最新高中化学电解池的工作原理及应用学案2 精品.docx

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最新高中化学电解池的工作原理及应用学案2精品

第3课时　电解池的工作原理

　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电解反应方程式。

2.熟悉电解规律和电解产物的判断方法。

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.判断下列说法的正误

（1）金属导电是因为在电场作用下，自由电子发生定向移动（√）

（2）电解质是在熔融或溶于水时能够导电的物质（×）

（3）金属导电是物理变化，电解质溶液导电是化学变化（√）

（4）硫酸铜溶于水后，能发生电离产生自由移动的Cu2＋和SO

（√）

（5）氯化钠溶液中只存在Na＋和Cl－（×）

3．右图为电解水的实验装置图。

根据图示回答下列问题：

（1）A端为电源的正极，C试管中收集到的气体是O2，D试管中收集到的气体是H2。

（2）写出电解水的化学方程式：

2H2O

2H2↑＋O2↑。

探究点一　电解池的工作原理

1．如图为工业上电解熔融氯化钠生产金属钠的装置示意图。

容器中盛有熔融的氯化钠，两侧分别插入石墨片和铁片作为电极材料，两个电极分别与电源的正极和负极相连。

（1）通电前，熔融NaCl中存在的微粒有Na＋、Cl－，这些微粒的运动状态是自由移动。

（2）通电后离子运动方向：

阳离子Na＋（填离子符号）移向铁电极，发生还原反应；阴离子Cl－（填离子符号）移向石墨电极，发生氧化反应。

电极上发生的变化是①铁电极：

2Na＋＋2e－===2Na；②石墨电极：

2Cl－－2e－===Cl2↑。

（3）由以上分析可知：

熔融的NaCl在直流电源作用下发生了氧化还原反应，分解生成了Na和Cl2。

2．电解和电解池

（1）电解是在直流电作用下，在两个电极上发生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。

（1）电解池的工作原理示意图

（2）电解质导电的过程就是电解质的电解过程。

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．下列关于电解池的叙述中，正确的是（　　）

A．电解池中的闭合回路仅是由电子的定向移动形成的

B．金属导线中，电子从电源的负极流向电解池的阳极，从电解池的阴极流向电源的正极

C．在电解质溶液中，阴离子向阴极移动，阳离子向阳极移动

D．相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子数与阴离子在阳极上失去的电子数相等

答案　D

探究点二　酸、碱、盐溶液的电解规律

1．按右图所示装置完成实验，并填写下表。

（1）实验过程中，观察到的现象是

①电流计指针发生偏转；②与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质；③与正极相连的a极一侧有刺激性气味的气体产生，能使湿润的淀粉KI试纸变蓝。

（2）实验结论是电解质CuCl2溶液在导电过程中，有铜析出，有氯气生成。

（3）实验原理分析

①氯化铜溶液中的电离过程有a.CuCl2===Cu2＋＋2Cl－，b.H2OH＋＋OH－；溶液中存在的离子有Cu2＋、Cl－、H＋、OH－，通电前，这些离子在溶液中自由移动。

②通电时，在电场的作用下，溶液中的离子做定向移动，即Cl－、OH－趋向a极，Cu2＋、H＋趋向b极。

③a极电极反应式是2Cl－－2e－===Cl2↑，b极电极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu，电解反应方程式是CuCl2

Cu＋Cl2↑。

2．有下列两组离子：

①Cu2＋、Na＋、H＋、Ag＋；②Cl－、I－、SO

、OH－。

用惰性电极电解时

，移向阳极的是②（填序号），放电先后顺序是I－>Cl－>OH－>SO

；移向阴极的是①（填序号），放电先后顺序是Ag＋>Cu2＋>H＋>Na＋。

3．用惰性电极电解下列酸、碱、盐电解质溶液：

①H2SO4；②HCl；③NaOH；④Na2SO4；⑤CuCl2；⑥NaCl；⑦CuSO4。

回答下列问题：

（1）阴极反应式与①相同的有②③④⑥（填序号），其电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑；与⑤相同的有⑦，其电极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu。

（2）阳极反应式与①相同的有③④⑦，其电极反应式是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；与②相同的有⑤⑥，其电极反应是2Cl－－2e－===Cl2↑。

（3）写出下列电解的化学方程式

③2H2O

2H2↑＋O2↑；

⑥2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；

⑦2CuSO4＋2H2O

2H2SO4＋2Cu＋O2↑。

（4）只是水发生

电解的是①③④，只是电解质本身发生电解的是②⑤，电解质和水都发生电解的是⑥⑦。

（5）电解后溶液的pH显著增大的是②③⑥，减小的是①⑦，不变的是④⑤。

（6）欲使电解的溶液复原，只加入水的是①③④，只加入电解质本身的是②⑤；欲使电解后的⑥复原需通入HCl气体，欲使电解后的⑦复原需加入CuO。

（1）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。

（2）电极反应规律

①阴极：

无论是惰性电极还是活性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：

金属阳极>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。

（3）惰性电极电解规律

类型

电解质溶液

电极反应特点

电解水型

含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐溶液

阴极：

4H＋＋4e－===2H2↑

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

电解电解质型

无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液

电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电

放H2生碱型

活泼金属（K、Ca、Na）的无氧酸盐

阴极：

放出H2生成碱

阳极：

电解质阴离子放电

放O2生酸型

不活泼金属的含氧酸盐溶液

阴极：

电解质阳离子放电

阳极：

OH－放电生成酸

3．用惰性电极电解AgNO3溶液，说法不正确的是（　　）

A．电解过程中阴极质量不断增加

B．电解过程中溶液的pH不断降低

C．此时向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复到电解前的状况

D．电解后两极产生的气体体积比为2∶1

答案　D

解析　解决有关电解问题首先注意电极材料，在此基础上写出电极反应式和电解反应方程式，根据电解反应方程式来分析电解前后的物质变化和溶液浓度变化，分析溶液的pH变化必须注意原溶液的pH情况。

用惰性电极电解AgNO3溶液，电解反应方程式为4AgNO3＋2H2O

4Ag＋O2↑＋4HNO3。

阴极上析出Ag，阳极

上放出O2，故A正确、D错误；由于生成HNO3溶液，pH应不断降低，B正确；要使溶液恢复电解前的状况要看加入的物质在溶液中的反应：

2Ag2O＋4HNO3===4AgNO3＋2H2O；得到的物质恰好是反应掉的物质，可以使溶液恢复电解前的状况，C正确。

4．用石墨作电极电解CuCl2和KCl的混合溶液，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

答案　B

解析　本题考查离子放电顺序，溶液中的离子有Cu2＋、K＋、H＋及Cl－、OH－五种离子，得电子能力：

Cu2＋>H＋>K＋，失电子能力：

Cl－>OH－，所以电解初期：

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑，故选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．电解池放电时，电极本身不会参加电极反应

答案　D

2．用石墨作电极，电解下列物质的溶液，其实质不是电解水的是（　　）

A．NaNO3B．NaOH

C．Na2SO4D．NaCl

答案　D

3．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

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．AgNO3B．NaOH

C．KClD．CuSO4

答案　B

5．在某电解质溶液里，用M和N作电极，通电一段时间后，发现M极质量减小，N极质量增大，符合这一情况的是（　　）

A．电解质溶液是稀硫酸

B．金属M是阳极，金属N是阴极

C．M和N是石墨电极

D．M是阴极，N是阳极

答案　B

解析　由题意可知，M极溶解，发生氧化反应，为阳极，N极质量增加，故有金属单质在N极上析出，发生还原反应，为阴极，电解质溶液为盐溶液，M为金属电极。

6．用惰性电极电解CuSO4溶液。

若阴极上析出Cu的质量为3.2g，则阳极上产生气体在标准状况下的体积为_________________________________________________________；

室温下，若将电解后的溶液稀释至1L，则溶液中的c（H＋）为________。

答案　0.56L　0.1mol·L－1

解析　用惰性电极电解CuSO4溶液时，阳极：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu，根据得失电子守恒，n（O2）＝

n（Cu）＝

×

＝0.025mol，所以标准状况下V（O2）＝0.56L；根据反应2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4，电解后溶液中n（H＋）＝4n（O2）＝0.1mol，所以c（H＋）＝0.1mol·L－1。

一、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．若某装置发生如下反应：

Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑，关于该装置的有关说法正确的是（　　）

A．该装置一定为原电池

B．该装置为电解池

C．若为原电池，Cu为正极

D．电解质溶液可能是硝酸溶液

答案　B

解析　已知反应为非自发的氧化还原反应，故该装置应为电解池，而非原电池，但电解质不能为HNO3，否则得电子的为NO

，而非H＋得电子放出H2。

二、电极反应式、电解反应方程式的书写

4．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．丁中电解开始时阴极产生黄绿色气体

答案　C

解析　由图知，甲、丙为原电池，乙、丁为电解池。

甲中Zn为负极，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。

5．下面列出了电解不同物质的电极反应式，其中错误的是（　　）

A．电解饱和食盐水

阴极：

Na＋＋e－===Na

B．电解CuSO4溶液

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu

C．电解熔融NaCl

阴极：

Na＋＋e－===Na

D．电解NaOH溶液

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

答案　A

解析　本题考查了电极反应式的书写和电极产物的判断。

A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。

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　由n（CuSO4）∶n（NaCl）＝1∶3得n（Cu2＋）∶n（Cl－）＝1∶3，根据放电顺序，阴离子：

Cl－>OH－>SO

，阳离子：

Cu2＋>H＋>Na＋，知该电解过程分为3个阶段，第一阶段：

电解CuCl2溶液：

Cu2＋＋2Cl－

Cu＋Cl2↑；第二阶段：

电解NaCl溶液：

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑，阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑，两式相加得到总反应式2Cl－＋2H＋

H2↑＋Cl2↑，忽略了H＋来自于水，书写总反应式时不能将两式简单相加，而应将H＋改写成H2O而生成OH－，即2Cl－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑；第三阶段：

电解H2O：

2H2O

2H2↑＋O2↑。

三、酸、碱、盐溶液的电解规律

7．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．①②③④

C．①②③④⑤D．全部

答案　C

解析　用惰性电极电解时两极只有H2和O2，则实质上电解的是水，电解质不参与反应。

该电解质有3种可能，如电解H2SO4溶液时，水被电解，H2SO4浓度变大，pH减小；电解NaOH溶液时，水被电解，NaOH浓度变大，pH增大；电解Na2SO4溶液时，水被电解，Na2SO4浓度变大，pH不变，但若NaOH溶液、Na2SO4溶液是饱和溶液则浓度不变，故①、②、③、④、⑤正确，⑥不可能。

8．用铂作电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，电解结束后，向剩余电解液中加适量水，能使溶液和电解前相同的是（　　）

A．CuSO4B．H2SO4

C．CuCl2D．NaCl

答案　B

解析　当电解池的电极是惰性电极时，阳极不溶解，电解过程的本质是电解溶剂水或电解质或二者都发生反应。

电解的反应分别为

A．2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4

B．2H2O

2H2↑＋O2↑

C．CuCl2

Cu＋Cl2↑

D．2NaCl＋2H2O

H2↑＋Cl2↑＋2NaOH

所以B项电解H2SO4的实质是电解水。

9．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理论设计的制取Cu2O的电解池示意图如下，电解反应方程式为2Cu＋H2O

Cu2O＋H2↑。

下列说法正确的是（　　）

A．石墨电极上产生氢气

B．铜电极发生还原反应

C．铜电极接直流电源的负极

D．当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成

答案　A

解析　由电解反应方程式可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A选项正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应式为2Cu＋2

OH－－2e－===Cu2O＋H2O，当有0.1mol电子转移时，有0.18molCu2O生成，D选项错误。

10．下图中X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a电极质量增加，b电极处有无色无味气体放出。

符合这一情况的是表中的（　　）

选项

a

b

X

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电极质量增加，知溶液中阳离子在a电极析出，则a为阴极，X为负极；因B中a电极不析出金属，C中X为正极可否定，又由b电极有无色无味气体放出，否定D。

11．从H＋、Cu2＋、Na＋、SO

、Cl－五种离子中选择并恰当地组成电解质，按下列要求进行电解：

（1）以石墨为电极，使电解质质量减少，水质量不变，进行电解，则可采用的电解质是____________。

（2）以石墨为电极，使电解质质量不变，水质量减少，进行电解，则可采用的电解质是__________。

（3）以石墨为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水的质量都减少，进行电解，则电解质是____________。

（4）以石墨为电极进行电解，若阴极析出金属，阳极放出O2时，电解质的化学式可能是____________。

（5）以石墨为电极进行电解，两极分别放出气体，且体积比为1∶1时，电解质的化学式可能是__________。

答案　

（1）HCl、CuCl2　

（2）H2SO4、Na2SO4、NaHSO4

（3）CuSO4、NaCl　（4）CuSO4　（5）HCl、NaCl

12．如下图所示，当线路接通时，发现M（用石蕊试液浸润过的滤纸）a端显蓝色，b端显红色，且知甲中电极材料是锌、银，乙中电极材料是铂、铜，且乙中两极不发生变化。

回答：

（1）装置名称：

甲是__________，乙是____________。

（2）电极名称及电极材料：

A__________，__________；B____________，__________；C__________，__________；D__________，__________。

答案　

（1）原电池　电解池

（2）负极　Zn　正极　Ag　阳极　Pt　阴极　Cu

解析　甲中可自发的发生氧化还原反应，乙不能，因此甲为原电池，乙为电解池。

a端显蓝色，说明H＋反应余OH－，则a为电解池阴极，那么A为原电池负极，B为正极，C为阳极，D为阴极。

乙中两极不发生变化，则阳极为铂，阴极为Cu。

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）写出电极反应式：

通入O2的电极的电极反应式是

________________________________________________________________________。

A（Fe）电极的电极反应式为___________________________________________________。

（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

电解反应：

4AgNO3＋2H2O

4Ag＋O2↑＋4HNO3。

14．下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。

通电一段时间后，在c、d两极上共收集到336mL（标准状态）气体。

回答：

（1）直流电源中，M为__________极。

（2）Pt电极上生成的物质是______，其质量为______g。

（3）电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为2∶______∶______∶________。

（4）AgNO3溶液的浓度________（填“增大”、“减小”或“不变”，下同），硫酸的浓度________________________________________________________________________。

（5）若硫酸的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的硫酸________g。

答案　

（1）正　

（2）Ag　2.16　（3）2　

　1

（4）不变　增大　（5）45.18

解析　

（1）电解5.00%的稀硫酸，实际上是电解其中的水。

因此在该电解池中发生反应：

2H2O

2H2↑＋O2↑，V（H2）∶V（O2）＝2∶1。

据此可确定d极为阴极，则电源的N极为负极，M极为正极。

（2）在336mL气体中，V（H2）＝

×336mL＝224mL，为0.01mol；V（O2）＝

×336mL＝112mL，为0.018mol。

说明电路上有0.02mol电子，因此在b极（Pt、阴极）产生Ag：

0.02mol×118g·mol－1＝2.16g，即0.02mol的Ag。

（3）n（e－）∶n（Ag）∶n（O2）∶n（H2）＝0.02∶0.02∶0.018∶0.01＝2∶2∶

∶1。

（4）由Ag（阳）电极、Pt（阴）电极和AgNO3溶液组成的电镀池，在通电一定时间后，在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag＋的物质的量等于Ag电极被氧化给溶液补充的Ag＋的物质的量，因此AgNO3溶液的浓度不变。

电解5.00%的硫酸溶液，由于其中的水发生电解，因此硫酸浓度增大。

（5）设原5.00%的硫酸为xg，电解时消耗水0.01mol×18g·mol－1＝0.18g，则：

5.00%x＝5.02%（x－0.18），解得x＝45.18g。

15．高氯酸铵（AP）受高温和猛烈撞击能引起爆炸，可用作火箭推进剂。

目前制备高氯酸铵的流程如下：

―→混合物A

HClO

HClO3

HClO4

NH4ClO4

（1）写出Cl2和NaOH溶液反应的离子方程式：

____________________________________。

（2）将HClO3加入到电解槽中，电解产