鲁科版选修4 第一单元第二节 电能转化为化学能——电解（第1课时） 学案.doc

第二节 电能转化为化学能电解第1课时电解的原理1.理解电解的原理，掌握电解、电解池、电极反应的概念。2.能正确判断阴极、阳极，根据阴、阳离子在电极上的放电顺序，能正确写出电极反应式和电解总方程式。3.初步掌握有关电解的简单计算。电解的原理学生用书p81电解熔融氯化钠实验探究(1)实验现象：通电后，石墨片周围有_产生，铁片上生成银白色金属。(2)实验分析熔融nacl中存在微粒na、cl。通电后离子运动方向：na移向_电极；cl移向_电极。电极上发生的反应：铁电极：；石墨电极：_。(3)实验结论：熔融的nacl在_作用下发生了_，分解生成了_。2基本概念(1)电解：让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质，在两个电极上分别发生_反应和_反应的过程。(2)电解池定义：将_转化成_的装置。构成条件：_电源、固体电极材料以及_或熔融电解质组成的闭合回路。3电解原理阴极：与电源的_相连，溶液中的_在电极上发生_反应。阳极：与电源的_相连，活泼电极或溶液中的_在电极上发生_反应。电解过程是在直流电作用下发生的非自发的氧化还原反应，在电解过程中电能转化为化学能，从而使许多情况下不能发生的反应得以进行。自我校对：气体铁石墨2na2e=2na2cl2e=cl2电场氧化还原反应na和cl2氧化还原电能化学能直流电解质溶液负极阳离子还原正极阴离子氧化1判断正误(1)任何化学反应都可以设计成电解池反应。()(2)电解质溶液导电的过程发生化学变化。()(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)电解饱和nacl溶液可以得到金属钠。()答案：(1)(2)(3)(4)2下列说法正确的是()a电解池能把化学能转化为电能b电解池中与直流电源正极相连的电极是阳极c通电时，电子从电解池的阴极流出，并沿导线流回电源的负极d电解池中的阴离子在阴极上发生氧化反应解析：选b。电解池是把电能转化为化学能的装置，a项错误；电解池中，电子从直流电源的负极流出，转移到电解池的阴极上，c项错误；电解池中的阴离子在阳极上发生氧化反应，d项错误。3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石墨电极上发生还原反应b石墨电极为正极cna在铁电极上得到电子被还原为钠原子d装置中两个电极可以互换解析：选c。该装置为电解池，石墨与电源正极相连，为电解池阳极，发生氧化反应，a项、b项错误；na在阴极上得到电子被还原为钠原子，析出金属钠，c项正确；若两个电极互换，则铁为阳极，失去电子生成fe2，cl不能放电，得不到cl2，一段时间后fe2在阴极上放电，则在阴极得到的金属钠中会有杂质铁，d项错误。1电解时放电顺序判断(1)阳极：首先看电极材料，如果电极材料是活性电极(金属活动顺序中ag以前的金属，包括银)，则电解时电极材料失电子，电极不断消耗。溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极(如pt、au、石墨)，则要根据阴离子放电顺序进行判断，阴离子放电顺序为s2ibrcloh含氧酸根(no、so等)f(由于水溶液中都有oh，含氧酸根难以失电子)。(2)阴极：根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子的放电顺序为aghg2fe3cu2h(酸)pb2sn2fe2zn2h(水)al3mg2naca2k。(1)离子在电极表面失去或得到电子的过程也叫做“放电”。(2)在水溶液中活泼金属离子不放电，即k、ca2、na、mg2、al3等不会在阴极上放电，这些活泼金属的阳离子只在熔融状态下放电。2电解池阴、阳极的判断(1)若电极质量减轻或电极上产生cl2、o2，则该电极一定为阳极。(2)若电极质量增加或电极上产生h2或电极附近溶液能使酚酞试液变红，则该电极一定为阴极。如图所示为某学生设计的一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用硫酸钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写“嫦娥奔月”，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是()a铅笔端做阴极，铂片端发生还原反应b铅笔端有少量钠生成c硫酸钠溶液不可以用硝酸钾溶液代替d铂片端发生电极反应：4oh4e=2h2oo2解析根据图示知，铅笔端为阴极，铂片端为阳极，发生氧化反应。在硫酸钠溶液中存在以下四种离子：na、so、h、oh，在阳极(铂片端)，失电子能力：ohso，电极反应式：4oh4e=2h2oo2；阴极(铅笔端)，得电子能力：hna，电极反应式：4h4e=2h2，铅笔端oh浓度增大，呈碱性，使含酚酞的滤纸变红色。此反应实质是电解水，硫酸钠溶液可以用硝酸钠、硝酸钾溶液代替。答案d(1)例题中若铁片做阳极时，阳极的电极反应式如何书写？(2)若两电极连接电源的方向互换，是否还能“黑笔写红字”？答案：(1)fe2e=fe2。(2)不能。电解的原理1下列有关电解及电解池的说法中错误的是()a电解过程中，一定伴随着电子的转移b电解质溶液导电的实质是某电解质被电解的过程c电解池的阳极一定与直流电源的正极相连d电解池的阴极上一定发生失去电子的反应解析：选d。阳离子在电解池的阴极上得到电子，发生还原反应。2分析如图，属于电解池的有_。解析：根据电解池的构成条件逐个判断。、无外接直流电源，不能构成电解池；无电解质溶液或熔融电解质，中蔗糖属于非电解质，不能构成电解池；没有形成闭合回路，不能构成电解池。答案：电解池阴、阳极的判断3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：选c。电流从直流电源的正极流出，因此a为电源正极，b为负极，则c为阳极，d为阴极。阳极(c)：cl放电生成cl2，阴极(d)：cu2放电生成cu，故c正确。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如图中，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解析：选b。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离子是阳离子、p离子是阴离子，故选b。电解池电极反应式的书写学生用书p101电极反应及电极反应式(1)电极反应在电解池中，氧化反应和还原反应是在两个电极上分别进行的。每个电极上或是发生_的变化，或是发生_的变化，分别相当于氧化还原反应的_，这种反应常称为_。在电极上进行的半反应叫做电极反应。(2)电极反应式电极反应式可以表示电极上_的变化情况以及_的转移情况。电极反应式符合质量守恒和电荷守恒；得电子用“”号表示，失电子用“”号表示。2电解池的电极按照电化学的规定，发生_的电极叫做阳极，发生_的电极叫做阴极。3实例在饱和食盐水中，阳离子na和水电离出的h移向阴极，h在阴极上发生还原反应：_。阴离子cl和水电离出的oh移向阳极，cl在阳极上发生氧化反应：_。自我校对：失去电子获得电子一半半反应物质电子氧化反应还原反应2h2e=h22cl2e=cl2按要求书写有关的电极反应式及总反应式。(1)用惰性电极电解cubr2溶液阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应离子方程式：_。(2)用铁(fe)电极电解盐酸阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应离子方程式：_。(3)用惰性电极电解agno3溶液阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应离子方程式：_。(4)用惰性电极电解mgcl2溶液阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应离子方程式：_。答案：(1)2br2e=br2cu22e=cucu22brcubr2(2)fe2e=fe22h2e=h2fe2hfe2h2(3)4oh4e=o22h2o4ag4e=4ag4ag2h2o4ago24h(4)2cl2e=cl22h2e=h2mg22cl2h2omg(oh)2h2cl21电极反应式及电解方程式的书写步骤以惰性电极电解cu(no3)2溶液为例2用惰性电极电解电解质溶液的一般规律类型电极反应特点电解质溶液电解对象电解质浓度变化溶液ph变化电解质溶液复原电解水型阴极：发生还原反应放出h2阳极：发生氧化反应放出o2强碱(naoh)水增大增大加水含氧酸(h2so4)水增大减小加水活泼金属的氧酸盐(na2so4)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无氧酸(hcl)电解质减小增大通hcl气体不活泼金属的无氧酸盐(cucl2)电解质减小加cucl2固体放h2生碱型阴极：h2o放h2生成碱阳极：电解质阴离子放电活泼金属的无氧酸盐(nacl)电解质和水生成新电解质增大通hcl气体放o2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：h2o放o2生成酸不活泼金属的含氧酸盐(cuso4)电解质和水生成新电解质减小加cuo或cuco3(1)在阳极上放电的离子可以是阳离子，如fe2e=fe3。(2)fe3在阴极上放电时，电极反应为fe3e=fe2；fe做阳极时，阳极反应式为fe2e=fe2。(2018石家庄高二检测)用惰性电极进行下列电解，有关说法正确的是()电解稀硫酸电解cu(no3)2溶液电解koh溶液电解nacl溶液a电解进行一段时间后四份溶液的ph均增大b反应中电解一段时间后，向溶液中加入适量的cuo固体可使溶液恢复到电解前的情况c反应中阳极消耗oh，故溶液浓度变小d反应中阴、阳两极上产物的物质的量之比为21解析a项，电解后溶液酸性增强，ph减小；b项，反应为2cu22h2o2cuo24h，故加入适量cuo可使溶液恢复到电解前的情况；c项，反应为2h2o2h2o2，故koh浓度增大；d项，反应为2cl2h2oh2cl22oh，阴极产生h2，阳极产生cl2，二者物质的量之比为11。答案b(1)例题中反应电解一段时间后分别加入什么物质可使溶液恢复到电解前的情况？(2)某溶液中可能存在ag、cu2、h、no，若用惰性电极电解一段时间后，加入水可使溶液恢复到电解前的情况，则溶液中一定不含有哪些离子？答案：(1)h2o、h2o、hcl气体。(2)ag、cu2。电极反应式的书写1以惰性电极电解fecl2和hcl的混合物可制备fecl3和h2。阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应离子方程式：_。答案：2fe22e=2fe32h2e=h22fe22h2fe3h22pbo2也可以通过石墨为电极，pb(no3)2和cu(no3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为_，阴极上观察到的现象是_；若电解液中不加入cu(no3)2，阴极发生的电极反应式为_，这样做的主要缺点是_。答案：pb22h2o2e=pbo24h石墨上包上铜镀层pb22e=pb不能有效利用pb2电解产物的判断3(2018孝感高二测试)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解析：选c。电解氯化物溶液会生成氯气，不是氧气，a项错误；电解硫酸铜溶液会生成铜，b项错误；电解溴化钠溶液会生成溴，d项错误。4用惰性电极电解2 moll1 nacl和1 moll1 cuso4的混合溶液。(1)电解初期阴、阳两极的电解产物是_，相应的电极反应式为_；(2)电解后期阴、阳两极的电解产物是_，相应的电极反应式为_。解析：(1)电解初期：阳极上cl放电，阴极上cu2放电；(2)电解后期为电解水，阳极上oh放电，阴极上h放电。答案：(1)阴极产物：cu，阳极产物：cl2阴极反应式：cu22e=cu，阳极反应式：2cl2e=cl2(2)阴极产物：h2，阳极产物：o2阴极反应式：2h2e=h2，阳极反应式：4oh4e=2h2oo2电解规律的应用及相关计算5用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，加入一定质量的另一种物质(括号中物质)，溶液能恢复至与原溶液完全相同的是()acucl2(cuso4)bnaoh(h2o)cnacl(盐酸) dcuso4(cu2o)解析：选b。首先写出电极反应式。a选项，阴极：cu22e=cu，阳极：2cl2e=cl2，所以应该加入cucl2，错误；b选项，阴极：2h2o2e=h22oh，阳极：4oh4e=o22h2o，所以应该加入h2o，正确；c选项，阴极：2h2e=h2，阳极：2cl2e=cl2，所以应该通入hcl气体，错误；d选项，阴极：cu22e=cu，阳极：4oh4e=o22h2o，所以应该加入cuo或cuco3，错误。6按图甲装置进行实验，图乙中横轴表示通过电路的电子的物质的量。下列叙述正确的是()af表示反应生成cu的物质的量与通过电路的电子的物质的量的关系be表示反应消耗h2o的物质的量与通过电路的电子的物质的量的关系ce表示反应生成o2的物质的量与通过电路的电子的物质的量的关系df表示反应生成h2so4的物质的量与通过电路的电子的物质的量的关系解析：选b。电解的实质为2cuso42h2o2cuo22h2so4，则每通过4 mol电子，消耗2 mol h2o，生成2 mol cu、1 mol o2、2 mol h2so4。7用惰性电极电解m(no3)x的水溶液，当阴极质量增加a g时，在阳极上同时产生b l氧气(标准状况)，则m的相对原子质量是()a. b.c. d.解析：选c。生成b l o2(标准状况)转移的电子为 mol；根据电子守恒知，析出的m的物质的量为 mol mol；阴极增加的质量即为析出的m的质量，则m的摩尔质量为a (gmol1)，即m的相对原子质量为。重难易错提炼1.电解池的构成条件(1)两个固体电极；(2)电解质溶液或熔融电解质；(3)直流电源；(4)构成闭合回路。2.电解原理阳极接电源正极电子流出发生氧化反应；阴极接电源负极电子流入发生还原反应。3.离子的放电顺序(惰性电极)阳极：s2ibrcloh含氧酸根(so)。阴极：agfe3cu2h(酸)sn2fe2zn2h(h2o)al3mg2naca2k。4.用惰性电极电解四类型(1)电解电解质型；(2)电解水型；(3)放出h2生碱型；(4)放出o2生酸型。课后达标检测学生用书p82(单独成册)基础巩固1惰性电极电解下列物质的溶液，电解一段时间，阴极质量增加，电解液的ph减小的是()acuso4bnaclcnaoh dh2so4解析：选a。根据电解规律和题干信息，电解的是不活泼金属的含氧酸盐溶液，故a正确。2(2018黄冈高二检测)如图为用惰性电极电解cucl2溶液并验证其产物的实验装置，则下列说法不正确的是()a电源a极为负极bki淀粉溶液会变蓝c若加入适量cucl2可使电解后的溶液恢复原状态d电极上发生的电极反应为cu2e=cu2解析：选d。由题意可知电极为电解池的阳极，溶液中的氯离子放电，生成氯气，氯气通入ki淀粉溶液中，溶液变蓝；与相连的是电源的正极b，则a为电源的负极；cucl2溶液电解时消耗的是溶质cucl2，所以加入适量cucl2可使电解后的溶液恢复原状态；电极上发生的电极反应为cu22e=cu，故d不正确。3用石墨作电极电解cuso4溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的()acuso4 bh2occuo dcuso45h2o解析：选c。用石墨电极电解cuso4溶液，发生反应：2cuso42h2o2cu2h2so4o2，电解质溶液的恢复依据“出什么，加什么”的原则，应向溶液中加入适量的cuo，c项正确。4为使反应cu2h2o=cu(oh)2h2能够发生，下列设计方案正确的是()a用铜片做负极，石墨电极作正极，氯化钠溶液为电解质溶液构成原电池b用铜片做电极，外接直流电源电解硫酸铜溶液c用铜片做阳极，铁片作阴极，电解硫酸钠溶液d用铜片做阴、阳电极，电解稀硫酸解析：选c。该反应为不能自发进行的氧化还原反应，必须设计为电解池才能发生。阳极为cu放电，阴极为h放电，即用cu做阳极，电解质溶液中为h2o放电，选项c符合要求。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a。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。7如图所示，下列有关实验现象的描述正确的是()选项a电极b电极x溶液实验现象a石墨石墨cucl2溶液a极质量增加，b极放出无色气体bfe石墨kno3溶液a极质量增加，b极放出无色气体cfecucuso4溶液a极质量增加，b极质量减少d石墨石墨hcl溶液a极放出无色气体，b极放出无色气体解析：选c。a电极为阴极，得到电子，发生还原反应，b电极为阳极，失去电子，发生氧化反应。a项，a电极上有铜生成，质量增加，b电极上有黄绿色的氯气生成，a项错误。b项，a电极上有氢气生成，质量不变，b电极上有无色的氧气生成，b项错误。c项，a电极上有铜生成，质量增加，b电极为活泼电极，铜失去电子转化为铜离子，质量减少，c项正确。d项，a电极上有无色的氢气生成，b电极上有黄绿色的氯气生成，d项错误。8在水中加入等物质的量的ag、pb2、na、so、no、cl，将该溶液放在用惰性电极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比为()a35.5108 b16207c81 d10835.5解析：选c。加入等物质的量的ag、pb2、na、so、no、cl，有氯化银、硫酸铅沉淀生成，此时所得的溶液为硝酸钠溶液。电解该溶液的实质是电解水，阳极发生氧化反应得到氧气，电极反应为4oh4e=2h2oo2，阴极发生还原反应得到氢气，电极反应为2h2e=h2，根据得失电子守恒得氧化产物(o2)与还原产物(h2)的物质的量之比为12，则质量比为81，c项正确。9.如图为电解cacl2溶液的实验装置，以铂为电极。电解一段时间后，将co2持续通入该电解液中。请回答下列问题：(1)电解时，f极发生_(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为_；e极发生_(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为_；电解总反应式为_。(2)电解池中产生的现象：_；_；_。(3)持续通入co2发生的反应有_。解析：在e极上发生反应：2h2o2e=h22oh；在f极上发生反应：2cl2e=cl2。电解一段时间后，通入co2会有caco3沉淀生成，继续通入co2，caco3沉淀溶解。答案：(1)氧化2cl2e=cl2还原2h2o2e=h22ohcacl22h2oca(oh)2h2cl2(2)e极附近溶液呈红色e极有无色气体生成，f极有黄绿色气体生成通入少量co2时，溶液中出现白色沉淀，继续通入co2，白色沉淀逐渐消失(3)co2ca(oh)2=caco3h2o，caco3co2h2o=ca(hco3)210.如图所示，在用石墨作电极的电解池中，加入500 ml含一种溶质的某蓝色溶液进行电解，观察到a电极表面有红色的固态物质生成，b电极上有无色气体生成；当溶液中的原有溶质完全电解后，停止电解，取出a电极，经洗涤、干燥、称量，发现电极质量增加1.6 g。请回答下列问题：(1)写出b电极发生反应的电极反应式：_。(2)写出电解时总反应的离子方程式：_。(3)电解后溶液的ph为_，要使电解后的溶液恢复到电解前的状态，则可加入_，其质量为_。(假设电解前后溶液的体积不变)(4)请你设计实验确定原溶液中可能含有的酸根离子，要求：提出两种可能的假设，分别写出论证这两种假设的操作步骤、实验现象和实验结论。假设一：_。假设二：_。解析：(1)抓住关键信息“蓝色溶液”“红色的固态物质”“无色气体”，可推知a、b两电极上分别产生cu与o2，则b电极是阳极，电极反应为2h2o4e=4ho2。(2)电解总反应的离子方程式为2cu22h2o2cuo24h。(3)a电极增加的质量即为生成的铜的质量，则根据电解总反应的离子方程式可知，n(h)2n(cu)20.05 mol，c(h)0.1 moll1，故电解后溶液的ph1。若使电解后的溶液恢复到电解前的状态，则可加入cuo，m(cuo)m(cu)m(o2)1.6 g2 g。(4)假设原溶液中的酸根离子为so。取少量电解后的溶液，向其中加入bacl2溶液，若有白色沉淀产生，则说明原溶液中含有so。假设原溶液中的酸根离子为no。取少量电解后的溶液，向其中加入cu，微热，若cu溶解，并有无色气体生成，且该气体在空气中变为红棕色，则说明原溶液中含有no。答案：(1)2h2o4e=4ho2(2)2cu22h2o2cuo24h(3)1cuo(合理即可)2 g(与前一空对应)(4)假设原溶液中的酸根离子为so。取少量电解后的溶液向其中加入bacl2溶液，若有白色沉淀产生，则说明原溶液中含有so假设原溶液中的酸根离子为no。取少量电解后的溶液，向其中加入cu，微热，若cu溶解，并有无色气体生成，且该气体在空气中变为红棕色，则说明原溶液中含有no能力提升11.(2018沈阳高二月考)用如图所示装置除去含cn、cl废水中的cn时，控制溶液ph为910，阳极产生的clo将cn氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是()a石墨作阳极，铁作阴极b阳极的电极反应式：cl2oh2e=cloh2oc阴极的电极反应式：2h2o2e=h22ohd除去cn的反应：2cn5clo2h=n22co25clh2o解析：选d。阳极产生的clo将cn氧化为两种无污染的气体，两种气体为二氧化碳和氮气，该反应在碱性条件下进行，所以不应有h参加反应，且应生成co，反应方程式为2cn5clo2oh=n22co5clh2o，故d错误。12用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为31的cuso4溶液和nacl溶液的混合溶液，不可能发生的反应是()a2cu22h2o2cu4ho2bcu22clcucl2c2cl2h2o2ohh2cl2d2h2o2h2o2解析：选c。由题意知溶液中n(cu2)n(cl)31，据放电能力：cu2hna，clohso可知第一阶段发生b项反应，第二阶段发生a项反应，第三阶段发生d项反应。13(2018会宁高二检测)工业上为了处理含有cr2o的酸性工业废水，采用下面的处理方法：往工业废水中加入适量nacl，以铁为电极进行电解，经过一段时间，有cr(oh)3和fe(oh)3沉淀生成，工业废水中铬元素的含量已低于排放标准。关于上述方法，下列说法错误的是()a阳极反应：fe2e=fe2b阴极反应：2h2e=h2c在电解过程中工业废水由酸性变为碱性d可以将铁电极改为石墨电极解析：选d。a.有氢氧化铁生成，这说明铁是阳极，电极反应式为fe2e=fe2，a正确；b.阴极得到电子，则溶液中的氢离子放电产生