原反应，析出Cu，在阳极附近可观察到黄绿色气体，D项错误。3.利用如图装置电解硫酸铜溶液，下列说法正确的是()Ab电极上发生氧化反应B该装置能将化学能转变成电能C电解质溶液中Cu2从b电极向a电极迁移D若a为铜，则a的电极反应式为Cu2e=Cu2解析：选Db与电源负极相连，b为阴极，阴极上发生还原反应，A项错误；该装置是电解池，将电能转化为化学能，B项错误；电解池中，阳离子(Cu2)向阴极(b极)移动，C项错误；a为阳极，若a为Cu，属于活性电极，则阳极反应为Cu2e=Cu2，D项正确。4如图中X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板增重，b极板有无色无味气体放出，符合这一情况的是()选项a极板b极板X电极Z溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨负极CuCl2解析：选Aa极质量增加，是金属在a极析出，a极是阴极。B项，Z溶液为NaOH，无金属析出，被排除；又因为b极有无色无味气体生成，只能是O2，而D项电解CuCl2溶液，阳极析出Cl2，D项被排除；在A、C选项中，根据电极名称，X应当作为电源的负极。5根据金属活动性顺序表，Cu不能发生Cu2H2O=Cu(OH)2H2的反应。但选择恰当电极材料和电解液进行电解，这个反应就能变为现实。下列四组电极和电解液中，能实现该反应最为恰当的是()ABCD阳极石墨棒CuCuCu阴极石墨棒石墨棒FePt电解液CuSO4溶液Na2SO4溶液H2SO4溶液H2O解析：选B某些不能自发进行的氧化还原反应，可以用电解方法得以实现，Cu作阳极时，自身失去电子被氧化，Cu2e=Cu2，阴极反应为2H2e=H2，A项不符合；B项， Na2SO4溶液起增强导电性作用，电解总反应为Cu2H2OCu(OH)2H2，符合题意；C项，电解液H2SO4会与生成的Cu(OH)2发生中和反应，实际上不会生成Cu(OH)2，不符合；D项，H2O导电能力不强，不符合。二、不定项选择题6下列说法正确的是()A电解NaOH溶液时，溶液浓度将增大，pH增大B电解H2SO4溶液时，溶液浓度将减小，pH减小C电解Na2SO4溶液时，溶液浓度将增大，pH不变D电解NaCl溶液时，溶液浓度将减小，pH不变解析：选ACA项，电解NaOH溶液，实质上是电解水，c(NaOH)增大，pH增大，正确；B项，电解H2SO4溶液，实质上是电解水，c(H2SO4)增大，pH减小，错误；C项，电解Na2SO4溶液，实质上是电解水，c(Na2SO4)增大，pH不变，正确；D项，电解NaCl溶液时，生成NaOH，c(NaCl)减小，pH增大，错误。7纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制电解液中OH的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示，发生的反应为2CuH2OCu2OH2。下列说法正确的是()A钛电极发生氧化反应B阳极附近溶液的pH逐渐增大C离子交换膜应采用阳离子交换膜D阳极反应式是2Cu2OH2e=Cu2OH2O解析：选D钛极与电源负极相连是阴极发生氢离子得电子的还原反应，故A错误；根据总反应，则阳极反应为2Cu2e2OH=Cu2OH2O，消耗氢氧根，pH值减小，故B错误；根据总反应，则阳极反应为2Cu2e2OH=Cu2OH2O，所以离子交换膜应采用阴离子交换膜，故C错误；在电解池中，当阳极是活泼电极时，该电极本身发生失电子的还原反应，在碱性环境下，金属铜失去电子的电极反应为2Cu2e2OH=Cu2OH2O，故D正确。三、非选择题8下图是一套电解装置，两U形管中均盛有50.0 mL电解质溶液，a、b、c、d为Pt电极，通电一段时间后，d电极上析出金属Ag 2.16 g，没有气体产生，同时在b、c两极收集到标准状况下相同体积的气体。请回答：(1)c为_极，写出c电极上的电极反应式：_，c极收集到的气体体积在标准状况下为_L。(2)b为_极，写出b电极上的电极反应式：开始时是_，后来_。(3)原CuCl2溶液中溶质的物质的量浓度为_molL1。解析：(1)连接电源负极的电极作阴极，连接电源正极的电极作阳极，则c作阳极，阴离子在阳极失电子，放电能力OHNO，则OH先失电子，反应式为4OH4e=2H2OO2或2H2O4e=4HO2，d极作阴极，其反应式为Age=Ag，析出2.16 g银单质，整个电路转移电子0.02 mol，故产生氧气0.02 mol0.005 mol，其在标准状况下的体积V(O2)0.005 mol22.4 Lmol10.112 L。(2)b作阴极，阳离子在阴极上放电，Cu2先得电