（浙江专用版）2019_2020学年高中化学专题1化学反应与能量变化第二单元第3课时电解池的工作原理学案.docx

电解池的工作原理核心素养发展目标1.宏观辨识与微观探析：从宏观和微观的角度理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动、阴阳两极上的反应及其变化、电流形成的过程和原理。2.证据推理与模型认知：建立对电解过程的系统分析认识的思维模型，理解电解的规律，会判断电解的产物，会书写电解的电极反应式和总反应式。一、电解原理1电解氯化铜溶液实验探究(1)按下图所示装置完成实验，并填写下表。实验现象实验结论电流计指针发生偏转说明电解质溶液导电，形成闭合回路与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质析出金属铜与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝产生了氯气(2)实验原理分析氯化铜溶液中存在的离子有Cu2、Cl、H、OH，通电前这些离子在溶液中作自由运动。通电时在电场的作用下，溶液中的离子作定向运动，即Cl、OH趋向a极，Cu2、H趋向b极。a极电极反应式是2Cl2e=Cl2，b极电极反应式是Cu22e=Cu，总反应式是CuCl2CuCl2。结论：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。2电解和电解池(1)电解：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。(2)电解池：将电能转化为化学能的装置。(3)电解池的电极名称阴极：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。(4)电解池的构成条件：具有直流电源；两个电极(阴极、阳极)；电解质溶液或熔融电解质；形成闭合回路。(5)电子和离子移动方向电子：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：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。电解质溶液导电与金属导电的不同(1)电解质溶液导电实际上是电解过程，发生氧化还原反应，是化学变化。(2)金属导电是因为在电场作用下，自由电子发生定向移动，是物理变化。例1如下图所示装置中，属于电解池的是()答案C解析根据电解池的构成条件进行判断：装置A、B、D中无直流电源，装置D中不能形成闭合回路，A、B、D不属于电解池。考点电解及其装置(电解池) 题点电解池的构成与识别相关链接(1)电解池工作原理电解时必须使用直流电源，不能使用交流电源。电解质的水溶液或熔融电解质均可被电解，因为它们均可电离出自由移动的阴、阳离子。电解过程中，电能转化为化学能而储存在电解产物中，转化过程中遵循能量守恒定律。电解质溶液(或熔融电解质)的导电过程，就是电解质溶液(或熔融电解质)的电解过程，是化学变化，而金属的导电是利用其物理性质。电解法是一种强氧化还原手段，可以完成非自发的氧化还原反应。(2)原电池与电解池的比较装置类别原电池电解池原理使氧化还原反应中电子作定向移动，从而形成电流使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程装置特点将化学能转化成电能将电能转化成化学能实例电极名称负极正极阴极阳极反应类型氧化反应还原反应还原反应氧化反应反应特征自发的氧化还原反应(主动)借助电流(被动)电极判断由电极本身决定正极：流入电子负极：流出电子由外电源决定阳极：连电源正极阴极：连电源负极电子流向负极外电路正极电解池阳极电源正极；电源负极电解池阴极离子移动阳离子向正极移动阴离子向负极移动阳离子向阴极移动阴离子向阳极移动例2如图是电解氯化铜溶液的装置，其中c、d为石墨电极，则下列有关判断正确的是()Aa为负极，b为正极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，氯离子浓度不变答案C解析由图示电流方向可知，a是电源正极，b是电源负极；则c是电解池的阳极，电极反应为2Cl2e=Cl2，溶液中氯离子不断减少；d是电解池的阴极，电极反应为Cu22e=Cu，d电极质量不断增加。考点电解及其装置(电解池) 题点电解池的电极判断方法点拨电解池阴极和阳极的判断依据相关链接电解池中电极名称判断的几种方法(1)根据外接电源的正、负极判断：电源正极连接的是阳极，电源负极连接的是阴极。(2)根据电极质量变化判断：如果电极质量减轻，该电极一定是阳极；如果质量增加，该电极一定是阴极。(3)根据电极产物判断：如果电极上析出Cl2或O2，该电极一定是阳极；如果电极上产生H2，该电极一定是阴极。(4)根据溶液颜色变化判断：如果电解某中性溶液(如NaCl溶液、Na2SO4溶液)时，某电极附近溶液能使酚酞变红色，则该电极为阴极(H放电，OH的浓度变大)。(5)根据电解质溶液中离子的移动方向判断：阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。(6)根据电极反应式判断：发生氧化反应的电极是阳极，发生还原反应的电极是阴极。二、酸、碱、盐溶液的电解规律1电极反应规律(1)阴极：无论是惰性电极还是活泼电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子放电顺序：AgCu2HPb2Fe2Zn2(2)阳极：溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中。其放电顺序：活泼金属阳极S2IClOH含氧酸根。2酸、碱、盐溶液电解规律(惰性电极)用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表：(1)电解水型电解质H2SO4NaOHNa2SO4阳极反应式4OH4e=O22H2O阴极反应式4H4e=2H2pH变化减小增大不变复原加入物质加入H2O(2)电解电解质型电解质HClCuCl2阳极反应式2Cl2e=Cl2阴极反应式2H2e=H2Cu22e=CupH变化增大复原加入物质加入HCl加入CuCl2(3)电解质和水都发生电解型电解质NaClCuSO4阳极反应式2Cl2e=Cl24OH4e=O22H2O阴极反应式2H2e=H22Cu24e=2CupH变化增大减小复原加入物质加入HCl加入CuO或CuCO3分析电解问题的基本方法思路(1)确定电解池的阴、阳两极，判断阳极是惰性电极还是活泼电极。(2)分析通电前溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H和OH)。(3)通电后阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，判断两极上的放电顺序。(4)确定电极产物，书写电极反应式(注意遵循原子守恒和电荷守恒)。(5)分析电解时的相关变化，如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH变化等。例3判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)用石墨作阳极、铁作阴极分别电解稀硫酸和硫酸钠溶液时，它们阴极和阳极的产物都相同( )(2)用石墨作电极电解氯化钠和硫酸铜的混合液，最初一段时间阴极和阳极生成的物质分别是铜和氯气( )(3)用石墨作电极电解熔融氯化钠的阴极反应式为Nae=Na( )(4)用石墨作阴极、铜作阳极电解硫酸铜溶液的阳极反应式为4OH4e=O22H2O( )(5)用石墨作电极电解硝酸银溶液的离子方程式为4Ag2H2O4Ag4HO2( )(6)铜作阳极电解盐酸的化学方程式为Cu2HClCuCl2H2( )考点酸、碱、盐溶液的电解规律题点电解结果的分析与判断易错警示判断电极产物注意事项(1)先看阳极材料，若为活性电极，则阳极材料被溶解；若为惰性电极，则根据阴离子的放电顺序判断谁先放电，且注意溶液中OH的存在。(2)不论阴极是什么材料，都按照阳离子放电顺序判断谁先放电，并注意溶液中H的存在。(3)注意电解物质的状态，是电解质溶液还是熔融电解质。例4用石墨作电极，电解碘化钾溶液(含有少量酚酞和淀粉)。下列说法错误的是()A阴极附近溶液呈红色B阴极逸出气体C阳极附近溶液呈蓝色D溶液的pH减小答案D解析用石墨作电极，电解碘化钾溶液类似于电解氯化钠溶液，阳极反应式为2I2e=I2，阳极附近溶液变蓝色；阴极反应式为2H2e=H2，阴极有氢气逸出，附近溶液氢氧根浓度增大呈碱性，溶液变红色。考点酸、碱、盐溶液的电解规律题点电解结果的分析与判断例5(2018蚌埠第二中学期中)用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一种物质(中括号内)，溶液能与原来溶液完全一样的是()ANaCl盐酸BNaOHH2OCCuCl2HClDCuSO4Cu(OH)2答案B解析电解NaCl溶液时，阳极氯离子放电生成氯气，阴极氢离子得到电子生成氢气，所以应加HCl让电解质溶液复原，A错误；电解NaOH溶液时，阳极产生氧气，阴极产生氢气，所以应加水让电解质溶液复原，B正确；电解CuCl2溶液时，阳极氯离子放电生成氯气，阴极析出铜，所以应加氯化铜让电解质溶液复原，C错误；电解硫酸铜时，阳极产生氧气，阴极产生金属铜，所以应加CuO或CuCO3让电解质溶液复原，加入氢氧化铜会多生成水，D错误。考点酸、碱、盐溶液的电解规律题点电解后电解质的复原方法点拨电解后要使电解质溶液复原，须加入适量的某物质，该物质一般是阳极产物和阴极产物的化合物。即“出来什么、加入什么”。相关链接(1)水溶液中，K、Na、Mg2、Al3等离子不可能在阴极放电，即用电解相应水溶液的方法不可能得到K、Na、Mg、Al等活泼金属。(2)电解池的阴极不管是惰性电极(Pt、石墨)还是活性电极，都是电解质溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电，电极本身不可能溶解。(3)若阴极为H放电，则阴极区c(OH)增大；若阳极为OH放电，则阳极区c(H)增大；若阴极为H放电，同时阳极为OH放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大(饱和溶液例外)。(4)电解质溶液恢复原状的方法：少什么加什么，少多少加多少。1下列关于电解池工作原理的说法中，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答案D考点电解及其装置(电解池) 题点电解相关概念的辨析2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是阳极答案B解析由题意可知，M极溶解，发生氧化反应，为阳极；N极质量增加，有金属单质析出，发生还原反应，为阴极。考点电解及其装置(电解池) 题点电解池的电极判断3用石墨作电极电解氯化铜溶液，下列说法正确的是()A在阳极上析出金属铜B在阴极上析出金属铜C在阴极上产生有刺激性气味的气体D阳极上发生还原反应答案B解析根据电解原理，阳极发生氧化反应：2Cl2e=Cl2，放出有刺激性气味的氯气；阴极发生还原反应：Cu22e=Cu，析出金属铜。考点酸、碱、盐溶液的电解规律题点电解结果的分析与判断4用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为31的硫酸铜和氯化钠的混合溶液，不可能发生的反应有()A2Cu22H2O2Cu4HO2BCu22ClCuCl2C2Cl2H2O2OHH2Cl2D2H2O2H2O2答案C解析设混合溶液的体积为4L，物质的量浓度均为1molL1，溶液中硫酸铜和氯化钠的物质的量分别为3mol和1mol，根据转移电子守恒，第一阶段：阳极上氯离子放电，阴极上铜离子放电，电解的方程式是Cu22ClCuCl2，氯离子完全反应时，剩余铜离子2.5 mol；第二阶段：阳极上氢氧根离子放电，阴极上铜离子放电，电解的方程式是2Cu22H2O2Cu4HO2；第三阶段：阳极上氢氧根离子放电，阴极上氢离子放电，电解的方程式是2H2O2H2O2。考点酸、碱、盐溶液的电解规律题点电解结果的分析与判断5用石墨作阳极、铁棒作阴极电解熔融的氯化钠，下列说法正确的是()A石墨电极周围有大量的钠离子B铁棒质量增加C电子通过熔融电解质流向铁棒D阴极发生氧化反应答案B解析氯离子移向阳极，发生氧化反应：2Cl2e=Cl2；钠离子移向阴极，发生还原反应：2Na2e=2Na。考点酸、碱、盐溶液的电解规律题点电解规律的综合应用6用石墨作电极，在Na、Cu2、Cl、SO等离子中选出适当离子组成电解质，电解其溶液，写出符合条件的一种电解质的化学式：(1)当阴极放出H2，阳极放出O2时，电解质是_。(2)当阴极析出金属，阳极放出O2时，电解质是_。(3)当阴极放出H2，阳极放出Cl2时，电解质是_。(4)通过电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量、阳极放出的气体的物质的量之比为421时，电解质是_。答案(1)Na2SO4(2)CuSO4(3)NaCl(4)CuSO4解析惰性电极电解电解质溶液的类型有电解水型、电解电解质型、放氢气生碱型和放氧气生酸型。再根据阴、阳离子在电极的放电顺序判断。(1)实质为电解水，故电解质是活泼金属的含氧酸盐，即Na2SO4。(2)实质为放氧气生酸型，即电解质为不活泼金属的含氧酸盐，即CuSO4。(3)实质为放氢气生碱型，即电解质为活泼金属的无氧酸盐，即NaCl。(4)由阳极生成气体和转移电子的物质的量之比为14，知阳极产生气体为O2,1molO2转移4mole，金属与电子的物质的量之比为12，故金属为2价，即Cu2，即为CuSO4。考点酸、碱、盐溶液的电解规律题点由电解产物判断相应的电解质题组一电解及其装置(电解池)1关于下图所示两个装置的叙述正确的是()A装置名称：是原电池，是电解池B硫酸浓度变化：增大，减小C电极反应式：中阳极：4OH4e=2H2OO2，中正极：Zn2e=Zn2D离子移动方向：中H向阴极方向移动，中H向负极方向移动答案B解析为电解池，电解水，阳极反应式为4OH4e=2H2OO2，硫酸的浓度增大；为原电池，溶液中的氢离子移向正极，正极反应式为2H2e=H2，硫酸的浓度减小。考点电解及其装置(电解池) 题点电解池的构成与识别2.如图所示，铜片、锌片和石墨棒用导线连接后插入番茄里，电流计中有电流通过，则下列说法正确的是()A锌片是负极B两个铜片上都发生氧化反应C石墨是阴极D两个番茄都形成原电池答案A解析Cu、C都不与酸性的番茄汁反应，故第一个装置是原电池，锌片是负极，铜片是正极，铜片上发生还原反应。第二个装置是电解池，Cu是阴极，发生还原反应，石墨是阳极，故B、C、D都错。3.如图装置中发生反应的离子方程式为Zn2H=Zn2H2，下列说法错误的是()Aa、b不可能是同种材料的电极B该装置可能是电解池，电解质溶液为稀盐酸C该装置可能是原电池，电解质溶液为稀盐酸D该装置可看作是铜锌原电池，电解质溶液是稀硫酸答案A解析若该装置为电解池，则a、b两电极的材料可以都为Zn，A项错误；在保证阳极为Zn时，该电解池的电解质溶液可以为稀盐酸，B项正确；在保证其中一电极的材料为Zn时，用活泼性比锌弱的材料作另一电极，该原电池的电解质溶液为稀盐酸或稀硫酸都可以，C、D项正确。考点电解及其装置(电解池) 题点电解池的构成与识别4某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在图中，下列有关分析完全正确的是()选项ABCDa电极阳极阴极阳极阴极d电极正极正极负极负极Q离子阳离子阳离子阴离子阴离子答案B解析根据题图知，该装置有外接电源，所以属于电解池，根据电子流向知，c是负极，d是正极，a是阴极，b是阳极，电解时，电解质溶液中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，则Q是阳离子，P是阴离子，故B正确。考点电解及其装置(电解池) 题点电解池的电极判断题组二电解规律及其应用5用惰性电极电解稀H2SO4、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是()AH2和Cl2BCu和Cl2CH2和O2DCu和O2答案B解析由题意知，溶液中存在H、Cu2、Na、SO、NO、Cl、OH，根据离子的放电顺序，阳离子为Cu2HNa，阴离子为ClOHSO、NO，则最初一段时间，阴极Cu22e=Cu，阳极2Cl2e=Cl2。考点酸、碱、盐溶液的电解规律题点电解结果的分析与判断6(2018温州市求知中学期中)恒温下用惰性电极电解某pHa的溶液一段时间后，测知溶液的pH没发生改变，则该溶液可能是()ANaOH溶液BCuSO4溶液CHCl溶液D稀Na2SO4溶液答案D解析电解NaOH溶液实质是电解水，溶液浓度增大，pH增大，故A错误；电解CuSO4溶液时，阴极上析出铜，阳极上放氧生酸，溶液的pH减小，故B错误；电解HCl溶液实质是电解HCl，溶液浓度减小，pH增大，故C错误。7.如图为直流电源电解稀硫酸钠溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是()Aa电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色Ba电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色C逸出气体的体积，a极的小于b极的D一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体答案B解析a极为阴极，H2O电离出的H放电，促进H2O的电离平衡向右移动，c(OH)增大，石蕊溶液变蓝色；b极为阳极，H2O电离出的OH放电，c(H)增大，石蕊溶液变红色，A项不正确，B项正确。a极产生H2，b极产生O2，H2的体积是O2体积的2倍，故C、D项不正确。考点酸、碱、盐溶液的电解规律题点电解结果的分析与判断8用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，在电解后的电解液中加适量水，就能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是()ANaClBNa2CO3CCuSO4DK2S答案B解析电解NaCl溶液时阳极和阴极分别为Cl和H放电，相当于电解HCl，恢复原浓度需通入适量HCl气体，A项错误；电解Na2CO3溶液时阳极和阴极分别为OH和H放电，相当于电解水，恢复原浓度需加入适量H2O，B项正确；电解CuSO4溶液时阳极和阴极分别为OH和Cu2放电，恢复原浓度需加入适量CuO或CuCO3，C项错误；电解K2S溶液时阳极和阴极分别为S2和H放电，恢复原浓度需通入适量H2S气体，D项错误。考点酸、碱、盐溶液的电解规律题点电解后电解质的复原题组三电解的相关综合9下列有关用惰性电极电解AgNO3溶液一段时间后的说法，正确的是()A电解过程中阳极的质量不断增加B电解过程中溶液的pH不断升高C此时向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复到电解前的状况D电解后两极产生的气体体积比为21答案C解析用惰性电极电解AgNO3溶液，总的电解反应式为4AgNO32H2O4AgO24HNO3，阴极上析出Ag，阳极上放出O2，A、D错误；由于生成HNO3，溶液的pH降低，B错误；要使溶液恢复到电解前的状况要加入的物质应是Ag2O，C正确。考点电解的相关综合题点电解规律的综合应用10(2018云南民族大学附中期末)利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2，并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列说法正确的是()Ab为直流电源的正极B将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，电极反应式不变C阳极的电极反应式为SO22H2O2e=SO4HD电解时，H由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室答案C解析二氧化硫被氧化为硫酸根离子，所以二氧化硫所在的区为阳极区，阳极与电源正极相连，则b为电源负极，故A错误；将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，电极反应式发生改变，故B错误；阳极的电极反应式为SO22H2O2e=SO4H，故C正确；电解时，阳离子移向阴极，所以H由阳极室通过阳离子交换膜到阴极室，故D错误。11载人空间站的生态系统中，要求分离人呼出的二氧化碳，同时需要提供氧气。某电化学装置利用太阳能转化的电能可以实现上述要求，同时还有燃料一氧化碳生成，该电化学装置中得电子的电极发生的反应是2CO24e2H2O=2CO4OH。下列判断错误的是()A上述电化学装置相当于电解池B上述装置进行的总反应为2CO2=2COO2C反应结束后该电化学装置中的电解质溶液碱性增强D失电子的电极发生的反应是4OH4e=2H2OO2答案C解析该电池是利用电能转化为化学能，符合电解池原理，所以题述电化学装置相当于电解池，故A正确；该电池中，阴极的电极反应式为2CO24e2H2O=2CO4OH，阳极上OH失电子生成氧气，得失电子数相同条件下，将两个电极反应式相加即得电池总反应式：2CO2=2COO2，故B正确；阴极反应生成的OH在阳极完全反应，电池总反应为2CO2=2COO2，所以反应结束后该电化学装置中的电解质溶液的碱性不变，故C错误；阳极上OH失电子生成氧气供给呼吸，电极反应式为4OH4e=2H2OO2，故D正确。考点电解的相关综合题点电解规律的综合应用12如图是CO2经电催化还原为CH4的装置示意图。下列说法不正确的是()A该过程是电能转化为化学能的过程B铜电极的电极反应式为CO28HCO8e=CH48CO2H2OC一段时间后，池中n(KHCO3)不变D一段时间后，池中溶液的pH一定下降答案C解析该装置连接有电源，则该过程是电能转化为化学能的过程，A项正确；二氧化碳转化为甲烷的反应过程中，碳元素的化合价降低，在铜电极上发生还原反应，电极反应式为CO28HCO8e=CH48CO2H2O，B项正确；由于池溶液中的碳酸氢根离子被消耗，故一段时间后，碳酸氢钾的物质的量减少，C项错误；池中的铜电极为阴极，发生还原反应，池中的铂电极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为4OH4e=O22H2O，该过程中有H生成，故溶液的pH降低，D项正确。考点电解的相关综合题点电解池的多池互联13如图所示装置为在直流电源的作用下电解CuSO4溶液的装置，其中A、B为石墨电极，a、b为电源的两极，当接通电源，通电一段时间后，将B电极取出，洗干净并干燥后称量，其质量增加了3.2g，则：(1)a电极为电源的_极。(2)写出电极反应式：A极_，B极_。(3)若使反应后的溶液恢复到原来状态，则应该加入_，加入_g。答案(1)正(2)4OH4e=O22H2O2Cu24e=2Cu(3)CuO4.0考点电解的相关综合题点电解规律的综合应用14如图X是直流电源。Y池中c、d为石墨棒，Z池中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后，发现d附近显红色。(1)b为电源的_(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)极。Z