高中化学 12 课时3 电解池的工作原理及应用试题 苏教版选修4.doc

1-2 课时3 电解池的工作原理及应用知能定位1.掌握电解、电解池概念和电解原理，能正确地判断阴极、阳极，并能正确地写出电极反应式和电解化学方程式。2.通过学习电解食盐水、电镀，认识电解原理的重要应用。情景切入通过将电能转化为化学能，可以使许多在通常条件下不能发生的反应得以进行。这对于化工生产、金属冶炼、实验室研究以及人们的日常生活都具有十分重要的意义。自主研习一、电解的原理1.熔融氯化钠的电解 (1)实验现象：通电后，在阳极周围有zz(z气泡zz)产生，在阴极上生成银白色金属。（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：阳离子na+ (填离子符号)移向阴极阴离子cl (填离子符号)移向阳极电极上发生的变化:阴极:2na+2e-=2na,阳极：2cl-=2e-+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.基本概念（1）电解在直流电的作用下，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。（2）电解池定义：将电能转化为化学能的装置。组成：直流电源，固体电极材料，电解质溶液或熔融电解质，构成闭合回路。（3）电极与电极反应阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应。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。电极产物的判断电解时电极产物首先看电极材料，如果阳极是活性电极，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，如果阳极是惰性电极，则要看溶液中离子失电子能力，即根据阴离子的放电顺序。阴极只有溶液中的阳离子得电子。3.工作原理4.电解氯化铜溶液(1)装置图：（2）工作原理电极名称阴极阳极实验现象有红色的物质析出有黄绿色气体生成反应类型还原反应氧化反应电极反应式cu2+2e-=cu2cl-=2e-+cl2电池反应cucl2通电cu+cl2二、电解原理的应用1.电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气（1）装置(2)现象阳极上：有气体产生；阴极上：有气体产生，阴极附近溶液变红。（3）原理分析及电极反应电解时，cl、oh-移向阳极，h+、na+移向阴极。阳极离子放电顺序： cloh-电极反应： 2cl-=2e+cl2 (氧化反应)阴极离子放电顺序h+na+电极反应：2h+2e-=h2 (还原反应)。（4）电池反应化学方程式：2nacl+2h2o通电2naoh+h2+cl2离子方程式：2cl-+2h2o通电2oh-+h2+cl23.电镀（1）定义：应用电解原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。（2）目的：使金属抗腐蚀能力增强且增加金属表面的耐磨性和美观性。（3）电镀池构成如：在餐具上镀银时，餐具作阴极，金属银作阳极，含有银离子的溶液作电镀液。发生的反应如下：阴极：ag4+e-=ag (还原反应)阳极：ag=e-+ag+ (氧化反应)（4）电镀时，把待镀金属制品作为阴极；用镀层金属作为阳极；用含有镀层金属离子的电解质配成电镀液。通低压直流电，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，在阴极获得电子被还原成金属，在待镀件表面覆盖上一层均匀光洁而致密的镀层。如下图。课堂师生互动知识点电解原理分析及放电顺序1.电解池的两极由电解池中的电极与电源正、负极的连接情况直接判断：与电源正极相连的电极为电解池的阳极；与电源负极相连的电极为电解池的阴极。如果装置中未标有电源的正、负极，也可由两极的反应来决定：发生氧化反应的为阳极，发生还原反应的为阴极。即：2.电解时电极产物的判断阳极产物的判断（1）活性电极（金属活动性顺序中ag以前的金属），则电极材料失电子，电极溶解，溶液中的阴离子不能失去电子。（2）惰性电极 (pt、au、石墨等)，则要再看溶液中离子的失电子能力，此时应根据阴离子的放电顺序加以判断。阴离子放电顺序：阴极产物的判断与电极材料无关，直接根据阳离子放电顺序进行判断。阳离子放电顺序：特别提醒（1）一般地遇到活性电极的情况常为电镀、电解精炼铜或金属发生非自发的氧化反应。（2）一般地中学阶段遇到的在水溶液中电解时阴极产物判断的情况可记规律：ag+fe3+cu2+h+即可解决问题。（3）当溶液中fe2+、zn2+浓度很大时，fe2+、zn2+先放电，其次是水中h+放电。（4）al3+、mg2+、na+、ca2+、k+只有在熔融状态下放电，在水溶液里不放电。考例（2008全国，10）下图直流电源电解稀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，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c.a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色d.a电极附近呈蓝色，b电极附近呈现红解析：由图示电解装置知a电极为阴极，b电极为阳极，在na2so4溶液中存在na+、h+、oh-、so2-4，根据离子放电顺序，阴极：h+na+，阳极oh-so2-4，故在两个电极附近分别发生：阴极2h+2e-=h2，阳极4oh-4e-=2h2o+o2，由电极反应可知通电后两极产生气体应为a电极大于b电极，a错。h2和o2均为无色无味的气体，b错，a电极附近由于h+放电，使oh-浓度增大，滴入石蕊变蓝色，故c错，d对。答案： d变式探究1 下列叙述正确的是（ ）a.在原电池的负极和电解池的阴极上都发生失电子的氧化反应b.用惰性电极电解na2so4溶液，阴阳两极产物的物质的量之比为1:2c.用惰性电极电解饱和nacl溶液，若有1 mol电子转移，则生成1 mol naohd.镀层破损后，镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀答案：c解析：本题考查了电解原理的有关问题，a中电解池的阴极应发生还原反应；b中用惰性电极电解na2so4实质为电解水，阴阳两极产物物质的量之比2:1，d中，镀层破损后镀锡铁板铁作负极，被腐蚀，而镀锌铁板锌作负极被腐蚀，而铁被保护。变式探究2 取一张用饱和nacl溶液浸湿的ph试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外圈呈浅红色。则下列说法错误的是 ( )a.b电极是阴极b.a电极与电源的正极相连接c.电解过程中，水是氧化剂d.b电极附近溶液的ph变小答案： d解析：电解饱和食盐水时发生2nacl+2h2o通电2naoh+h2+cl2知，cl2有漂白作用，故a是阳极，b是阴极，在反应中水是氧化剂，所以选d。知识点2 酸、碱、盐溶液的电解规律（阳极为惰性电极）特别提醒（1）若阴极为h+放电，则阴极区c (oh)增大，ph增大；若阳极区oh放电，则阳极区c（h+）增大，ph减小；若阴、阳极同时有h+、oh-放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大（饱和溶液除外）。（2）电解质溶液恢复原状的方法“少什么加什么”。考例（2009安徽卷，12）cu2o是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取cu2o的电解池示意图如下，电解总反应：2cu+h2o=cu2o+h2。下列说法正确的（ ）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0.1mol电子转移时，有0.1mol cu2o生成。解析：由总反应知cu作电解池的阳极发生了氧化反应，石墨作阴极，产生h2；铜作阳极应与电源正极相连，而阳极反应为：2cu+2oh-2e-=cu2o+h2o。当有0.1mol电子转移时有0.05mol cu2o生成，所以a正确b、c、d均错误。答案： a变式探究3 下图是电解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（ ）a.a为负极，b为正极b.a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：电流从电源正极流出，故a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极。在电解过程中，因为cu2+是阳离子，移向阴极，在阴极上析出cu，所以d电极质量增加；cl-是阴离子，移向阳极，在阳极生成cl2，导致溶液中cl-浓度降低。变式探究4 （2009全国，28）下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g 5.00%的naoh溶液、足量的cuso4溶液和100g10.00的k2so4溶液，电极均为石墨电极。（1）接通电源，经过一段时间后，测得丙中k2so4浓度为10.47，乙中c电极质量增加。据此回答问题：电源的n端为 极；电极b上发生的电极反应为 ；列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积： ；电极c的质量变化是 g；电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因：甲溶液 ；乙溶液 ；丙溶液 ；（2）如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？ 。答案：（1）正 4oh-4e-=2h2o+o2 水减少的质量：100g（1-）4.5g生成o2体积：22.4lmol-12.8l 16碱性增大，因为电解后，水量减少溶液中naoh浓度增大 酸性增大，因为阳极上oh-生成o2，溶液中h+离子浓度增加 酸碱性大小没有变化，因为k2so4是强酸强碱盐，浓度增加不影响溶液的酸碱性（2）能继续进行，因为cuso4溶液已转变为h2so4溶液，反应也就变为水的电解反应。解析：本题全面考查了电化学知识，包括电极的判断，电极反应式的书写和计算，首先判断电极,应利用c极质量增加是因为发生了cu2+2e-=cu，故c为阴极，则电源的m极为负极，n极为正极，其余依次解答即可。变式探究5 在下图中，甲烧杯中盛有100 ml 0.50 moll-1 agno3溶液，乙烧杯中盛有100 ml 0.25 moll-1 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，则（1）电源e为 极，f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）c极的电极反应式为 ，析出物质 mol。（5）d极的电极反应式为 ，析出气体 ml(标准状况)。（6）甲烧杯中滴入石蕊试液， 附近变红，如果继续电解，在甲烧杯中最终得到 溶液。答案：（1）负；正 （2）4ag+4e-=4ag； 0.025 （3）4oh-4e-=2h2o+o2；140（4）cu2+2e-=cu；0.0125 （5）2cl-2e-=cl2；280 （6）b；hno3解析：本题是以电解知识为依托的综合性较强的题目。由于有外接直流电源，所以装置甲、乙均为电解池，两个电解池的关系为串联。电解一段时间后，a极比c极重。故a极上必有ag析出，由于ag+在a极上获得电子发生了还原反应，故a极为电解池的阴极，在电解池中阴极与外接直流电源的负极相连，故e极为负极，f为正极。根据电解池甲、乙的串联关系，可进一步得出a、b、c、d依次为阴极、阳极、阴极、阳极。电极反应依次为：a极：4ag+4e-=4ag，b极：4oh-4e-=2h2o+o2，c极：cu2+2e-=cu，d极：2cl-2e-=cl2，由于串联时各电极上流过的电量是相同的，假设电路中均通过4 mol电子，则a极上生成4 mol ag，b极上生成1 mol o2，c极上生成2 molcu，d极上生成2 mol cl2，这样便可得出一个关系式：4e-4ago22cu2cl2，a极比c极重： 4 mol108 gmol-1-2 mol64 gmol-1=304 g，根据a极比c极重1.9 g，可列出比例式求出反应生成的ag和cu的物质的量：n (ag)=4 mol=0.025 mol， n (cu)=0.0125 mol，n (o2)=0.00625 mol， n (cl2)=0.0125 mol。电解时甲池随着b极附近水电离产生的oh-的不断消耗，h+的物质的量逐渐增大，所以滴入石蕊试液后b极附近变红，而a极上ag+不断得到电子析出ag，故在甲烧杯中最终得到hno3溶液。课后强化作业基础夯实1.下图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b电极附近溶液呈红色。下列说法正确的是（ ）a.x是负极，y是正极b.pt是阴极，cu是阳极c.cuso4溶液的ph逐渐减小d.cuso4溶液的ph不变答案： c解析： b电极附近溶液呈现红色，说明b电极处生成了氢氧根离子。电解饱和食盐水阳极发生氧化反应产生氯气，阴极发生还原反应产生氢气同时生成氢氧化钠，因此b电极是阴极，与电源的负极相连，则y为负极，x为正极；铂电极与电源的正极相连，作阳极，铜电极作阴极；电解硫酸铜溶液时，阳极发生氧化反应：氢氧根离子放电，阴极发生还原反应：铜离子放电，这样溶液中水的电离平衡得到促进， c (h+)c (oh) -，溶液显酸性，ph变小。2.关于电解nacl水溶液，下列叙述正确的是( )a.电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠b.若在阳极附近的溶液中滴入ki溶液，溶液呈棕色c.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色d.电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性答案： b解析：电解nacl水溶液，阳极生成cl2，阴极生成naoh和h2。cl2可与ki反应生成i2，溶于水呈棕色溶液。3.下列描述中，不符合生产实际的是（ ）a.电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极b.电解法精炼粗铜，用钝铜作阴极c.电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极d.在镀件上电镀锌，用锌作阳极答案： a解析：电解熔融的氧化铝制取金属铝时，应用惰性材料作电极；铜的精炼：阳极（粗铜）：cu-2e-=cu2+；阴极：cu2+2e-=cu。电解质溶液：cuso4(含h2so4)；电解饱和食盐水：阳极（钛网）：2cl-2e-=cl2；阴极（碳钢网）：2h+2e-=h2，总反应：2nacl+2h2o电解2naoh+h2+cl2；镀锌：阳极（锌）：zn-2e-=zn2+；阴极（镀件）：zn+2e-=zn，电镀液：zncl2溶液4.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极板有无色无味气体放出，符合这一情况的是（ ）a极板b极x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中为正极可否定，又由b极板有无色无味气体放出，否定d。5.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了右图所示的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是（）a.a为正极，b为负极；naclo和naclb.a为负极，b为正极；naclo和naclc.a为阳极，b为阴极；hclo和nacld.a为阴极，b为阳极；hclo和nacl答案： b解析：电解饱和氯化钠溶液的化学方程式：2nacl+2h2o电解2naoh+h2+cl2，为使cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，与电源b极相连的电极应为阳极，产生cl2，与溶液充分反应，反应式为cl2+2naoh=naclo+nacl+h2o。6.用铂作电极电解某种溶液，通电一段时间，溶液的ph变小，并且在阳极得到0.56 l气体，阴极得到1.12 l气体（两种气体均在相同条件下测定）。由此可知溶液可能是（ ）a.稀盐酸 b.kno3溶液c.cuso4溶液 d.稀硫酸答案： d解析：阳极与阴极产生的气体体积比为=，相当于电解水，ph变小，说明电解了含氧酸。7.将分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为（ ）a.6:3:2 b.6:3:1c.1:2:3 d.3:2:1答案： a解析：设电路中通过6 mol电子，根据k+e-=k可算得析出6 mol k；根据mg2+2e-=mg算得析出3 mol mg；根据al3+3e-=al算得析出2 mol al。析出钾、镁、铝的物质的量之比为6:3:2。8.在水中加入等物质的量的ag+、pb2+、na+、so2-4、no-3、cl-，该溶液放在用惰性材料作电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物的质量之比为( )a.35.5:108 b.16:207c.8:1 d.108:35.5答案： c解析：所得溶液为nano3的水溶液，通电后，水电离产生的oh-、h+在两极上反应，氧化产物为o2，还原产物为h2，其质量之比为32: (22)=8:1。能力提升1.把等物质的量的na2so4、nacl、agno3混合物放入足量水中，经充分搅拌后，将所得溶液用石墨作电极进行电解，阳极生成的物质是（ ）a.h2 b.agc.cl2 d.o2答案： d解析：本题考查电解的实质，na2so4、nacl、agno3三种物质混合放入水中，经搅拌后，生成agcl沉淀，溶液中的离子是na+、so2-4、no-3，通电时阳极是oh-放电，放出氧气。2.将两个铂电极插入500 ml cuso4(aq)中进行电解，通电一段时间后，某一电极上增重0.064 g（设电解时无h2放出，且不考虑水解和溶液体积的变化），此时溶液中氢离子的物质的量浓度约为（ ）a.110-3 moll-1 b.410-3 moll-1c.210-3 moll-1 d. 110-7 moll-1答案： b解析：由于最后溶液的h+主要由电解cuso4溶液产生，所以要计算c (h+)，可依据电解的离子方程式2cu2+2h2o电解2cu+o2+4h+进行解题。题中电极增重0.064 g必为阴极反应生成cu所致，即n (cu)=0.064 g64 gmol-1=0.0010 mol，然后依据离子方程式中各物质之间的化学计量数之比，求出生成的c (h+)。2cu2+2h2o电解2cu+o2+4h+2 mol 4 mol0.0010 mol c (h+)0.50 lc (h)=4.010-3 moll-13.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，符合题意的组是（ ）xyzwacfenaclh2obptcucuso4cuso4溶液ccch2so4h2odagfeagno3agno3晶体答案： c解析： 2nacl+2h2o电解2naoh+h2+cl2，显然加h2o不能恢复到电解前的状态，应通入适量hcl气体。电解cuso4溶液时n (so2-4)没变，加cuso4溶液也不能复原。电解h2so4实质是电解水，再加适量水，可使h2so4溶液复原。ag作阳极、fe作阴极电解agno3溶液，实质是fe上镀ag， agno3溶液浓度不变，不需加agno晶体。4.如右图所示装置，两玻璃管中盛满滴有酚酞溶液的nacl饱和溶液，c（）、c（）为多孔石墨电极。接通s后，c（）附近溶液变红，两玻璃管中有气体生成。下列说法正确的是（ ）a. c（）的电极名称是正极b. c（）的电极反应为2cl-2e-=cl2c.电子从电源的负极沿导线流向c（）d.电解过程中，c（）、c（）两极产生的气体质量相等答案： c解析：由题意可知接通s后，c（）附近溶液变红，所以c（） 极 为阴极，c（）极为阳极；c（）的电极反应式是2h+2e-=h2；解过程中，c（）、c（）两极产生的气体物质的量相等， 质量不等。5.某溶液中含有两种溶质nacl和h2so4，它们的物质的量之比为3:1，用石墨做电极电解溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是（ ）a.阴极只析出h2b.阳极先析出cl2，后析出o2c.电解最后阶段为电解水d.溶液ph不断增大，最后为7答案： d解析：电解质溶液中n (na+):n (cl):n (h+):n (so2-4)=3:3:2:1，开始电解时产生h2和cl2。产生h2和cl2的同时生成的oh中和h2so4，且oh-过量。最后是电解水，因而最后溶液的ph7，阴极只析出h2，三个阶段分别相当于电解hclnaclh2o。6.如右图所示，在一u形管中装入含有紫色石蕊的na2so4溶液，通直流电，一段时间后u形管内会形成一个倒立的三色“彩虹”，从左到右颜色的次序是（ ）a.蓝、紫、红b.红、蓝、紫c.红、紫、蓝d.紫、红、蓝答案： c解析：本题考查电解池的有关知识。电解na2so4试液的实质是电解h2o，在左端阳极是oh-失电子，促进水的电离，使氢离子浓度大于氢氧根离子的浓度，所以阳极溶液显酸性，在右端阴极是h+得电子，促进水的电离，使氢离子浓度小于氢氧根的浓度，所以阴极显碱性，试剂是紫色石蕊， 所以从左到右颜色次序是红、紫、蓝。7.将一直流电源的正、负极，用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊试液浸过的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是（ ）选项abcd阳极蓝白红蓝阴极白蓝蓝蓝答案： d解析：本题实质上相当于是在滤纸上进行的食盐水、ki，淀粉溶液和石蕊试液的混合液的电解。经过一段时间后，两极的变化为：阳极：2i-2e-=i2（i2遇淀粉后变蓝），阴极：2h+2e-=h2，c (h+)减少， c (oh)增大，碱