421电解原理-2021-2022学年高二化学（新人教版选择性必修一）

4.2.1电解原理考点精讲考点分析考点分析考点1：电极产物的判断问题情境探究实验1：将两根碳棒分别插进U形管内的CuCl2溶液中，如图①。图①图②图③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②。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③。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？【解答】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。【问题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。【解答】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。【问题3】在氯化铜溶液中除了Cu2＋和Cl－之外还有H＋和OH－，这两种离子为什么没有得或失电子？【解答】电解时，溶液中离子的放电先后顺序与离子的氧化性或还原性有关，氧化性强的阳离子先得电子被还原，还原性强的阴离子先失电子被氧化。Cu2＋比H＋更容易得电子，而Cl－比OH－更容易失电子。【问题4】溶液中有多种离子时，怎样判断电极产物？【解答】根据阳离子放电顺序判断阴极产物，根据电极材料的阴离子放电顺序判断阳极产物。核心知识核心知识1．电极反应规律（1）阴极：无论是惰性电极还是活泼电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子放电顺序：Ag＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋……（2）阳极：溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中。其放电顺序：活泼金属阳极>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。2．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H2SO4含氧酸阳极：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O阴极：4H＋＋4e－=2H2↑H2O减小加入H2ONaOH强碱增大Na2SO4活泼金属的含氧酸盐不变电解电解质型HCl无氧酸阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：2H＋＋2e－=H2↑HCl增大加入HClCuCl2不活泼金属的无氧酸盐阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－=CuCuCl2加入CuCl2放H2生碱型NaCl活泼金属的无氧酸盐阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：2H＋＋2e－=H2↑NaCl、H2O增大加入HCl放O2生酸型CuSO4不活泼金属的含氧酸盐阳极：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O阴极：2Cu2＋＋4e－=2CuCuSO4、H2O减小加入CuO或CuCO3考点演练考点演练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()A．CuCl2[CuCl2] B．NaOH[H2O]C．NaCl[HCl] D．CuSO4[Cu(OH)2]【解答】DA项，CuCl2eq\o(=,\s\up10(电解))Cu＋Cl2↑，故加入CuCl2使CuCl2溶液复原；B项，实质电解水：2H2Oeq\o(=,\s\up10(电解))2H2↑＋O2↑，故加水复原；C项，2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up10(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，减少的n(H2)∶n(Cl2)＝1∶1，故加入HCl复原；D项，2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up10(电解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4，减少Cu、O两种原子，故不能加入含H元素的Cu(OH)2。2．用石墨作电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列有关叙述正确的是()A．逸出气体的体积：A电极＜B电极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．电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性【解答】DSOeq\o\al(2－,4)、OH－移向B电极，在B电极OH－放电，产生O2，B电极附近c(H＋)＞c(OH－)，石蕊溶液变红，Na＋、H＋移向A电极，在A电极H＋放电产生H2，A电极附近c(OH－)＞c(H＋)，石蕊溶液变蓝，C项错误、D项正确；A电极产生的气体体积大于B电极，A项错误；两种气体均为无色无味的气体，B项错误。方法技巧方法技巧（1）水溶液中，K＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋等离子不可能在阴极放电，即用电解相应水溶液的方法不可能得到K、Na、Mg、Al等活泼金属。（2）电解池的阴极不管是惰性电极Pt、石墨还是活性电极，都是电解质溶液或熔融电解质中的阳离子放电，电极本身不可能溶解。（3）若阴极为H＋放电，则阴极区cOH－增大；若阳极为OH－放电，则阳极区cH＋增大；若阴极为H＋放电，同时阳极为OH－放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大饱和溶液例外。（4）电解质溶液恢复原状的方法：少什么加什么，少多少加多少。考点过关考点过关1．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【解答】D如果阳极是活泼电极，电极本身失去电子，发生氧化反应。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【解答】A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Cu2＋＋2e－=Cu应在阴极上发生，阳极上发生的反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑。D.通电一段时间后，应在阳极附近观察到黄绿色气体。3．在某电解质溶液里，用M和N作电极，通电一段时间后，发现M极质量减小，N极质量增大，符合这一情况的是()A．电解质溶液是稀硫酸B．金属M是阳极，金属N是阴极C．M和N是石墨电极D．M是阴极，N是阳极【解答】B由题意可知，M极溶解，发生氧化反应，为阳极；N极质量增加，有金属单质析出，发生还原反应，为阴极。4．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【解答】D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2H＋＋2e－=H2↑，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。5．关于如图所示①②两个装置的叙述正确的是()A．装置名称：①是原电池，②是电解池B．硫酸浓度变化：①增大，②减小C．电极反应式：①中阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，②中正极：Zn－2e－=Zn2＋D．离子移动方向：①中H＋向阴极方向移动，②中H＋向负极方向移动【解答】B①为电解池，电解水，阳极反应式为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，硫酸的浓度增大；②为原电池，溶液中的氢离子移向正极，正极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，硫酸的浓度减小。6．如图所示，装置连接好后，电流计指针发生了偏转，下列说法中正确的是()A．两个番茄及相关电极均构成了原电池B．锌是负极C．电子移动：锌→铜(右)→番茄→石墨→铜(左)D．两个铜片上均发生氧化反应【解答】B左侧番茄及相关电极均构成了原电池，右侧番茄及相关电极均构成了电解池，A错误；铜锌番茄原电池中，Zn较活泼，作负极，B正确；原电池中Zn为负极，电子由原电池的负极流出，经过用电器流入原电池正极，但电子不能进入溶液中，所以电子移动：锌→铜(右)，石墨→电流表→铜(左)，C错误；原电池中铜电极上氢离子得电子发生还原反应，右装置是电解池，铜电极为阴极，阴极上阳离子得电子发生还原反应，D错误。7．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【解答】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是阳离子，P是阴离子，故B正确。8．下列有关用惰性电极电解AgNO3溶液一段时间后的说法，正确的是()A．电解过程中阳极的质量不断增加B．电解过程中溶液的pH不断升高C．此时向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复到电解前的状况D．电解后两极产生的气体体积比为2∶1【解答】C用惰性电极电解AgNO3溶液，总的电解反应式为4AgNO3＋2H2Oeq\o(=,\s\up10(电解))4Ag＋O2↑＋4HNO3，阴极上析出Ag，阳极上放出O2，A、D错误；由于生成HNO3，溶液的pH降低，B错误；要使溶液恢复到电解前的状况要加入的物质应是Ag2O，C正确。9．如图中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【解答】A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。10．用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，在电解后的电解液中加适量水，就能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是()A．NaCl B．Na2CO3C．CuSO4 D．K2S【解答】B电解NaCl溶液时阳极和阴极分别为Cl－和H＋放电，相当于电解HCl，恢复原浓度需通入适量HCl气体，A项错误；电解Na2CO3溶液时阳极和阴极分别为OH－和H＋放电，相当于电解水，恢复原浓度需加入适量H2O，B项正确；电解CuSO4溶液时阳极和阴极分别为OH－和Cu2＋放电，恢复原浓度需加入适量CuO，C项错误；电解K2S溶液时阳极和阴极分别为S2－和H＋放电，恢复原浓度需通入适量H2S，D项错误。【巩固提升】11．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\up10(电解))2Cu＋4H＋＋O2↑B．Cu2＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up10(电解))Cu＋Cl2↑C．2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up10(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑D．2H2Oeq\o(=,\s\up10(电解))2H2↑＋O2↑【解答】C设混合溶液的体积为4L，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Cu2＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up10(电解))Cu＋Cl2↑，氯离子完全反应时，剩余铜离子2.5mol；第二阶段：阳极上氢氧根离子放电，阴极上铜离子放电，电解的方程式是2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up10(电解))2Cu＋4H＋＋O2↑；第三阶段：阳极上氢氧根离子放电，阴极上氢离子放电，电解的方程式是2H2Oeq\o(=,\s\up10(电解))2H2↑＋O2↑。12．电化学降解NOeq\o\al(－,3)的原理如图所示。下列说法不正确的是()A．铅蓄电池的A极为正极，电极材料为PbO2B．铅蓄电池在工作过程中负极质量增加C．该电解池的阴极反应式为2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2OD．若电解过程中转移2mol电子，则质子交换膜两侧电解液的质量变化差(Δm左－Δm右)为10.4g【解答】D由电池原理示意图可知，硝酸根离子转化为氮气，发生还原反应，右侧电极为电解池的阴极，则B极为电池的负极、A极为电池的正极，铅蓄电池的负极材料为Pb，正极材料为PbO2，A项正确；铅蓄电池在工作时负极上铅失去电子转化为硫酸铅附着在电极上，电极质量增加，B项正确；电解池中阴极反应式为2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2O，阳极反应式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，若电解过程中转移2mol电子，则左侧池中产生氧气0.5mol，同时有2mol氢离子经过质子交换膜到达右侧溶液中，右侧池中产生氮气0.2mol，因此左侧电解液的质量减少18g，右侧电解液的质量减少3.6g，两侧电解液的质量变化差为14.4g，故C项正确，D项不正确。13．如图所示的电解池中，a、b、c、d都是石墨电极，通电一段时间后，a、b、c、d各电极上生成物物质的量之比是()A．2∶2∶4∶1 B．1∶1∶2∶1C．2∶4∶4∶1 D．2∶1∶2∶1【解答】A串联电路中，各电极单位时间转移电子数相等。a为阴极，Cu2＋得电子生成Cu，b为阳极，Cl－失电子生成Cl2；c为阴极，Ag＋得电子生成Ag，d为阳极，OH－失电子生成O2。根据得失电子守恒，四种产物之间的关系为2Cu～2Cl2～4Ag～O2。14．按下图装置进行实验，并回答下列问题。(1)判断装置的名称：A池为________________；B池为________________。(2)铜极为________极，电极反应式为________________________________。(3)B装置中，C1与C2均为石墨棒，石墨棒C1为______________________极，电极反应式为__________________________________，石墨棒C2附近发生的实验现象为____________________________________________________。【解答】左边的装置可以构成一个原电池，那么右边的装置就是一个电解池。(1)判断装置的名称：A池为原电池，B池为电解池。(2)铜比锌的活泼性弱，所以铜作正极，Cu2＋在正极反应，电极反应式为：Cu2＋＋2e－=Cu。(3)C1接原电池的正极，作阳极，C2接原电池的负极作阴极。C1作阳极，阴离子在阳极放电，Cl－的放电能力比OH－强，故C1的电极反应式为：2Cl－－2e－=Cl2↑；阳离子在C2放电，H＋的放电能力比K＋强，故C2的电极反应式为：2H＋＋2e－=H2↑，H＋放电后阴极附近的OH－浓度增大，溶液显碱性，溶液中滴有酚酞，那么溶液就会变红，所以看到的现象有：有无色气体产生，附近溶液出现红色。【答案】(1)原电池电解池(2)正Cu2＋＋2e－=Cu(3)阳2Cl－－2e－=Cl2↑有无色气体产生，附近溶液出现红色15．如图X是直流电源。Y池中c、d为石墨棒，Z池中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后，发现d附近显红色。(1)①b为电源的________极(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)。②Z池中e为________极。③连接Y、Z池线路，电子流动的方向是d________e(用“→”或“←”填空)。(2)①写出c极上反应的电极反应式：_______________________________________________________________________________________________。②写出Y池中总反应的化学方程式：__________________________________________________________________________________________________。③写出Z池中e极上反应的电极反应式：_______________________________________________________________________________________。【解答】d极附近显红色，说明d为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，c为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑，Y池电解NaCl溶液的总反应方程式为2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up10(电解))2NaOH＋Cl2↑＋H2↑；直流电源中a为正极，b为负极，Z池中f为阴极，e为阳极，电极反应式分别为Cu2＋＋2e－=Cu、Cu－2e－=Cu2＋，电子流动方向由e→d。【答案】(1)①负②阳③←(2)①2Cl－－2e－=Cl2↑②2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up10(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑③Cu－2e－=Cu2＋16．A、B、C为三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：阳离子Na＋、K＋、Cu2＋阴离子SOeq\o\al(2－,4)、OH－图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。图1图2接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。据此回答下列问题：(1)M为电源的________(填“正”或“负”)极，电极b上发生的电极反应式为______________________________________________________________。(