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.docx

资源描述

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.docx

《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.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《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.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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.docx

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：

CuCl2

Cu＋Cl2↑。

（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。

3．CuCl2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。

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①。

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===Cu2＋＋2Cl－

CuCl2

Cu＋Cl2↑

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

①直流电源；②固体电极；③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】　D

2．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】　A

3．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（　　）

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－===Cu

D．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Cu2＋＋2e－===Cu应在阴极上发生，阳极上发生的反应应为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。

【答案】　A

5．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

Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6（x<1）。

下列关于该电池的说法不正确的是（　　）

A．放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移

B．放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6

C．充电时，若转移1mole－，石墨（C6）电极将增重7xg

D．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋

【解析】　A．原电池中阳离子由负极向正极迁移，A项正确；B放电时，负极发生氧化反应，电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6，B项正确；C.充电时，若转移1mol电子，石墨电极质量将增重7g，C项错误；D.充电时阳极发生氧化反应，电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，D项正确。

【答案】　C

（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_________________________。

【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

　电解规律

[探究·升华]

[思考探究]

（1）溶液中有多种离子时，怎样判断电极产物？

【提示】　据阳离子放电顺序判断阴极产物，据电极材料的阴离子放电顺序判断阳极产物。

（2）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？

【提示】　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。

（3）若用Cu电极电解稀硫酸，开始电解时的电极反应式和总反应式如何书写？

【提示】　阳极：

Cu－2e－===Cu2＋

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

总反应式：

H2SO4＋Cu

CuSO4＋H2↑

（4）若将等物质的量的CuSO4和MgCl2混合溶于水，对该溶液以惰性电极进行电解，试讨论两个电极可能生成的产物，并写出总反应式。

【提示】　在此混合溶液中，含有的阳离子放电顺序为Cu2＋>H＋>Mg2＋，阴离子放电顺序为Cl－>OH－>SO

，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：

CuCl2

Cu＋Cl2↑

第二阶段：

2H2O

2H2↑＋O2↑

[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

①阴离子的放电顺序：

S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－。

②阳离子放电顺序：

Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋（酸）>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋（水）>Al3＋>Mg2＋>Na＋。

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

电解质溶

液复原

电解

水型

阴：

4H＋＋4e－===2H2↑

阳：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

NaOH

水

增大

加水

H2SO4

水

增大

减小

加水

Na2SO4

水

增大

不变

加水

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（　　）

A．CuCl2[CuCl2]　　　　　B．NaOH[H2O]

C．NaCl[HCl]D．CuSO4[Cu（OH）2]

【解析】　A项，CuCl2

Cu＋Cl2↑，故加入CuCl2使CuCl2溶液复原；B项，实质电解水：

2H2O

2H2↑＋O2↑，故加水复原；C项，2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，减少的n（H2）∶n（Cl2）＝1∶1，故加入HCl复原；D项，2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4，减少Cu、O两种原子，故不能加入含H元素的Cu（OH）2。

【答案】　D

2．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（　　）

①该溶液的pH可能增大；②该溶液的pH可能减小；③该溶液的pH可能不变；④该溶液的浓度可能增大；⑤该溶液的浓度可能不变；⑥该溶液的浓度可能减小

A．仅①②③B．仅①②③④

C．仅①②③④⑤D．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①、②、③、④、⑤正确，⑥不可能。

【答案】　C

3．某混合溶液中只含有两种溶质NaCl和H2SO4，且n（NaCl）∶n（H2SO4）＝3∶1。

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O2

C．电解液的pH不断增大，最终大于7

D．阴极产物为H2

【解析】　由n（Cl－）∶n（H＋）＝3∶2可知，阳极先后发生反应；2Cl－－2e－===Cl2↑，2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；阴极只发生反应：

2H＋＋2e－===H2↑。

【答案】　A

4．某同学为了使反应2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑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】　C

5．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（　　）

溶液

锌

石墨

负极

CuSO4

石墨

负极

NaOH

银

铁

正极

AgNO3

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】　B

2．关于下图所示①、②两个装置的叙述，正确的是（　　）

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

【解析】　①中有外加电源为电解池，②为原电池，A错误；①中电解水，硫酸浓度增大，②中负极材料消耗硫酸，硫酸浓度减小，B正确；②中正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，C错误；②中H＋向正极移动，D错误。

【答案】　B

3．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（　　）

A．AgNO3B．CuCl2

C．NaOHD．Na2S

【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】　D

4．Cu2O可由电解制取，如图所示，电解总反应：

2Cu＋H2O===Cu2O＋H2↑。

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：

2Cu＋H2O===Cu2O＋H2↑，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2Cu＋H2O===Cu2O＋H2↑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】　A

5．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

NaCl

H2O

Cu（NO3）2

Cu（NO3）2溶液

H2SO4

H2O

AgNO3

AgNO3晶体

【解析】　A项，2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，应加入HCl复原；B项，2Cu（NO3）2＋2H2O

2Cu＋O2↑＋4HNO3，应加入CuO或CuCO3复原；D项，AgNO3浓度保持不变。

【答案】　C

6．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（　　）

A．a是电源的正极

B．电子流动的方向：

d→b

C．c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d→b→a→c，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】　B

7．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

阳极

蓝

白

红

蓝

阴极

白

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＋）

【答案】　D

8.如图为直流电源电解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试液。

下列实验现象中正确的是（　　）

A．逸出气体的体积，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】　根据图示可知，a是阴极，发生的电极反应为4H＋＋4e－===2H2↑；b是阳极，发生的电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，故A、B、C是错误的，D正确。

【答案】　D

9．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∶1B．1∶1∶2∶1

C．2∶4∶4∶1D．2∶1∶2∶1

【解析】　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。

【答案】　A

10．用惰性电极电解下列电解质溶液，请你写出下列反应式（注意得失电子的顺序）。

（1）CuCl2溶液。

阴极：

_____________________________________________；

阳极：

___________________________________________________________；

总方程式：

______________________________________________________。

（2）HCl溶液。

阴极：

_______________________________________________；

阳极：

__________________________________________________________；

总方程式：

______________________________________________________。

（3）CuSO4溶液。

阴极：

____________________________________________；

阳极：

_________________________________________________________；

总方程式：

____________________________________________________。

【答案】　

（1）Cu2＋＋2e－===Cu　2Cl－－2e－===Cl2↑　CuCl2

Cu＋Cl2↑

（2）2H＋＋2e－===H2↑　2Cl－－2e－===Cl2↑

2HCl

H2↑＋Cl2↑

（3）Cu2＋＋2e－===Cu　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　2CuSO4＋2H2O

2Cu＋2H2SO4＋O2↑

11.根据如图所示装置回答：

（1）当X为Pt，Y为Fe，Z为AgNO3时，阳极反应式为___________________

______________________________________________________________，

阴极反应式为__________________________________________________，

电解反应式为__________________________________________________。

（2）X为Cu，Y为Fe，Z为CuSO4时，阳极反应式为

_______________________________________________________________，

阴极反应式为___________________________________________________。

【解析】　电解池中与电源正极相连的是阳极（X），与电源负极相连的是阴极（Y）。

【答案】　

（1）4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

4Ag＋＋4e－===4Ag

2H2O＋4AgNO3

4Ag＋O2↑＋4HNO3

（2）Cu－2e－===Cu2＋　Cu2＋＋2e－===Cu

12．如图所示的装置进行电解。

通电一会儿，发现湿润的淀粉KI试纸的C端变为蓝色。

（1）E为电源的________极，F为电源的________极。

（2）A中发生反应的化学方程式为____________________________________

_______________________________________________________________。

（3）在B中观察到的现象是_________________________________________。

（4）D端的电极反应式为___________________________________________。

【解析】　本题实质上是三个电解装置串联，首先判断电源的正、负极，E为负极，F为正极；A中是以Pt为阳极、Fe为阴极，电解AgNO3溶液。

B中Cu为阳极，发生的电极反应为：

Cu－2e－===Cu2＋，石墨为阴极发生的电极反应为：

2H＋＋2e－===H2↑，由于水电离出的H＋放电，所以溶液中的c（OH－）>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：

2H＋＋

2e－===H2↑。

【答案】　

（1）负　正

（2）4AgNO3＋2H2O

4Ag＋4HNO3＋O2↑

（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）2H＋＋2e－===H2↑

[能力提升]

13．用Pt电极电解含有0.1molCu2＋和0.1molX3＋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（　　）

A．Cu2＋>X3＋>H＋B．H＋>X3＋>Cu2＋

C．X3＋>H＋>Cu2＋D．Cu2＋>H＋>X3＋

【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0.2mol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】　D

14．Cu2O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：

2Cu＋H2O

Cu2O＋H2↑。

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0.1mol电子转

展开阅读全文