鲁科版高中化学第一章化学反应的反应热焓变121电解的原理.docx

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鲁科版高中化学第一章化学反应的反应热焓变121电解的原理

第2节

电能转化为化学能——电解

第1课时　电解的原理

[课标要求]

1．了解电解池的构成。

2．了解电解池的电极名称，

会写电极反应方程式。

3．掌握电解池工作时，溶液

中阴阳离子的放电顺序。

1．电解熔融NaCl

（1）实验现象：

通电后，在石墨片周围有气泡产生，在铁片上生成银白色金属。

（2）实验分析：

①熔融氯化钠中存在的微粒Na＋、Cl－。

②通电后离子的运动方向：

阳离子Na＋（填离子符号）移向铁电极，阴离子Cl－（填离子符号）移向石墨电极。

③电极上发生的变化：

铁电极：

2Na＋＋2e－===2Na，

石墨电极：

2Cl－－2e－===Cl2↑。

（3）实验结论：

熔融的氯化钠在电流作用下发生了化学变化，分解生成了钠和氯气。

2．电解

让直流电通过电解质溶液或熔融电解质，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。

3．电解池

（1）概念：

将电能转化为化学能的装置。

（2）构成条件

①直流电源以及与电源相连的两电极；

②电解质溶液或熔融状态的电解质；

③形成闭合回路。

（3）电极及电极反应

①阳极：

发生氧化反应的电极；

阴极：

发生还原反应的电极。

②电极反应：

在电极上进行的半反应，它可以表示电极上物质的变化情况和电子的转移情况。

4．电解池工作原理

（1）电极反应类型

阳极→氧化反应；阴极→还原反应。

（2）电子流向：

电源负极→阴极；阳极→电源正极。

（3）电流方向：

电源正极→阳极；阴极→电源负极。

（4）离子流向：

阳离子→阴极；阴离子→阳极。

用石墨作电极电解CuCl2溶液。

（1）通电前溶液中存在哪些离子？

这些离子怎样运动？

提示：

由CuCl2电离出的Cu2＋、Cl－、H2O电离出的少量H＋、OH－，这些离子作自由移动。

（2）通电后离子怎样移动？

提示：

Cu2＋、H＋向阴极移动，Cl－、OH－向阳极移动。

（3）在两极各是什么离子发生反应？

产物分别是什么？

提示：

Cu2＋、H＋应在阴极发生还原反应，由于氧化性Cu2＋>H＋，则Cu2＋首先被还原生成铜：

Cu2＋＋2e－===Cu；Cl－、OH－应在阳极发生氧化反应，由于还原性Cl－>OH－，Cl－首先被氧化生成氯气：

2Cl－－2e－===Cl2↑，即阴极产物是铜，阳极产物是氯气。

1．电解池电极的判断

2．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，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极，如图所示。

3．电解产物的判断方法

（1）阳极产物的判断：

首先看电极材料。

①若为活性电极（除Au、Pt石墨以外的金属材料），则电极材料失电子，电极溶解生成相应的金属阳离子。

②若为惰性电极（Au、Pt、石墨），则依据溶液中阴离子的失电子能力加以判断。

离子放电（失电子）顺序：

S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>SO

（等含氧酸根离子）。

（2）阴极产物的判断

直接根据阳离子放电（得电子）顺序判断，生成相应的金属单质（或氢气）Ag＋>Hg2＋>

Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Zn2＋>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。

[特别提醒]　

①当溶液中的Zn2＋的浓度远大于水溶液中H＋浓度时，得电子能力为Zn2＋>H＋。

②K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋、Al3＋只在熔融状态下放电，在水溶液中不放电。

1．下列关于电解池的叙述不正确的是（　　）

A．与电源正极相连的是电解池的阴极

B．与电源负极相连的是电解池的阴极

C．在电解池的阳极发生的是氧化反应

D．电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极

解析：

选A　与电源正极相连的是电解池的阳极。

2.如图是电解熔融NaCl制备金属钠的装置示意图，下列有关判断正确的是（　　）

A．通过该装置可以将化学能转变为电能

B．石墨电极为正极

C．Na＋在铁极上得到电子被还原为钠原子

D．铁电极为阳极

解析：

选C　该装置为电解装置，电能转化为化学能，石墨电极作阳极，铁电极为阴极。

3.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

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）2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极（d电极）Cu2＋＋

2e－===Cu，故C项正确。

1．电解方程式的书写步骤

以用石墨作电极电解CuSO4溶液为例。

第一步：

明确溶液中存在的离子。

阳离子：

Cu2＋、H＋；阴离子：

OH－、SO

。

第二步：

判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。

阴极：

Cu2＋>H＋；阳极：

OH－>SO

。

第三步：

写出电极反应式和总的电解方程式。

阴极：

2Cu2＋＋4e－===2Cu；

阳极：

2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。

根据得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：

2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4。

2．电解规律

类型

电解质类别

电极反应

电解质复原

电解

水型

含氧酸，如H2SO4

阴极：

4H＋＋4e－===2H2↑

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

电解化学方程式：

2H2O

2H2↑＋O2↑

加水

可溶性强碱，如NaOH

活泼金属含氧酸盐，

如KNO3

电解

电解

质自

身型

无氧酸，如HCl

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

电解化学方程式：

2HCl

H2↑＋Cl2↑

加溶质

（如HCl）

不活泼金属无氧酸盐，

如CuCl2

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

电解化学方程式：

CuCl2

Cu＋Cl2↑

加溶质

（如CuCl2）

放H2

生碱

型

活泼金属无氧酸盐，

如NaCl

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

电解离子方程式：

2Cl－＋2H2O

Cl2↑＋H2↑＋2OH－

加HCl

放O2

生酸

型

不活泼金属含氧酸盐，如CuSO4

阴极：

2Cu2＋＋4e－===2Cu

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

电解离子方程式：

2Cu2＋＋2H2O

2Cu＋O2↑＋4H＋

加CuO

1．用铂做电极电解下列物质的水溶液，电解方程式正确的是（　　）

A．CuSO4溶液：

2H2O

2H2↑＋O2↑

B．稀硫酸：

2H2O

2H2↑＋O2↑

C．CuCl2溶液：

2CuCl2＋2H2O

2Cu＋O2↑＋4HCl

D．NaCl溶液：

2NaCl

2Na＋Cl2↑

解析：

选B　当电解池的电极是惰性电极时，阳极不溶解。

A项，正确的电解方程式为2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4；B项，实质是电解水，电解方程式正确；C项，正确的电解方程式为CuCl2

Cu＋Cl2↑；D项，电解的是NaCl溶液，而不是熔融NaCl，正确的电解方程式为2NaCl＋2H2O

H2↑＋Cl2↑＋2NaOH。

2．用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定量的另一种物质（括号内物质），电解液基本不变的是（　　）

A．CuCl2（CuSO4）　　　　B．NaOH（NaOH）

C．NaCl（HCl）D．CuSO4[Cu（OH）2]

解析：

选C　C中电解NaCl溶液时NaOH仍留在原溶液中，H2、Cl2逸出，则损失了H、Cl两种元素，且物质的量之比是1∶1，故加入HCl是正确的；A中电解CuCl2溶液时，损失了Cu和Cl两种元素，加入CuSO4不能弥补Cl－，而多了SO

；B中电解NaOH溶液时，损失了H、O两种元素，若加入NaOH则增加了Na；D中电解CuSO4溶液时，损失了Cu、O两种元素，若加入Cu（OH）2则增加了H2O。

3．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Cu2＋＋2e－===Cu

B．阳极发生的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

C．若有6.4g金属Cu析出，放出的O2为0.05mol

D．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，阴极的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，若有6.4g金属Cu（即0.1mol）析出，转移电子0.2mol，放出的O2为0.2mol÷4＝0.05mol，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。

4．从NO

、SO

、H＋、Cu2＋、Ba2＋、Ag＋、Cl－等离子中选出适当的离子组成电解质，采用惰性电极对其溶液进行电解。

（1）两极分别放出H2和O2时，电解质的化学式可能是（至少答一种，下同）；

（2）若阴极析出金属、阳极放出O2时，电解质的化学式可能是；

（3）两极分别放出气体，且体积比为1∶1，电解质的化学式可能是。

解析：

（1）该题找两极分别放出H2和O2的电解质，其阳离子是H＋或比H＋放电能力弱的Ba2＋；阴离子是OH－或比OH－放电能力弱的SO

、NO

，则分别由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质符合题意。

（2）阴极上的阳离子应是比H＋放电能力强的Cu2＋、Ag＋，阳极上阴离子应是放电能力弱于OH－的NO

、SO

，由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质，即符合题意。

（3）阴极放出的是H2，阳极是Cl－放电生成Cl2。

答案：

（1）H2SO4、HNO3、Ba（NO3）2

（2）Cu（NO3）2、CuSO4、AgNO3（3）HCl、BaCl2

[二级训练·节节过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．电解池中，阳极一定（　　）

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：

选B　阳极材料若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。

2．电解CuCl2和NaCl的混合溶液，阴极和阳极上首先析出的物质分别是（　　）

A．Cu和Cl2B．H2和Cl2C．H2和O2D．Cu和O2

解析：

选A　在CuCl2和NaCl溶液中，Cu2＋、Na＋、H＋向阴极移动，因Cu2＋氧化性最强，则阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，而Cl－、OH－向阳极移动，因Cl－的还原性比OH－强，所以阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故电解时阴极、阳极首先析出的物质分别为Cu和Cl2。

3．某同学欲完成2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑反应，设计了下列四个实验，你认为可行的是（　　）

解析：

选C　银在金属活动性顺序中位于氢之后，因此Ag不能直接与盐酸反应，可利用电解的方式使反应得以进行。

根据元素化合价的变化，Ag须失电子成为Ag＋，因此Ag为阳极。

4．用阳极X和阴极Y电解Z的稀溶液，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

X

Y

Z

W

A

C

Fe

NaCl

H2O

B

Pt

Cu

CuSO4

CuSO4

C

C

C

H2SO4

H2O

D

Ag

Fe

AgNO3

AgNO3晶体

解析：

选C　2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，加H2O不能使溶液恢复到电解前的状态，应通入适量HCl气体，A项错误；电解CuSO4溶液时，n（SO

）没变，加CuSO4溶液不能使其复原，B项错误；电解H2SO4溶液的实质是电解水，加适量水可使H2SO4溶液复原，C项正确；Ag作阳极，Fe作阴极，电解AgNO3溶液，实质是铁上镀Ag，AgNO3溶液浓度不变，不需加AgNO3晶体，D项错误。

5．用石墨电极电解某酸溶液时，在相同条件下，阴、阳两极收集到的气体的体积之比是2∶1，则下列结论正确的是（　　）

A．阴极上一定产生H2，阳极上一定产生O2

B．该酸可能是盐酸

C．电解后溶液的酸性减弱

D．阳极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

解析：

选A　电解酸溶液时，H＋在阴极上放电产生H2，又因阴、阳两极收集到的气体的体积之比是2∶1，可知阳极上一定产生O2，故该酸为含氧酸，电解该酸溶液的实质是电解水，则电解后溶液的酸性增强。

6.如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。

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．逸出气体的体积（标准状况下），a电极的小于b电极的

B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出有刺激性气味气体

C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色

D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色

解析：

选D　由图可知a为阴极，b为阳极，由于电极为石墨，且在溶液中存在的微粒为Na＋、SO

、H＋和OH－，故电极反应为阳极4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；阴极4H＋＋

4e－===2H2↑，两极均产生无色、无味气体，且阳极气体比阴极气体少；由于阳极附近OH－减少，故溶液呈酸性，由于阴极附近H＋减少，故溶液呈碱性，故滴入石蕊溶液，阳极附近显红色，阴极附近显蓝色。

7．如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。

下列说法中正确的是（　　）

①X是正极，Y是负极　②X是负极，Y是正极　③CuSO4溶液的酸性逐渐增强　

④CuSO4溶液的酸性不变

A．①③　　　　B．②③C．①④D．②④

解析：

选A　b极显红色说明在b极附近溶液呈碱性，H＋在b极放电，b极为阴极，即Y为负极，则X是正极。

Pt极为阳极，惰性电极电解CuSO4溶液放出O2，酸性逐渐增强。

8．（2017·全国卷Ⅱ）用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。

下列叙述错误的是（　　）

A．待加工铝质工件为阳极

B．可选用不锈钢网作为阴极

C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al

D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动

解析：

选C　该电解池阳极发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，氧气将铝制品表面氧化形成致密的Al2O3薄膜，所以待加工铝质工件作阳极，A项正确；阴极与电源负极相连，对阴极电极材料没有特殊要求，可选用不锈钢网等，B项正确；电解质溶液呈酸性，阴极上应是H＋放电，阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，C项错误；在电解过程中，电解池中的阴离子向阳极移动，D项正确。

9．如下图装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，a极附近溶液呈红色。

（1）电源的负极是________，B中的阳极是________。

（2）电极质量增加的是________，A溶液的pH（填“增大”“减小”或“不变”）。

（3）B装置用U形管的原因是。

解析：

题给装置是电解装置，根据现象推断，a、b为惰性电极，a附近溶液显红色，即a附近溶液呈碱性。

则a极析出H2，发生还原反应，是阴极。

故电源X是负极，Y是正极。

在A装置中，铂极是阴极，铜极是阳极。

阳极活性电极本身放电，阴极是Cu2＋放电，即阳极：

Cu－2e－===Cu2＋（氧化反应），阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu（还原反应），故A装置是典型的电镀装置，pH无变化，各离子浓度也无变化。

B用U形管是为了让H2和Cl2分开，防止爆炸。

电解方程式：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

答案：

（1）X　b　

（2）Pt　不变　（3）防止H2、Cl2混合后发生爆炸

10．用惰性电极电解下列电解质溶液：

①硫酸；②盐酸；③NaOH溶液；④Na2SO4溶液；⑤CuCl2溶液；⑥NaCl溶液；⑦CuSO4溶液。

请依据所学知识回答下列问题（填序号）：

（1）阴极反应与①相同的有________，与⑤相同的有________。

（2）阳极反应与①相同的有________，与②相同的有________。

（3）写出电解下列溶液的化学方程式：

③________________________________________________________________________；

⑥________________________________________________________________________；

⑦________________________________________________________________________。

（4）只有水被电解的是________，只有电解质本身被电解的是________，电解质和水都被电解的是________。

（5）电解后溶液的pH显著增大的是________，减小的是________。

（6）欲使溶液⑥电解后复原需______________，欲使电解后的⑦复原需加入________。

答案：

（1）②③④⑥　⑦　

（2）③④⑦　⑤⑥

（3）2H2O

2H2↑＋O2↑　

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑　

2CuSO4＋2H2O

2H2SO4＋2Cu＋O2↑

（4）①③④　②⑤　⑥⑦　（5）②③⑥　①⑦　

（6）通入HCl气体　CuO

1．将等物质的量浓度的CuSO4和NaCl溶液等体积混合后，用石墨电极进行电解，电解过程中溶液pH随时间t变化的曲线正确的是（不考虑Cl2的溶解）（　　）

解析：

选D　电解分为三个阶段。

第一阶段（电解CuCl2溶液）：

阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，因Cu2＋浓度减小，水解产生的H＋浓度减小，溶液pH增大；第二阶段（电解CuSO4溶液）：

阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极反应式为2Cu2＋＋4e－===2Cu，因电解消耗OH－而使溶液中H＋浓度增大，溶液pH减小；第三阶段（相当于电解水）：

阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极反应式为4H＋＋4e－===2H2↑，因为水被消耗，使混合溶液中H2SO4浓度增大，溶液pH减小。

2.某同学按右图所示的装置进行电解实验。

下列说法错误的是（　　）

A．电解初期，石墨电极上有H2产生

B．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大

C．电解一定时间后，石墨电极上有铜析出

D．电解初期，总反应方程式为Cu＋H2SO4

CuSO4＋H2↑

解析：

选B　电解初期，阳极发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋；阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。

电解一段时间后，成为电镀铜，溶液中离子浓度及pH等不再变化。

3．用惰性电极电解含0.2molCuSO4的溶液一段时间后，阳极上生成标准状况下4.48L气体，欲使电解质溶液恢复电解前的状况，应加入（　　）

A．0.2molCuSO4B．0.2molCuO

C．0.2molCu（OH）2D．0.2molCuCO3

解析：

选C　2CuSO4＋2H2O

2Cu＋2H2SO4＋O2↑，由于CuSO4的物质的量为0.2mol，则此过程生成0.1molO2，因此，还有0.1molO2为电解稀硫酸（实质是电解水）而得。

根据2H2O

2H2↑＋O2↑可知此过程消耗0.2molH2O，因此，要使电解质溶液恢复电解前的状况，应加入0.2molCuO和0.2molH2O，相当于加入0.2molCu（OH）2。

4．按图甲所示装置进行实验，若乙中横坐标x表示通过电极的电子的物质的量，则下列叙述正确的是（　　）

A．F表示反应生成Cu的物质的量

B．E表示反应消耗H2O的物质的量

C．E表示反应生成O2的物质的量

D．F表示反应生成H2SO4的物质的量

解析：

选B　题图甲装置中发生的反应为2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4，当转移4mol电子时，消耗H2O2mol，生成的Cu、O2和H2SO4的物质的量分别为2mol、1mol、2mol。

5．下图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c和d均为Pt电极。

电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重b

符合上述实验结果的盐溶液是（　　）

选项

X

Y

A

MgSO4

CuSO4

B

AgNO3

Pb（NO3）2

C

FeSO4

Al2（SO4）3

D

CuSO4

AgNO3

解析：

选D　题意表明电极b、d上没有气体逸出，所电解的盐溶液中金属元素，应该在金属活动顺序表中（H）以后，只有D符合题意。

6．将含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解，且电解时间足够长。

有以下结论：

①溶液中几乎没有Br－；②电解质溶液为无色；③最终溶液显碱性；④K＋、Na＋和SO

的浓度几乎没有变化。

正确的是（设Cl2、Br2全部从溶液中逸出）（　　）

A．①②③B．仅③C．①④D．均正确

解析：

选A　溶液中存在的阴离子有：

Cl－、Br－、SO

、OH－，阳离子有：

K＋、Cu2＋、Na＋、H＋。

因用惰性电极电解足够长时间，阴离子首先放电的是Br－：

2Br－－2e－===Br2，其次是Cl－：

2Cl－－2e－===Cl2↑，最后是OH－：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，SO

在溶液中不放电，阳离子首先放电的是Cu2＋：

Cu2＋＋2e－===Cu，其次是H＋：

2H＋＋2e－===H2↑。

所以先电解CuBr2，阳极生成Br2，阴极析出Cu，当CuBr2电解完毕时，相当于继续电解HCl（H＋来源于水），当Cl－消耗尽时，则继续电解水。

由于Cu2＋转化为Cu，电解液变为无色；Cl－放电时，水电离出的H＋放电，使溶液中的OH－浓度增大；由于电解足够长时间，水被消耗，K＋、Na＋、SO

浓度会增大。

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

CuSO4

B

石墨

石墨

负极

NaOH

C

银

铁

正极

AgNO3

D

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，故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．将0.2molAgNO3、0.4molCu（NO3）2、0.6molKCl溶于水，配成100mL溶液，用惰性电极电解一段时间后，若在一极析出0.3molCu，此时在另一极上产生的气体体积（标准状况）为（　　）

A．4.48L　　B．5.6L　　C．6.72L　　D．7.84L