第3节电能转化为化学能第1课时电解的原理（讲义）（原卷版）

化学反应与能量转化第3节电能转化为化学能第1课时电解的原理教学目标1．能正确判断电解池装置，理解原电池与电解池的区别与联系。2．理解电解池中电子、离子的移动，阴阳两极上的反应及其变化，电流形成的过程和原理。3．理解电解的规律，能正确书写电解池的电极反应式和总反应式。重点和难点重点：电解的原理。难点：电解池电极反应式和总反应式的书写。◆知识点一电解原理1．实验探究——电解氯化铜溶液装置示意图实验现象实验分析电流表指针电解质溶液导电，形成闭合回路b极上逐渐覆盖一层红色物质析出：Cu2＋＋2e－=Cu(还原反应)a极上产生刺激性气味的气体，该气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸产生了：2Cl－－2e－=Cl2↑(氧化反应)电解CuCl2溶液的总反应：CuCl2eq\o(=,\s\up7(电解))Cu＋Cl2↑2.电解原理(1)电解：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起反应的过程。(2)电解池(也称电解槽)：将转化为的装置。构成条件①直流电源；②两个电极；③闭合回路；④电解质溶液或熔融电解质电极阳极与电源相连的电极，发生反应阴极与电源相连的电极，发生反应离子流向阳离子移向电解池的；阴离子移向电解池的电子流向从电源流向电解池的，从电解池的流向电源的3．电解池阴阳极的判断方法4．电解池电极产物的判断即学即练1．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．M是阳极，N是阴极C．M和N都是石墨电极 D．M是阴极，N是阳极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()A．a为负极、b为正极B．a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◆知识点二电解规律1．电解池电极反应式的书写(1)常见微粒的放电顺序阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>……阳极：活性电极＞S2－>I－>Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根【【特别提醒】①活性电极一般指Pt、Au以外的金属电极。②电解的离子方程式中，若参与电极反应的H＋或OH－是由水电离出来的，用H2O作为反应物。(2)电极反应式的书写方法以惰性电极碳棒电解CuSO4溶液为例①辨电极：阴极与电源相连，阳极与电源相连。②找离子：电解质溶液中：Cu2＋、H＋、SOeq\o\al(2－,4)、OH－。③排顺序：依据常见微粒放电顺序，阴极：Cu2＋>H＋(水)，阳极：OH－(水)>SOeq\o\al(2－,4)。④电极式：阴极：Cu2＋＋2e－=Cu，阳极：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋。⑤总反应：依据得失电子守恒，调整各电极计量数，然后相加，标上反应条件2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Cu＋O2↑＋4H＋、2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4。2．电解后溶液的复原规律用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表：(1)电解H2O型电解质H2SO4NaOHNa2SO4阳极反应式2H2O－4e－=O2↑＋4H＋4OH－－4e－=O2↑＋2H2O2H2O－4e－=O2↑＋4H＋阴极反应式4H＋＋4e－=2H2↑2H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－pH变化复原加入物质加入H2O(2)电解电解质型电解质HClCuCl2阳极反应式2Cl－－2e－=Cl2↑阴极反应式2H＋＋2e－=H2↑Cu2＋＋2e－=CupH变化复原加入物质加入加入(3)电解质和水都发生电解型电解质NaClCuSO4阳极反应式2Cl－－2e－=Cl2↑2H2O－4e－=O2↑＋4H＋阴极反应式2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－2Cu2＋＋4e－=2CupH变化复原加入物质加入加入3.电解池中的守恒规律同一电路中转移的电子数是相等的，利用使各电极得失电子均相等，在各极反应式中建立联系。【【特别提醒】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。即学即练1．用惰性电极电解稀硫酸、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是()A．H2和Cl2 B．H2和O2C．Cu和Cl2 D．Cu和O22.某同学设计了一种电解法制取Fe(OH)2的实验装置(如图)。通电后，溶液中产生白色沉淀，且较长时间不变色。下列说法正确的是()A．电源中a为负极，b为正极B．电解池中的电解液不可以是NaCl溶液C．B电极发生的反应：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－D．A、B两端都必须使用铁作为电极3．用石墨作为电极完全电解含1mol溶质X的溶液后，向溶液中加入一定量的物质Y能使电解液恢复到起始状态的是()选项X溶液物质YACuCl21molCu(OH)2BKOH1molKOHCNa2SO41molH2SO4DAgNO30.5molAg2O一、电极反应式及电解总反应方程式的书写步骤（以惰性电极电解Cu(NO3)2溶液为例）实践应用1．下列关于如图电解池工作时的相关叙述正确的是()A．Fe电极为阳极，发生氧化反应B．Cl－向石墨电极做定向移动C．石墨电极上的电极反应：Fe3＋＋3e－=FeD．电解池总反应：2Cl－＋2Fe3＋eq\o(=,\s\up7(电解))Cl2↑＋2Fe2＋2．如图所示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极附近显红色。(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极的电极反应式：__________________________________________；②写出Y池中总反应的化学方程式：__________________________________________________；③写出e极的电极反应式：___________________________________。考点一电解及其装置判断【例1】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：2H2O－4e－=4H＋＋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【变式11】若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是Cu＋2H＋=Cu2＋＋H2↑，则下列关于该装置的有关说法中正确的是()A．该装置可能是原电池，也可能是电解池B．该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极C．该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸D．该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸【变式12】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考点二电解规律及其应用【例2】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(电解))2Cu＋4H＋＋O2↑B．Cu2＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(电解))Cu＋Cl2↑C．2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑D．2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑【变式21】用石墨作电极，电解1mol·L－1下列溶液，则电解前后溶液的pH保持不变的是()A．硫酸 B．氢氧化钠C．硫酸钠 D．氯化钠【变式22】如图为直流电源电解稀硫酸钠溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是()A．电极a附近呈红色，电极b附近呈蓝色B．电极a附近呈蓝色，电极b附近呈红色C．逸出气体的体积，电极a的小于电极b的D．一电极逸出无味气体，另一电极逸出具有刺激性气味的气体考点三电解质溶液的复原【例3】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()组号XYZWACFeNaClH2OBPtCuCuSO4CuSO4溶液CCCH2SO4H2ODAgFeAgNO3AgNO3晶体【【解题要点】电解后溶液的复原，从溶液中放出的气体和生成的沉淀，按照原子个数比组成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则。【变式31】用惰性电极分别电解下列各电解质的水溶液，一段时间后(设电解质足量)，向电解后溶液中加(通)入适量原电解质，可以使溶液恢复到电解前的浓度的是()A．Cu(NO3)2 B．K2SO4C．HCl D．NaOH【变式32】为了加深对电解规律的理解，某同学做了以下探究，要求从H＋、Cu2＋、Na＋、SOeq\o\al(2－,4)、Cl－5种离子中两两组成电解质，按下列要求进行电解：(1)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量减少，水量不变，则采用的电解质是____________。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是____________。(2)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量不变，水量减少，则采用的电解质是____________。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是__________。(3)以碳棒为阳极，铁棒为阴极，电解过程中电解质和水量都减少，则电解质是____________。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是____________。基础达标1．下面列出了用惰性电极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：Na＋＋e－=NaB．电解Na2SO4溶液阳极：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋C．电解熔融NaCl阴极：Na＋＋e－=NaD．电解NaOH溶液阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑2.如图所示，电解质溶液是NaCl的水溶液，过一段时间发现d电极附近有黄绿色气体产生，下列说法正确的是()A．a是电源的正极B．电子流动的方向：b→dC．c电极发生氧化反应D．若将c、d两电极互换，则c电极附近不一定会生成黄绿色气体3．用石墨电极电解稀硫酸的过程中，溶液pH的变化情况为()A．逐渐减小 B．逐渐增大C．不改变 D．先减小，后增大4．利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2，并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列说法正确的是()A．b为直流电源的正极B．将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，电极反应式不变C．阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－=SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋D．电解时，H＋由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室5．如图是CO2经电催化还原为CH4的装置示意图。下列说法不正确的是()A．该过程是电能转化为化学能的过程B．铜电极的电极反应式为CO2＋8HCOeq\o\al(－,3)＋8e－=CH4＋8COeq\o\al(2－,3)＋2H2OC．一段时间后，①池中n(KHCO3)不变D．一段时间后，②池中溶液的pH一定下降6．用惰性电极电解足量的Cu(NO3)2溶液，下列说法不正确的是()A．阴极上的电极反应式为Cu2＋＋2e－=CuB．阳极上的电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋C．若有6.4g金属Cu析出，放出的O2为0.05molD．恰好电解完时，加入一定量的Cu(NO3)2使溶液恢复到原来的浓度7．用惰性电极电解饱和食盐水，下列说法正确的是()A．电解过程中，Cl－向阳极方向移动，发生还原反应B．电解一段时间后，阴极附近溶液pH增大C．电解池中的总反应为2H＋＋2Cl－=H2↑＋Cl2↑D．欲使电解池中的溶液恢复到电解前的状态，应加入适量浓盐酸8.某同学按如图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是()A．电解过程中，铜电极上有H2产生B．电解初期，主反应方程式为Cu＋H2SO4eq\o(=,\s\up7(电解))CuSO4＋H2↑C．电解一定时间后，石墨电极上始终无铜析出D．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大9．用惰性电极电解下列各组中的三种溶液，电解过程中，溶液的pH变化依次为减小、不变、增大的是(不考虑气体的溶解)()A．HCl、HNO3、K2SO4B．AgNO3、CuCl2、Cu(NO3)2C．CaCl2、KOH、NaNO3D．CuSO4、Na2SO4、KCl10．如图所示电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c、d均为铂电极，在电解过程中b电极上有气体逸出，d电极质量增大。符合上述实验结果的一项是()选项XYAAgNO3Na2CO3BCu(NO3)2Pb(NO3)2CFeSO4Al2(SO4)3DMgSO4CuSO4综合应用11.（2425高二下·河南·期中）利用如图所示装置可实现有机物化学储氢，下列说法正确的是A．若电源为铅酸蓄电池，则电极M应与PbO2电极相连B．电极N上的电极反应式为2H2O+4e=O2↑+4H+C．该装置工作时，外电路中电子的流动方向为电极M→电解质溶液→电极N→电源D．该装置工作时，存在非极性键的形成和极性键的断裂12.（2324高二下·河南南阳·期末）近日，科学家开发了高活性磷化铁催化剂用于选择性电化学硝酸盐还原为氨气，工作原理如图所示。下列叙述正确的是A．a极与电源正极连接B．一段时间后，KOH溶液浓度保持不变D．b极电势小于a极电势13.（2425高二下·广西南宁·期中）天津大学化学团队以CO2和辛胺为原料实现了甲酸和辛腈的高选择性合成，装置工作原理如下图。下列说法错误的是A．Ni2P电极与电源正极相连B．In/In2O3x电极上可能有副产物H2产生D．溶液中有2molOH−迁移时，理论上Ni2P电极上有1mol辛腈生成下列说法不正确的是B．相同电量下理论产量是传统电解水的1.5倍C．在一定电压下，b极可能产生下列叙述不正确的是A．充电时电子从c→a→b→dB．放电时，脱离石墨，经电解质嵌入正极D．若初始两电极质量相等，放电过程中当转移个电子时，两电极的质量差为A．装置A是原电池，装置B是电解池B．装置A中生成X气体的电极材料可以是碳棒或铁棒17.（2425高二下·浙江·期中）一种耦合HCHO制的装置如图1所示，电极为惰性催化电极，阳极反应机理如图2所示：下列说法正确的是A．电解时，电极a上有生成C．电解时，阳极反应过程中有非极性共价键的断裂与形成B．燃料电池中的由燃料电池右室向左室迁移D．新工艺利用燃料电池提供电能实现节能，同时获得更高浓度的NaOH溶液，为后续的NaOH结晶过程节约能源20.（2425高二下·江苏南通·期中）科研工作者用金催化电极实现了常温、常压条件下合成氨，其工作原理如图所示。下列说法正确的是A．电解过程中，通过交换膜从右往左迁移拓展培优21.（2425高二下·河南周口·期末）用电解法制备2氯环己醇的工作原理如图所示：下列叙述正确的是A．H+由N极移向M极B．N极电势高于M极电势C．外电路中转移2mol电子，一定生成1mol2氯环己醇D．从有机基本反应类型看，环己烯与HClO的反应类型属于加成反应已知：能与盐酸反应生成氢气。下列说法正确的是A．膜a是阴离子交换膜C．石墨电极电势低于电极D．Ⅱ室、Ⅲ室合并后有利于的生成A．电极b接电源正极，发生氧化反应D．理论上，导线中每通过4mol电子，Ⅱ室溶液质量将减少32g24．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。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：