2020版高中化学 第4章 电化学基础 第3节 电解池（第1课时）电解原理学案 新人教版选修4

第三节电解池第1课时电解原理1了解电解、电解池的概念。2理解电解池的工作原理。(重点)3能够正确书写电解池的电极反应方程式。(难点)4能够利用电化学原理进行有关计算。电 解 原 理基础初探教材整理1电解CuCl2溶液1通电前，CuCl2溶液中存在的离子有Cu2、Cl、H、OH。2工作原理(1)总反应：CuCl2CuCl2。(2)电流方向：电源正极阳极阴极电源负极。(3)电子流向：阳极电源正极，电源负极阴极。3CuCl2溶液导电的过程就是CuCl2电解的过程，就是在阴、阳两极发生氧化还原反应的过程。教材整理2电解原理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：在外加电源的作用下，将电能转变成化学能的装置。3电解池的两极：阳极与电源正极相连，发生氧化反应。阴极与电源负极相连，发生还原反应。4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；形成闭合回路。5离子的定向移动：阴离子移向阳极；阳离子移向阴极。6电子的流向：电源负极阴极；阳极电源正极。探究升华思考探究实验1：将两根碳棒分别插进U形管内的CuCl2溶液中，如图。实验2：将两根碳棒用导线连接后，浸入U形管内的CuCl2溶液中，如图。实验3：将两根碳棒分别跟直流电源的正极和负极相连接，浸入U形管内的CuCl2溶液中，再接通直流电，如图。过一段时间后，再把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的电极附近。问题思考：(1)实验1、实验2和实验3的现象有什么不同？实验3的两电极的现象是什么？【提示】实验1和实验2中均无明显现象。实验3中碳棒上有Cu析出，且有能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝的气体生成。(2)实验3中CuCl2溶液中通电前离子如何运动？通电后离子如何运动？根据实验现象和氯化铜溶液的组成成分以及原有知识分析推断两极生成物的名称。【提示】通电前CuCl2溶液中的Cu2、Cl等自由运动。通电后Cu2和Cl发生了定向移动。根据实验现象可知，与电源负极相连的一极有Cu生成，与电源正极相连的一极有Cl2生成。(3)电离和电解有何区别和联系？请完成下表。电离电解条件电解质_或_状态下电解质电离后，再通_电过程电解质离解成为自由移动的_阴、阳离子定向_，在两极上放电举例CuCl2=Cu22ClCuCl2CuCl2特点只产生自由移动的离子发生_反应，形成新物质联系电解必须建立在电离的基础上【提示】在水溶液中熔融直流离子移动化学认知升华电解原理1电解池构成条件直流电源；固体电极；电解质溶液或熔融电解质。与电源正极相连的称为阳极，与电源负极相连的称为阴极。2电解池的工作原理接通直流电流后，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。 题组冲关1如图所示的装置中能够组成电解池的是()【解析】电解池必须有外接电源，A、B不符合要求；C项未形成闭合回路。【答案】D2如图所示，铜片、锌片和石墨棒用导线连接后插入番茄里，电流表中有电流通过，则下列说法正确的是()A锌片是负极B两个铜片上都发生氧化反应C石墨是阴极D两个番茄都形成原电池【解析】由于番茄汁显酸性，左侧番茄形成原电池，Zn作负极。右侧番茄形成电解池，Cu作阴极。故只有A选项正确。【答案】A3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，则与A相连的是电源的正极，B为电解池的阴极，阴极区H放电生成H2，c(H)减小，c(OH)增大，使石蕊试纸变蓝。【答案】正蓝4.用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。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】可利用电解质溶液中离子的移动方向判断出电源的正负极，并写出电极反应式和反应现象。A铜离子应移向阴极，则a为负极。B.CuCl2发生电离是在水分子的作用下完成的，并非通电才能发生。C.反应Cu22e=Cu应在阴极上发生，阳极上发生的反应应为2Cl2e=Cl2。D.通电一段时间后，应在阳极附近观察到黄绿色气体。【答案】A5某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池总反应为Li1xCoO2LixC6=LiCoO2C6(xHMg2，阴离子放电顺序为ClOHSO，故开始电解时，阴极上Cu2放电得产物Cu，阳极上Cl放电得Cl2，当Cu2、Cl放电完毕后，阴极上H继续放电得产物H2，阳极上OH放电得产物O2，所以该电解过程可分为两个阶段，总反应式为第一阶段：CuCl2CuCl2第二阶段：2H2O2H2O2认知升华电解质水溶液的电解规律1电解时的放电顺序与电极产物的判断(1)基本思路(2)离子放电顺序阴离子的放电顺序：S2IBrClOH含氧酸根F。阳离子放电顺序：AgHg2Fe3Cu2H(酸)Pb2Sn2Fe2Zn2H(水)Al3Mg2Na。2以惰性电极电解电解质溶液的类型类型电极反应特点实例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=2H2OO2NaOH水增大增大加水H2SO4水增大减小加水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HCl电解质减小增大通氯化氢CuCl2电解质减小加氯化铜放H2生碱型阴极：H2O放H2生碱阳极：电解质阴离子放电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生酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小加氧化铜题组冲关1用惰性电极电解足量的下列溶液，一段时间后，再加入一定量的另一种物质(方括号内)，不能使溶液与原来溶液一样的是()ACuCl2CuCl2BNaOHH2OCNaClHClDCuSO4Cu(OH)2【解析】A项，CuCl2CuCl2，故加入CuCl2使CuCl2溶液复原；B项，实质电解水：2H2O2H2O2，故加水复原；C项，2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，减少的n(H2)n(Cl2)11，故加入HCl复原；D项，2CuSO42H2O2CuO22H2SO4，减少Cu、O两种原子，故不能加入含H元素的Cu(OH)2。【答案】D2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仅B仅C仅D全部【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。【答案】C3某混合溶液中只含有两种溶质NaCl和H2SO4，且n(NaCl)n(H2SO4)31。若以石墨电极电解该溶液，下列推断中不正确的是()A整个电解的过程实质是电解水B阳极先析出Cl2，后析出O2C电解液的pH不断增大，最终大于7D阴极产物为H2【解析】由n(Cl)n(H)32可知，阳极先后发生反应；2Cl2e=Cl2，2H2O4e=O24H；阴极只发生反应：2H2e=H2。【答案】A4某同学为了使反应2HCl2Ag=2AgClH2能进行，设计了下列四个实验，如图所示，你认为可行的方案是()【解析】此反应为非自发的氧化还原反应，需设计成电解池，且Ag失电子作阳极，电解质溶液中的H得电子生成H2。【答案】C5下图中X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a电极质量增加，b电极处有无色无味气体放出，符合这一情况的是表中的() abX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】由a电极质量增加可知溶液中阳离子在a电极析出，则a为阴极，X为负极，故A正确；B中a电极不析出金属，错误；C中X为正极，错误；又由b电极有无色无味气体放出，D错误。【答案】A学业分层测评(二十二)(建议用时：45分钟)学业达标1电解池中，阳极的电极材料一定()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】若阳极材料为活泼金属，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。【答案】B2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】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。【答案】B3用惰性电极电解下列物质的水溶液时，在阳极无气体放出的是()AAgNO3BCuCl2CNaOHDNa2S【解析】用惰性电极电解给出的四种溶液时，在阳极分别是OH、Cl、OH、S2放电，产生的物质分别是O2、Cl2、O2、S，故选D。【答案】D4Cu2O可由电解制取，如图所示，电解总反应：2CuH2O=Cu2OH2。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该反应也可设计为原电池【解析】电解总反应：2CuH2O=Cu2OH2，金属铜失电子，说明金属铜一定作阳极，石墨做阴极，在阴极上是溶液中的氢离子得电子，产生氢气，故A正确；铜电极本身失电子，发生氧化反应，故B错误；铜电极是电解池的阳极，接直流电源的正极，故C错误；反应2CuH2O=Cu2OH2属于非自发性的氧化还原反应，不能设计成原电池，故D错误。【答案】A5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，符合题意的一组是()选项XYZWACFeNaClH2OBPtCuCu(NO3)2Cu(NO3)2溶液CCCH2SO4H2ODAgFeAgNO3AgNO3晶体【解析】A项，2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，应加入HCl复原；B项，2Cu(NO3)22H2O2CuO24HNO3，应加入CuO或CuCO3复原；D项，AgNO3浓度保持不变。【答案】C6如图，电解质溶液是NaCl的水溶液，通电一段时间后发现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】d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；电子流向是阴极电源正极，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。【答案】B7将一直流电源的正、负极(电极材料为Pt)，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透的滤纸上，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【解析】阳极上I放电生成I2，使淀粉变蓝，阴极上H放电后，使溶液中的c(H)c(H)，故溶液中有氢氧化铜蓝色沉淀生成。D端为阴极，发生的电极反应为：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=H2能力提升13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()ACu2X3HBHX3Cu2CX3HCu2DCu2HX3【解析】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。【答案】D14Cu2O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铜电极连接直流电源的负极D当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成【解析】由电解总反应方程式可知，Cu参加了反应，所以Cu做电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨做阴极，电极反应式为2H2e=H2，A选项正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应式为2Cu2OH2e=Cu2OH2O，当有0.1 mol 电子转移时，有0.05 mol Cu2O生成，D选项错误。【答案】A15三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是()A通电后中间隔室的SO向正极迁移，正极区溶液pH增大B该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C负极反应为2H2O4e=O24H，负极区溶液pH降低D当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成【解析】A项正极区发生的反应为2H2O4e=O24H，由于生成H，正极区溶液中阳离子增多，故中间隔室的SO向正极迁移，正极区溶液的pH减小。B项负极区发生的反应为2H2O2e=H22OH，阴离子增多，中间隔室的Na向负极迁移，故负极区产生NaOH，正极区产生H2SO4。C项由B项分析可知，负极区产生OH，负极区溶液的pH升高。D项正极区发生的反应为2H2O4e=O24H，当电路中通过1 mol电子的电量时