第四章 第三节 第1课时 电解原理教师版.docx
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第四章第三节第1课时电解原理教师版
第三节 电解池
第1课时 电解原理
一、电解原理
1．电解氯化铜溶液实验探究
（1）按下图所示装置完成实验，并填写下表。
实验现象
实验结论
原因分析
电流表指针发生偏转
说明电解质溶液导电，形成闭合回路
电解质溶液导电的过程就是被电解的过程
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
阴极：
Cu2＋＋2e－===Cu（还原反应）
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
阳极：
2Cl－－2e－===Cl2（氧化反应）
2．电解和电解池
（1）电解：
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：
在外加电源的作用下，将电能转化为化学能的装置。
3．电解原理
判断正误
（1）电解池的两个电极必须是两个活泼性不同的电极（×）
（2）在电解池中与外接电源负极相连的电极是阴极（√）
（3）电解池中，电子从阳极流入电源正极（√）
（4）电解池中电解质溶液只导电不发生反应（×）
（5）电解池的阳极发生还原反应（×）
深度思考
1．在CuCl2溶液中，阳离子除了Cu2＋外还有水电离的H＋，为什么在阴极得电子的是Cu2＋而不是H＋？
答案 在阴极发生得电子的还原反应，Cu2＋氧化性强于H＋，所以Cu2＋先得电子被还原。
2．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，B极为电解池的_____极，可发现滤纸的B极边沿附近有________色出现。
答案 正 阴 蓝
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（浸有NaCl溶液的石蕊试纸相当于电解池），则与A相连的是电源的正极，B为阴极。
电源的正负极和电解池的阴阳极也就能确定了，从而分析出本题的答案。
方法指导
电解池阴极和阳极的判断依据
二、电解规律
1．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＋……
（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：
活泼金属阳极>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。
2．酸、碱、盐溶液电解规律（惰性电极）
用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表：
（1）电解水型
电解质
H2SO4
NaOH
Na2SO4
阳极反应式
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极反应式
4H＋＋4e－===2H2↑
pH变化
减小
增大
不变
复原加入物质
加入H2O
（2）电解电解质型
电解质
HCl
CuCl2
阳极反应式
2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极反应式
2H＋＋2e－===H2↑
Cu2＋＋2e－===Cu
pH变化
增大
复原加入物质
加入HCl
加入CuCl2
（3）电解质和水都发生电解型
电解质
NaCl
CuSO4
阳极反应式
2Cl－－2e－===Cl2↑
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极反应式
2H＋＋2e－===H2↑
2Cu2＋＋4e－===2Cu
pH变化
增大
减小
复原加入物质
加入HCl
加入CuO或CuCO3
判断正误
（1）用石墨作阳极、铁作阴极分别电解稀硫酸和硫酸钠溶液时，它们阴极和阳极的产物都相同
（ √ ）
（2）用石墨作电极电解氯化钠和硫酸铜的混合液，最初一段时间阴极和阳极生成的物质分别是铜和氯气（ √ ）
（3）用石墨作电极电解熔融氯化钠的阴极反应式为Na＋＋e－===Na（ √ ）
（4）用石墨作阴极、铜作阳极电解硫酸铜溶液的阳极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O（ × ）
（5）用石墨作电极电解硝酸银溶液的离子方程式为4Ag＋＋2H2O
4Ag＋4H＋＋O2↑
（ √ ）
（6）铜作阳极电解盐酸的化学方程式为Cu＋2HCl
CuCl2＋H2↑（ √ ）
深度思考
1．为了加深对电解规律的理解，某同学做了以下探究，要求从H＋、Cu2＋、Na＋、SO
、Cl－5种离子中两两恰当的组成电解质，按下列要求进行电解：
（1）以碳棒为电极，电解过程中电解质质量减少，水量不变，则采用的电解质是___________。
若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是____________。
（2）以碳棒为电极，电解过程中电解质质量不变，水量减少，则采用的电解质是___________。
若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是__________。
（3）以碳棒为阳极，铁棒为阴极，电解过程中电解质和水量都减少，则电解质是___________。
若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是____________。
答案
（1）HCl、CuCl2 HCl、CuCl2
（2）Na2SO4、H2SO4 H2O （3）CuSO4、NaCl CuO（或CuCO3）、HCl
解析
（1）以碳棒为电极，电解过程中电解质质量减少，水量不变，则阳离子只能为H＋、Cu2＋，阴离子只能是Cl－，其电解质是HCl、CuCl2。
（2）实质上是电解水，H＋、OH－分别在两极上放电，因此，其电解质是Na2SO4、H2SO4。
（3）电解质是CuSO4，2CuSO4＋2H2O
2H2SO4＋2Cu＋O2↑，若恢复到原状态，可加入CuO，也可加入CuCO3。
电解质是NaCl，2NaCl＋2H2O
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，要恢复到原状态可通入HCl。
2．某同学按如图所示的装置进行电解实验，下列说法正确的是________（填序号）。
①电解过程中，铜电极的反应式：
Cu－2e－===Cu2＋
②电解初期，主反应：
Cu＋H2SO4
CuSO4＋H2↑
③电解一定时间后，石墨电极上有铜析出
④整个电解过程中，H＋的浓度不断增大
答案 ①②③
解析 本题是电解原理的具体应用，由题可知，活泼金属作阳极，阳极反应：
Cu－2e－===Cu2＋，初期在阴极上溶液中的H＋放电，2H＋＋2e－===H2↑，溶液中的H＋浓度不断降低，总反应：
Cu＋H2SO4
CuSO4＋H2↑，随着反应的进行，溶液中Cu2＋数目增多，此时在阴极上Cu2＋得电子，Cu2＋＋2e－===Cu，溶液中的H＋浓度保持不变。
3．用石墨作电极电解1mol·L－1CuSO4溶液，当c（Cu2＋）为0.5mol·L－1时，停止电解，向剩余溶液中加入下列何种物质可使电解质溶液恢复至原来状态__________（填序号）。
①CuSO4 ②CuO ③Cu（OH）2 ④CuCO3
答案 ②④
解析 电解过程中的反应：
阳极4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极2Cu2＋＋4e－===2Cu，总反应为2CuSO4＋2H2O
2H2SO4＋2Cu＋O2↑。
由以上反应可知，电解使2molCuSO4和2molH2O变成了2molH2SO4，同时析出铜，放出O2，溶液中每生成2molCu，则放出1molO2，故需补充CuO。
由于CuCO3加入溶液后，会与溶液中的硫酸反应，生成CO2气体，不存在于溶液中，相当于只加了CuO，所以也可以加入CuCO3。
方法指导
解答电解原理题的一般思路
[以惰性电极电解Cu（NO3）2溶液为例]
随堂验收练习
1．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↑。
阴极逸出氢气，且阴极附近溶液（含酚酞）显碱性而呈红色，A、B项都正确；阳极生成I2，使阳极附近溶液（含淀粉）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。
2．如图中X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无味气体放出。
符合这一情况的是表中的（ ）
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
答案 A
解析 由a极板质量增加知，溶液中阳离子在a极板处析出，则a为阴极，X为负极，因B中a极板处不析出金属、C中X为正极可知B、C均错误；又由b极板处有无色无味气体放出可知D错误。
3．用石墨作电极电解0.1mol·L－1的CuSO4溶液，当有0.4mol电子通过电路时，发现阴极增重6.4g，则要使电解后的溶液恢复到电解前状态，则可向电解后的溶液中加入（ ）
A．0.1molCu（OH）2B．0.1molCuO
C．0.2molCuOD．0.1molCuO和0.2molH2O
答案 A
解析 该过程转移0.4mol电子，则阳极应该生成0.1mol氧气，理论上阴极应该生成0.2mol铜，但实际上阴极生成的铜为
＝0.1mol，故铜离子不足，阴极生成0.1mol铜后，氢离子继续放电，生成氢气0.1mol。
因此应该补充0.1molCuO和0.1molH2O，或补充0.1molCu（OH）2，A项正确。
4．用如图所示的装置进行电解。
通电后发现湿润的淀粉-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_____________________________________________________。
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↑
解析 本题实质上是三个电解装置串联，由题中信息可知C为阳极、D为阴极，则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，发生的反应为Cu－2e－===Cu2＋，石墨为阴极，发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑，由于水电离出的H＋放电，所以溶液中的c（OH－）增大，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↑。
课时点对点训练
题组一 电解及其装置（电解池）
1．关于下图所示①②两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为电解池，电解水，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，硫酸的浓度增大；②为原电池，溶液中的氢离子移向正极，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，硫酸的浓度减小。
2．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对；乙、丁为电解池，乙中Ag作阳极，本身失电子，B错；丁中阳极离子放电顺序：
I－>Cl－，开始时产生I2，D错。
3．（2019·湖北公安三中高二上质量检测）若某电能与化学能的转化装置（电解池或原电池）中发生的总反应的离子方程式是Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑，则下列关于该装置的有关说法中正确的是（ ）
A．该装置可能是原电池，也可能是电解池
B．该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极
C．该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸
D．该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸
答案 B
解析 铜和盐酸或稀硫酸不能自发地进行氧化还原反应，铜和硝酸能自发地进行氧化还原反应，但生成的气体是氮氧化物而不是氢气，所以该反应只能是电解池反应而不是原电池反应，该装置只能构成电解池不能构成原电池；该电解池中，铜作阳极，阳极上铜失电子发生氧化反应，阴极上氢离子得电子发生还原反应，所以该电解池的阳极必须是铜电极，故答案选B。
4．某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在图中，下列有关分析完全正确的是（ ）
选项
A
B
C
D
a电极
阳极
阴极
阳极
阴极
d电极
正极
正极
负极
负极
Q离子
阳离子
阳离子
阴离子
阴离子
答案 B
解析 根据题图知，该装置有外接电源，所以属于电解池，根据电子流向知，c是负极，d是正极，a是阴极，b是阳极，电解时，电解质溶液中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，则Q离子是阳离子，P离子是阴离子，故B正确。
题组二 电解规律及其应用
5．用惰性电极电解稀H2SO4、Cu（NO3）2、NaCl的混合液，最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是（ ）
A．H2和Cl2B．Cu和Cl2
C．H2和O2D．Cu和O2
答案 B
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，阳离子为Cu2＋>H＋>Na＋，阴离子为Cl－>OH－>SO
、NO
，则最初一段时间，阴极：
Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：
2Cl－－2e－===Cl2↑。
6．用石墨作电极，电解1mol·L－1下列物质的溶液，则电解前后溶液的pH保持不变的是（ ）
A．硫酸B．氢氧化钠C．硫酸钠D．氯化钠
答案 C
解析 用惰性电极电解硫酸、氢氧化钠溶液、硫酸钠溶液实质是电解水，浓度增大，硫酸溶液的pH减小，氢氧化钠溶液的pH增大，硫酸钠溶液的pH不变；电解氯化钠溶液时生成氢氧化钠，溶液的pH增大。
7．如图为直流电源电解稀硫酸钠溶液的装置。
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。
8．（2019·郑州二中高二上学期第一次月考）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（ ）
组号
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
答案 C
解析 A应通HCl，B加CuO，C加H2O，D不需加任何物质。
题组三 电解的相关综合
9．（2019·运城高二检测）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、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是（ ）
A
B
C
D
阳极
蓝
白
红
蓝
阴极
白
蓝
蓝
蓝
答案 D
解析 阳极据放电顺序发生的电极反应为2I－－2e－===I2，I2遇淀粉变蓝。
阴极发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，使石蕊溶液变蓝。
10．（2020·苏州期末）利用如图所示装置（电极均为惰性电极）可吸收SO2，并用阴极排出的溶液吸收NO2。
下列说法正确的是（ ）
A．b为直流电源的正极
B．将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，电极反应式不变
C．阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO
＋4H＋
D．电解时，H＋由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室
答案 C
解析 二氧化硫被氧化为硫酸根离子，所以二氧化硫所在的区为阳极区，阳极与电源正极相连，则b为电源负极，故A错误；将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，电极反应式发生改变，故B错误；阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO
＋4H＋，故C正确；电解时，阳离子移向阴极，所以H＋由阳极室通过阳离子交换膜到阴极室，故D错误。
11．载人空间站的生态系统中，要求分离人呼出的二氧化碳，同时需要提供氧气。
某电化学装置利用太阳能转化的电能可以实现上述要求，同时还有燃料一氧化碳生成，该电化学装置中得电子的电极发生的反应是2CO2＋4e－＋2H2O===2CO＋4OH－。
下列判断错误的是（ ）
A．上述电化学装置相当于电解池
B．上述装置进行的总反应为2CO2===2CO＋O2
C．反应结束后该电化学装置中的电解质溶液碱性增强
D．失电子的电极发生的反应是4OH－－4e－===2H2O＋O2
答案 C
解析 该电池是利用电能转化为化学能，符合电解池原理，所以题述电化学装置相当于电解池，故A正确；该电池中，阴极的电极反应式为2CO2＋4e－＋2H2O===2CO＋4OH－，阳极上OH－失电子生成氧气，得失电子数相同条件下，将两个电极反应式相加即得电池总反应式：
2CO2===2CO＋O2，故B正确；阴极反应生成的OH－在阳极完全反应，电池总反应为2CO2===2CO＋O2，所以反应结束后该电化学装置中的电解质溶液的碱性不变，故C错误；阳极上OH－失电子生成氧气供给呼吸，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2，故D正确。
12．如图是CO2经电催化还原为CH4的装置示意图。
下列说法不正确的是（ ）
A．该过程是电能转化为化学能的过程
B．铜电极的电极反应式为CO2＋8HCO
＋8e－===CH4＋8CO
＋2H2O
C．一段时间后，①池中n（KHCO3）不变
D．一段时间后，②池中溶液的pH一定下降
答案 C
解析 该装置连接有电源，则该过程是电能转化为化学能的过程，A项正确；二氧化碳转化为甲烷的反应过程中，碳元素的化合价降低，在铜电极上发生还原反应，电极反应式为CO2＋8HCO
＋8e－===CH4＋8CO
＋2H2O，B项正确；由于①池溶液中的碳酸氢根离子被消耗，故一段时间后，碳酸氢钾的物质的量减少，C项错误；①池中的铜电极为阴极，发生还原反应，②池中的铂电极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为4OH－－4e－===O2＋2H2O，该过程中有H＋生成，故溶液的pH降低，D项正确。
综合强化
13．如图所示装置为在直流电源的作用下电解CuSO4溶液的装置，其中A、B为石墨电极，a、b为电源的两极，当接通电源，通电一段时间后，将B电极取出，洗干净并干燥后称量，其质量增加了3.2g，则：
（1）a电极为电源的________极。
（2）写出电极反应式：
A极：
______________________________________________________，B极：
____________________________________________________________________。
（3）若使反应后的溶液恢复到原来状态，则应该加入________，加入________g。
答案
（1）正
（2）4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 2Cu2＋＋4e－===2Cu （3）CuO 4.0
14．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）①b为电源的________极（填“正”“负”“阴”或“阳”，下同）。
②Z池中e为________极。
③连接Y、Z池线路，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。
15．A、B、C为三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：
阳离子
Na＋、K＋、Cu2＋
阴离子
SO
、OH－
图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。
接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加。
常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。
据此回答下列问题：
（1）M为电源的_____（填“正”或“负”）极，电极b上发生的电极反应为___________。
（2）写出乙烧杯中的电池反应方程式：
__________________________________________。
（3）如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？
__________________________________________________________________________。
（4）若经过这一段时间后，要使丙恢复到原来的状态，需要进行的操作是____________。
答案
（1）负 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
（2）2CuSO4＋2H2O
2Cu＋O2↑＋2H2SO4
（3）能，因为硫酸铜溶液已转变为硫酸溶液，反应变为电解水的反应
（4）向丙烧杯中加入一定量水
解析
（1）乙中c电极质量增加，则c处发生的
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