人教版高中化学选修4导学案43电解池 第1课时 电解原理 含答案.docx

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人教版高中化学选修4导学案43电解池第1课时电解原理含答案

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，能描述电解池的工作原理。

　2.能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式。

3．理解并掌握电解的规律和电解产物的判断方法。

　电解原理

1．电解的概念：

使电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。

2．电解池及其构成条件

（1）概念：

在外加电源的作用下，将电能转变成化学能的装置。

（2）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。

（3）电子流向、离子移向

电源负极（e－）―→阴极

阳极（e－）―→电源正极。

（4）构成条件：

①直流电源；②两个电极；③电解质溶液或熔融电解质；④形成闭合回路。

3．电解池工作原理（以电解CuCl2溶液为例）

（1）电池总反应为CuCl2

Cu＋Cl2↑。

（2）电子的流向

电源负极―→阴极

阳极―→电源正极。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）在电解池中与外接电源负极相连的电极是阳极。

（　　）

（2）在电解池的阳极发生氧化反应。

（　　）

（3）电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极。

（　　）

（4）电解氯化铜溶液时，在阴极上有气体生成。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）√　（3）√　（4）×

2．写出用惰性电极电解下列溶液时的电极反应式：

（1）电解HCl溶液：

①阳极：

____________________________________；

②阴极：

____________________________________。

（2）电解CuSO4溶液：

①阳极：

____________________________________；

②阴极：

____________________________________。

答案：

（1）①2Cl－－2e－===Cl2↑　②2H＋＋2e－===H2↑

（2）①4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　②2Cu2＋＋4e－===2Cu

1．电解池阴、阳极的判断

2．电极产物的判断

（1）阳极产物的判断

①首先看电极，如果是活性电极，则电极材料失去电子，被溶解，溶液中的阴离子不失去电子。

如果是惰性电极，则要看溶液中阴离子的失电子能力，根据阴离子的放电顺序加以判断。

②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进行判断。

阳离子放电顺序：

Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋（浓度大时）>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋（浓度小时）>Al3＋>Mg2＋>Na＋。

（1）中学阶段遇到的在水溶液中电解时阴极产物判断的情况可由放电顺序：

Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>……即可解决问题。

（2）判断阴极产物时，不管电极材料如何，均是溶液中的离子放电。

　（2017·长春高二测试）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分别析出的物质分别是（　　）

A．H2和Cl2　　　　　　B．Cu和Cl2

C．H2和O2D．Cu和O2

[解析]　由题意知，溶液中存在H＋、Cu2＋、Na＋、SO

、NO

、Cl－、OH－，根据离子的放电顺序，阳离子：

Cu2＋＞H＋＞Na＋，阴离子：

Cl－＞OH－＞SO

、NO

，则最初一段时间阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑。

[答案]　B

（1）用惰性电极电解上述混合液，在阴、阳极上分别得到的物质依次是什么？

（2）若阳极换为Cu，阳极还产生Cl2吗？

答案：

（1）由阴、阳离子的放电顺序可知，在阴极上分别生成：

Cu、H2；在阳极上分别生成：

Cl2、O2。

（2）阳极为Cu时，阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋，不产生Cl2。

　电解原理

1.如图所示是电解CuCl2溶液的装置，其中a、b为直流电源的两极，c、d为石墨电极。

则以下有关此电解池的判断正确的是（　　）

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，氯离子浓度保持不变

解析：

选C。

依据电流的方向可知，a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极。

d极上的电极反应：

Cu2＋＋2e－===Cu，c极上的电极反应：

2Cl－－2e－===Cl2↑，溶液中的Cl－浓度减小。

2．为使反应Cu＋2H2O===Cu（OH）2＋H2↑能够发生，下列设计方案正确的是（　　）

A．用铜片作负极，石墨电极作正极，氯化钠溶液为电解质溶液构成原电池

B．用铜片作电极，外接直流电源电解硫酸铜溶液

C．用铜片作阳极，铁片作阴极，外接直流电源电解硫酸钠溶液

D．用铜片作电极，外接直流电源电解稀硫酸

解析：

选C。

该反应为不能自发进行的氧化还原反应，必须设计为电解池才能发生。

阳极为Cu放电，阴极为H＋放电，且生成Cu（OH）2，即用Cu作阳极，电解质溶液中为H2O放电，选项C符合要求。

　阴、阳极以及电解产物的判断

3．某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。

滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。

据此，下列叙述正确的是（　　）

A．铅笔端作阳极，发生还原反应

B．铂片端作阴极，发生氧化反应

C．铅笔端有少量的氯气产生

D．a是负极，b是正极

解析：

选D。

铅笔在滤纸上写字，出现红色字迹，说明铅笔端产生OH－，则铅笔端为阴极，H＋放电发生还原反应生成H2，A项错误；铂片端作阳极，发生氧化反应，B项错误；铅笔端产生H2而不是Cl2，C项错误。

4．（2017·广州高二检测）用铂（惰性）电极进行电解，下列说法中正确的是（　　）

A．电解稀硫酸，在阴极和阳极分别产生氧气和氢气

B．电解氯化钠溶液，在阴极析出钠

C．电解硫酸钠溶液，在阴极和阳极析出产物的物质的量之比为1∶2

D．电解氯化铜溶液，在阴极和阳极析出产物的物质的量之比为1∶1

解析：

选D。

电解稀H2SO4，在阴极和阳极分别产生H2和O2，A错误；用惰性电极电解NaCl溶液得到NaOH而不是Na，B错误；电解Na2SO4溶液，阴极（产物为H2）和阳极（产物为O2）得到产物的物质的量之比为2∶1，C错误；电解CuCl2溶液，阴极（产物为Cu）和阳极（产物为Cl2）析出产物的物质的量之比为1∶1，D正确。

　电解的规律及电极反应式的书写

1．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：

2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

阴极：

4H＋＋4e－===2H2↑

H2O

减小

加入

H2O

NaOH

（强碱）

阳极：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

阴极：

4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－

增大

Na2SO4（活泼金属的含氧酸盐）

阳极：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

阴极：

4H＋＋4e－===2H2↑

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

通入HCl

气体

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

通入HCl

气体

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

2.电极反应式及电解方程式的书写步骤[以惰性电极电解Cu（NO3）2溶液为例]

用惰性电极电解下列电解质的溶液，通电一段时间后要想使电解质溶液恢复原浓度，把所加的物质与对应的电解质连在一起。

答案：

a—①　b—②③　c—⑤　d—①　e—④

分析电解问题的基本方法思路

（1）通电前：

电解质溶液中含有哪些阴、阳离子（包括水电离出的H＋和OH－）。

（2）通电时：

阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁优先放电（注意活泼金属作阳极时优先放电）。

（3）正确书写电极反应式，要注意原子数、电荷数是否守恒。

（4）能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。

　用石墨棒作电极，在Na＋、Cu2＋、Cl－、SO

等离子中选出适当离子组成电解质，电解其溶液，写出符合条件的一种电解质的化学式：

（1）当阴极放出H2，阳极放出O2时，电解质是____。

（2）当阴极析出金属，阳极放出O2时，电解质是____________________________________。

（3）当阴极放出H2，阳极放出Cl2时，电解质是____________________________________。

（4）通过电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量、阳极放出的气体的物质的量之比为4∶2∶1时，电解质是_____。

[解析]　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，即电解质为活泼金属的无氧酸盐，即NaCl。

（4）由阳极生成气体与转移电子的物质的量之比为1∶4，知阳极产生气体为O2，1molO2转移4mole－；析出金属与转移电子的物质的量之比为1∶2，故金属为＋2价，即Cu2＋，故为CuSO4。

[答案]　

（1）Na2SO4　

（2）CuSO4　（3）NaCl　（4）CuSO4

（1）该题第一小问中，溶液的pH如何变化？

若恢复原状态，应加入什么物质？

（2）该题第三小问中，若电解后溶液的体积是0.2L，且转移电子是0.2mol，则溶液中OH－的浓度是多少？

答案：

（1）结合题干分析可知，电解Na2SO4的实质是电解水，且硫酸钠是强酸强碱盐，故溶液的pH不变；若恢复原状态应加入适量水。

（2）因电解总反应式是2NaCl＋2H2O

H2↑＋Cl2↑＋2NaOH，该过程转移电子数是0.2mol，故生成NaOH0.2mol，即c（OH－）＝1mol·L－1。

　电解的规律

1．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．①②③　　　　　　　　B．①②③④

C．①②③④⑤D．全部

解析：

选C。

两极放出H2和O2相当于电解水，对不饱和电解质溶液来说是浓缩，电解NaOH、H2SO4、Na2SO4时pH分别增大、减小、不变，浓度均增大，但电解的如果是饱和溶液，其溶液的浓度不变。

2．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

解析：

选D。

以石墨为电极电解KI溶液类似于电解NaCl溶液，阳极反应式为2I－－2e－===I2，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故阴极逸出氢气，且显碱性而使阴极附近溶液呈红色，A、B项都正确；阳极生成I2，因含淀粉而使阳极附近溶液变蓝，C项正确；由于电解生成了OH－，故溶液的pH变大，D项错误。

　电极反应式的书写

3．以惰性电极电解FeCl2和HCl的混合物可制备FeCl3和H2。

阳极反应式：

____________________________________；

阴极反应式：

____________________________________；

总反应离子方程式：

____________________________________。

答案：

2Fe2＋－2e－===2Fe3＋　2H＋＋2e－===H2↑

2Fe2＋＋2H＋

2Fe3＋＋H2↑

4．PbO2也可以通过石墨为电极，Pb（NO3）2和Cu（NO3）2的混合溶液为电解液电解制取。

阳极发生的电极反应式为____________________________________，

阴极上观察到的现象是____________________________________；

若电解液中不加入Cu（NO3）2，阴极发生的电极反应式为______________，这样做的主要缺点是________________。

答案：

Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋　石墨上包上铜镀层　Pb2＋＋2e－===Pb　不能有效利用Pb2＋

重难易错提炼

1.惰性电极（石墨、铂、金）指的是不参与阳极反应的电极，活性电极一定参与阳极反应。

2．电解质溶液恢复原状的方法：

少什么加什么，少多少加多少，一般加阳极产物与阴极产物的化合物。

3．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＋。

4．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。

课后达标检测

[基础巩固]

1．下列说法正确的是（　　）

①电解是把电能转变成化学能的过程　②电解是化学能转变成电能的过程　③电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化　④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现　⑤任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生

A．①②③④　　　　　　B．②③⑤

C．③④　　D．①③④⑤

解析：

选D。

从能量角度看，电解是把电能转变成化学能的过程，故①对、②错；电解质溶液的导电过程，必将伴随着两个电极上氧化还原反应的发生，同时生成新的物质，故③、⑤对；某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理供给电能也可以实现，故④对。

所以D选项符合题意。

2．下列关于电解槽的叙述中，不正确的是（　　）

A．电解槽的阳极发生氧化反应

B．外电路中电子从电源的负极沿导线流入电解槽的阴极

C．与电源正极相连的是电解槽的阴极

D．参与电解的阳离子往阴极移动

答案：

C

3．如图所示装置中，属于电解池的是（　　）

解析：

选C。

构成电解池时要有与外接直流电源相连的电极，A、B错误；电极插入电解质溶液或熔融的电解质中，且要形成闭合回路，C正确、D错误。

4．下列离子浓度相同时，在电解过程中最容易发生电极反应的是（　　）

A．OH－B．CO

C．SO

D．Cl—

解析：

选D。

根据阴离子在阳极的放电顺序判断。

5．用石墨做电极电解CuCl2溶液，下列说法正确的是（　　）

A．在阳极上析出金属铜

B．在阴极上析出金属铜

C．在阴极上产生有刺激性气味的气体

D．阳极上发生还原反应

解析：

选B。

根据电解原理，阳极发生氧化反应：

2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极发生还原反应：

Cu2＋＋2e－===Cu。

因此阳极上产生有刺激性气味的气体——氯气，在阴极上析出铜，故B项正确。

6．用石墨作电极，分别电解下列各物质的溶液：

①CuCl2　②CuSO4　③NaCl　④NaNO3　⑤HCl⑥H2SO4　⑦KOH

其中只有水被电解的是（　　）

A．①②⑤B．②④⑥⑦

C．④⑥⑦D．③⑤⑥⑦

解析：

选C。

只有水被电解，即在阴极上H＋放电（溶液中阳离子是H＋或较活泼的金属离子），在阳极上OH－放电（溶液中阴离子是含氧酸根离子、OH－或F－），符合这一要求的是④⑥⑦。

7．用惰性电极电解下列溶液，在阴、阳两极生成气体的体积比为1∶1的是（　　）

A．NaCl溶液B．CuCl2溶液

C．CuSO4溶液D．KOH溶液

解析：

选A。

A项，电解方程式为2NaCl＋2H2O

Cl2↑（阳极）＋H2↑（阴极）＋2NaOH，A正确；B项，电解方程式为CuCl2

Cu（阴极）＋Cl2↑（阳极），阴极没有气体生成，B不正确；C项，电解方程式为2CuSO4＋2H2O

2Cu（阴极）＋O2↑（阳极）＋2H2SO4，阴极没有气体生成，C不正确；D项，电解方程式为2H2O

2H2↑（阴极）＋O2↑（阳极），阴、阳两极生成气体的体积比为2∶1，D不正确。

8．（2017·杭州高二检测）某电解质溶液中pH＝a，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．Ba（OH）2B．HCl

C．Na2SO4D．AgNO3

解析：

选D。

A项，电解氢氧化钡溶液，实际上电解的是水，但溶液中的氢氧根离子的浓度增大，氢离子的浓度减小，溶液的pH增大，错误；B项，电解盐酸时，阴极为氢离子放电，氢离子的浓度减小，pH增大，错误；C项，电解硫酸钠溶液时，实际上电解的是水，溶液中氢离子和氢氧根离子的相对浓度不变，只是硫酸钠的浓度增大，pH不变，错误；D项，电解硝酸银溶液时，阴极上析出银，阳极上得到氧气，溶液中的氢氧根离子的浓度减小，氢离子的浓度增大，溶液的pH减小，正确。

9．（2017·三门峡高二检测）用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，加入一定质量的另一种物质（中括号内），溶液能与原来溶液完全一样的是（　　）

A．CuCl2（CuSO4）B．NaOH（NaOH）

C．NaCl（HCl）D．CuSO4[Cu（OH）2]

解析：

选C。

电解NaCl溶液放出H2和Cl2，可通入HCl气体；A项应加CuCl2，B项应加水，D项应加CuO或CuCO3。

10．用如图所示的装置进行电解。

通电一段时间，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：

（1）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。

（2）A中是以Pt为阳极、Fe为阴极电解AgNO3溶液的电解池。

（3）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。

（4）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↑

11．如图所示，X和Y均为石墨电极：

（1）若电解液为滴有酚酞的饱和食盐水，电解反应的离子方程式为________________________________________________________________________。

电解过程中__极（填“阴”或“阳”）附近会出现红色。

（2）若电解液为500mL含A溶质的某蓝色溶液，电解一段时间，观察到X电极表面有红色固体物质生成，Y电极有无色气体生成。

当溶液中原有溶质完全电解后，取出X电极，洗涤、干燥、称量，电极增重1.6g。

①电解后溶液的c（H＋）＝____。

要使电解后溶液恢复到电解前的状态，需加入一定量的____（填物质的化学式，假设电解前后溶液的体积不变）。

②请推测原溶液中所含的酸根离子可能是____。

设计实验验证推测，写出实验的操作步骤、现象和结论：

______________________________________________________________。

解析：

（1）电解饱和食盐水，阳极Cl－放电生成Cl2，阴极是水电离出的H＋放电生成H2，同时生成OH－，阴极附近会出现红色。

（2）蓝色溶液，说明是可溶性铜盐溶液，X极有红色固体物质生成，说明溶液中的Cu2＋放电，X极是阴极，Y极是阳极，有无色气体生成，说明是溶液中的OH－放电，阴离子为含氧酸根离子SO

或NO

。

生成铜0.025mol，由电解反应的离子方程式2Cu2＋＋2H2O

2Cu＋O2↑＋4H＋可知，生成的H＋为0.05mol，c（H＋）＝0.1mol·L－1。

使其恢复可加入氧化铜或碳酸铜。

答案：

（1）2Cl－＋2H2O

Cl2↑＋H2↑＋2OH－　阴

（2）①0.1mol·L－1　CuO（或CuCO3）　②SO

（或NO

）　取少量待测液于试管中，滴加盐酸无明显现象，继续滴入氯化钡溶液，若有白色沉淀产生，则证明含有硫酸根离子（或取少量待测液于试管中，滴加浓硫酸，再加入铜粉，若有红棕色气体产生，则证明含有硝酸根离子）

[能力提升]

12．在水中加入等物质的量的Ag＋、Na＋、Ba2＋、NO

、Cl－、SO

，用惰性电极进行电解，一段时间后，在两极上得到的氧化产物和还原产物的质量之比为（　　）

A．8∶1B．2∶27

C．35.5∶108D．108∶35.5

解析：

选A。

Ag＋与Cl－、Ba2＋与SO

均生成沉淀，相当于电解NaNO3溶液，实质是电解H2O，两极得到的产物为H2和O2。

13．某兴趣小组设计如图微型实验装置。

实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。

下列有关描述正确的是（　　）

A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为2H＋＋2Cl－

Cl2↑＋H2↑

B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红

C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－

D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极

解析：

选D。

A项，断开K2，闭合K1时，为电解池装置，总反应的离子方程式为2H2O＋2Cl－

2OH－＋H2↑＋Cl2↑，错误；B项，由“断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生”知，石墨为电解池的阳极，Cu为电解池的阴极，故在Cu电极附近溶液变红，错误；断开K1，闭合K2时，电流表指针偏转，为原电池装置，则Cu电极为原电池的负极，发生失去电子的氧化反应，石墨电极为原电池的正极，故C项错误，D项正确。

14．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．0.2mol