人教版选修4第四章第三节第一课时 电解原理.docx

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人教版选修4第四章第三节第一课时电解原理

第三节

电解池

第一课时　电解原理

[课标要求]

1．了解电解池的构造，理解电解原理。

2．能够正确书写电解的电极反应式和总反应式。

　1.电解池组成“三条件”：

①外接电源；②电解质溶液；③闭合回路。

2．离子放电“两顺序”（惰性电极）：

阳极：

S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－。

阴极：

Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋（酸）＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋（H2O）＞Al3＋。

3．电解池阴、阳极“四特点”：

阳极：

外接直流电源正极—流出电子—发生氧化反应—阴离子移向。

阴极：

外接直流电源负极—流入电子—发生还原反应—阳离子移向。

1．电解CuCl2溶液的实验

电解装置

电解过程分析

通电前

存在微粒

Cu2＋、Cl－、H＋、OH－

微粒运动

自由移动

通电后

微粒运动

Cu2＋、H＋移向阴极

Cl－、OH－移向阳极

电极反应

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

电解反应

实验现象

阴极：

覆盖一层红色固体

阳极：

①有气泡放出；

②闻到刺激性的气味；

③湿润的淀粉碘化钾试纸变为蓝色

2．电解的概念

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。

3．电解装置——电解池

（1）概念：

将电能转变为化学能的装置。

（2）构成条件。

①两个电极：

阳极——与电源正极连接；

阴极——与电源负极连接。

②电解质溶液或熔融电解质。

③直流电源。

④构成闭合回路。

（3）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。

1．阴、阳离子在电解过程中的移动方向与在原电池中的移动方向有什么区别和联系？

提示：

原电池中，阳离子移向正极；阴离子移向负极；电解池中，阳离子移向阴极；阴离子移向阳极。

即阳离子都是移向发生还原反应的电极，阴离子都是移向发生氧化反应的电极。

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到或失去电子？

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，可从氧化性强弱的角度比较得电子的顺序，从还原性强弱的角度比较失电子的顺序。

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：

先看电极再判断，如果是活性电极（除Au、Pt以外的金属电极是活性电极），则电极材料失去电子，被溶解；如果是惰性电极（是指石墨、Au、Pt等电极），根据阴离子的放电顺序判断。

阴离子的放电顺序：

S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－。

（2）阴极产物的判断：

直接根据阳离子放电顺序判断。

阳离子放电顺序：

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

1.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。

2．写出用惰性电极电解下列溶液的电极反应式和总反应方程式：

（1）电解NaCl溶液：

阳极：

_____________________________________________________________；

阴极：

______________________________________________________________。

总反应式：

__________________________________________________________。

（2）电解CuSO4溶液：

阳极：

______________________________________________________________；

阴极：

______________________________________________________________。

总反应式：

__________________________________________________________。

答案：

（1）2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑

2NaCl＋2H2O

H2↑＋Cl2↑＋2NaOH

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

2Cu＋O2↑＋2H2SO4

[方法技巧]

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：

电解规律（惰性电极）

类型

电极反应特点

实例

电解对象

电解质浓度

pH

电解质溶液复原

电解水型

阴：

4H＋＋4e－===2H2↑

阳：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

NaOH

水

增大

增大

加水

H2SO4

水

增大

减小

加水

Na2SO4

水

增大

不变

加水

电解电解质型

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

通入氯化氢气体

CuCl2

电解质

减小

—

加入氯化铜固体

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

通入氯化氢气体

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

加入氧化铜

1．用惰性电极电解下列溶液，下列说法正确的是（　　）

A．电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液pH不变

B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小

C．电解硫酸铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2

D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1

解析：

选D　电解稀硫酸，实质上是电解水，硫酸的浓度增大，pH减小，A项错误；电解稀NaOH溶液，也是电解水，NaOH溶液的浓度增大，pH增大，B项错误；电解CuSO4溶液，阴极产物是Cu，阳极产物是O2，由于两电极通过电量相等，故生成Cu与O2的物质的量之比为2∶1，C项错误；电解CuCl2溶液实质是电解CuCl2，阳极产物Cl2，阴极产物Cu，由于两极通过电量相等，生成Cu和Cl2的物质的量之比为1∶1，D项正确。

2．从H＋、K＋、Cu2＋、Cl－、SO

中选取适当的离子组成符合下列情况的电解质，进行电解（阳离子只能使用一次）。

（1）以碳棒为电极进行电解，电解质的物质的量减少，水的物质的量保持不变，两极都有气体生成，气体体积相同，则该电解质的化学式为______________，电解的阴极反应______________________，电解的阳极反应________________________，电解的总方程式是____________________________。

（2）以铂丝为电极进行电解，水的物质的量减小，电解质的物质的量保持不变，两极都有气体生成，气体体积比为2∶1，则该电解质的化学式为__________________，阴极反应式为____________________________，阳极反应式为______________________________。

（3）以惰性电极电解，电解质的物质的量减少，水的物质的量也减少，pH下降，则电解质的化学式为__________，电解的总方程式为__________________________________。

解析：

（1）以碳棒为电极进行电解，电解质的物质的量减少，水的物质的量保持不变，两极都有气体生成，气体体积相同，则该电解质的化学式为HCl，电解的阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，电解的阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，电解的总方程式是2HCl电解,H2↑＋Cl2↑。

（2）以铂丝为电极进行电解，水的物质的量减少，电解质的物质的量保持不变，两极都有气体生成，气体体积比为2∶1，则该电解质为活泼金属的含氧酸盐，其化学式为K2SO4，阴极H＋得到电子，电极反应式为4H＋＋4e－===2H2↑，OH－在阳极失去电子，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。

（3）以惰性电极电解，电解质的物质的量减少，水的物质的量也减少，pH下降，则电解质为不活泼金属的含氧酸盐，化学式为CuSO4，电解的总方程式为2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4。

答案：

（1）HCl　2H＋＋2e－===H2↑　2Cl－－2e－===Cl2↑　2HCl

H2↑＋Cl2↑

（2）K2SO4　4H＋＋4e－===2H2↑　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

（3）CuSO4　2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4

[三级训练·节节过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．下列装置属于正在工作的电解池的是（其中C表示石墨）（　　）

解析：

选C　构成电解池的条件：

①直流电源，②两个电极，③电解质溶液或熔融电解

质并形成闭合回路。

A项乙醇不是电解质，B项无电源，D项把开关闭合才是工作的电解池。

2.某小组设计电解饱和食盐水的装置如右图，通电后两极均有气泡产生，下列叙述正确的是（　　）

A．铜电极附近观察到黄绿色气体

B．石墨电极附近溶液先变红

C．溶液中的Na＋向石墨电极移动

D．铜电极上发生还原反应

解析：

选D　A项，电解饱和食盐水时，若电极为惰性电极，则两极分别产生氯气和氢气，而现在Cu作电极时仍产生两种气体，说明Cu为阴极，石墨为阳极，则石墨电极附近有氯气产生，错误；B项，石墨为阳极，Cu为阴极，氢离子放电生成氢气，则铜电极附近溶液先变红，错误；C项，电解池中的阳离子向阴极移动，所以钠离子向Cu极移动，错误；D项，铜电极为阴极，发生还原反应，正确。

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．在如图中，甲烧杯中盛有100mL0.50mol·L－1AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100mL0.25mol·L－1CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9g。

（1）电源E为________极。

（2）A极的电极反应式为__________________________，析出物质______mol。

（3）B极的电极反应式为__________________________，析出气体______mL（标准状况）。

（4）D极的电极反应式为__________________________，析出气体______mL（标准状况）。

（5）甲烧杯中滴入石蕊溶液，________极附近变红，如果继续电离，在甲烧杯中最终得到________溶液。

解析：

（1）电解池中，发现A极比C极重1.9g，则A极是阴极，和电源的负极相连即E是负极，F是正极，B是阳极，C是阴极，D是阳极。

（2）A极是阴极，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，析出金属银，C是阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，析出金属铜，A极比C极重1.9g，设电路中转移电子的物质的量为x，则108g·mol－1·x－

g·mol－1·x＝1.9g，x＝0.025mol，析出金属银的物质的量是0.025mol。

（3）B是阳极，该极上是氢氧根离子失电子，电极反应为4OH－－4e－===H2O＋O2↑，电路中转移电子0.025mol，生成氧气是1/4×0.025mol＝0.00625mol，体积是0.00625mol×22.4L·mol－1＝0.14L＝140mL。

（4）D是阳极，该极上的电极反应是2Cl－－2e－===Cl2↑，电路中转移电子0.025mol，生成氯气是

×0.025mol＝0.0125mol，体积是280mL。

（5）电解硝酸银溶液，在阴极上析出Ag，阳极上放出O2，产生硝酸，滴入石蕊溶液，显红色。

答案：

（1）负　

（2）Ag＋＋e－===Ag　0.025　（3）4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　140　（4）2Cl－－2e－===Cl2↑　280　（5）B　HNO3

1．下列关于电解池的叙述中不正确的是（　　）

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　阳极与电源的正极相连，阴极与电源的负极相连；阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。

电子流向：

负极―→阴极；阳极―→正极。

2．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．稀HCl溶液　　　　B．稀Na2SO4溶液

C．CuCl2溶液D．酸性AgNO3溶液

解析：

选B　A项，电解稀HCl溶液，阴极产物为H2，阳极产物为Cl2，错误；B项，电解Na2SO4溶液，实际上是电解水，阴极产物为H2，阳极产物为O2，正确；C项，电解CuCl2溶液，阴极产物为Cu，阳极产物为Cl2，错误；D项，电解酸性AgNO3溶液，阴极产物为Ag，阳极产物为O2和HNO3，错误。

3．电解某溶液时，某一电极上有一种刺激性气味的气体产生，下列有关此电解反应的说法不正确的是（　　）

A．产生这种气体的电极一定是阳极

B．若另一极上也有气体产生一定是氢气

C．产生刺激性气味的气体的电极反应是氧化反应

D．不能判断是哪一极

解析：

选D　阴极只可能产生氢气这一种气体，所以产生刺激性气味气体的电极一定是阳极，此气体是氧化反应产物。

4.利用如图装置电解硫酸铜溶液，下列说法正确的是（　　）

A．b电极上发生氧化反应

B．该装置能将化学能转变成电能

C．电解质溶液中Cu2＋从b电极向a电极迁移

D．若a为铜，则a的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋

解析：

选D　b与电源负极相连，b为阴极，阴极上发生还原反应，A项错误；该装置是电解池，将电能转化为化学能，B项错误；电解池中，阳离子（Cu2＋）向阴极（b极）移动，C项错误；a为阳极，若a为Cu，属于活性电极，则阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋，D项正确。

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，则下列符合题意的一组是（　　）

选项

X

Y

Z

W

A

C

Fe

NaCl

H2O

B

Pt

Cu

CuSO4

CuSO4溶液

C

C

C

H2SO4

H2O

D

Ag

Fe

AgNO3

AgNO3晶体

解析：

选C　A项，阳极为惰性电极，在阳极是Cl－放电，2Cl－－2e－===Cl2↑，在阴极是H＋放电，2H＋＋2e－===H2↑，通入HCl（g）能使溶液恢复到原状态，A项不符合题意；B项，阳极为惰性电极，在阳极是OH－放电，4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，在阴极是Cu2＋放电，2Cu2＋＋4e－===2Cu，加入CuO（s）能使溶液恢复到原状态，B项不符合题意，C项，两电极均为惰性电极，在阴极是H＋放电，在阳极是OH－放电，其实质是电解水，加适量水可使溶液恢复到原状态，C项符合题意；D项，Ag作阳极，为活性电极，电极反应为Ag＋e－===Ag＋，阴极反应为Ag＋－e－===Ag，AgNO3溶液浓度不变。

6．在pH＝a的某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液的pH>a，则该电解质可能是（　　）

A．NaOHB．H2SO4

C．AgNO3D．Na2SO4

解析：

选A　电解NaOH溶液相当于电解水，NaOH溶液浓度增大，使溶液的pH升高，A项正确；电解H2SO4溶液和电解Na2SO4溶液相似，都使溶液浓度增大，所以溶液的pH分别减小、不变，B、D两项均不正确；电解AgNO3溶液生成HNO3，溶液的pH减小，C

项不正确。

7.在右图所示的装置中，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极极板处有无色无臭气体放出，符合这一情况的是（　　）

选项

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　本题突破口是“a极极板质量增加”，据此判断a极一定是阴极，则b极一定是阳极。

A是惰性阳极电解CuSO4，符合题意；B的实质是电解水，两极都产生气体，不符合题意；C的阳极是铁，是活性电极，不符合题意；D的阳极生成氯气，是有刺激性气味的气体，不符合题意。

8．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　由图示可知：

a、c为阳极，b、d为阴极。

A项和C项，在电解池Ⅰ中b极发生反应2H＋＋2e－===H2↑，不符合题意；B项，电解池Ⅱ中d极发生2H＋＋2e－===H2↑，不符合题意；D项，b、d极分别发生反应Cu2＋＋2e－===Cu,2Ag＋＋2e－===2Ag，且m（Cu）

9．如图是两种溶液进行电解的装置。

电极A是由金属M制成的，M的硝酸盐的化学式为M（NO3）2，B、C、D都是铂电极，P、Q是电池的两极，电路接通后，试回答下列问题：

（1）电极B上金属M沉淀出来：

电极反应为__________________________，同时电极C产生________，电极反应为______________________，电极D产生________，电极反应为____________________________。

（2）电池中P是________极，Q是________极。

（3）A极上电极反应为___________________________________________________。

解析：

电极B上金属M沉淀出来说明B是阴极，A是阳极，而乙池中电极C是阳极，D是阴极；对应的电极P是正极，电极Q是负极；而乙中的电解质溶液为硫酸钠溶液，所以在C电极上有氧气产生，D电极上有氧气产生。

答案：

（1）M2＋＋2e－===M　氧气　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　氢气　2H＋＋2e－===H2↑

（2）正　负　（3）M－2e－===M2＋

10．下图是一套电解装置，两U形管中均盛有50.0mL电解质溶液，a、b、c、d为Pt电极，通电一段时间后，d电极上析出金属Ag2.16g，没有气体产生，同时在b、c两极收集到标准状况下相同体积的气体。

请回答：

（1）c为________极，写出c电极上的电极反应式：

________________________，c极收集到的气体体积在标准状况下为____________L。

（2）b为______极，写出b电极上的电极反应式：

开始时是____________，后来________________________________________________________________________。

（3）原CuCl2溶液中溶质的物质的量浓度为________mol·L－1。

解析：

（1）连接电源负极的电极作阴极，连接电源正极的电极作阳极，则c作阳极，阴离子在阳极失电子，放电能力OH－>NO

，则OH－先失电子，反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，d极作阴极，其反应式为Ag＋＋e－===Ag，析出金属2.16g银单质，整个电路转移电子0.02mol，故产生氧气

×0.02mol＝0.005mol，其在标准状况下的体积V（O2）＝0.005mol×22.4L·mol－1＝0.112L。

（2）b作阴极，阳离子在阴极上放电，Cu2＋先得电子，其反应式：

Cu2＋＋2e－===Cu，根据题目信息，此电极有气体产生，应是H＋得电子，其反应式：

2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。

（3）bc两极产生气体体积相等，即产生氢气的物质的量为0.005mol，需得到电子0.01mol，但整个电路共通过0.02mol电子，推得n（Cu2＋）＝0.01/2mol＝0.005mol，故c（CuCl2）＝0.005/（50×10－3）mol·L－1＝0.10mol·L－1。

答案：

（1）阳　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　0.112

（2）阴　Cu2＋＋2e－===Cu　2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　（3）0.10

1．用石墨电极电解CuCl2和KCl混合溶液，电解初期阴极和阳极分别析出的物质是（　　）

A．H2、Cl2B．Cu、Cl2

C．H2、O2D．Cu、O2

解析：

选B　电解前溶液中的阳离子有Cu2＋、K＋、H＋，阴离子有Cl－、OH－，阳离子放电顺序Cu2＋>H＋>K＋，阴离子放电顺序Cl－>OH－，则电解初期阴极产物为Cu，阳极产物为Cl2。

2．同温、同压下，用惰性电极在U形