高中化学专题1化学反应与能量变化第二单元第三课时电解池的工作原理学案苏教版选修4.docx

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高中化学专题1化学反应与能量变化第二单元第三课时电解池的工作原理学案苏教版选修4

第三课时电解池的工作原理

[课标要求]

1．了解电解、电解池的概念，理解电解原理。

2．学会比较离子的放电顺序，能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式。

3．熟悉电解规律和电解产物的判断方法。

1．电解池组成“三条件”：

①外接电源；②电解质溶液；③闭合回路。

2．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＋。

3．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。

电解的原理

1．电解熔融的氯化钠

电解装置

电解过程分析

通电前

存在微粒

Na＋、Cl－

微粒移动

自由移动

通电后

微粒移动

Na＋移向阴极Cl－移向阳极

电极反应

阴极：

2Na＋＋2e－===2Na

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

电解反应

2NaCl通电

2Na＋Cl2↑

实验现象

阴极：

产生银白色金属

阳极：

产生黄绿色气体

2．电解CuCl2溶液

电解装置

电解过程分析

通电前

存在微粒

Cu2＋、Cl－、H＋、OH－

微粒运动

自由移动

通电后

微粒运动

Cu2＋、H＋移向阴极

Cl－、OH－移向阳极

电极反应

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

电解反应

CuCl2

Cu＋Cl2↑

实验现象

阴极：

覆盖一层红色固体

阳极：

①有气泡放出；

②闻到刺激性的气味；

③湿润的淀粉碘化钾试纸变为蓝色

3．电解的概念

在直流电的作用下，在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。

4．电解池

（1）概念：

将电能转化为化学能的装置。

（2）构成条件

①两个电极：

阳极——与电源正极连接；

阴极——与电源负极连接。

②电解质溶液或熔融电解质。

③直流电源。

④构成闭合回路。

（3）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。

1．阴、阳离子在电解过程中的移动方向与在原电池中的移动方向有什么区别和联系？

提示：

原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极；电解池中，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。

即阳离子都是移向发生还原反应的电极，阴离子都是移向发生氧化反应的电极。

2．在氯化铜溶液中除了Cu2＋和Cl－之外还有H＋和OH－，这两种离子为什么没有得到或失去电子？

提示：

电解时，溶液中离子的放电先后顺序与离子的氧化性或还原性有关，氧化性强的阳离子先得电子被还原，还原性强的阴离子先失电子被氧化。

Cu2＋比H＋更容易得电子，而Cl－比OH－更容易失电子，可从氧化性强弱的角度比较得电子的顺序，从还原性强弱的角度比较失电子的顺序。

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

（1）先判断电极类型，惰性电极是指石墨、Au、Pt等电极，除Au、Pt以外的金属电极是活性电极。

（2）阳极产物的判断：

首先看电极，如果是活性电极，则电极材料失去电子，被溶解；如果是惰性电极，根据阴离子的放电顺序判断。

阴离子的放电顺序：

S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－。

（3）阴极产物的判断：

直接根据阳离子放电顺序判断。

阳离子放电顺序：

Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋（酸）>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋（水）>Al3＋>Mg2＋>Na＋。

1.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为正极、b为负极

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AC　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A、C两项正确。

2．写出用惰性电极电解下列溶液的电极反应式和电解反应式：

（1）电解NaCl溶液：

阳极：

___________________________________________________________；

阴极：

______________________________________________________________；

电解反应式：

_________________________________________________________。

（2）电解CuSO4溶液：

阳极：

_______________________________________________________________；

阴极_______________________________________________________________；

电解反应式：

__________________________________________________________。

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

以惰性电极电解电解质溶液的规律

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（惰性电极）

类型

电极反应特点

实例

电解对象

电解质浓度

pH

电解质溶液复原

电解水型

阴：

4H＋＋4e－===2H2↑

阳：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

NaOH

水

增大

增大

加水

H2SO4

水

增大

减小

加水

Na2SO4Na2SO4

水

增大

不变

加水

电解电解质型

电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电

HCl

电解质

减小

增大

通入氯化氢气体

CuCl2

电解质

减小

—

加入氯化铜固体

放H2生碱型

阴极：

H2O放H2生碱

阳极：

电解质阴离子放电

NaCl

电解质和水

生成新电解质

增大

通入氯化氢气体

放O2生酸型

阴极：

电解质阳离子放电

阳极：

H2O放O2生酸

CuSO4

电解质和水

生成新电解质

减小

加入氧化铜

1．用惰性电极电解下列溶液，下列说法正确的是（　　）

A．电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液pH不变

B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小

C．电解硫酸铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2

D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1

解析：

选D　电解稀硫酸，实质上是电解水，硫酸的浓度增大，pH减小，A项错误；电解稀NaOH溶液，也是电解水，NaOH溶液的浓度增大，pH增大，B项错误；电解CuSO4溶液，阴极产物是Cu，阳极产物是O2，由于两电极通过电量相等，故放出Cu与O2的物质的量之比为2∶1，C项错误；电解CuCl2溶液实质是电解CuCl2，阳极产物Cl2，阴极产物Cu，由于两极通过电量相等，生成Cu和Cl2的物质的量之比为1∶1，D项正确。

2．从H＋、K＋、Cu2＋、Cl－、SO

中选取适当的离子组成符合下列情况的电解质，进行电解（阳离子只能使用一次）。

（1）以碳棒为电极进行电解，电解质的物质的量减少，水的物质的量保持不变，两极都有气体生成，气体体积相同，则该电解质的化学式为____________，电解的阴极反应：

______________________________，电解的阳极反应：

________________________________，电解反应式是____________________________。

（2）以铂丝为电极进行电解，水的物质的量减少，电解质的物质的量保持不变，两极都有气体生成，气体体积比为2∶1，则该电解质的化学式为__________________，阴极反应式为____________________，阳极反应式为______________________________。

（3）以惰性电极电解，电解质的物质的量减少，水的物质的量也减少，pH下降，则电解质的化学式为__________，电解反应式为____________________________________。

解析：

（1）以碳棒为电极进行电解，电解质的物质的量减少，水的物质的量保持不变，两极都有气体生成，气体体积相同，则该电解质的化学式为HCl，电解的阴极反应为2H＋＋

2e－===H2↑，电解的阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，电解反应式是2HCl

H2↑＋Cl2↑。

（2）以铂丝为电极进行电解，水的物质的量减少，电解质的物质的量保持不变，两极都有气体生成，气体体积比为2∶1，则该电解质为活泼金属的含氧酸盐，其化学式为K2SO4，阴极

H＋得到电子，电极反应式为4H＋＋4e－===2H2↑，OH－在阳极失去电子，电极反应式为

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。

（3）以惰性电极电解，电解质的物质的量减少，水的物质的量也减少，pH下降，则电解质为不活泼金属的含氧酸盐，化学式为CuSO4，电解反应式为2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4。

答案：

（1）HCl　2H＋＋2e－===H2↑

2Cl－－2e－===Cl2↑　2HCl

H2↑＋Cl2↑

（2）K2SO4　4H＋＋4e－===2H2↑

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

（3）CuSO4　2CuSO4＋2H2O

　2Cu＋O2↑＋2H2SO4

[三级训练·节节过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．下列说法错误的是（　　）

A．电解质的导电过程是化学变化，而金属的导电是物理变化

B．电解质溶液导电的过程，就是电解质被电解的过程

C．电解质在任何条件下均可以导电

D．电解质溶液导电过程中一定有新物质生成

解析：

选C　电解质导电的过程就是被电解的过程，在电解过程中发生氧化还原反应，一定有新物质生成，所以是化学变化；金属导电是靠自由电子的定向移动，无新物质生成，是物理变化，A、B、D项正确；电解质导电只有在电离的前提下，其电离产生的自由移动的离子定向移动能导电，所以C项错误。

2.某小组设计电解饱和食盐水的装置如右图，通电后两极均有气泡产生，下列叙述正确的是（　　）

A．铜电极附近观察到黄绿色气体

B．石墨电极附近溶液先变红

C．溶液中的Na＋向石墨电极移动

D．铜电极上发生还原反应

解析：

选D　A项，电解饱和食盐水时，若电极为惰性电极，则两极分别产生氯气和氢气，而现在Cu作电极时仍产生两种气体，说明Cu为阴极，石墨为阳极，则石墨电极附近有氯气产生，错误；B项，石墨为阳极，Cu为阴极，氢离子放电生成氢气，则铜电极附近溶液先变红，错误；C项，电解池中的阳离子向阴极移动，所以钠离子向Cu极移动，错误；D项，铜电极为阴极，发生还原反应，正确。

3．用惰性电极电解下列溶液的说法正确的是（　　）

A．电解氯化钾溶液的过程中，溶液的pH增大

B．电解硝酸银溶液的过程中，阴极质量不变，阳极质量增大

C．电解硫酸钠溶液的过程中，两极产生气体的物质的量不相同

D．电解氢氧化钠溶液的过程中，氢氧化钠的物质的量浓度减小

解析：

选AC　A项，电解KCl溶液生成KOH，溶液的pH增大，正确；B项，电解Ag（NO3）2溶液时，阴极反应：

Ag＋＋e－===Ag，阳极反应：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极质量增大，阳极质量不变，错误；C项，电解硫酸钠溶液实际上是电解水，阳极产生O2，阴极产生H2，其物质的量之比为1∶2，正确；D项，电解氢氧化钠溶液实际上是电解水，氢氧化钠的浓度增大，错误。

4．如图所示，甲烧杯中盛有100mL0.50mol·L－1AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100mL0.25mol·L－1CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9g。

（1）电源E为________极。

（2）A极的电极反应式为__________________________，析出物质______mol。

（3）B极的电极反应式为__________________________，析出气体______mL（标准状况）。

（4）D极的电极反应式为__________________________，析出气体______mL（标准状况）。

（5）甲烧杯中滴入石蕊溶液，________极附近变红，如果继续电离，在甲烧杯中最终得到________溶液。

解析：

（1）电解池中，发现A极比C极重1.9g，则A极是阴极，和电源的负极相连即E是负极，F是正极，B是阳极，C是阴极，D是阳极。

（2）A极是阴极，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，析出金属银，C是阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，析出金属铜，A极比C极重1.9g，设电路中转移电子的物质的量为x，则108g·mol－1·x－

g·mol－1·x＝1.9g，x＝0.025mol，析出金属银的物质的量是0.025mol。

（3）B是阳极，该极上是氢氧根离子失电子，电极反应为4OH－－4e－===H2O＋O2↑，电路中转移电子0.025mol，生成氧气是1/4×0.025mol＝0.00625mol，体积是0.00625mol×22.4L·mol－1＝0.14L＝140mL。

（4）D是阳极，该极上的电极反应是2Cl－－2e－===Cl2↑，电路中转移电子0.025mol，生成氯气是

×0.025mol＝0.0125mol，体积是280mL。

（5）电解硝酸银溶液，在阴极上析出Ag，阳极上放出O2，产生硝酸，滴入石蕊溶液，显红色。

答案：

（1）负　

（2）Ag＋＋e－===Ag　0.025　（3）4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　140　（4）2Cl－－2e－===Cl2↑　280　（5）B　HNO3

一、单项选择题

1．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

解析：

选B　阳极材料可以是惰性电极，不参加氧化反应，可以是活性电极，参加氧化反应，它们一定与电源正极相连。

2．电解某盐溶液时，在阴、阳两极上一定相等的是（　　）

A．析出金属的物质的量B．析出金属的质量

C．通过的电子数目D．放出气体的体积

解析：

选C　电解池的阳极上一定不会析出金属，A、B项错误；阴、阳两极若同时放出气体，放出气体的体积不一定相等，如用石墨电极电解Na2SO4溶液时，阴、阳两极放出H2、O2的体积比为2∶1，D项错误。

3．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

解析：

选B　M极质量减小，说明M为活性电极材料且作阳极，N极质量增加，说明电解液中有金属离子得电子析出，N作阴极。

4．用铂电极电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别为H2和O2的是（　　）

A．稀HCl溶液　　　　B．稀Na2SO4溶液

C．CuCl2溶液D．酸性AgNO3溶液

解析：

选B　A项，电解稀HCl溶液，阴极产物为H2，阳极产物为Cl2，错误；B项，电解Na2SO4溶液，实际上是电解水，阴极产物为H2，阳极产物为O2，正确；C项，电解CuCl2溶液，阴极产物为Cu，阳极产物为Cl2，错误；D项，电解酸性AgNO3溶液，阴极产物为Ag，阳极产物为O2和HNO3，错误。

5．电解CuSO4和NaCl的混合溶液，开始时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

解析：

选B　混合液中阳离子为Cu2＋、Na＋、H＋，放电能力：

Cu2＋>H＋>Na＋；阴离子为Cl－、SO

、OH－，放电能力：

Cl－>OH－>SO

，即阴极Cu2＋放电，产物为Cu，阳极

Cl－放电，产物为Cl2。

6．如图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c和d均为Pt电极。

电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重b

符合上述实验结果的盐溶液是（　　）

选项

X

Y

A

MgSO4

CuSO4

B

AgNO3

Pb（NO3）2

C

FeSO4

Al2（SO4）3

D

CuSO4

AgNO3

解析：

选D　由图示可知：

a、c为阳极，b、d为阴极。

A项和C项，在电解池Ⅰ中b极发生反应2H＋＋2e－===H2↑，不符合题意；B项，电解池Ⅱ中d极发生2H＋＋2e－===H2↑，不符合题意；D项，b、d极分别发生反应Cu2＋＋2e－===Cu,2Ag＋＋2e－===2Ag，且m（Cu）

二、不定项选择题

7．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0.1mol

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CD　惰性电极电解足量的Cu（NO3）2溶液，阴极发生的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极发生的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，若有6.4g金属Cu（即0.1mol）析出，转移电子是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正确，C、D错误。

8．在pH＝a的某电解质溶液中，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．NaOHB．H2SO4

C．AgNO3D．Na2SO4

解析：

选A　电解NaOH溶液相当于电解水，NaOH溶液浓度增大，使溶液的pH升高，A项正确；电解H2SO4溶液和电解Na2SO4溶液相似，都使溶液浓度增大，所以溶液的pH分别减小、不变，B、D两项均不正确；电解AgNO3溶液生成HNO3，溶液的pH减小，C项不正确。

9．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，则下列符合题意的是（　　）

选项

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

解析：

选C　A项，阳极为惰性电极，在阳极是Cl－放电，2Cl－－2e－===Cl2↑，在阴极是H＋放电，2H＋＋2e－===H2↑，通入HCl（g）能使溶液恢复到原状态，A项不符合题意；B项，阳极为惰性电极，在阳极是OH－放电，4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，在阴极是Cu2＋放电，2Cu2＋＋4e－===2Cu，加入CuO（s）能使溶液恢复到原状态，B项不符合题意；C项，两电极均为惰性电极，在阴极是H＋放电，在阳极是OH－放电，其实质是电解水，加适量水可使溶液恢复到原状态，C项符合题意；D项，Ag作阳极，为活性电极，电极反应为Ag＋e－===Ag＋，阴极反应为Ag＋－e－===Ag，AgNO3溶液浓度不变。

三、非选择题

10．用如下图所示的装置进行电解。

通电一会儿，发现湿润的淀粉KI试纸的C端变为蓝色。

（1）E为电源的__________极，铜为__________极。

（2）A中发生反应的化学方程式为________________________________，溶液酸性__________。

（3）在B中观察到的现象是_____________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）D端的电极反应式为________________________________________________。

解析：

本题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；A中是以Pt为阳极、Fe为阴极电解AgNO3溶液。

B中Cu为阳极，Cu溶解发生反应为Cu－2e－===Cu2＋，石墨为阴极，发生反应为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。

D端为阴极，发生电极反应为2H＋＋2e－===H2。

答案：

（1）负　阳

（2）4AgNO3＋2H2O

4Ag＋4HNO3＋O2　增强

（3）铜片溶解，石墨极上有气体生成，溶液中有蓝色沉淀生成

（4）2H＋＋2e－===H2

一、单项选择题

1．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）2D．NaBr、H2SO4、Ba（OH）2

解析：

选C　电解时只生成氧气和氢气，实际上是电解水，C项符合。

2.用石墨电极电解CuCl2溶液（见右图）。

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

解析：

选A　通过图中离子的运动状态可判断连接a的电极为阴极，连接b的电极为阳极，故a端为直流电极的负极，b端为直流电源的正极，A项正确；CuCl2在水溶液中能发生电离，不需要通电，B项错误；阳极发生氧化反应，即2Cl－－2e－===Cl2↑，C项错误；阴极发生还原反应，析出Cu，在阳极附近可观察到黄绿色气体，D项错误。

3.利用如图装置电解硫酸铜溶液，下列说法正确的是（　　）

A．b电极上发生氧化反应

B．该装置能将化学能转变成电能

C．