高中化学第一章化学反应与能量转化第二节电能转化为化学能-电解第1课时学案.docx

第2节 电能转化为化学能电解第1课时电解的原理课标要求1了解电解池的构成。2了解电解池的电极名称，会写电极反应方程式。3掌握电解池工作时，溶液中阴阳离子的放电顺序。1电解池组成“三条件”(1)外接电源以及与电源相连的两个电极；(2)电解质溶液；(3)闭合回路。2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。3离子放电“两顺序”(惰性电极)阳极：S2IBrClOH；阴极：AgFe3Cu2H(酸)Sn2Zn2H水Al3。1电解熔融NaCl(1)实验现象：通电后，在石墨片周围有气泡产生，在铁片上生成银白色金属。(2)实验分析：熔融氯化钠中存在的微粒Na、Cl。通电后离子的运动方向：阳离子Na(填离子符号)移向铁电极，阴离子Cl(填离子符号)移向石墨电极。电极上发生的变化：铁电极：2Na2e=2Na，石墨电极：2Cl2e=Cl2。(3)实验结论：熔融的氯化钠在电流作用下发生了化学变化，分解生成了钠和氯气。2电解让直流电通过电解质溶液或熔融电解质，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。3电解池(1)概念：将电能转化为化学能的装置。(2)构成条件直流电源以及与电源相连的两电极；电解质溶液或熔融状态的电解质；形成闭合回路。(3)电极及电极反应阳极：发生氧化反应的电极；阴极：发生还原反应的电极。电极反应：在电极上进行的半反应，它可以表示电极上物质的变化情况和电子的转移情况。4电解池工作原理(1)电极反应类型阳极氧化反应；阴极还原反应。(2)电子流向：电源负极阴极；阳极电源正极。(3)电流方向：电源正极阳极；阴极电源负极。(4)离子流向：阳离子阴极；阴离子阳极。用石墨作电极电解CuCl2溶液。(1)通电前溶液中存在哪些离子？这些离子怎样运动？提示：由CuCl2电离出的Cu2、Cl、H2O电离出的少量H、OH，这些离子作自由移动。(2)通电后离子怎样移动？提示：Cu2、H向阴极移动，Cl、OH向阳极移动。(3)在两极各是什么离子发生反应？产物分别是什么？提示：Cu2、H应在阴极发生还原反应，由于氧化性Cu2H，则Cu2首先被还原生成铜：Cu22e=Cu；Cl、OH应在阳极发生氧化反应，由于还原性ClOH，Cl首先被氧化生成氯气：2Cl2e=Cl2，即阴极产物是铜，阳极产物是氯气。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电解产物的判断方法(1)阳极产物的判断：首先看电极材料。若为活性电极(除Au、Pt石墨以外的金属材料)，则电极材料失电子，电极溶解生成相应的金属阳离子。若为惰性电极(Au、Pt、石墨)，则依据溶液中阴离子的失电子能力加以判断。离子放电(失电子)顺序：S2IBrClOHSO(等含氧酸根离子)。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子放电(得电子)顺序判断，生成相应的金属单质(或氢气)AgHg2Fe3Cu2HPb2Sn2Zn2Al3Mg2NaCa2K。特别提醒当溶液中的Zn2的浓度远大于水溶液中H浓度时，得电子能力为Zn2H。K、Na、Ca2、Mg2、Al3只在熔融状态下放电，在水溶液中不放电。1.如图是电解熔融NaCl制备金属钠的装置示意图，下列有关判断正确的是()A通过该装置可以将化学能转变为电能B石墨电极为正极CNa在铁极上得到电子被还原为钠原子D铁电极为阳极解析：选C该装置为电解装置，电能转化为化学能，石墨电极作阳极，铁电极为阴极。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()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，氯离子浓度不变解析：选C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C项正确。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电解规律类型电解质类别电极反应电解质复原电解水型含氧酸，如H2SO4阴极：4H4e=2H2阳极：4OH4e=2H2OO2电解化学方程式：2H2O2H2O2加水可溶性强碱，如NaOH活泼金属含氧酸盐，如KNO3电解电解质自身型无氧酸，如HCl阴极：2H2e=H2阳极：2Cl2e=Cl2电解化学方程式：2HClH2Cl2加溶质(如HCl)不活泼金属无氧酸盐，如CuCl2阴极：Cu22e=Cu阳极：2Cl2e=Cl2电解化学方程式：CuCl2CuCl2加溶质(如CuCl2)放H2生碱型活泼金属无氧酸盐，如NaCl阴极：2H2e=H2阳极：2Cl2e=Cl2电解离子方程式：2Cl2H2OCl2H22OH加HCl放O2生酸型不活泼金属含氧酸盐，如CuSO4阴极：2Cu24e=2Cu阳极：4OH4e=2H2OO2电解离子方程式：2Cu22H2O2CuO24H加CuO1用铂做电极电解下列物质的水溶液，电解方程式正确的是()ACuSO4溶液：2H2O2H2O2B稀硫酸：2H2O2H2O2CCuCl2溶液：2CuCl22H2O2CuO24HClDNaCl溶液：2NaCl2NaCl2解析：选B当电解池的电极是惰性电极时，阳极不溶解。A项，正确的电解方程式为2CuSO42H2O2CuO22H2SO4；B项，实质是电解水，电解方程式正确；C项，正确的电解方程式为CuCl2CuCl2；D项，电解的是NaCl溶液，而不是熔融NaCl，正确的电解方程式为2NaCl2H2OH2Cl22NaOH。2用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定量的另一种物质(括号内物质)，电解液基本不变的是()ACuCl2(CuSO4)BNaOH(NaOH)CNaCl(HCl) DCuSO4Cu(OH)2解析：选CC中电解NaCl溶液时NaOH仍留在原溶液中，H2、Cl2逸出，则损失了H、Cl两种元素，且物质的量之比是11，故加入HCl是正确的；A中电解CuCl2溶液时，损失了Cu和Cl两种元素，加入CuSO4不能弥补Cl，而多了SO；B中电解NaOH溶液时，损失了H、O两种元素，若加入NaOH则增加了Na；D中电解CuSO4溶液时，损失了Cu、O两种元素，若加入Cu(OH)2则增加了H2O。3写出用惰性电极电解下列溶液的电极反应式和总反应方程式：(1)电解NaCl溶液：阳极：_；阴极：_。总反应式：_。(2)电解CuSO4溶液：阳极：_；阴极：_。总反应式：_。答案：(1)2Cl2e=Cl22H2e=H22NaCl2H2OH2Cl22NaOH(2)4OH4e=O22H2O2Cu24e=2Cu2CuSO42H2O2CuO22H2SO4三级训练节节过关1下列是电解不同物质的电极反应，其中错误的是()A电解饱和食盐水阴极：Nae=NaB电解Na2SO4溶液阳极：4OH4e=2H2OO2C电解熔融NaCl阴极：Nae=NaD电解NaOH溶液阳极：4OH4e=2H2OO2解析：选AA项中电解饱和食盐水时，阴极应是H2O电离出的H得电子放出H2。2用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解液的pH下降的是()CuSO4AgNO3BaCl2H2SO4ABC D解析：选A阴极质量增加，应是金属阳离子在阴极放电；电解液pH下降，应是OH在阳极放电。3用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为13的CuSO4和NaCl的混合溶液，可能发生的反应有()2Cu22H2O2Cu4HO2Cu22ClCuCl22Cl2H2O2OHH2Cl22H2O2H2O2A BC D解析：选C阴极阳离子的放电先后顺序为Cu2、H，阳极阴离子放电的先后顺序为Cl、OH，通电时首先发生的反应为Cu22ClCuCl2，Cu2全部还原后，Cl还有剩余，此时阴极放电的离子是H2O电离产生的H，因此反应为：2Cl2H2O2OHH2Cl2，当Cl全部氧化后，溶液中的溶质为Na2SO4、NaOH，继续通电实质是电解水：2H2O2H2O2，故正确选项为C。4用惰性电极电解足量的Cu(NO3)2溶液，下列说法中不正确的是()A阴极发生的电极反应为Cu22e=CuB阳极发生的电极反应为4OH4e=2H2OO2C若有6.4 g金属Cu析出，放出的O2为0.05 molD恰好电解完时，加入一定量的Cu(NO3)2溶液可恢复到原来的浓度解析：选D惰性电极电解足量的Cu(NO3)2溶液，阴极的电极反应为Cu22e=Cu，阳极的电极反应为4OH4e=2H2OO2，若有6.4 g金属Cu(即0.1 mol)析出，转移电子0.2 mol，放出的O2为0.2 mol40.05 mol，恰好电解完时，应加入一定量的CuO溶液可恢复到原来的浓度，A、B、C正确，D错误。5从NO、SO、H、Cu2、Ba2、Ag、Cl等离子中选出适当的离子组成电解质，采用惰性电极对其溶液进行电解。(1)两极分别放出H2和O2时，电解质的化学式可能是_(至少答一种，下同)；(2)若阴极析出金属、阳极放出O2时，电解质的化学式可能是_；(3)两极分别放出气体，且体积比为11，电解质的化学式可能是_。解析：(1)该题找两极分别放出H2和O2的电解质，其阳离子是H或比H放电能力弱的Ba2；阴离子是OH或比OH放电能力弱的SO、NO，则分别由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质符合题意。(2)阴极上的阳离子应是比H放电能力强的Cu2、Ag，阳极上阴离子应是放电能力弱于OH的NO、SO，由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质，即符合题意。(3)阴极放出的是H2，阳极是Cl放电生成Cl2。答案：(1)H2SO4、HNO3、Ba(NO3)2(2)Cu(NO3)2、CuSO4、AgNO3(3)HCl、BaCl21下列装置中属于电解池的是()解析：选CA项装置是原电池；B项装置既不能构成原电池(两电极相同)也不能构成电解池(无直流电源)；C项装置是电解池；D项装置不能形成闭合回路，故不能构成原电池。2电解池中，阳极一定()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阳极材料若为活泼金属则直接发生氧化反应；若为惰性电极，则最易失电子的阴离子发生氧化反应。3电解CuCl2和NaCl的混合溶液，阴极和阳极上首先析出的物质分别是()ACu和Cl2 BH2和Cl2CH2和O2 DCu和O2解析：选A在CuCl2和NaCl溶液中，Cu2、Na、H向阴极移动，因Cu2氧化性最强，则阴极反应为Cu22e=Cu，而Cl、OH向阳极移动，因Cl的还原性比OH强，所以阳极反应为2Cl2e=Cl2，故电解时阴极、阳极首先析出的物质分别为Cu和Cl2。4某同学欲完成2HCl2Ag=2AgClH2反应，设计了下列四个实验，你认为可行的是()解析：选C银在金属活动性顺序中位于氢之后，因此Ag不能直接与盐酸反应，可利用电解的方式使反应得以进行。根据元素化合价的变化，Ag须失电子成为Ag，因此Ag为阳极。5用石墨电极电解某酸溶液时，在相同条件下，阴、阳两极收集到的气体的体积之比是21，则下列结论正确的是()A阴极上一定产生H2，阳极上一定产生O2B该酸可能是盐酸C电解后溶液的酸性减弱D阳极的电极反应式为2H2e=H2解析：选A电解酸溶液时，H在阴极上放电产生H2，又因阴、阳两极收集到的气体的体积之比是21，可知阳极上一定产生O2，故该酸为含氧酸，电解该酸溶液的实质是电解水，则电解后溶液的酸性增强。6.如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。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()A逸出气体的体积(标准状况下)，a电极的小于b电极的B一电极逸出无味气体，另一电极逸出有刺激性气味气体Ca电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色Da电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色解析：选D由图可知a为阴极，b为阳极，由于电极为石墨，且在溶液中存在的微粒为Na、SO、H和OH，故电极反应为阳极4OH4e=O22H2O；阴极4H4e=2H2，两极均产生无色、无味气体，且阳极气体比阴极气体少；由于阳极附近OH减少，故溶液呈酸性，由于阴极附近H减少，故溶液呈碱性，故滴入石蕊溶液，阳极附近显红色，阴极附近显蓝色。7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)2 BNaOH、CuSO4、H2SO4CNaOH、H2SO4、Ba(OH)2 DNaBr、H2SO4、Ba(OH)2解析：选C电解时只生成氢气和氧气，则电解质所含的阳离子在H之后放电，阴离子应该在OH之后放电。电解HCl溶液的方程式为2HClCl2H2，A项错误；电解CuSO4溶液的方程式为2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2，B项错误；电解NaBr溶液的方程式为2NaBr2H2O2NaOHH2Br2，D项错误。8以石墨为电极，电解KI溶液(其中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变小解析：选D以石墨为电极，电解KI溶液时，阴离子在阳极的放电能力IOH，阳离子在阴极的放电能力HK，所以该电解反应为2KI2H2OI2H22KOH。由于在溶液中含有少量酚酞和淀粉，所以在阳极附近碘单质遇淀粉，溶液变为蓝色；在阴极由于产生氢气，溶液显碱性，遇酚酞，溶液变为红色。因为产生了碱，溶液碱性增强，所以溶液的pH变大。9如下图装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，a极附近溶液呈红色。(1)电源的负极是_，B中的阳极是_。(2)电极质量增加的是_，A溶液的pH_(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)B装置用U形管的原因是_。解析：题给装置是电解装置，根据现象推断，a、b为惰性电极，a附近溶液显红色，即a附近溶液呈碱性。则a极析出H2，发生还原反应，是阴极。故电源X是负极，Y是正极。在A装置中，铂极是阴极，铜极是阳极。阳极活性电极本身放电，阴极是Cu2放电，即阳极：Cu2e=Cu2(氧化反应)，阴极：Cu22e=Cu(还原反应)，故A装置是典型的电镀装置，pH无变化，各离子浓度也无变化。B用U形管是为了让H2和Cl2分开，防止爆炸。电解方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2。答案：(1)Xb(2)Pt不变(3)防止H2、Cl2混合后发生爆炸10用惰性电极电解下列电解质溶液：硫酸；盐酸；NaOH溶液；Na2SO4溶液；CuCl2溶液；NaCl溶液；CuSO4溶液。请依据所学知识回答下列问题(填序号)：(1)阴极反应与相同的有_，与相同的有_。(2)阳极反应与相同的有_，与相同的有_。(3)写出电解下列溶液的化学方程式：_；_；_。(4)只有水被电解的是_，只有电解质本身被电解的是_，电解质和水都被电解的是_。(5)电解后溶液的pH显著增大的是_，减小的是_。(6)欲使溶液电解后复原需_，欲使电解后的复原需加入_。答案：(1)(2)(3)2H2O2H2O22NaCl2H2O2NaOHH2Cl22CuSO42H2O2H2SO42CuO2(4)(5)(6)通入HCl气体CuO1同温、同压下，用惰性电极在U形管中电解下列物质的水溶液，消耗相同的电量，生成气体体积最大的是()A饱和食盐水 BCuCl2溶液CCuSO4溶液 DNaOH溶液解析：选A电解饱和食盐水，两极分别产生氢气和氯气，假设转移2 mol电子，生成氢气和氯气各1 mol，共2 mol；而电解CuCl2溶液产生的气体只有氯气，转移2 mol电子，生成氯气1 mol；电解CuSO4溶液，产生的气体只有氧气，转移2 mol电子，生成氧气0.5 mol；电解NaOH溶液，两极分别产生氢气和氧气，转移2 mol电子，生成氢气1 mol、氧气0.5 mol，共1.5 mol。2下列有关水的电解实验的说法中不正确的是()A为提高水的电解速率，可以在水中加入少量的氯化钠B若在水中加入少量的硫酸钠，电解结束后溶液的pH将会保持不变C电解过程中，阴极区附近溶液的pH会增大D当电解产生氧气1.12 L(标准状况)时，转移电子的物质的量为0.2 mol解析：选A氯化钠是电解质，加入少量的氯化钠后，电解速率加快，但是电解时氯离子要失电子，阳极得到氯气；加入少量的硫酸钠，实为电解水，硫酸钠浓度增大，但溶液的pH将会保持不变；电解过程中，阴极区氢离子得电子，氢氧根离子浓度增大，溶液的pH增大；产生1 mol氧气转移4 mol e，故产生氧气1.12 L(标准状况)时，转移电子的物质的量为0.2 mol。3.某同学按右图所示的装置进行电解实验。下列说法错误的是()A电解初期，石墨电极上有H2产生B整个电解过程中，H的浓度不断增大C电解一定时间后，石墨电极上有铜析出D电解初期，总反应方程式为CuH2SO4CuSO4H2解析：选B电解初期，阳极发生的电极反应为Cu2e=Cu2；阴极发生的电极反应为2H2e=H2。电解一段时间后，成为电镀铜，溶液中离子浓度及pH等不再变化。4按图甲所示装置进行实验，若乙中横坐标x表示通过电极的电子的物质的量，则下列叙述正确的是()AF表示反应生成Cu的物质的量BE表示反应消耗H2O的物质的量CE表示反应生成O2的物质的量DF表示反应生成H2SO4的物质的量解析：选B题图甲装置中发生的反应为2CuSO42H2O2CuO22H2SO4，当转移4 mol电子时，消耗H2O 2 mol，生成的Cu、O2和H2SO4的物质的量分别为2 mol、1 mol、2 mol。5下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题意表明电极b、d上没有气体逸出，所电解的盐溶液中金属元素，应该在金属活动顺序表中(H)以后，只有D符合题意。6将含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解，且电解时间足够长。有以下结论：溶液中几乎没有Br；电解质溶液为无色；最终溶液显碱性；K、Na和SO的浓度几乎没有变化。正确的是(设Cl2、Br2全部从溶液中逸出)()A B仅C D均正确解析：选A溶液中存在的阴离子有：Cl、Br、SO、OH，阳离子有：K、Cu2、Na、H。因用惰性电极电解足够长时间，阴离子首先放电的是Br：2Br2e=Br2，其次是Cl：2Cl2e=Cl2，最后是OH：4OH4e=2H2OO2，SO在溶液中不放电，阳离子首先放电的是Cu2：Cu22e=Cu，其次是H：2H2e=H2。所以先电解CuBr2，阳极生成Br2，阴极析出Cu，当CuBr2电解完毕时，相当于继续电解HCl(H来源于水)，当Cl消耗尽时，则继续电解水。由于Cu2转化为Cu，电解液变为无色；Cl放电时，水电离出的H放电，使溶液中的OH浓度增大；由于电解足够长时间，水被消耗，K、Na、SO浓度会增大。7如下图所示，x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极极板质量增加，b极极板处有无色无味的气体放出，符合这一情况的是()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A由题意知a极板质量增加，a应为阴极，则b为阳极，x为电源的负极，y为电源正极。A选项中a极板为阴极，b极板为阳极，参考各个选项知，A项符合，电解时，a极有Cu附着，b极有O2放出；B项不符合，电解时a极无质量变化；C项阳极为Fe，为活性电极，电解时Fe在阳极放电溶解，无气体生成，故C项不符合；D项电解时，Cl在阳极放电生成Cl2，Cl2为黄绿色有刺激气味的气体，与题意不符合。8将0.2 mol AgNO3、0.4 mol Cu(NO3)2、0.6 mol KCl溶于水，配成100 mL溶液，用惰性电极电解一段时间后，若在一极析出0.3 mol Cu，此时在另一极上产生的气体体积(标准状况)为()A4.48 LB5.6 LC6.72 LD7.84 L解析：选BAgNO3和KCl反应后，溶液中能发生放电的离子为0.4 mol Cu2、0.4 mol Cl及H和OH；阴极生成0.3 mol Cu时，转移电子0.6 mol。阳极先发生反应2Cl2e=Cl2，0.4 mol Cl放电消耗 0.4 mol电子，生成0.2 mol Cl2；再发生反应4OH4e=2H2OO2，消耗0.2 mol电子，生成0.05 mol O2，故阳极共生成气体0.25 mol，体积为5.6 L(标准状况)。9.如图为持续电解含有一定量CaCl2水