1、第二节电解池第1课时电解原理核心素养发展目标1.宏观辨识与微观探析：从宏观和微观的角度理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动、阴阳两极上的反应及其变化、电流形成的过程和原理。2.证据推理与模型认知：建立对电解过程的系统分析认识的思维模型，理解电解的规律，会判断电解的产物，会书写电解的电极反应式和总反应式。一、电解原理1实验探究：电解CuCl2溶液(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：Cu22e=Cu(还原反应)与正极相连的a极
2、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：2Cl2e=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)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。(2)电解池：将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。(3)电解池的构成条件直流电源；两个电极；电解质溶液或熔融电解质；形成闭合回路。3电解原理(1)电解池的两个电极必须是两个活动性不同的电极()(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)电解质溶液的导电实验发生化学变化()(5)电解池的阳极发生还原反应()1如下图所示装置中属于电解池的是_
3、(填序号)。答案解析根据电解池的构成条件逐个判断。无外接直流电源，不能构成电解池；无电解质溶液或熔融电解质；中蔗糖属于非电解质，不能构成电解池；没有形成闭合回路，不能构成电解池。2如图所示是电解稀盐酸的装置，其中c、d为石墨电极。试回答下列问题：(1)a电极为_，b电极为_。(2)c电极为_，电极反应式为_，发生了_反应。d电极为_，电极反应式为_，发生了_反应。(3)电解过程中，氢离子向_(填“阴”或“阳”，下同)极移动，氯离子向_极移动。电解总方程式为：_。答案(1)正极负极(2)阳极2Cl2e=Cl2氧化阴极2H2e=H2还原(3)阴阳2HClH2Cl2电解池阴极和阳极的判断依据二、电解
4、规律1电解池的分析方法与规律(1)判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。(2)分析电解质水溶液的全部离子并分为阴、阳两组。(3)根据放电顺序写出电极反应式阴极(与电极材料无关)：阳极(与电极材料有关)：(4)总化学方程式或离子方程式书写反应的总离子方程式时，要注意：若参与电极反应的H(或OH)是由水电离出来的，应用水的分子式表示。提醒“活泼电极”一般指Pt、Au以外的金属。最常用的放电顺序：阳极：活泼金属ClOH；阴极：AgFe3Cu2H。2电解后溶液的复原规律用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表：(1)电解H2O型电解质H2SO4NaOHNa2SO4阳极反应式4OH4e=
5、O22H2O阴极反应式4H4e=2H2pH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HClCuCl2阳极反应式2Cl2e=Cl2阴极反应式2H2e=H2Cu22e=CupH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NaClCuSO4阳极反应式2Cl2e=Cl22H2O4e=O24H阴极反应式2H2O2e=H22OH2Cu24e=2CupH变化增大减小复原加入物质加入HCl加入CuO或CuCO3特别提醒电解后溶液的复原，从溶液中放出的气体和生成的沉淀，按照原子个数比组成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则。(1)
6、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()(2)用石墨作电极电解熔融氯化钠的阴极反应式为Nae=Na()(3)用石墨作阴极、铜作阳极电解硫酸铜溶液的阳极反应式为4OH4e=O22H2O()(4)用石墨作电极电解硝酸银溶液的离子方程式为4Ag2H2O4Ag4HO2()(5)铜作阳极电解盐酸的化学方程式为Cu2HClCuCl2H2()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
7、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、CuCl2HCl、CuCl2(2)Na2SO4、H2SO4H2O(3)CuSO4、NaClCuO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
8、是Na2SO4、H2SO4。(3)电解质是CuSO4,2CuSO42H2O2H2SO42CuO2，若恢复到原状态，可加入CuO，也可加入CuCO3。电解质是NaCl,2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，要恢复到原状态可通入HCl。2如图所示的电解池中，a、b、c、d都是石墨电极，通电一段时间后，a、b、c、d各电极反应式分别是：a：_，b：_，c：_，d：_，并计算各电极生成的气体或固体的物质的量之比是_。答案Cu22e=Cu2Cl2e=Cl24Ag4e=4Ag2H2O4e=O24H2241解析依据电解池分析方法，各电极转移的电子数均相等，设为a mol，各电极反应式：a：Cu22e=Cu
9、 a b：2Cl2e=Cl2 a c：2Ag2e=2Ag a ad：2H2O4e=O24H a 则：n(Cu)n(Cl2)n(Ag)n(O2)2241。 书写电极反应式的方法以电解Cu(NO3)2溶液为例：随堂演练知识落实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2I2e=I2，阴极反应式为2H2O2e=H22OH。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)
10、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CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D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0.1 molL1的CuSO4溶液，当有0.4 mol电子通过电路时，发现阴极增重6.4 g，则要使电解后的溶
11、液恢复到电解前状态，则可向电解后的溶液中加入()A0.1 mol Cu(OH)2B0.1 mol CuOC0.2 mol CuOD0.1 mol CuO和0.2 mol H2O答案A解析该过程转移0.4 mol电子，则阳极应该生成0.1 mol氧气，理论上阴极应该生成0.2 mol铜，但实际上阴极生成的铜为0.1 mol，故铜离子不足，阴极生成0.1 mol铜后，氢离子继续放电，生成氢气0.1 mol。因此应该补充0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，或补充0.1 mol Cu(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
12、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)4AgNO32H2O4Ag4HNO3O2(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)2H2e=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Cu2e=Cu2，石墨为阴极，发生的反应为2H2e=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2H2O
13、2e=H22OH。题组一电解及其装置(电解池)1关于下图所示两个装置的叙述正确的是()A装置名称：是原电池，是电解池B硫酸浓度变化：增大，减小C电极反应式：中阳极：4OH4e=2H2OO2，中正极：Zn2e=Zn2D离子移动方向：中H向阴极方向移动，中H向负极方向移动答案B解析为电解池，电解水，阳极反应式为4OH4e=2H2OO2，硫酸的浓度增大；为原电池，溶液中的氢离子移向正极，正极反应式为2H2e=H2，硫酸的浓度减小。2用石墨作电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的()ACuSO4 BH2OCCuO DCuSO45H2O答案C解析用石墨电极
14、电解CuSO4溶液，发生反应：2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2，电解质溶液的恢复依据“出什么，加什么”的原则，应向溶液中加入适量的CuO，C项正确。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Cu2H=Cu2H2，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
15、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()Aa为负极、b为正极Ba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，氯离子浓度不变答案C解析电流从电源的正极流出，因此a为正极，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)：2Cl2e=Cl2，阴极(d电极)：Cu22e=Cu，故C项正确。5(
16、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()ABCD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2I2e=I2，I2遇淀粉变蓝。阴极发生的电极反应为2H2O2e=H22OH，使石蕊溶液变蓝。题组二电解规律及其应用6用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为31的硫酸铜和氯化钠的混合溶液，不可能发生的反应有()A2Cu22H2O2Cu4HO2BCu22ClCuCl2C2Cl2H2O2OHH2Cl2D2H2O2H2O2答案C解析设混合溶液的体积为4
17、 L，物质的量浓度均为1 molL1，溶液中硫酸铜和氯化钠的物质的量分别为3 mol 和1 mol，根据转移电子守恒，第一阶段：阳极上氯离子放电，阴极上铜离子放电，电解的方程式是Cu22ClCuCl2，氯离子完全反应时，剩余铜离子2.5 mol；第二阶段：阳极上氢氧根离子放电，阴极上铜离子放电，电解的方程式是2Cu22H2O2Cu4HO2；第三阶段：阳极上氢氧根离子放电，阴极上氢离子放电，电解的方程式是2H2O2H2O2。7用石墨作电极，电解1 molL1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
18、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。8.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()Aa电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色Ba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
19、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。9(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XYZWACFeNaClH2OBPtCuCuSO4CuSO4溶液CCCH2SO4H2ODAgFeAgNO3AgNO3晶体答案C解析据加入电解反应方程式生成阴、阳极产物化合后的物质，可复原溶液知，A应通HCl，B加CuO，C加H2O，D不需加任何物质。10(2020南京期末)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
20、()Ab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SO22H2O2e=SO4HD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SO22H2O2e=SO4H，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
21、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2CO24e2H2O=2CO4OH。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=2COO2C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4OH4e=2H2OO2答案C解析该电化学装置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2CO24e2H2O=2CO4OH，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解池总反应式：2CO2=2COO2，故B正确；阴极反应生成的
22、OH在阳极完全反应，电解池总反应为2CO2=2COO2，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4OH4e=2H2OO2，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CO28HCO8e=CH48CO2H2OC一段时间后，池中n(KHCO3)不变D一段时间后，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
23、CO28HCO8e=CH48CO2H2O，B项正确；由于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；池中的铜电极为阴极，发生还原反应，池中的铂电极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为4OH4e=O22H2O，该过程中有H生成，故溶液的pH降低，D项正确。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3.2 g，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
24、_ g。答案(1)正(2)2H2O4e=O24H2Cu24e=2Cu(3)CuO4.014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)b为电源的_极(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)。Z池中e为_极。连接Y、Z池线路，电子流动的方向是d_e(用“”或“”填空)。(2)写出c极上反应的电极反应式：_。写出Y池中总反应的化学方程式：_。写出Z池中e极上反应的电极反应式：_。答案(1)负阳(2)2Cl2e=Cl22NaCl2H2O2NaOHH2Cl2Cu2e=Cu2解析d极附近显红色，说明d为阴极，电极反应式为2H2e=H2，c为阳极
25、，电极反应式为2Cl2e=Cl2，Y池电解NaCl溶液的总反应方程式为2NaCl2H2O2NaOHCl2H2；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Cu22e=Cu、Cu2e=Cu2，电子流动方向由ed。15A、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“
26、负”)极，电极b上发生的电极反应为_。(2)写出乙烧杯中的反应方程式：_。(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4OH4e=2H2OO2(2)2CuSO42H2O2CuO22H2SO4(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处发生的电极反应为Cu22e=Cu，即c电极为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。而Cu2只能和SO结合，可以确定B为硫酸铜；由常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图，可以确定A为KOH或NaOH，C为Na2SO4或K2SO4。甲中为KOH或NaOH溶液，相当于电解H2O，阳极b处为阴离子OH放电，即4OH4e=2H2OO2。(2)乙烧杯中是电解CuSO4溶液，反应方程式为2CuSO42H2O2CuO22H2SO4。(3)乙中铜全部析出后，电解质变为H2SO4，所以电解反应仍能继续进行。