高中化学第四章电化学基础第三节电解池第1课时电解原理学案新人教版.docx

第1课时电解原理 目标导航1.了解电解、电解池的概念，会描述电解池的工作原理。2.能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式。3.理解并掌握电解规律和电解产物的判断方法。一、电解CuCl2溶液的实验探究1实验操作如图所示，在U形管中注入CuCl2溶液，插入两根石墨棒电极，把湿润的KI淀粉试纸放在与直流电源正极相连的电极(阳极)附近。接通直流电源。2实验现象阴极石墨棒上逐渐覆盖一层红色物质，阳极石墨棒上有气泡逸出，并可闻到刺激性的气味，同时看到湿润的KI淀粉试纸变蓝色。3原理分析CuCl2是强电解质且易溶于水，H2O是弱电解质，微弱电离生成H和OH，因此溶液中存在Cu2、H、Cl和OH等4种离子。通电前，离子做自由移动；通电后，Cl和OH向阳极移动，Cu2和H向阴极移动。在阳极，OH、Cl均可能被氧化，由于Cl的放电能力比OH强，Cl优先于OH在阳极上发生反应；在阴极，Cu2和H都可能被还原，但Cu2的放电能力比H强，Cu2优先于H在阴极上发生反应。电极反应为阳极：2Cl2e=Cl2(氧化反应)；阴极：Cu22e=Cu(还原反应)。电解反应：CuCl2CuCl2。4实验结论在直流电的作用下，电能转化为化学能，CuCl2被电解为Cu和Cl2(Cu在阴极生成，Cl2在阳极生成)。二、电解原理1电解 让直流电通过电解质溶液(或熔融的电解质)，而在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫电解。2电解池(1)定义：将电能转化为化学能的装置。(2)组成：与直流电源相连的两个固体电极；电解质溶液或熔融的电解质；形成闭合回路。(3)电极名称与电极反应：阳极：与电源正极相连，溶液中阴离子移向此极，失去电子，发生氧化反应。阴极：与电源负极相连，溶液中阳离子移向此极，得到电子，发生还原反应。(4)电子流向电源负极导线电解池的阴极；电解池的阳极导线电源的正极。(5)电解方程式：如电解熔融NaCl：2NaCl(熔融)2NaCl2【合作探究】1电解时电子通过电解质溶液吗？答案电解质溶液通电电解时，在外电路中有电子通过，而溶液中是依靠离子定向移动，形成了电流。2电解质溶液导电时，一定会有化学反应发生吗？答案一定有化学反应发生，因为在电解池的两极发生了氧化还原反应，有电子转移，生成了新物质，所以一定有化学反应发生。3电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？在放H2生碱型的电解中，若滴入酚酞试液，哪一极附近溶液变红？答案放H2生碱型实质是水电离出的H在阴极上放电，破坏了阴极附近水的电离平衡，使OH浓度增大，若滴入酚酞试液，阴极附近溶液变红；放O2生酸型的实质是水电离出的OH在阳极上放电，破坏了阳极附近水的电离平衡，使H浓度增大。4要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？答案应具体情况具体分析，若通电一段时间，CuSO4未电解完(即Cu2未全部放电)，使溶液复原应加入CuO，而加入Cu(OH)2会使溶液的浓度减小；若Cu2全部放电，又继续通电一段时间(此时电解水)，要使溶液复原应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，若只加入CuO，此时浓度偏大。【练一练】判断正误(正确打“”，错误打“”)(1)电解是把化学能转化为电能( )(2)电解质溶液导电一定发生化学反应( )(3)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现( )(4)任何溶液被电解时，必须导致氧化还原反应的发生( )(5)电解、电离均需要通电才能实现( )(6)电解质溶液的导电过程就是该溶液的电解过程( )一、电解原理及电解时两电极产物的判断1阳极产物的判断(1)活性金属电极(金属活动性顺序表中排在Ag之前)，电极金属失电子，生成对应的金属阳离子，阴离子不放电。(2)惰性电极(Au、Pt、石墨)，溶液中的阴离子失电子，生成对应的非金属单质或高价化合物。阴离子放电顺序：S2IBrClOH高价态含氧酸根F。2阴极产物的判断(1)与电极材料无关，直接根据阳离子放电顺序进行判断，溶液中的阳离子得电子生成对应的单质或低价化合物。(2)阳离子的放电顺序：AgHg2Fe3Cu2HPb2Sn2Ni2Fe2Zn2Mn2较活泼金属阳离子(注意Fe3的顺序)。【例1】如图是电解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电流从电源的正极流出，故a为正极，b为负极；c为阳极，d为阴极。电解时，因Cu2移向阴极d，在阴极放电析出Cu，故d电极质量增加；Cl移向阳极c，在阳极放电逸出Cl2，导致溶液中Cl浓度降低。答案C【反思感悟】电解池阴极和阳极的判断依据(1)电源的正极、负极、离子移动方向、发生反应的类型。(2)电极质量变化：质量减轻为阳极，质量增加为阴极。(3)电极产物：有Cl2或O2析出的电极为阳极，有H2产生的电极为阴极。(4)溶液变化：电解某中性溶液时，附近溶液能使酚酞呈红色的电极为阴极。变式训练1用惰性电极电解AgNO3溶液，下列说法不正确的是()A电解过程中阴极质量不断增加B电解过程中溶液的pH不断降低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D解析处理有关电解问题首先应注意电极材料，在此基础上写出电极反应和总的电解反应式，根据总的电解反应式来分析电解前后的物质变化和溶液浓度变化，分析溶液的pH变化必须注意原溶液的pH情况。用惰性电极电解AgNO3溶液，总的电极反应式为4AgNO32H2O4AgO24HNO3。可知：阴极上析出Ag，阳极上放出O2，故A正确、D错误；由于生成HNO3溶液，pH应不断降低，B正确；要使溶液恢复电解前的状况要看加入的物质在溶液中的反应：2Ag2O4HNO3=4AgNO32H2O；得到的物质恰好是反应掉的物质，可以使溶液恢复电解前的状况，C正确。二、惰性电极电解电解质溶液的规律类型实例电解质特点电极反应特点电解质浓度pH值电解质溶液复原方法阴极阳极电解水型NaOH可溶性强碱4H4e=2H24OH4e=2H2OO2增大增大加水H2SO4含氧酸增大减小加水Na2SO4活泼金属含氧酸盐增大不变加水电解电解质型HCl无氧酸2H2e=H22Cl2e=Cl2减小增大通氯化氢CuCl2不活泼金属无氧酸盐Cu22e=Cu减小增大加氯化铜放H2生碱型NaCl活泼金属无氧酸盐2H2e=H2生成新电解质增大通氯化氢放O2生酸型CuSO4不活泼金属含氧酸盐Cu22e=Cu4OH4e=2H2OO2生成新电解质减小加氧化铜【关键提醒】惰性电极电解电解质溶液后要恢复原电解质溶液的浓度，需加适量的某物质时，遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则，所加物质可以是阴极与阳极产物的化合物。【例2】下图为直流电源电解稀Na2SO4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，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电解Na2SO4溶液时，a为阴极：4H4e=2H2，b为阳极：4OH4e=O22H2O；a极周围由于H放电溶液呈碱性，石蕊显蓝色，b极周围由于OH放电溶液呈酸性，石蕊显红色。答案D【反思感悟】判断电解后溶液酸、碱生成的方法(1)若电解产物只有H2，而无O2，则阴极生成碱。(2)若电解产物只有O2，而无H2，则阳极生成酸。(3)若电解产物既有O2，又有H2，且二者物质的量之比为12，则实质是电解水，阳极生成酸，阴极生成碱，最终溶液中无酸和碱生成。变式训练2下图中X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无味气体放出。符合这一情况的是下表中的()选项a电极b电极X电极溶液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答案A解析由a极板质量增加，知溶液中阳离子在a极板析出，则a为阴极，X为负极；因B中a极板不析出金属，C中X为正极，故B、C错；又由b极板有无色无味气体放出，知D错。三、电解池中电极反应式的书写【例3】根据以下装置图书写电极反应式和总反应离子方程式。答案(1)阴极：4Ag4e=4Ag阳极：4OH4e=2H2OO2总反应：4Ag2H2O4Ag4HO2(2)阳极：Fe2e2OH=Fe(OH)2阴极：2H2e=H2总反应：Fe2H2OFe(OH)2H2(3)阳极：Cu2e=Cu2阴极：2H2e=H2总反应：Cu2HCu2H2【归纳总结】1做到“三看”，正确书写电极反应式(1)一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注：Fe生成Fe2而不是生成Fe3)。(2)二看介质，介质是否参与电极反应。(3)三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。2规避“三个”失分点(1)书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。(2)要确保两极电子转移数目相同，且应注明条件“电解”。(3)电解水溶液时，应注意放电顺序中H、OH之后的离子一般不参与放电。变式训练3根据下列装置图，回答问题。(1)若A、B均为惰性电极，电解质溶液为MgCl2溶液。阳极：_；阴极：_；总反应式：_。(2)若A为Cu，B为碳棒，电解质溶液为CuSO4溶液。阳极：_；阴极：_。(3)若A为碳棒，B为铁，电解质为熔融NaCl。阳极：_；阴极：_；总反应式_。答案(1)2Cl2e=Cl22H2e=H2Mg22Cl2H2OCl2H2Mg(OH)2(2)Cu2e=Cu2Cu22e=Cu(3)2Cl2e=Cl22Na2e=2Na2NaCl(熔融)2NaCl21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变成化学能的装置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D2用石墨作电极，电解下列物质的溶液，其实质不是电解水的是()ANaNO3 BNaOH CNa2SO4 DNaCl答案D3.如图所示，铁片、铜片和CuSO4溶液可以构成原电池或电解池，下列说法正确的是()A构成原电池时，Cu极反应式为Cu2e=Cu2B构成电解池时，Cu极质量可能减少也可能增加C构成电解池时，Fe极质量一定减少D构成的原电池或电解池在工作时的反应原理一定不同答案B解析用导线将两极直接相连构成原电池，此时发生的反应为FeCu2=Fe2Cu，Fe极作负极，发生的电极反应为Fe2e=Fe2，Cu极作正极，发生的电极反应为Cu22e=Cu，A项错误。若接通直流电源构成电解池，有两种情况：(1)铁与电源负极相连作阴极，阴极发生还原反应：Cu22e=Cu，铜与电源正极相连作阳极，阳极发生氧化反应：Cu2e=Cu2；(2)铜与电源负极相连作阴极，阴极发生还原反应：Cu22e=Cu，铁与电源正极相连作阳极，阳极发生氧化反应：Fe2e=Fe2，此时的电解总反应为FeCu2Fe2Cu，反应的原理和构成原电池时一样。综上分析，B项正确，C、D项错误。4用石墨作电极电解CuCl2和KCl的混合溶液，电解初期阴极和阳极析出的物质分别是()AH2、Cl2 BCu、Cl2 CH2、O2 DCu、O2答案B解析本题考查离子放电顺序，溶液中的离子有Cu2、K、H及Cl、OH五种离子，得电子能力：Cu2HK，失电子能力：ClOH，所以电解初期：阴极：Cu22e=Cu，阳极：2Cl2e=Cl2，故选B。5用惰性电极电解下列溶液，其中随着电解的进行，溶液pH逐渐减小的是()氯化钠溶液硫酸铜溶液氢氧化钠溶液稀硫酸稀盐酸硫酸钠溶液A B C D答案C6用惰性电极电解下列溶液一段时间后(溶质仍有剩余)再加入一定量的某种物质(方括号内物质)，能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是()AAgNO3AgNO3 BNaOHH2OCKClKCl DCuSO4Cu(OH)2答案B 基础过关一、电解池的电极名称的判断1关于原电池、电解池的电极名称，下列说法错误的是()A原电池中失去电子的一极为负极B电解池中与直流电源负极相连的一极为阴极C原电池中相对活泼的一极为正极D电解池中发生氧化反应的一极为阳极答案C解析根据两池的结构与反应原理可确定，原电池中相对活泼的一极为负极。2若某装置发生如下反应：Cu2H=Cu2H2，关于该装置的有关说法正确的是()A该装置一定为原电池B该装置为电解池C若为原电池，Cu为正极D电解质溶液可能是硝酸溶液答案B解析已知反应为非自发的氧化还原反应，故该装置应为电解池，而非原电池，但电解质不能为HNO3，否则得电子的为NO，而不是H得电子放出H2。3如图所示，将锌棒和铜棒插入稀硫酸中。下列说法正确的是()A甲装置中锌棒作负极发生氧化反应，乙装置中锌棒作阴极发生还原反应B甲装置中电子由锌棒经导线流向铜棒C乙装置中电解质溶液中的氢离子流向锌棒D甲、乙两个装置的反应原理不同答案B解析本题的易错之处是混淆原电池、电解池的电极名称及电极反应的类型。甲装置是原电池，锌棒作负极失去电子被氧化，乙装置是电解池，锌棒与电源的正极相连，作阳极发生氧化反应，A项错误。甲装置中锌棒作负极失去电子，电子经过导线流向铜棒，B项正确。乙装置中电解质溶液中的氢离子向阴极铜棒移动，C项错误。甲、乙两装置中对应的氧化还原反应均为Zn2H=Zn2H2，反应原理相同，D项错误。二、电极反应式、电解方程式的书写4有关甲、乙、丙、丁四个图示的叙述正确的是()A甲中负极反应式为2H2e=H2B乙中阳极反应式为Age=AgC丙中H向碳棒方向移动D丁中电解开始时阳极产生黄绿色气体答案C解析由图知，甲、丙为原电池，甲中Zn为负极，负极反应式为Zn2e=Zn2，A错；丙中Fe为负极，碳棒为正极，H向正极移动，C正确；乙、丁为电解池，乙中Ag作阳极，本身失电子，B错；丁中放电顺序：ICl，开始产生I2，D错。5下面列出了电解不同物质的电极反应式，其中错误的是()A电解饱和食盐水，阴极：Nae=NaB电解CuSO4溶液，阴极：Cu22e=CuC电解熔融NaCl，阴极：Nae=NaD电解NaOH溶液，阳极：4OH4e=2H2OO2答案A解析本题考查了电极反应式的书写和电极产物的判断。A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。6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()2Cu22H2O2Cu4HO2Cu22ClCuCl22Cl2HH2Cl22H2O2H2O2A B C D答案D解析由n(CuSO4)n(NaCl)13得n(Cu2)n(Cl)13，根据放电顺序，阴离子：ClOHSO，阳离子：Cu2HNa，知该电解过程分为3个阶段，第一阶段：电解CuCl2溶液：Cu22ClCuCl2；第二阶段：电解NaCl溶液：阴极：2H2e=H2，阳极：2Cl2e=Cl2，两式相加得到总反应式2Cl2HH2Cl2，忽略了H来自于水，书写总反应式时不能将两式简单相加，而应将H改写成H2O而生成OH，即2Cl2H2O2OHH2Cl2；第三阶段：电解H2O：2H2O2H2O2。三、酸、碱、盐溶液的电解规律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)2BNaOH、CuSO4、H2SO4CNaOH、H2SO4、Ba(OH)2DNaBr、H2SO4、Ba(OH)2答案C解析本题考查离子放电顺序的应用，考查学生的分析判断能力。电解盐酸的方程式为2HClCl2H2，A选项错；电解CuSO4溶液的方程式为2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2，B选项错；电解NaBr溶液的方程式为2NaBr2H2O2NaOHH2Br2，D选项错。8用惰性电极电解某溶液时，发现两极只有H2和O2生成，则电解一段时间后，下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中正确的有()该溶液的pH可能增大；该溶液的pH可能减小；该溶液的pH可能不变；该溶液的浓度可能增大；该溶液的浓度可能不变；该溶液的浓度可能减小A BC D全部答案C解析用惰性电极电解时两极只有H2和O2，则实质上电解的是水，电解质不参与反应。该电解质有3种可能，如电解H2SO4溶液时，水被电解，H2SO4浓度变大，pH减小；电解NaOH溶液时，水被电解，NaOH浓度变大，pH增大；电解Na2SO4溶液时，水被电解，Na2SO4浓度变大，pH不变，但若NaOH溶液、Na2SO4溶液是饱和溶液则浓度不变，故、正确，不可能。9Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理论设计的制取Cu2O的电解池示意图如图，电解总反应为2CuH2OCu2OH2。下列说法正确的是()A石墨电极上产生氢气B铜电极发生还原反应C铜电极接直流电源的负极D当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成答案A解析由电解总反应式可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，电极反应为2H2e=H2，A选项正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应为2Cu2OH2e=Cu2OH2O，当有0.1 mol电子转移时，有0.05 mol Cu2O生成，D选项错误。10.如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法中正确的是()AX是正极，Y是负极BX是负极，Y是正极CCuSO4溶液的pH逐渐增大DCuSO4溶液的pH不变答案A解析根据题意，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色，说明b极上有H2产生，电极反应式为2H2e=H2，即b为阴极，则Y为负极，X为正极，A正确、B错误；X为正极，则Pt作阳极，电极反应式为4OH4e=2H2OO2，c(OH)不断减小，则c(H)不断增大，溶液的pH逐渐减小，C、D错误。能力提升11根据电解规律，填空：(1)用惰性电极电解氯化钾溶液。阴极反应式是_，阳极反应式是_。电解的化学方程式是_。电解后溶液的pH变化是_；欲使电解后的溶液复原，需加入的物质是_。(2)在硫酸铜溶液中，插入两个电极进行电解。若两极均为Pt电极，则阳极反应式是_，阴极反应式是_ _，电解的化学方程式是_。若两极均为铜片，则阳极反应式是_，阴极反应式是_ _，电解过程中溶液的浓度变化是_。若阳极为锌片，阴极为铜片，则阳极反应式是_，电解过程中两极的变化是_。答案(1)2H2e=H22Cl2e=Cl22KCl2H2O2KOHH2Cl2增大HCl气体(2)4OH4e=2H2OO22Cu24e=2Cu2CuSO42H2O2CuO22H2SO4Cu2e=Cu2Cu22e=Cu不