高中化学第一章化学反应与能量转化第二节电能转化为化学能电解第1课时学案鲁科版选修4.docx

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高中化学第一章化学反应与能量转化第二节电能转化为化学能电解第1课时学案鲁科版选修4

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．电解池组成“三条件”

（1）外接电源以及与电源相连的两个电极；

（2）电解质溶液；

（3）闭合回路。

2．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。

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＋>Zn2＋>H＋水>Al3＋。

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.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。

2.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．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

[三级训练·节节过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．下列是电解不同物质的电极反应，其中错误的是（　　）

A．电解饱和食盐水

阴极：

Na＋＋e－===Na

B．电解Na2SO4溶液

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

C．电解熔融NaCl

阴极：

Na＋＋e－===Na

D．电解NaOH溶液

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

解析：

选A　A项中电解饱和食盐水时，阴极应是H2O电离出的H＋得电子放出H2。

2．用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解液的pH下降的是（　　）

①CuSO4　②AgNO3　③BaCl2　④H2SO4

A．①②　　　　　　　　　　B．②③

C．③④D．①④

解析：

选A　阴极质量增加，应是金属阳离子在阴极放电；电解液pH下降，应是OH－在阳极放电。

3．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－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑

④2H2O

2H2↑＋O2↑

A．①②③B．①②④

C．②③④D．②④

解析：

选C　阴极阳离子的放电先后顺序为Cu2＋、H＋，阳极阴离子放电的先后顺序为Cl－、OH－，通电时首先发生的反应为Cu2＋＋2Cl－

Cu＋Cl2↑，Cu2＋全部还原后，Cl－还有剩余，此时阴极放电的离子是H2O电离产生的H＋，因此反应为：

2Cl－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑，当Cl－全部氧化后，溶液中的溶质为Na2SO4、NaOH，继续通电实质是电解水：

2H2O

2H2↑＋O2↑，故正确选项为C。

4．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。

5．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

1．下列装置中属于电解池的是（　　）

解析：

选C　A项装置是原电池；B项装置既不能构成原电池（两电极相同）也不能构成电解池（无直流电源）；C项装置是电解池；D项装置不能形成闭合回路，故不能构成原电池。

2．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。

3．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Cl2

C．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。

4．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。

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．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）2

B．NaOH、CuSO4、H2SO4

C．NaOH、H2SO4、Ba（OH）2

D．NaBr、H2SO4、Ba（OH）2

解析：

选C　电解时只生成氢气和氧气，则电解质所含的阳离子在H＋之后放电，阴离子应该在OH－之后放电。

电解HCl溶液的方程式为2HCl

Cl2↑＋H2↑，A项错误；电解CuSO4溶液的方程式为2CuSO4＋2H2O

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

2NaOH＋H2↑＋Br2，D项错误。

8．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溶液时，阴离子在阳极的放电能力I－>OH－，阳离子在阴极的放电能力H＋>K＋，所以该电解反应为2KI＋2H2O

I2＋H2↑＋2KOH。

由于在溶液中含有少量酚酞和淀粉，所以在阳极附近碘单质遇淀粉，溶液变为蓝色；在阴极由于产生氢气，溶液显碱性，遇酚酞，溶液变为红色。

因为产生了碱，溶液碱性增强，所以溶液的pH变大。

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．同温、同压下，用惰性电极在U形管中电解下列物质的水溶液，消耗相同的电量，生成气体体积最大的是（　　）

A．饱和食盐水B．CuCl2溶液

C．CuSO4溶液D．NaOH溶液

解析：

选A　电解饱和食盐水，两极分别产生氢气和氯气，假设转移2mol电子，生成氢气和氯气各1mol，共2mol；而电解CuCl2溶液产生的气体只有氯气，转移2mol电子，生成氯气1mol；电解CuSO4溶液，产生的气体只有氧气，转移2mol电子，生成氧气0.5mol；电解NaOH溶液，两极分别产生氢气和氧气，转移2mol电子，生成氢气1mol、氧气0.5mol，共1.5mol。

2．下列有关水的电解实验的说法中不正确的是（　　）

A．为提高水的电解速率，可以在水中加入少量的氯化钠

B．若在水中加入少量的硫酸钠，电解结束后溶液的pH将会保持不变

C．电解过程中，阴极区附近溶液的pH会增大

D．当电解产生氧气1.12L（标准状况）时，转移电子的物质的量为0.2mol

解析：

选A　氯化钠是电解质，加入少量的氯化钠后，电解速率加快，但是电解时氯离子要失电子，阳极得到氯气；加入少量的硫酸钠，实为电解水，硫酸钠浓度增大，但溶液的pH将会保持不变；电解过程中，阴极区氢离子得电子，氢氧根离子浓度增大，溶液的pH增大；产生1mol氧气转移4mole－，故产生氧气1.12L（标准状况）时，转移电子的物质的量为0.2mol。

3.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。

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H