高中化學人教版化學反應原理第四章電化學基礎單元測試 第四章第三節(jié)電解原理

第三節(jié)電解池第1課時電解原理理解電解池的工作原理并能熟練書寫電極反應式和電池反應方程式。知識點一電解原理閱讀教材P79～P80，思考并填空。1．電解池定義將電能轉化為化學能的裝置。2．電解池構成(1)直流電源。(2)電解質溶液(或熔融的電解質)。(3)兩個電極：陰極與電源負極相連，陽極與電源正極相連。(4)形成閉合回路。3．電解池工作原理(以電解CuCl2溶液為例)(1)電池總反應為CuCl2eq\o(=,\s\up7(電解))Cu＋Cl2↑。(2)電子的流向電源負極→陰極eq\o(→,\s\up7(在溶液中離子),\s\do5(發(fā)生定向移動))陽極→電源正極。1．判斷正誤(1)電解池能將化學能轉化為電能。()(2)電解質溶液導電屬于化學變化。()(3)電解池的陽極與電源的負極相連。()(4)電解時，陽離子向陰極定向移動，陰離子向陽極定向移動。()(5)電解任何物質，陽極失電子數與陰極得電子數相等。()答案：(1)×(2)√(3)×(4)√(5)√2．如圖所示裝置中，屬于電解池的是()解析：選C。形成電解池時應有外接電源，A、B項不符合；電解池的兩極應插入電解質溶液或熔融的電解質中形成閉合回路，D項不符合。1．電解池陰、陽極的判斷2．電極產物的判斷(1)陽極產物的判斷①首先看電極，如果是活性電極，則電極材料失去電子，被溶解，溶液中的陰離子不失去電子。如果是惰性電極，則要看溶液中陰離子的失電子能力，根據陰離子的放電順序加以判斷。②陰離子的放電順序S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－。(2)陰極產物的判斷直接根據陽離子放電順序進行判斷。陽離子放電順序：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(濃度大時)>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(濃度小時)>Al3＋>Mg2＋>Na＋。(1)中學階段遇到的在水溶液中電解時陰極產物判斷的情況可由放電順序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>…即可解決問題。(2)判斷陰極產物時，不管電極材料如何，均是溶液中的離子放電。用石墨電極電解CuCl2溶液(如圖所示)。下列分析正確的是()A．a端是直流電源的負極B．通電使CuCl2發(fā)生電離C．陽極上發(fā)生的反應：Cu2＋＋2e－=CuD．通電一段時間后，在陰極附近觀察到黃綠色氣體[解析]據圖可知，Cu2＋向U形管的左端移動，Cl－向U形管的右端移動，根據“陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動”得出a端是直流電源的負極，b端是直流電源的正極，A正確；通電使CuCl2發(fā)生電解，而不是電離，陽極上發(fā)生反應2Cl－－2e－=Cl2↑，因此在陽極附近觀察到黃綠色氣體，陰極上發(fā)生的反應：Cu2＋＋2e－=Cu，故B、C、D錯誤。[答案]A用銅棒替換b端所連石墨電極，會發(fā)生什么變化？答案：b端為正極，連接Cu作陽極，換成石墨電極后Cu直接放電：Cu－2e－=Cu2＋，不再產生Cl2。電解原理1.如圖所示是電解CuCl2溶液的裝置，其中a、b為直流電源的兩極，c、d為石墨電極。則以下有關此電解池的判斷正確的是()A．a為負極，b為正極B．a為陽極，b為陰極C．電解過程中，d電極質量增加D．電解過程中，氯離子濃度保持不變解析：選C。依據電流的方向可知，a為正極，b為負極，c為陽極，d為陰極。d極上的電極反應：Cu2＋＋2e－=Cu，c極上的電極反應：2Cl－－2e－=Cl2↑，溶液中的Cl－濃度減小。2．下列說法正確的是()A．電解池能把化學能轉化為電能B．電解池中與直流電源正極相連的電極是電解池的陽極C．通電時，電子從電解池的陰極流出，并沿導線流回電源的負極D．電解池中陰離子在陰極上發(fā)生氧化反應解析：選B。電解池是把電能轉化為化學能的裝置，A項錯誤；電解池中，電子從電源的負極流出，轉移到電解池的陰極上，C項錯誤；電解池中陰離子在陽極上發(fā)生氧化反應，D項錯誤。電解池陰、陽極的判斷3．某學生設計了一個“黑筆寫紅字”的趣味實驗。濾紙先用氯化鈉、無色酚酞的混合液浸濕，然后平鋪在一塊鉑片上，接通電源后，用鉛筆在濾紙上寫字，會出現紅色字跡。據此，下列敘述正確的是()A．鉛筆端作陽極，發(fā)生還原反應B．鉑片端作陰極，發(fā)生氧化反應C．鉛筆端有少量的氯氣產生D．a點是負極，b點是正極解析：選D。鉛筆在濾紙上寫字，出現紅色字跡，說明鉛筆端產生OH－，則鉛筆端為陰極，H＋放電發(fā)生還原反應生成H2，A項錯誤；鉑片作陽極發(fā)生氧化反應，B項錯誤；鉛筆端產生H2而不是Cl2，C項錯誤。4.如圖所示，甲是剛浸過NaCl溶液的石蕊試紙，A、B兩銅片通過導線連接電源兩極，在銅片間的濾紙上滴一滴KMnO4溶液，通電一段時間后，發(fā)現A、B間的紫紅色圓點向A極移動了一段距離，則與A相連的是電源的________極，可發(fā)現濾紙的B極邊沿附近有________色出現。解析：當通電一段時間后，A、B間的紫紅色圓點向A極移動了，由于紫紅色是MnOeq\o\al(－,4)的顏色，即MnOeq\o\al(－,4)向A極移動，因陰離子向陽極移動，所以A為電解池的陽極，則與A相連的是電池的正極。B為電解池的陰極，陰極區(qū)H＋放電生成H2和OH－，使石蕊試紙變藍。答案：正藍知識點二酸、堿、鹽溶液的電解規(guī)律思考并填空。用惰性電極電解酸、堿、鹽溶液，填寫下表：電解質及類別電極反應式電解物質pH變化溶液復原方法電解水型H2SO4(含氧酸)陽極：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O陰極：4H＋＋4e－=2H2↑H2O減小加入H2ONaOH(強堿)增大Na2SO4(活潑金屬的含氧酸鹽)不變電解電解質型HCl(無氧酸)陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：2H＋＋2e－=H2↑HCl增大通入HClCuCl2(不活潑金屬的無氧酸鹽)陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：Cu2＋＋2e－=CuCuCl2加入CuCl2放H2生堿型NaCl(活潑金屬的無氧酸鹽)陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：2H＋＋2e－=H2↑NaCl、H2O增大通入HCl放O2生酸型CuSO4(不活潑金屬的含氧酸鹽)陽極：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O陰極：2Cu2＋＋4e－=2CuCuSO4、H2O減小加入CuO或CuCO3用惰性電極電解下列電解質，通電一段時間后要想使電解質恢復原濃度，把所加的物質與對應的電解質連在一起。答案：a—①b—②③c—⑤d—①e—④分析電解問題的基本方法思路(1)通電前：電解質溶液中含有哪些陰、陽離子(包括水電離出的H＋和OH－)。(2)通電時：陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，結合放電順序分析誰優(yōu)先放電(注意活潑金屬作陽極時優(yōu)先放電)。(3)正確書寫電極反應式，要注意原子數、電荷數是否守恒。(4)能結合題目要求分析電解時的各種變化情況，如兩極現象、水的電離平衡移動、離子濃度的變化、pH變化等。用石墨棒作電極，在Na＋、Cu2＋、Cl－、SOeq\o\al(2－,4)等離子中選出適當離子組成電解質，電解其溶液，寫出符合條件的一種電解質的化學式：(1)當陰極放出H2，陽極放出O2時，電解質是________。(2)當陰極析出金屬，陽極放出O2時，電解質是________________________________________________________________________。(3)當陰極放出H2，陽極放出Cl2時，電解質是________________________________________________________________________。(4)通過電子的物質的量與陰極析出的金屬的物質的量、陽極放出的氣體的物質的量之比為4∶2∶1時，電解質是__________。[解析]惰性電極電解電解質溶液的類型有電解水型、電解電解質型、放氫氣生堿型和放氧氣生酸型。再根據陰、陽離子在電極的放電順序判斷。(1)陰極有H2生成，陽極有O2生成，實質為電解水，故電解質是活潑金屬的含氧酸鹽，即Na2SO4。(2)實質為放氧氣生酸型，即電解質為不活潑金屬的含氧酸鹽，即CuSO4。(3)實質為放氫氣生堿型，即電解質為活潑金屬的無氧酸鹽，即NaCl。(4)由陽極生成氣體和轉移電子的物質的量之比為1∶4，知陽極產生氣體為O2，1molO2轉移4mole－，金屬與電子的物質的量之比為1∶2，故金屬為＋2價，即Cu2＋，即為CuSO4。[答案](1)Na2SO4(2)CuSO4(3)NaCl(4)CuSO4用惰性電極電解例1中含所有離子的混合液足夠長時間時，在陰、陽極上分別得到的物質依次是什么？答案：由陰、陽離子的放電順序可知，在陰極上分別生成Cu、H2；在陽極上分別生成Cl2、O2。判斷電極產物時的注意事項(1)對陽極，首先看陽極材料是否為活性電極，若為活性電極，則陽極材料被溶解；若為惰性電極，則依據陰離子的放電順序判斷誰先放電，且注意溶液中OH－的存在。(2)對陰極，不論陰極材料是什么，均按照陽離子的放電順序判斷誰先放電，且注意溶液中H＋的存在。電解質溶液的電解原理1．用惰性電極電解某溶液時，發(fā)現兩極只有H2和O2生成，則電解一段時間后，下列有關該溶液(與電解前同溫度)的說法中正確的有()①該溶液的pH可能增大；②該溶液的pH可能減??；③該溶液的pH可能不變；④該溶液的濃度可能增大；⑤該溶液的濃度可能不變；⑥該溶液的濃度可能減小A．①②③ B．①②③④C．①②③④⑤ D．全部解析：選C。兩極放出H2和O2相當于電解水，對不飽和電解質溶液來說是濃縮，電解NaOH、H2SO4、Na2SO4時pH分別增大、減小、不變，濃度均增大，但電解的如果是飽和溶液，其溶液的濃度不變。2．將含有KCl、CuBr2、Na2SO4三種物質的水溶液用鉑電極進行電解，且電解時間足夠長。有以下結論：①溶液中幾乎沒有Br－；②電解質溶液為無色；③最終溶液顯堿性；④K＋、Na＋和SOeq\o\al(2－,4)的濃度幾乎沒有變化。其中正確的是(設Cl2、Br2全部從溶液中逸出)()A．①②③ B．③C．①④ D．全部解析：選A。本題考查對陰、陽離子放電順序的掌握。溶液中存在的陰離子有：Cl－、Br－、SOeq\o\al(2－,4)、OH－，陽離子有：K＋、Cu2＋、Na＋、H＋。因用Pt電極電解足夠長的時間，陰離子首先放電的是Br－，其次是Cl－，最后是OH－，SOeq\o\al(2－,4)在溶液中不放電；陽離子先放電的是Cu2＋，其次是H＋。所以先電解CuBr2，陽極逸出Br2，陰極析出Cu，當CuBr2電解完畢時，相當于繼續(xù)電解HCl(H＋來自于水的電離)，當Cl－被消耗盡時，則繼續(xù)電解水。由于Cu2＋轉化為單質銅，電解液變?yōu)闊o色；Cl－放電時，水電離出的H＋放電，使溶液中的c(OH－)增大；由于水被消耗，c(K＋)、c(Na＋)和c(SOeq\o\al(2－,4))均會增大。掃一掃進入91導學網電解池(課時1)重難易錯提煉1.惰性電極(石墨、鉑、金)指的是不參與陽極反應的電極，活性電極一定參與陽極反應。2．電解質溶液恢復原狀的方法：少什么加什么，少多少加多少，一般加陽極產物與陰極產物形成的化合物。課后達標檢測[基礎鞏固]1．用石墨作電極，分別電解下列各物質的溶液：①CuCl2②CuSO4③NaCl④NaNO3⑤HCl⑥H2SO4⑦KOH其中只有水被電解的有()A．①②⑤B．②④⑥⑦C．④⑥⑦D．③⑤⑥⑦解析：選C。只有水被電解，即在陰極上H＋放電(溶液中陽離子是較活潑的金屬離子)，在陽極上OH－放電(溶液中含有含氧酸根離子或F－)，符合這一要求的是④⑥⑦。2．關于下圖所示①②兩個裝置的敘述，正確的是()A．裝置名稱：①是原電池，②是電解池B．硫酸濃度變化：①增大，②減小C．電極反應式：①中陽極：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，②中正極：Zn－2e－=Zn2＋D．離子移動方向：①中H＋向陰極方向移動，②中H＋向負極方向移動解析：選B。①中有外加電源為電解池，②為原電池，A錯誤；①中電解水，硫酸濃度增大，②中負極材料消耗硫酸，硫酸濃度減小，B正確；②中正極反應為2H＋＋2e－=H2↑，C錯誤；②中H＋向正極移動，D錯誤。3．如圖，電解質溶液是NaCl的水溶液，過一段時間發(fā)現d極附近有黃綠色氣體產生，以下說法正確的是()A．a是電源的正極B．電子流動的方向：d→bC．c極發(fā)生氧化反應D．如果將c、d兩電極互換，則c上也會生成黃綠色氣體解析：選B。d極附近有黃綠色氣體產生，應該是Cl－放電，說明d極是陽極，所以b是正極，A錯；電子流向是陽極→電源正極，電源負極→陰極即d→b，a→c，B對；c極得電子，化合價降低，發(fā)生還原反應，C錯；如果c是活性電極則不產生黃綠色氣體，D錯。4．為使反應Cu＋2H2O=Cu(OH)2＋H2↑能夠發(fā)生，下列設計方案正確的是()A．用銅片作負極，石墨電極作正極，氯化鈉溶液為電解質溶液構成原電池B．用銅片作電極，外接直流電源電解硫酸銅溶液C．用銅片作陽極，鐵片作陰極，外接直流電源電解硫酸鈉溶液D．用銅片作電極，外接直流電源電解稀硫酸解析：選C。該反應為不能自發(fā)進行的氧化還原反應，必須設計為電解池才能發(fā)生。陽極為Cu放電，陰極為H＋放電，即用Cu作陽極，電解質溶液中為H2O放電，選項C符合要求。5．電解下列物質的水溶液時，在陽極無氣體放出的是()A．AgNO3 B．CuCl2C．NaOH D．Na2S解析：選D。A、B、C項陽極分別放出O2、Cl2、O2，D項陽極生成S單質，故選D。6．如下圖所示，x、y分別是直流電源的兩極，通電后發(fā)現a極板質量增加，b極板處有無色無味的氣體放出，符合這一情況的是()a極板b極板x電極z溶液A鋅石墨負極CuSO4B石墨石墨負極NaOHC銀鐵負極AgNO3D銅石墨負極CuCl2解析：選A。由題意知a極板質量增加，a應為陰極，則b為陽極，x為電源的負極，y為電源正極。A項中a極板為陰極，b極板為陽極，電解時，a極有Cu附著，b極有O2放出，A項符合；B項中電解時a極無質量變化，B項不符合；C項中陽極為Fe，為活性電極，電解時Fe在陽極放電溶解，無氣體生成，C項不符合；D項中電解時，Cl－在陽極放電生成Cl2，Cl2為黃綠色有刺激氣味的氣體，D項不符合。7．在水中加入等物質的量的Ag＋、Na＋、Ba2＋、NOeq\o\al(－,3)、Cl－、SOeq\o\al(2－,4)，用惰性電極進行電解，一段時間后，在兩極上得到的氧化產物和還原產物的質量之比為()A．8∶1 B．2∶27C．∶108 D．108∶解析：選A。Ag＋與Cl－、Ba2＋與SOeq\o\al(2－,4)均生成沉淀，相當于電解NaNO3溶液，實質是電解H2O，兩極得到的產物為H2和O2。8．用如下圖所示的裝置進行電解。通電一段時間，發(fā)現濕潤的淀粉－KI試紙的C端變?yōu)樗{色。(1)E為電源的________極，F為電源的________極。(2)A中發(fā)生反應的化學方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)在B中觀察到的現象是________________________________________________________________________。(4)D端的電極反應式為________________________________________________________________________。解析：本題實質上是三個電解裝置串聯，首先判斷電源的正、負極，E為負極，F為正極；A中是以Pt為陽極、Fe為陰極電解AgNO3溶液的電解池。B中Cu為陽極，發(fā)生的電極反應為Cu－2e－=Cu2＋，石墨為陰極，發(fā)生的電極反應為2H＋＋2e－=H2↑，由于水電離出的H＋放電，所以溶液中的c(OH－)＞c(H＋)，故溶液中有氫氧化銅藍色沉淀生成。D端為陰極，發(fā)生的電極反應為2H＋＋2e－=H2↑。答案：(1)負正(2)4AgNO3＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))4Ag＋4HNO3＋O2↑(3)銅片溶解，石墨電極上有氣體生成，溶液中有藍色沉淀生成(4)2H＋＋2e－=H2↑9．如圖所示，X和Y均為石墨電極：(1)若電解液為滴有酚酞的飽和食鹽水，電解反應的離子方程式為________________________________________________________________________。電解過程中________極(填“陰”或“陽”)附近會出現紅色。(2)若電解液為500mL含A溶質的某藍色溶液，電解一段時間，觀察到X電極表面有紅色固體物質生成，Y電極有無色氣體生成。請推測原溶液中所含的酸根離子可能是________。設計實驗驗證推測，寫出實驗的操作步驟、現象和結論：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)電解飽和食鹽水，陽極Cl－放電生成Cl2，陰極水中的H＋放電生成H2，同時生成OH－，陰極附近會出現紅色。(2)藍色溶液，說明是可溶性銅鹽溶液，X極有紅色固體物質生成，說明溶液中的Cu2＋放電，X極是陰極，Y極是陽極，有無色氣體生成，說明是溶液中的OH－放電，陰離子為含氧酸根離子SOeq\o\al(2－,4)或NOeq\o\al(－,3)。答案：(1)2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－陰(2)SOeq\o\al(2－,4)或NOeq\o\al(－,3)取少量待測液于試管中，滴加鹽酸無明顯現象，繼續(xù)滴入氯化鋇溶液，若有白色沉淀產生，則證明含有硫酸根離子(或取少量待測液于試管中，滴加濃硫酸，再加入銅粉，若有紅棕色氣體產生，則證明含有硝酸根離子)[能力提升]10．用惰性電極電解含molCuSO4的溶液一段時間后，陽極上生成標準狀況下L氣體，欲使電解質溶液恢復電解前的狀況，應加入()A．molCuSO4 B．molCuOC．molCu(OH)2 D．molCuCO3解析：選C。2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Cu＋2H2SO4＋O2↑，由于CuSO4的物質的量為mol，則此過程生成molO2。因此還有molO2為電解稀硫酸溶液(實質是電解水)而得。根據2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2H2↑＋O2↑可知此過程消耗molH2O。因此，要使電解質溶液恢復電解前的狀況，應加入molCuO和molH2O，相當于加入molCu(OH)2。11．某興趣小組設計如圖微型實驗裝置。實驗時，先斷開K2，閉合K1，兩極均有氣泡產生；一段時間后，斷開K1，閉合K2，發(fā)現電流表A指針偏轉。下列有關描述正確的是()A．斷開K2，閉合K1時，總反應的離子方程式為2H＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(電解))Cl2↑＋H2↑B．斷開K2，閉合K1時，石墨電極附近溶液變紅C．斷開K1，閉合K2時，銅電極上的電極反應式為Cl2＋2e－=2Cl－D．斷開K1，閉合K2時，石墨電極作正極解析：選D。A項，斷開K2，閉合K1時，為電解池裝置，總反應離子方程式為2H2O＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(電解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑，錯誤；B項，由“斷開K2，閉合K1，兩極均有氣泡產生”知，石墨為電解池的陽極，Cu為電解池的陰極，故在Cu電極附近溶液變紅，錯誤；斷開K1，閉合K2時，為原電池裝置，則Cu電極為原電池的負極，發(fā)生失去電子的氧化反應，石墨電極為原電池的正極，故C項錯誤，D項正確。12．臭氧是常見的強氧化劑，廣泛用于水處理系統。制取臭氧的方法很多，其中高壓放電法和電解純水法原理分別如下圖甲、乙所示，下列有關說法不正確的是()A．高壓放電法，反應的原理為3O2eq\o(=,\s\up7(放電))2O3B．高壓放電出來的空氣中，除含臭氧外還含有氮的氧化物C．電解純水時，電極b周圍發(fā)生的電極反應有3H2O－6e－=O3↑＋6H＋和2H2O－4e－=O2↑＋4H＋D．電解純水時，H＋由電極a經聚合電解質膜流向電極b解析：選D。高壓放電法與閃電條件下氧氣部分轉化為臭氧類似，其反應的原理為3O2eq\o(=,\s\up7(放電))2O3，因空氣中還含有氮氣，放電條件下，氮氣也能與氧氣反應，故有氮氧化物生成，A、B兩項均正確；觀察圖乙電解法制臭氧，可發(fā)現有氫氣放出，必由水還原生成，發(fā)生還原反應，故a為陰極；同理，由水生成氧氣和臭氧，發(fā)生氧化反應，C項正確；因b為陽極，電解質中的陽離子移向陰極，D項錯誤。13．A、B、C為三種強電解質，它們在水中電離出的離子如下表所示：陽離子Na＋、K＋、Cu2＋陰離子SOeq\o\al(2－,4)、OH－圖1所示裝置中，甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，電極均為石墨電極。接通電源，經過一段時間后，測得乙中c電極質量增加。常溫下各燒杯中溶液的pH與電解時間t的關系如圖2所示。據此回答下列問題：(1)M為電源的________極