高中化學(xué) 專題1 第二單元 第3課時 電解池的工作原理學(xué)案 蘇教版選修

1、第3課時電解池的工作原理學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.會描述電解池的工作原理，能正確書寫電解池的電極反應(yīng)式和電解反應(yīng)方程式。2.熟悉電解規(guī)律和電解產(chǎn)物的判斷方法。1用氧化還原反應(yīng)的觀點分析判斷下列各組微粒具有的性質(zhì)，填寫下表：組別微粒性質(zhì)強弱順序第1組Zn2、Na、Cu2、H氧化性第2組Cu、Fe、OH、Cl還原性2.判斷下列說法的正誤(1)金屬導(dǎo)電是因為在電場作用下，自由電子發(fā)生定向移動()(2)電解質(zhì)是在熔融或溶于水時能夠?qū)щ姷奈镔|(zhì)()(3)金屬導(dǎo)電是物理變化，電解質(zhì)溶液導(dǎo)電是化學(xué)變化()(4)硫酸銅溶于水后，能發(fā)生電離產(chǎn)生自由移動的Cu2和SO()(5)氯化鈉溶液中只存在Na和Cl()3右圖為電解水的

2、實驗裝置圖。根據(jù)圖示回答下列問題：(1)A端為電源的正極，C試管中收集到的氣體是O2，D試管中收集到的氣體是H2。(2)寫出電解水的化學(xué)方程式：2H2O2H2O2。探究點一電解池的工作原理1如圖為工業(yè)上電解熔融氯化鈉生產(chǎn)金屬鈉的裝置示意圖。容器中盛有熔融的氯化鈉，兩側(cè)分別插入石墨片和鐵片作為電極材料，兩個電極分別與電源的正極和負(fù)極相連。(1)通電前，熔融NaCl中存在的微粒有Na、Cl，這些微粒的運動狀態(tài)是自由移動。(2)通電后離子運動方向：陽離子Na(填離子符號)移向鐵電極，發(fā)生還原反應(yīng)；陰離子Cl(填離子符號)移向石墨電極，發(fā)生氧化反應(yīng)。電極上發(fā)生的變化是鐵電極：2Na2e=2Na；石墨電

3、極：2Cl2e=Cl2。(3)由以上分析可知：熔融的NaCl在直流電源作用下發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，分解生成了Na和Cl2。2電解和電解池(1)電解是在直流電作用下，在兩個電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程。(2)電解池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。(3)電極名稱陰極：與電源負(fù)極相連的電極，發(fā)生還原反應(yīng)；陽極：與電源正極相連的電極，發(fā)生氧化反應(yīng)。(4)電解池的構(gòu)成條件：具有與直流電源相連接的兩個電極(陰極、陽極)，插入電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中，形成閉合回路。歸納總結(jié)(1)電解池的工作原理示意圖(2)電解質(zhì)導(dǎo)電的過程就是電解質(zhì)的電解過程?；顚W(xué)活用1如下圖所示裝置中，屬于電解池的是()答案C解析判斷某裝置是否

4、為電解池，要以構(gòu)成電解池的三個基本條件為標(biāo)準(zhǔn)。構(gòu)成電解池的三個條件：有與直流電源相連的兩個電極；有電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解質(zhì)；能形成閉合回路。2下列關(guān)于電解池的敘述中，正確的是()A電解池中的閉合回路僅是由電子的定向移動形成的B金屬導(dǎo)線中，電子從電源的負(fù)極流向電解池的陽極，從電解池的陰極流向電源的正極C在電解質(zhì)溶液中，陰離子向陰極移動，陽離子向陽極移動D相同時間內(nèi)，陽離子在陰極上得到的電子數(shù)與陰離子在陽極上失去的電子數(shù)相等答案D探究點二酸、堿、鹽溶液的電解規(guī)律1按右圖所示裝置完成實驗，并填寫下表。(1)實驗過程中，觀察到的現(xiàn)象是電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；與負(fù)極相連的b極上逐漸覆蓋了一層紅色物質(zhì)；與正極

5、相連的a極一側(cè)有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生，能使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍(lán)。(2)實驗結(jié)論是電解質(zhì)CuCl2溶液在導(dǎo)電過程中，有銅析出，有氯氣生成。(3)實驗原理分析氯化銅溶液中的電離過程有a.CuCl2=Cu22Cl，b.H2OHOH；溶液中存在的離子有Cu2、Cl、H、OH，通電前，這些離子在溶液中自由移動。通電時，在電場的作用下，溶液中的離子做定向移動，即Cl、OH趨向a極，Cu2、H趨向b極。a極電極反應(yīng)式是2Cl2e=Cl2，b極電極反應(yīng)式是Cu22e=Cu，電解反應(yīng)方程式是CuCl2CuCl2。2有下列兩組離子：Cu2、Na、H、Ag；Cl、I、SO、OH。用惰性電極電解時，移向陽極的是(填

6、序號)，放電先后順序是IClOHSO；移向陰極的是(填序號)，放電先后順序是AgCu2HNa。3用惰性電極電解下列酸、堿、鹽電解質(zhì)溶液：H2SO4；HCl；NaOH；Na2SO4；CuCl2；NaCl；CuSO4?；卮鹣铝袉栴}：(1)陰極反應(yīng)式與相同的有(填序號)，其電極反應(yīng)式是2H2e=H2；與相同的有，其電極反應(yīng)式是Cu22e=Cu。(2)陽極反應(yīng)式與相同的有，其電極反應(yīng)式是4OH4e=O22H2O；與相同的有，其電極反應(yīng)是2Cl2e=Cl2。(3)寫出下列電解的化學(xué)方程式2H2O2H2O2；2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2；2CuSO42H2O2H2SO42CuO2。(4)只是水發(fā)

7、生電解的是，只是電解質(zhì)本身發(fā)生電解的是，電解質(zhì)和水都發(fā)生電解的是。(5)電解后溶液的pH顯著增大的是，減小的是，不變的是。(6)欲使電解的溶液復(fù)原，只加入水的是，只加入電解質(zhì)本身的是；欲使電解后的復(fù)原需通入HCl氣體，欲使電解后的復(fù)原需加入CuO。歸納總結(jié)(1)分析電解問題的基本方法思路通電前：電解質(zhì)溶液中含有哪些陰、陽離子(包括水電離出的H和OH)。通電時：陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，結(jié)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)。正確書寫電極反應(yīng)式，要注意原子數(shù)、電荷數(shù)是否守恒。能結(jié)合題目要求分析電解時的各種變化情況，如兩極現(xiàn)象、水的電離平衡移動、離子濃度的變化、pH變化等

8、。(2)電極反應(yīng)規(guī)律陰極：無論是惰性電極還是活性電極都不參與電極反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的是溶液中的陽離子。陽離子放電順序：AgCu2HPb2Fe2Zn2陽極：溶液中還原性強的陰離子失去電子被氧化，或者電極材料本身失去電子被氧化而溶入溶液中。其放電順序：金屬陽極S2IClOH含氧酸根。(3)惰性電極電解規(guī)律類型電解質(zhì)溶液電極反應(yīng)特點電解水型含氧酸、強堿、活潑金屬的含氧酸鹽溶液陰極：4H4e=2H2陽極：4OH4e=2H2OO2電解電解質(zhì)型無氧酸、不活潑金屬的無氧酸鹽溶液電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電放H2生堿型活潑金屬(K、Ca、Na)的無氧酸鹽陰極：放出H2生成堿陽極：電解質(zhì)陰離子放電放O2生

9、酸型不活潑金屬的含氧酸鹽溶液陰極：電解質(zhì)陽離子放電陽極：OH放電生成酸活學(xué)活用3用惰性電極電解AgNO3溶液，說法不正確的是()A電解過程中陰極質(zhì)量不斷增加B電解過程中溶液的pH不斷降低C此時向溶液中加入適量的Ag2O固體可使溶液恢復(fù)到電解前的狀況D電解后兩極產(chǎn)生的氣體體積比為21答案D解析解決有關(guān)電解問題首先注意電極材料，在此基礎(chǔ)上寫出電極反應(yīng)式和電解反應(yīng)方程式，根據(jù)電解反應(yīng)方程式來分析電解前后的物質(zhì)變化和溶液濃度變化，分析溶液的pH變化必須注意原溶液的pH情況。用惰性電極電解AgNO3溶液，電解反應(yīng)方程式為4AgNO32H2O4AgO24HNO3。陰極上析出Ag，陽極上放出O2，故A正確、

10、D錯誤；由于生成HNO3溶液，pH應(yīng)不斷降低，B正確；要使溶液恢復(fù)電解前的狀況要看加入的物質(zhì)在溶液中的反應(yīng)：2Ag2O4HNO3=4AgNO32H2O；得到的物質(zhì)恰好是反應(yīng)掉的物質(zhì)，可以使溶液恢復(fù)電解前的狀況，C正確。4用石墨作電極電解CuCl2和KCl的混合溶液，電解初期陰極和陽極分別析出的物質(zhì)是()AH2、Cl2 BCu、Cl2CH2、O2 DCu、O2答案B解析本題考查離子放電順序，溶液中的離子有Cu2、K、H及Cl、OH五種離子，得電子能力：Cu2HK，失電子能力：ClOH，所以電解初期：陰極：Cu22e=Cu，陽極：2Cl2e=Cl2，故選B。1下列關(guān)于電解池工作原理的說法中，錯誤的

11、是()A電解池是一種將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置B電解池中發(fā)生的反應(yīng)是非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)C電解池工作時，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)D電解池放電時，電極本身不會參加電極反應(yīng)答案D2用石墨作電極，電解下列物質(zhì)的溶液，其實質(zhì)不是電解水的是()ANaNO3 BNaOHCNa2SO4 DNaCl答案D3用惰性電極電解下列溶液，其中隨著電解的進(jìn)行，溶液pH逐漸減小的是()氯化鈉溶液硫酸銅溶液氫氧化鈉溶液稀硫酸稀鹽酸硫酸鈉溶液A BC D答案C4用惰性電極電解下列溶液一段時間后再加入一定量的某種物質(zhì)(方括號內(nèi)物質(zhì))，能夠使溶液恢復(fù)到原來的成分和濃度的是()AAgNO3AgNO3 BNaOHH2OCKC

12、lKCl DCuSO4Cu(OH)2答案B5在某電解質(zhì)溶液里，用M和N作電極，通電一段時間后，發(fā)現(xiàn)M極質(zhì)量減小，N極質(zhì)量增大，符合這一情況的是()A電解質(zhì)溶液是稀硫酸B金屬M是陽極，金屬N是陰極CM和N是石墨電極DM是陰極，N是陽極答案B解析由題意可知，M極溶解，發(fā)生氧化反應(yīng)，為陽極，N極質(zhì)量增加，故有金屬單質(zhì)在N極上析出，發(fā)生還原反應(yīng)，為陰極，電解質(zhì)溶液為鹽溶液，M為金屬電極。6用惰性電極電解CuSO4溶液。若陰極上析出Cu的質(zhì)量為3.2 g，則陽極上產(chǎn)生氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為_；室溫下，若將電解后的溶液稀釋至1 L，則溶液中的c(H)為_。答案0.56 L0.1 molL1解析用惰性電極

13、電解CuSO4溶液時，陽極：4OH4e=O22H2O，陰極：Cu22e=Cu，根據(jù)得失電子守恒，n(O2)n(Cu)0.025 mol，所以標(biāo)準(zhǔn)狀況下V(O2)0.56 L；根據(jù)反應(yīng)2CuSO42H2O2CuO22H2SO4，電解后溶液中n(H)4n(O2)0.1 mol，所以c(H)0.1 molL1?；A(chǔ)過關(guān)一、電解池的電極名稱的判斷1關(guān)于原電池、電解池的電極名稱，下列說法錯誤的是()A原電池中失去電子的一極為負(fù)極B電解池中與直流電源負(fù)極相連的一極為陰極C原電池中相對活潑的一極為正極D電解池中發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為陽極答案C解析根據(jù)兩池的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)原理可確定，原電池中相對活潑的一極為負(fù)極。2

14、電解池中，陽極的電極材料一定()A發(fā)生氧化反應(yīng) B與電源正極相連C是鉑電極 D得電子答案B解析陽極材料若為活潑金屬則直接發(fā)生氧化反應(yīng)；若為惰性電極，則最易失電子的陰離子發(fā)生氧化反應(yīng)。3若某裝置發(fā)生如下反應(yīng)：Cu2H=Cu2H2，關(guān)于該裝置的有關(guān)說法正確的是()A該裝置一定為原電池B該裝置為電解池C若為原電池，Cu為正極D電解質(zhì)溶液可能是硝酸溶液答案B解析已知反應(yīng)為非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，故該裝置應(yīng)為電解池，而非原電池，但電解質(zhì)不能為HNO3，否則得電子的為NO，而非H得電子放出H2。二、電極反應(yīng)式、電解反應(yīng)方程式的書寫4有關(guān)甲、乙、丙、丁四個圖示的敘述正確的是()A甲中負(fù)極反應(yīng)式為2H2e=H2

15、B乙中陽極反應(yīng)式為Age=AgC丙中H向碳棒方向移動D丁中電解開始時陰極產(chǎn)生黃綠色氣體答案C解析由圖知，甲、丙為原電池，乙、丁為電解池。甲中Zn為負(fù)極，Zn2e=Zn2，A錯；丙中Fe為負(fù)極，C為正極，H向正極移動，C正確；乙中Ag作陽極，本身失電子，B錯；丁中放電順序：ICl，開始產(chǎn)生I2，D錯。5下面列出了電解不同物質(zhì)的電極反應(yīng)式，其中錯誤的是()A電解飽和食鹽水陰極：Nae=NaB電解CuSO4溶液陰極：Cu22e=CuC電解熔融NaCl陰極：Nae=NaD電解NaOH溶液陽極：4OH4e=2H2OO2答案A解析本題考查了電極反應(yīng)式的書寫和電極產(chǎn)物的判斷。A中電解飽和食鹽水時，陰極應(yīng)是H

16、2O電離出的H得電子放出H2。6用惰性電極電解物質(zhì)的量濃度相同、體積比為13的CuSO4和NaCl的混合溶液，可能發(fā)生的反應(yīng)有()2Cu22H2O2Cu4HO2Cu22ClCuCl22Cl2HH2Cl22H2O2H2O2A B C D答案D解析由n(CuSO4)n(NaCl)13得n(Cu2)n(Cl)13，根據(jù)放電順序，陰離子：ClOHSO，陽離子：Cu2HNa，知該電解過程分為3個階段，第一階段：電解CuCl2溶液：Cu22ClCuCl2；第二階段：電解NaCl溶液：陰極：2H2e=H2，陽極：2Cl2e=Cl2，兩式相加得到總反應(yīng)式2Cl2HH2Cl2，忽略了H來自于水，書寫總反應(yīng)式時不

17、能將兩式簡單相加，而應(yīng)將H改寫成H2O而生成OH，即2Cl2H2O2OHH2Cl2；第三階段：電解H2O：2H2O2H2O2。三、酸、堿、鹽溶液的電解規(guī)律7用惰性電極電解某溶液時，發(fā)現(xiàn)兩極只有H2和O2生成，則電解一段時間后，下列有關(guān)該溶液(與電解前同溫度)的說法中正確的有()該溶液的pH可能增大；該溶液的pH可能減?。辉撊芤旱膒H可能不變；該溶液的濃度可能增大；該溶液的濃度可能不變；該溶液的濃度可能減小A BC D全部答案C解析用惰性電極電解時兩極只有H2和O2，則實質(zhì)上電解的是水，電解質(zhì)不參與反應(yīng)。該電解質(zhì)有3種可能，如電解H2SO4溶液時，水被電解，H2SO4濃度變大，pH減??；電解Na

18、OH溶液時，水被電解，NaOH濃度變大，pH增大；電解Na2SO4溶液時，水被電解，Na2SO4濃度變大，pH不變，但若NaOH溶液、Na2SO4溶液是飽和溶液則濃度不變，故、正確，不可能。8用鉑作電極電解一定濃度的下列物質(zhì)的水溶液，電解結(jié)束后，向剩余電解液中加適量水，能使溶液和電解前相同的是()ACuSO4 BH2SO4CCuCl2 DNaCl答案B解析當(dāng)電解池的電極是惰性電極時，陽極不溶解，電解過程的本質(zhì)是電解溶劑水或電解質(zhì)或二者都發(fā)生反應(yīng)。電解的反應(yīng)分別為A2CuSO42H2O2CuO22H2SO4B2H2O2H2O2CCuCl2CuCl2D2NaCl2H2OH2Cl22NaOH所以B項

19、電解H2SO4的實質(zhì)是電解水。9Cu2O是一種半導(dǎo)體材料，基于綠色化學(xué)理論設(shè)計的制取Cu2O的電解池示意圖如下，電解反應(yīng)方程式為2CuH2OCu2OH2。下列說法正確的是()A石墨電極上產(chǎn)生氫氣B銅電極發(fā)生還原反應(yīng)C銅電極接直流電源的負(fù)極D當(dāng)有0.1 mol電子轉(zhuǎn)移時，有0.1 mol Cu2O生成答案A解析由電解反應(yīng)方程式可知，Cu參加了反應(yīng)，所以Cu作電解池的陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，B選項錯誤；石墨作陰極，電極反應(yīng)式為2H2e=H2，A選項正確；陽極與電源的正極相連，C選項錯誤；陽極反應(yīng)式為2Cu2OH2e=Cu2OH2O，當(dāng)有0.1 mol電子轉(zhuǎn)移時，有0.05 mol Cu2O生成，D選項

20、錯誤。10下圖中X、Y分別是直流電源的兩極，通電后發(fā)現(xiàn)a電極質(zhì)量增加，b電極處有無色無味氣體放出。符合這一情況的是表中的()選項abX溶液A鋅石墨負(fù)極CuSO4B石墨石墨負(fù)極NaOHC銀鐵正極AgNO3D銅石墨負(fù)極CuCl2答案A解析由a電極質(zhì)量增加，知溶液中陽離子在a電極析出，則a為陰極，X為負(fù)極；因B中a電極不析出金屬，C中X為正極可否定，又由b電極有無色無味氣體放出，否定D。能力提升11從H、Cu2、Na、SO、Cl五種離子中選擇并恰當(dāng)?shù)亟M成電解質(zhì)，按下列要求進(jìn)行電解：(1)以石墨為電極，使電解質(zhì)質(zhì)量減少，水質(zhì)量不變，進(jìn)行電解，則可采用的電解質(zhì)是_。(2)以石墨為電極，使電解質(zhì)質(zhì)量不變，

21、水質(zhì)量減少，進(jìn)行電解，則可采用的電解質(zhì)是_。(3)以石墨為陽極，鐵棒為陰極，使電解質(zhì)和水的質(zhì)量都減少，進(jìn)行電解，則電解質(zhì)是_。(4)以石墨為電極進(jìn)行電解，若陰極析出金屬，陽極放出O2時，電解質(zhì)的化學(xué)式可能是_。(5)以石墨為電極進(jìn)行電解，兩極分別放出氣體，且體積比為11時，電解質(zhì)的化學(xué)式可能是_。答案(1)HCl、CuCl2(2)H2SO4、Na2SO4、NaHSO4(3)CuSO4、NaCl(4)CuSO4(5)HCl、NaCl12如下圖所示，當(dāng)線路接通時，發(fā)現(xiàn)M(用石蕊試液浸潤過的濾紙)a端顯藍(lán)色，b端顯紅色，且知甲中電極材料是鋅、銀，乙中電極材料是鉑、銅，且乙中兩極不發(fā)生變化?；卮穑?1

22、)裝置名稱：甲是_，乙是_。(2)電極名稱及電極材料：A_，_；B_，_；C_，_；D_，_。答案(1)原電池電解池(2)負(fù)極Zn正極Ag陽極Pt陰極Cu解析甲中可自發(fā)的發(fā)生氧化還原反應(yīng)，乙不能，因此甲為原電池，乙為電解池。a端顯藍(lán)色，說明H反應(yīng)余OH，則a為電解池陰極，那么A為原電池負(fù)極，B為正極，C為陽極，D為陰極。乙中兩極不發(fā)生變化，則陽極為鉑，陰極為Cu。13下圖是一個電化學(xué)過程的示意圖。已知甲池的總反應(yīng)式為2CH3OH3O24KOH2K2CO36H2O(1)請回答圖中甲、乙兩池的名稱。甲池是_裝置，乙池是_裝置。(2)請回答下列電極的名稱：通入CH3OH的電極名稱是_，B(石墨)電極

23、的名稱是_。(3)寫出電極反應(yīng)式：通入O2的電極的電極反應(yīng)式是_。A(Fe)電極的電極反應(yīng)式為_。(4)乙池中反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。答案(1)原電池電解池(2)負(fù)極陽極(3)O24e2H2O=4OH4Ag4e=4Ag(4)4AgNO32H2O4AgO24HNO3解析根據(jù)題意，甲池是一個燃料電池，則乙池為電解池，在甲池中CH3OH發(fā)生氧化反應(yīng)，為原電池的負(fù)極，O2發(fā)生還原反應(yīng)，為原電池的正極，A與CH3OH極相連，為電解池的陰極，B為陽極，電極反應(yīng)式為甲池：負(fù)極：2CH3OH12e16OH=2CO12H2O正極：3O212e6H2O=12OH乙池：陽極：4OH4e=2H2OO2陰極：4Ag4e=

24、4Ag電解反應(yīng)：4AgNO32H2O4AgO24HNO3。14下圖中電極a、b分別為Ag電極和Pt電極，電極c、d都是石墨電極。通電一段時間后，在c、d兩極上共收集到 336 mL (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))氣體?；卮穑?1)直流電源中，M為_極。(2)Pt電極上生成的物質(zhì)是_，其質(zhì)量為_g。(3)電源輸出的電子，其物質(zhì)的量與電極b、c、d分別生成的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為2_。(4)AgNO3溶液的濃度_(填“增大”、“減小”或“不變”，下同)，硫酸的濃度_。(5)若硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由5.00%變?yōu)?.02%，則原有5.00%的硫酸_g。答案(1)正(2)Ag2.16(3)21(4)不變增大(5)45.18解析(1)電解5.00%的稀硫酸，實際上是電解其中的水。因此在該電解池中發(fā)生反應(yīng)：2H2O2H2O2，V(H2)V(O2)21。據(jù)此可確定d極為