1.2.4 电解池的工作原理学案2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

新苏教版高中化学选择性必修1《化学反应原理》PAGEPAGE1第四课时电解池的工作原理【课程标准要求】1.了解电解池的结构，理解电解池的工作原理，知道原电池与电解池的区别。2.理解电解的规律，学会判断电解的产物，学会书写电解的电极反应式和电解总反应式。一、电解熔融态氯化钠的原理分析1.电解熔融态氯化钠原理图2.过程分析(1)通电前熔融NaCl中存在的微粒有Na＋、Cl－，这些微粒做无规则(或自由)运动。(2)通电后离子移动方向：Na＋移向阴极，Cl－移向阳极。电极上发生的反应：阴极反应：2Na＋＋2e－=2Na，发生还原反应；阳极反应：2Cl－－2e－=Cl2↑，发生氧化反应。3.分析结论熔融的NaCl在直流电作用下发生了氧化还原反应，分解生成了Na和Cl2。电解反应：2NaCleq\o(=,\s\up7(通电))2Na＋Cl2↑。【微自测】1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)通电后Na＋向阳极移动()(2)Cl－在阴极上发生还原反应()(3)电解熔融NaCl，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色()(4)电解熔融NaCl就是在电流的作用下使其发生分解反应()答案(1)×(2)×(3)×(4)√二、电解和电解池1.电解：在直流电的作用下，在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。2.电解池：将电能转化为化学能的装置。3.电解池的电极名称阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应；阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。4.电解池的构成条件(1)具有直流电源；(2)两个电极(阴极、阳极)；(3)电解质溶液或熔融电解质；(4)形成闭合回路。5.电子和离子移动方向(1)电子：从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。(2)离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。【微自测】2.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)电解池的两个电极必须是活泼性不同的电极()(2)电解池是把化学能转化为电能的装置()(3)电解质溶液导电的过程为物理过程()(4)电解池的阴极是指和直流电源负极相连的电极()(5)电解池在工作时，阴极上发生还原反应()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)√一、电解池工作原理探究和电解规律1.电解池的工作原理接通外界电源后，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，再从电解池的阳极释放流出，并沿导线流回电源的正极，如图所示。2.电解池阴、阳极的判断3.电解池电极产物的判断4.酸、碱、盐溶液电解规律(惰性电极)用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表：电解质及类别电极反应式电解物质pH变化溶液复原方法电解水型含氧酸如H2SO4阴极：①酸溶液2H＋＋2e－=H2↑，②盐、碱溶液2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－阳极：①酸、盐溶液2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，②碱溶液4OH－－4e－=O2↑＋2H2OH2O减小加入H2O强碱如NaOH增大活泼金属的含氧酸盐如Na2SO4不变电解电解质型无氧酸如HCl阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：2H＋＋2e－=H2↑HCl增大通入HCl气体不活泼金属的无氧酸盐如CuCl2阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－=CuCuCl2－加入CuCl2固体放H2生碱型活泼金属的无氧酸盐如NaCl阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－NaCl、H2O增大通入HCl气体放O2生酸型不活泼金属的含氧酸盐如CuSO4阳极：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋阴极：2Cu2＋＋4e－=2CuCuSO4、H2O减小加入CuO或CuCO31.用石墨作电极，电解碘化钾溶液(含有少量酚酞和淀粉)。下列说法错误的是()A.阴极附近溶液呈红色B.阴极逸出气体C.阳极附近溶液呈蓝色D.溶液的pH减小答案D解析用石墨作电极，电解碘化钾溶液类似于电解氯化钠溶液。阳极反应式为2I－－2e－=I2，阳极附近溶液变蓝色；阴极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，阴极有氢气逸出，附近溶液氢氧根浓度逐渐增大呈碱性，溶液变红色。2.用石墨电极电解CuCl2溶液(如图)。下列分析正确的是()A.a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：Cu2＋＋2e－=CuD.通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体答案A解析A项，铜离子移向阴极，则a为负极，正确；B项，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，错误；C项，反应Cu2＋＋2e－=Cu应在阴极上发生，阳极上发生的反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑，错误；D项，通电一段时间后阳极附近观察到黄绿色气体，错误。3.(2021·北京丰台区期中)以石墨作电极，电解AgNO3溶液，可在两极分别得到Ag和O2，下列说法正确的是()A.氧化性：Ag＋＞H＋，还原性：NOeq\o\al(－,3)＞OH－B.Ag附着在阳极：Ag＋＋e－=AgC.电解过程中溶液的酸性将逐渐减弱D.电路中每转移1mol电子，可生成1molAg和0.25molO2答案D解析氧化性：Ag＋＞H＋，还原性：NOeq\o\al(－,3)＜OH－，A错误；阴极上银离子放电Ag＋＋e－=Ag，B错误；用石墨作电极电解AgNO3溶液的离子方程式为4Ag＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))4Ag＋O2↑＋4H＋，溶液的酸性将逐渐增强，C错误；阳极上氢氧根离子放电2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，阴极上银离子放电Ag＋＋e－=Ag，电路中每转移1mol电子，可生成1molAg和0.25molO2，D正确。4.(2021·龙岩高二检测)如图为直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置。通电一段时间后，在石墨电极a和b附近分别滴加一滴酚酞溶液。则下列有关说法中正确的是()A.a电极产生H2B.两极产生的气体均有刺激性气味C.通电一段时间后，稀Na2SO4溶液酸性增强D.a电极附近呈无色，b电极附近呈红色答案A解析a为阴极，电解时a电极上得电子发生还原反应生成氢气同时生成氢氧根离子，电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，所以有氢气生成，A正确；阴极生成氢气、阳极生成氧气，所以生成的气体都是无色无味的，B错误；阴极上生成氢气、阳极生成氧气，所以实质上是电解水，硫酸钠的物质的量不变，溶液体积减小，则硫酸钠物质的量浓度增大，溶液仍然呈中性，C错误；a电极附近生成氢氧根离子导致溶液呈碱性，b电极附近生成氢离子导致溶液呈酸性，所以a电极附近溶液变红色，b电极附近溶液呈无色，D错误。二、电解池中电极反应式的书写1.电极反应式的书写步骤2.电解池中电极反应式书写的关键点(1)书写电解池中电极反应式时，强电解质以实际放电的离子表示，弱电解质写成化学式。(2)电极反应式的书写首先根据题干要求及信息写出反应物和生成物，然后根据“阴(极)得(e－)阳(极)失(e－)”加上得失电子数目，最后根据电解质溶液酸碱性补上H＋、OH－或H2O，依据电荷守恒配平。(3)酸性溶液中不能出现OH－，碱性溶液中不能出现H＋。(4)要确保两极得失电子数目相等，且总反应注明条件“电解”。(1)若铁作阳极，铁失电子生成Fe2＋而不是Fe3＋。(2)Fe3＋在阴极上放电时生成Fe2＋而不是单质铁。(3)书写电极反应式要结合具体要求分析产物。如用铝作阳极制取氧化铝，则阳极产物是Al2O3而不是Al3＋。5.如图所示是电解稀盐酸的装置，其中c、d为石墨电极。试回答下列问题：(1)a电极为________，b电极为________。(2)c电极为________，电极反应式为_________________________________，发生了________反应。d电极为________，电极反应式为_________________________________，发生了________反应。(3)电解过程中，氢离子向________(填“阴”或“阳”，下同)极移动，氯离子向________极移动。电解反应方程式为：________________________________。答案(1)正极负极(2)阳极2Cl－－2e－=Cl2↑氧化阴极2H＋＋2e－=H2↑还原(3)阴阳2HCleq\o(=,\s\up7(通电))H2↑＋Cl2↑6.电解原理在化学工业中有广泛应用。如图所示为一个电解池，装有电解液NaCl溶液；X、Y是两块惰性电极，通过导线与直流电源相连，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液。(1)电解池中X极上的电极反应式是_________________________________；在X极附近观察到的现象是_____________________________________。(2)Y电极上的电极反应式是______________________________________；检验该电极反应产物的方法是_________________________________________________________________________________________________。答案(1)2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－溶液变红(2)2Cl－－2e－=Cl2↑把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近管口处，试纸变蓝色证明有Cl2生成解析(1)NaCl溶液中含有H＋、OH－、Na＋、Cl－，X极是阴极，H＋首先放电，2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，放电后产生OH－，溶液显碱性，酚酞试液显红色。(2)Y电极是阳极，Cl－首先放电，2Cl－－2e－=Cl2↑，检验的方法是把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近管口处，试纸变蓝色证明有Cl2生成。7.按要求书写电极反应式和电解反应。(1)用惰性电极电解AgNO3溶液阳极反应式：_________________________________________________；阴极反应式：__________________________________________________；电解反应离子方程式：__________________________________________。(2)用惰性电极电解MgCl2溶液阳极反应式：______________________________________________；阴极反应式：______________________________________________；电解反应离子方程式：____________________________________。(3)用Fe作电极电解NaCl溶液阳极反应式：______________________________________________；阴极反应式：_______________________________________________；电解反应化学方程式：________________________________________。(4)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜阳极反应式：__________________________________________________；阴极反应式：___________________________________________________；电解反应离子方程式：______________________________________________________________________________________________________。答案(1)2H2O－4e－=O2↑＋4H＋Ag＋＋e－=Ag4Ag＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))4Ag＋O2↑＋4H＋(2)2Cl－－2e－=Cl2↑2H2O＋2e－＋Mg2＋=H2↑＋Mg(OH)2↓Mg2＋＋2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑(3)Fe－2e－=Fe2＋(Fe－2e－＋2OH－=Fe(OH)2↓)2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－Fe＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))Fe(OH)2↓＋H2↑(4)2Al－6e－＋3H2O=Al2O3＋6H＋2H＋＋2e－=H2↑2Al＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))Al2O3＋3H2↑1.如下图所示装置中，属于电解池的是()答案C解析根据电解池的构成条件进行判断：装置A、B、D中无直流电源，装置D中不能形成闭合回路，A、B、D不属于电解池。2.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化成化学能的装置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D解析如果阳极是活性电极，电极本身失去电子，发生氧化反应。3.用铂电极电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别为H2和O2的是()A.NaOH稀溶液 B.HCl溶液C.CuSO4溶液 D.NaCl溶液答案A4.用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为3∶1的硫酸铜和氯化钠的混合溶液，不可能发生的反应有()A.2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2Cu＋4H＋＋O2↑B.Cu2＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(通电))Cu＋Cl2↑C.2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2OH－＋H2↑＋Cl2↑D.2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2H2↑＋O2↑答案C解析设混合溶液的体积为4L，混合前物质的量浓度均为1mol·L－1，溶液中硫酸铜和氯化钠的物质的量分别为3mol和1mol，根据转移电子守恒，第一阶段：阳极上氯离子放电，阴极上铜离子放电，电解的方程式是