电化学第四章 第三节 第1课时.docx

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电化学第四章第三节第1课时

第三节　电解池

第1课时　电解原理

[学习目标定位]　1.会描述电解池的工作原理，能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式。

2.熟悉电解规律和电解产物的判断方法。

一　电解原理

1.用氧化还原反应的观点分析判断下列各组微粒具有的性质，填写下表。

组别

微粒

性质

强弱顺序

第1组

①Zn2＋、②Na＋、

③Cu2＋、④H＋

氧化性

③>④>①>②

第2组

①Cu、②Fe、

③OH－、④Cl－

还原性

②>①>④>③

2.按下图所示装置完成实验，并填写下表。

实验现象

实验结论

电流表指针发生偏转

说明电解质溶液导电，形成闭合回路

与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质

析出金属铜

与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝

产生了氯气

3.实验原理分析

（1）氯化铜溶液中的电离过程有①CuCl2===Cu2＋＋2Cl－，②H2OH＋＋OH－；溶液中存在的离子有Cu2＋、Cl－、H＋、OH－，通电前，这些离子在溶液中作自由运动。

（2）通电时，在电场的作用下，溶液中的离子作定向运动，即Cl－、OH－趋向a极，Cu2＋、H＋趋向b极。

（3）a极电极反应式是2Cl－－2e－===Cl2↑，b极电极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu，总反应式是CuCl2

Cu＋Cl2↑。

（4）结论：

电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。

归纳总结

电解原理

（1）电解是使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在两个电极上引起氧化还原反应的过程。

（2）电解池是将电能转化为化学能的装置。

（3）电极名称

阴极：

与电源负极相连的电极，发生还原反应；

阳极：

与电源正极相连的电极，发生氧化反应。

（4）电解池的构成条件：

具有与直流电源相连接的两个电极（阴极、阳极），插入电解质溶液或熔融电解质中，形成闭合回路。

（5）电子和离子移动方向

电子：

从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。

离子：

阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。

提醒　金属导电是因为在电场作用下，自由电子发生定向移动，是物理变化；而电解质溶液导电是因为发生了氧化还原反应，是化学变化。

1.如下图所示装置中，属于电解池的是（　　）

答案　C

解析　判断某装置是否为电解池，要以构成电解池的三个基本条件为标准。

构成电解池的三个条件：

①有与直流电源相连的两个电极；②有电解质溶液或熔融态电解质；③能形成闭合回路。

2.如图是电解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

答案　C

解析　根据图示电流方向，先确定a是电源正极，b是电源负极；则c是电解池的阳极，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，溶液中氯离子不断减少；d是电解池的阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，d电极质量不断增加。

二　酸、碱、盐溶液的电解规律

1.有下列两组离子：

①Cu2＋、Na＋、H＋、Ag＋；②Cl－、I－、SO

、OH－。

电解时，移向阳极的是②，放电先后顺序是I－>Cl－>OH－>SO

；移向阴极的是①，放电先后顺序是Ag＋>Cu2＋>H＋>Na＋。

2.用惰性电极电解酸、碱、盐溶液，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H2O

NaOH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HCl

CuCl2不活泼金属的无氧酸盐

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu

CuCl2

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－===2Cu

CuSO4、

H2O

减小

加入CuO或CuCO3

归纳总结

1.分析电解问题的基本方法思路

（1）首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。

（2）再分析通电前溶液中含有哪些阴、阳离子（包括水电离出的H＋和OH－）。

（3）然后根据通电后，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁先在电极放电。

（4）判断电极产物，正确书写电极反应式要注意遵循原子守恒和电荷守恒。

（5）结合题目要求分析电解时的各种变化情况，如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH变化等。

2.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＋……

电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。

（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：

金属阳极>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。

3.电解质溶液复原措施

一般加入阳极产物和阴极产物的化合物。

3.如图为直流电源电解稀Na2SO4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.a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色

B.a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色

C.逸出气体的体积，a极的小于b极的

D.一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体

答案　B

解析　a极为阴极，H2O电离出的H＋放电，促进H2O的电离平衡向右移动，c（OH－）增大，石蕊溶液变蓝色，b极为阳极，H2O电离出的OH－放电，c（H＋）增大，石蕊溶液变红色，A项不正确、B项正确；a极产生H2，b极产生O2，H2的体积是O2体积的2倍，故C、D项不正确。

4.用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种物质（方括号内物质），能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是（　　）

A.AgNO3[AgNO3]

B.NaOH[H2O]

C.KCl[KCl]

D.CuSO4[Cu（OH）2]

答案　B

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变成化学能的装置

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

答案　D

2.用惰性电极电解下列溶液，其中随着电解的进行，溶液pH逐渐减小的是（　　）

①氯化钠溶液　②硫酸铜溶液　③氢氧化钠溶液　④稀硫酸　⑤稀盐酸　⑥硫酸钠溶液

A.①③⑤B.②④⑤

C.②④D.②④⑥

答案　C

3.用石墨电极电解CuCl2溶液。

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

答案　A

解析　在电解池中，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，由Cu2＋和Cl－的移动方向可知，a为负极，b为正极，A项正确；电解质在溶液中的电离是在水分子的作用下进行的，并非通电才发生，B项错；阳极上发生氧化反应，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，故C、D项均错。

4.以石墨为电极，电解KI溶液（其中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变小

答案　D

解析　以石墨为电极电解KI溶液，在阳极I－放电：

2I－－2e－===I2，在阴极H2O电离产生的H＋放电：

2H＋＋2e－===H2↑，由于H＋放电促进了H2OH＋＋OH－的平衡正向移动，c（OH－）增大，溶液呈碱性。

由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝（淀粉遇碘变蓝），阴极附近的溶液会变红（溶液呈碱性）；由于电解产物有KOH，所以溶液的pH逐渐增大。

5.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（　　）

A.X是正极，Y是负极

B.X是负极，Y是正极

C.CuSO4溶液的pH逐渐增大

D.CuSO4溶液的pH不变

答案　A

解析　根据题意，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色，说明b极上有H2产生，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，即b为阴极，则Y为负极，X为正极，A正确、B错误；X为正极，则Pt作阳极，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，c（OH－）不断减小，则c（H＋）不断增大，溶液的pH逐渐减小，C、D错误。

6.

电解原理在化学工业中有广泛应用。

如图表示一个电解池，X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞溶液。

请回答以下问题：

（1）电解池中X极上的电极反应式为__________________________。

在X极附近观察到的现象是_________________________________

_________________________________________________________。

（2）Y电极上的电极反应式为____________________________________________，

检验该电极反应产物的方法是___________________________________________

_____________________________________________________________________。

答案　

（1）2H＋＋2e－===H2↑　放出气体，溶液变红　

（2）2Cl－－2e－===Cl2↑　把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色

解析　据图可知，X是阴极，Y是阳极，阴极反应式是2H＋＋2e－===H2↑，现象为放出气体，溶液变红；阳极反应式是2Cl－－2e－===Cl2↑，检验氯气，可用湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色即证明有氯气产生。

40分钟课时作业

[经典基础题]

题组1　电解池的电极名称的判断

1.关于原电池、电解池的电极名称，下列说法错误的是（　　）

A.原电池中失去电子的一极为负极

B.电解池中与直流电源负极相连的一极为阴极

C.原电池中相对活泼的一极为正极

D.电解池中发生氧化反应的一极为阳极

答案　C

解析　根据两池的结构与反应原理可确定，原电池中相对活泼的一极为负极。

2.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

答案　B

解析　阳极材料为活泼金属，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。

题组2　电解规律

3.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.①②③B.①②③④C.①②③④⑤D.全部

答案　C

4.下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是（　　）

A.HCl、CuCl2、Ba（OH）2B.NaOH、CuSO4、H2SO4

C.NaOH、H2SO4、Ba（OH）2D.NaBr、H2SO4、Ba（OH）2

答案　C

解析　本题考查离子放电顺序的应用，考查学生的分析判断能力。

电解盐酸的方程式为2HCl

Cl2↑＋H2↑，电解CuCl2溶液的方程式为CuCl2

Cu＋Cl2↑，A选项错；电解CuSO4溶液的方程式为2CuSO4＋2H2O

2Cu＋2H2SO4＋O2↑，B选项错；电解NaBr溶液的方程式为2NaBr＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Br2，D选项错。

题组3　电极反应式、电解方程式的书写

5.有关甲、乙、丙、丁四个图示的叙述正确的是（　　）

A.甲中负极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

B.乙中阳极反应式为Ag＋＋e－===Ag

C.丙中H＋向碳棒方向移动

D.丁中电解开始时阳极产生黄绿色气体

答案　C

解析　由图知，甲、丙为原电池，甲中Zn为负极，负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，A错；丙中Fe为负极，C为正极，H＋向正极移动，C正确；乙、丁为电解池，乙中Ag作阳极，本身失电子，B错；丁中放电顺序：

I－>Cl－，开始产生I2，D错。

6.用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为1∶3的CuSO4和NaCl的混合溶液，可能发生的反应有（　　）

①2Cu2＋＋2H2O

2Cu＋4H＋＋O2↑

②Cu2＋＋2Cl－

Cu＋Cl2↑

③2Cl－＋2H＋

H2↑＋Cl2↑

④2H2O

2H2↑＋O2↑

A.①②③B.①②④C.②③④D.②④

答案　D

解析　设混合溶液中CuSO4和NaCl的物质的量分别为1mol和3mol，根据放电顺序可看作是1molCuCl2、1molNaCl和1molNa2SO4，首先是电解CuCl2溶液，Cu2＋＋2Cl－

Cu＋Cl2↑；其次电解NaCl溶液，2Cl－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑；最后电解NaOH和Na2SO4的混合液，电解方程式为2H2O

2H2↑＋O2↑，故选D。

题组4　原电池、电解池的比较

7.关于下图所示①、②两个装置的叙述，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

答案　B

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。

8.

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

答案　A

解析　根据图示推知左侧为原电池，其中Zn作负极，Cu作正极，Cu片上发生还原反应；右侧为电解池，其中Cu为阴极，发生还原反应，C为阳极，发生氧化反应。

9.

如图中，两电极上发生的电极反应为a极：

Cu2＋＋2e－===Cu；b极：

Fe－2e－===Fe2＋。

下列说法不正确的是（　　）

A.装置中电解质溶液一定含有Cu2＋

B.该装置一定是化学能转化为电能

C.a、b可能是同种电极材料

D.a极上一定发生还原反应

答案　B

解析　该装置既可构成原电池，也可构成电解池。

当构成原电池时，a极材料是活动性比铁差的金属或石墨，b极为铁，电解质溶液含Cu2＋；当构成电解池时，a极作阴极，b极作阳极且必须是铁电极，电解液中含Cu2＋。

10.将如图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是（　　）

A.Cu电极上发生还原反应

B.电子沿Zn→a→b→Cu路径流动

C.片刻后甲池中c（SO

）增大

D.片刻后可观察到滤纸b点变红色

答案　A

解析　A选项中，K闭合后，Zn作原电池的负极，Cu作原电池的正极，Cu电极上发生还原反应；B选项中电子流向是由负极到正极，但a→b这一环节是溶液中的离子导电，电子并没沿此路径流动；C选项中SO

浓度基本保持不变，只是盐桥中的Cl－和K＋分别向甲、乙两烧杯中移动；D选项中滤纸a点是阴极，H＋放电，溶液中OH－浓度增大，显碱性，滤纸a点变红色。

[能力提升题]

11.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________________________。

（2）若阴极析出金属，阳极放出O2，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______________。

答案　

（1）H2SO4、HNO3、Ba（NO3）2

（2）AgNO3、Cu（NO3）2、CuSO4　（3）HCl、BaCl2

解析　

（1）组为电解水型，即阳极OH－放电，阴极H＋放电。

（2）组阳极OH－放电，阴极排在H后的金属阳离子放电。

（3）组气体体积比为1∶1，不是电解水型，经分析可得相应答案。

12.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）①电源上b为________极（填“正”、“负”、“阴”或“阳”，下同）。

②Z池中e为________极。

③连接Y、Z池线路中，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：

___________________________________

_______________________________________________________________________。

答案　

（1）①负　②阳　③←

（2）①2Cl－－2e－===Cl2↑

②2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

③Cu－2e－===Cu2＋

解析　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＋2H2O

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。

13.下图是一个电化学过程的示意图。

已知甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH

2K2CO3＋6H2O

（1）请回答图中甲、乙两池的名称：

甲池是________装置，乙池是________装置。

（2）请回答下列电极的名称：

通入CH3OH的电极名称是________，B（石墨）电极的名称是________。

（3）写出下列电极反应式：

通入O2电极：

___________________________________________________________；

A（Fe）电极：

_____________________________________________________________。

（4）乙池中反应的化学方程式为______________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）原电池　电解池　

（2）负极　阳极

（3）O2＋4e－＋2H2O===4OH－

4Ag＋＋4e－===4Ag

（4）4AgNO3＋2H2O

4Ag＋O2↑＋4HNO3

解析　根据题意，甲池是一个燃料电池，则乙池为电解池，在甲池中CH3OH发生氧化反应，为原电池的负极，O2发生还原反应，为原电池的正极，A与CH3OH极相连，为电解池的阴极，B为阳极，电极反应式为

甲池：

负极：

2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO

＋12H2O

正极：

3O2＋12e－＋6H2O===12OH－

乙池：

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

阴极：

4Ag＋＋4e－===4Ag

总反应：

4AgNO3＋2H2O

4Ag＋O2↑＋4HNO3。

14.某温度下，取一定质量的硫酸铜溶液，用石墨作电极进行电解，当阳极产生标准状况下气体1.12L时，CuSO4恰好被完全电解，得到密度为1.2g·cm－3的溶液200mL。

请回答下列问题：

（1）阴极的电极反应式为___________________________________________________；

总反应的离子方程式为___________________________________________________。

（2）电解后所得溶液的pH为________。

（3）若要使电解后所得溶液恢复至电解前的原状态，需要加入何种物质（只要求写出一种），其化学式为________，加入物质的质量为________g。

答案　

（1）Cu2＋＋2e－===Cu　2Cu2＋＋2H2O

2Cu＋O2↑＋4H＋　

（2）0　（3）CuO　8（或CuCO3　12.4）

解析　由n（O2）＝0.05mol可知通过的电子n（e－）＝0.2mol，产生的n（H＋）＝0.2mol，原CuSO4的物质的量为n（CuSO4）＝0.1mol，电解消耗的H2O为0.1mol即1.8g。

（2）c（H＋）＝

＝1mol·L－1，pH＝0。

（3）电解产物是0.1molCu和0.05molO2，加入0.1mol（8g）CuO或0.1mol（12.4g）CuCO3均可使溶液恢复到原状态。