人教版选修4 第4章第3节 电解池（第1课时） 学案.doc

第三节电解池第1课时电解原理1.电解池组成“三条件”：(1)外接电源；(2)电解质溶液；(3)闭合回路。2离子放电“两顺序”(惰性电极)：阳极：s2ibrcloh。阴极：agfe3cu2h(酸)sn2zn2fe2h(h2o)al3。3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。1什么是氧化反应？什么是还原反应？提示：失去电子，元素化合价升高的反应是氧化反应；得到电子，元素化合价降低的反应是还原反应。2金属活动性顺序表中，金属单质的还原性越强，是否其对应的金属阳离子的氧化性越弱？提示：金属活动性顺序中从左到右依次减弱，金属阳离子的氧化性一般按金属活动性顺序从左到右依次增强但fe3除外，其氧化性为agfe3cu2hfe23卤素单质的氧化性强弱顺序是怎样？对应阴离子的还原性顺序呢？提示：氧化性：f2cl2br2i2；还原性：ibrclf。电解原理新知探究探究1如果用最简单的方法判断电解池的阴、阳极？提示：与电源负极相连的是电解池的阴极；与电源正极相连的是电解池的阳极。探究2在电解cucl2溶液的过程中，闭合回路是如何形成的？提示：cucl2溶液电子从电源负极流出，流向电解池的阴极，阴极附近的cu2在阴极得电子被还原为铜，溶液中的阴阳离子定向移动，阳极附近的cl在阳极失电子被氧化为氯原子，氯原子两两结合形成氯气分子，失去的电子从阳极流回电源的正极，从而形成了闭合电路。探究3以石墨为电极电解cucl2溶液时，为什么会生成铜和氯气？提示：溶液中存在cu2、h、cl和oh四种离子，离子在电极上能否发生氧化还原反应，主要取决于离子得失电子的能力。因得电子能力cu2h，失电子能力cloh，故在阴极上有cu生成，在阳极上有cl2生成。必记结论1两个概念“电解”和“电解池”(1)电解：使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。(2)电解池：将电能转化为化学能的装置。2电解池的四个构成条件(1)两个电极；(2)电解质溶液或熔融电解质；(3)直流电源；(4)构成闭合回路。3电解池工作原理(以惰性电极电解氯化铜溶液为例)电极反应：阴极：cu22e=cu阳极：2cl2e=cl2总反应：cucl2cucl2成功体验1下列关于电解池的叙述中不正确的是()a与电源正极相连的是电解池的阴极b与电源的负极相连的是电解池的阴极c在电解池的阳极发生氧化反应d电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极解析：选a阳极与电源的正极相连，阴极与电源的负极相连；阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。电子流向：负极阴极；阳极正极。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。电解电解质溶液的规律新知探究用惰性电极(pt)电解以下溶液，如图所示：探究1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，你能写出图中的电极反应式吗？分析溶液中被电解的物质是什么？提示：阳极反应式：2cl2e=cl2，阴极反应式：2h2e=h2，电解过程中实质是电解了电解质(hcl)本身。探究2你能书写出图、图中的电极反应式和总的电解反应方程式吗？并分别分析被电解的物质是什么？提示：图中：阳极反应式：2cl2e=cl2，阴极反应式：2h2e=h2，总反应式：2nacl2h2o2naohh2cl2，被电解的物质是nacl和h2o图中：阴极反应式：2cu24e=2cu；阳极反应式：4oh4e=2h2oo2；总反应式：2cuso42h2o2cuo22h2so4，被电解的物质是cuso4和h2o。探究3你能写出图中的电极反应式和总电解反应方程式吗？分析溶液中被电解的物质是什么？提示：阴极反应式：4h4e=2h2，阳极反应式：4oh4e=2h2oo2，总反应式：2h2o2h2o2，被电解的物质是h2o。必记结论1电解时的放电顺序与电极产物的判断(1)阳极：(2)阴极：直接根据阳离子放电顺序判断。阳离子放电顺序：agfe3cu2h(酸)fe2al3mg2naca2k2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ph电解质溶液复原电解水型阴：4h4e=2h2阳：4oh4e=2h2oo2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含氧酸盐(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)电解质减小增大通氯化氢不活泼金属的无氧酸盐(cucl2)电解质减小加氯化铜放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氯化氢放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氧化铜成功体验3(好题共享选自苏教版教材p22t2)双选题用铂(惰性)电极进行电解，下列说法中正确的是()a电解稀硫酸，在阴极和阳极分别产生氢气和氧气b电解氯化钠溶液，在阴极析出钠c电解硫酸钠溶液，在阴极和阳极析出产物的物质的量之比为12d电解氯化铜溶液，在阴极和阳极析出产物的物质的量之比为11解析：选ad电解稀h2so4，在阴极和阳极分别产生h2和o2，a正确。用惰性电极电解nacl溶液得到naoh而不是na，b错误；电解na2so4溶液，阴极(h2)和阳极(o2)得到产物的物质的量之比为21，c项错误；电解cucl2溶液，阴极(cu)和阳极(cl2)析出产物的物质的量之比为11，d正确。4(好题共享选自鲁科版教材p18t1)以石墨为电极，在u形管中对不同的电解质进行电解。请在下表空格内写出相应的电极反应式和总反应的化学方程式。电解质电极电极反应式总反应的化学方程式熔融的氯化钠阴极阳极cucl2溶液阴极阳极饱和食盐水阴极阳极答案：电解质电极电极反应式总反应的化学方程式熔融的氯化钠阴极2na2e=2na2nacl2nacl2阳极2cl2e=cl2cucl2溶液阴极cu22e=cucucl2cucl2阳极2cl2e=cl2饱和食盐水阴极2h2e=h22nacl2h2o2naohh2cl2阳极2cl2e=cl2cucl2溶液的电解实验人教版教材实验设计苏教版教材实验设计实验原理cucl2cucl2阳极反应式：2cl2e=cl2；阴极反应式：cu22e=cu实验装置操作步骤在u形管中注入cucl2溶液，插入两根石墨棒作电极。接通电源，将湿润的淀粉碘化钾试纸放在与直流电源正极相连的电极(阳极)附近。观察u形管内的现象和试纸颜色的变化。实验现象与结论阴极石墨棒上逐渐覆盖了一层红色的铜。阳极石墨棒上有气泡产生，气体使湿润的ki淀粉试纸变蓝。结论：cucl2溶液在电流的作用下发生氧化还原反应，生成了cu和cl2。创新发掘1.使湿润淀粉碘化钾试纸变蓝的气体是什么？该气体使ki淀粉试纸变蓝的原理是什么？提示：cl2；cl22i=i22cl i2使淀粉变蓝色。2.通电后，溶液中的cu2、cl是怎样运动的？提示：cu2向阴极移动，cl向阳极移动。1.cucl2溶液中存在的离子有哪些？提示：cucl2溶液中存在cu2、h、cl和oh。2.依据该实验事实判断cucl2溶液中的哪些离子优先在电极上放电？提示：阳极上离子放电顺序为cloh；阴极上离子放电顺序为：cu2h。个性评点1.苏教版教材实验中提出了探究性问题，提出了哪种离子在电极上优先放电的问题。2人教版教材实验在图中标出了阴、阳离子的移动方向。1(北京高考)用石墨电极电解cucl2溶液(如图所示)。下列分析正确的是()aa端是直流电源的负极b通电使cucl2发生电离c阳极上发生的反应：cu22e=cud通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体解析：选a本题考查电解原理及其应用，意在考查考生对装置图的分析能力及对电解原理的理解能力。通过图中离子的运动状态可判断连接a的为阴极，连接b的为阳极，故a端为直流电源的负极，b端为直流电源的正极，a项正确；cucl2在水溶液中就能发生电离，而不是通电的结果，b项错误；阳极发生氧化反应，即2cl2e= cl2，c项错误；阴极发生还原反应，析出cu，阳极发生氧化反应，在阳极附近可观察到黄绿色气体，d项错误。2(上海高考)用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是()a用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片b用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片c用氢氧化钠溶液吸收阴极产物d用带火星的木条检验阳极产物解析：选b用电解法提取氯化铜废液中的铜，得到铜的电极为阴极，与电源的负极相连，与电源正极相连的阳极可用惰性电极，如铂等，a、c两项错误，b项正确；阳极产物为氯气并不是氧气，d项错误。考查电解池阴、阳极的判断例1如图所示，甲是刚浸过nacl溶液的石蕊试纸，a、b两铜片通过导线连接电源两极，在铜片间的滤纸上滴一滴kmno4溶液，通电一段时间后，发现a、b间的紫红色圆点向a极移动了一段距离，则与a相连的是电源的_极，可发现滤纸的b极边沿附近有_色出现。解析当通电一段时间后，a、b间的紫红色圆点向a极移动了，由于紫红色是mno的颜色，即mno向a极移动，因阴离子向阳极移动，所以a为电解池的阳极(浸有nacl溶液的石蕊试纸相当于电解池)，则与a相连的是电池的正极，b为阴极。阴极区h放电生成oh，使石蕊试纸变蓝。答案正蓝阴、阳极的判断方法解答电解有色离子的电解质溶液(特别是含mno的溶液)的问题时要牢记：在电解池中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。阴、阳的判断方法归纳如下：1用惰性电极电解浸有na2so4溶液的石蕊试纸，若发现a端试纸变蓝，则a端为电解池的阳极还是阴极？提示：试纸变蓝的原因是a端液体呈碱性，其电极反应式为2h2e=h2，破坏水的电离平衡，使得c(oh)c(h)，即a端为电解池的阴极。考查电解原理例2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分别析出的物质分别是()ah2和cl2bcu和cl2ch2和o2 dcu和o2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：cu2hna，阴离子：clohso、no，则阴极：cu22e=cu，阳极：2cl2e=cl2。答案b(1)判断电极产物时，首先要考虑阳极材料，若为惰性电极，溶液中的阴离子被氧化；若为活性电极，则被氧化的是电极本身。(2)若溶液中的阴、阳离子有多种，则根据离子放电顺序判断什么离子先放电，什么离子后放电，确定电极产物。(3)阴、阳离子的放电顺序不是绝对化的，放电情况与离子性质、溶液浓度、电流密度和电极材料有关。在理解以上放电顺序时要特别注意，如pb2、sn2、fe2、zn2在h浓度较小时放电能力排在h前面，在h浓度较大时放电能力排在h后面。al3、mg2、na、ca2、k只在熔融状态下放电，而在水溶液里不放电。2(海南高考)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考查基本电解原理。电解时只生成氧气和氢气，则电解质所含阳离子在金属活动性顺序表中位于铜之前，阴离子不是简单离子。考查电解的类型和电解规律例3用石墨棒作电极，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，电解质的化学式是_。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)阴极有h2生成，阳极有o2生成，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(或电解盐酸，此处无h不合理)，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量为14，知阳极产生气体为o2,1 mol o2转移4 mol e，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。答案(1)na2so4(2)cuso4(3)nacl(4)cuso4(1)用惰性电极电解电解质水溶液时，首先要全面分析电解质溶液的组成，找全离子并分为阴、阳两组，然后排出阴、阳离子的放电顺序，写出两极上的电极反应式。(2)根据两极的电极反应式写出反应的总离子方程式时，要注意：若参与电极反应的h(或oh)是由水电离出来的，应用水的分子式表示。(3)若阴极为h放电，则阴极区c(oh)增大；若阳极区oh放电，则阳极区c(h)增大；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(饱和溶液例外)。3pha的某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液的pha，则该电解质可能是()anaoh bh2so4cagno3 dna2so4解析：选a电解naoh溶液相当于电解水，naoh溶液浓度增大，使溶液的ph升高，a符合要求；电解h2so4溶液和电解na2so4溶液相似，都使溶液浓度增大，所以溶液的ph分别减小、不变，两者均不符合要求；电解agno3溶液生成hno3，溶液的ph减小，故选a。课堂双基落实1下列装置属于正在工作的电解池的是(其中c表示石墨)()解析：选c构成电解池的条件：直流电源，两个电极，电解质溶液或熔融电解质并形成闭合回路。a项乙醇不是电解质，b项无电源，d项把开关合上才是电解池。2用石墨做电极电解cucl2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解析：选b根据电解原理，阳极发生氧化反应：2cl2e=cl2，阴极发生还原反应：cu22e=cu。因此阳极上产生有刺激性气味的气体氯气，在阴极上析出铜。故b项正确。3用石墨作电极，电解1 mol/l下列物质的溶液，则电解前后溶液的ph保持不变的是()ah2so4 bnaohcna2so4 dnacl解析：选ca、b、c实质上是电解水，浓度增大，a的ph减小，b的ph增大，c的ph不变；用石墨作电极电解nacl(aq)时，生成naoh，溶液中c(oh)增大，ph增大。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，阴极发生的电极反应为cu22e=cu，阳极发生的电极反应为4oh4e=2h2oo2，若有6.4 g金属cu(即0.1 mol)析出，转移电子是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用惰性电极电解下列电解质溶液，请你写出下列反应式(注意得失电子的顺序)。(1)cucl2溶液。阴极：_；阳极：_；总方程式：_。(2)hcl溶液。阴极：_；阳极：_；总方程式：_。(3)cuso4溶液。阴极：_；阳极：_；总方程式：_。答案：(1)cu22e=cu2cl2e=cl2cucl2cucl2(2)2h2e=h22cl2e=cl22hclh2cl2(3)cu22e=cu4oh4e=o22h2o2cuso42h2o2cu2h2so4o2课下综合检测1下列说法正确的是()a电解池能把化学能转化为电能b电解池中跟直流电源正极相连的电极是电解池的阳极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；电解池中阴离子在阳极上发生氧化反应，d项错误。2如图，电解质溶液是nacl的水溶液，过一段时间发现d极附近有黄绿色气体产生，以下说法正确的是()aa是电源的正极b电子流动的方向：dbcc极发生氧化反应d如果将c，d两电极互换，则c上也会生成黄绿色气体解析：选bd极附近有黄绿色气体产生，应该是cl放电，说明d极是阳极，所以b是正极，a错；电子流向是阳极电源正极，即dbac，所以b对；c极得电子，化合价降低，发生还原反应，c错；如果c是活性电极则不产生黄绿色气体，d错。3用石墨作电极，分别电解下列各物质的溶液：cucl2cuso4naclnano3盐酸h2so4koh其中只有水被电解的有()a bc d解析：选c只有水被电解，即在阴极上h放电(溶液中阳离子是较活泼的金属离子)，在阳极上oh放电(溶液中含有含氧酸根离子或f)，符合这一要求的是。4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向负极方向移动解析：选b中有外加电源为电解池，为原电池，a错误；中电解水，硫酸浓度增大， 中负极材料消耗硫酸，硫酸浓度减小，b正确；中正极反应为2h2e=h2，c错误；中h向正极移动，d错误。5为使反应cu2h2o=cu(oh)2h2能够发生，下列设计方案正确的是()a用铜片作负极，石墨电极作正极，氯化钠溶液为电解质溶液构成原电池b用铜片作电极，外接直流电源电解硫酸铜溶液c用铜片作阳极，铁片作阴极，电解硫酸钠溶液d用铜片作阴、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作阳极，电解质溶液中为h2o放电，选项c符合要求。6电解下列物质的水溶液时，在阳极无气体放出的是()aagno3 bcucl2cnaoh dna2s解析：选da、b、c项阳极分别放出o2、cl2、o2，d项阳极生成s单质，故选d。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，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在水中加入等物质的量的ag、na、ba2、no、cl、so，用惰性电极进行电解，一段时间后，在两极上得到的氧化产物和还原产物的质量之比为()a81 b227c35.5108 d10835.5解析：选aag与cl、ba2与so均生成沉淀，相当于电解nano3溶液，实质是电解h2o，两极得到的产物为h2和o2。9双选题用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物(方括号内物质)，能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是()aagno3agno3 bnaohh2o ckclkcl dcuso4cuo解析：选bd分析电解反应的原理，在两极析出什么物质(固体或气体)，相当于什么物质脱离反应体系，就加入什么物质，即可使溶液完全复原。a项，脱离反应体系的物质是ag和o2，相当于ag2o，所以应当加入适量ag2o才能复原。(加入agno3，会使no的量增加)。b项，脱离反应体系的是h2和o2，相当于h2o，加入适量水可以复原。c项，脱离反应体系的是h2和cl2，相当于hcl，应通入适量hcl气体才能复原。(加入盐酸时，同时也增加了水)。d项，脱离反应体系的是cu和o2，相当于cuo，加入适量cuo可以复原。10用pt电极电解含有0.1 mol cu2和0.1 mol x3的溶液，阴极析出固体物质的质量m(g)与电路中通过电子的物质的量n(mol)的关系如图所示。则离子的氧化能力由大到小的排列正确的是()acu2x3h bhx3cu2cx3hcu2 dcu2hx3解析：选d本题的解题信息在图像中，开始通电就有固体析出，且通过0.2 mol电子后，就再没有固体析出了，说明是cu2放电的结果，x3不放电。故正确答案为d。11如下图所示的装置进行电解。通电一会儿，发现湿润的淀粉ki试纸的c端变为蓝色。(1)e为电源的_极，f为电源的_极。(2)a中发生反应的化学方程式为_。(3)在b中观察到的现象是_。(4)d端的电极反应式为_。解析：本题实质上是三个电解装置串联，首先判断电源的正、负极，e为负极，f为正极；a中是以pt为阳极、fe为阴极电解agno3溶液。b中cu为阳极，发生的反应为：cu2e=cu2，石墨为阴极发生的电极反应为：2h2e=h2，由于水电离出的h放电，所以溶液中的c(oh)c(h)，故溶液中有氢氧化铜蓝色沉淀生成。d端为阴极，发生电极反应为：2h2e=h2。答案：(1)负正(2)4agno32h2o4ag4hno3o2(3)铜片溶解，石墨电极上有气体生成，溶液中有蓝色沉淀生成(4)2h2e=h212下图，x和y均为石墨电极：(1)若电解液为滴有酚酞的饱和食盐水，电解反应的离子方程式为_。电解过程中_极(填“阴”或“阳”)附近会出现红色。(2)若电解液为500 ml含a溶质的某蓝色溶液，电解一段时间，观察到x电极表面有红色固体物质生成，y电极有无色气体生成。当溶液中原有溶质完全电解后，取出x电极，洗涤、干燥、称量，电极增重1.6 g。电解后溶液的c(h)_。要使电解后溶液恢复到电解前的状态，需加入一定量的_(填物质的化学式)(假设电解前后溶液的体积不变)。请推测原溶液中所含的酸根离子可能是_。设计实验验证推测，写出实验的操作步骤、现象和结论_。解析：(1)电解饱和食盐水，阳极cl放电生成cl2，阴极水中的h放电生成h2，同时生成oh，阴极附近会出现红色。(2)蓝色溶液，说明是可溶性铜盐溶液，x极有红色固体物质生成，说明溶液中的cu2放电，x极是阴极，y极是阳极，有无色气体生成，说明是溶液中的oh放电，阴离子为含氧酸根离子so或no。生成铜0.025 mol，由电解反应的离子方程式2cu22h2o2cuo24h可知，生成的h为0.05 mol，c(h)0.1 moll1。使其恢复可加入氧化铜或碳酸铜。答案：(1)2cl2h2ocl2h22oh阴(2)0.