1、第三节 电解池第1课时 电解原理学 习 目 标 思 维 脉 络 1.了解电解、电解池的定义,会描述电解池的工作原理。2.能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式。3.理解并掌握电解规律和电解产物的判断方法。自主阅读 自主检测 一、电解原理 1.电解的定义 使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。2.电解池(1)定义:将电能转化为化学能的装置。(2)构成(如图):直流电源 两个电极 电解质溶液或熔融电解质 构成闭合回路 自主阅读 自主检测(3)工作原理(以上述电解装置为例):电极名称 阴极 阳极 实验现象 有红色物质析出 有黄绿色气体生成 反应类型 还原反应 氧化反应 电极反
2、应式 Cu2+2e-Cu 2Cl-2e-Cl2 电池反应 Cu2+2Cl-Cu+Cl2 自主阅读 自主检测 二、酸、碱、盐的电解规律 用惰性电极电解酸、碱、盐溶液,填写下表:电解质及类别 电极反应式 电解物质 pH变化 溶液复原方法 H2SO4含氧酸 阳极:4OH-4e-2H2O+O2阴极:4H+2e-2H2 H2O 减小 加入H2O NaOH强碱 增大 Na2SO4活泼金属的含氧酸盐 不变 自主阅读 自主检测 电解质及类别 电极反应式 电解物质 pH变化 溶液复原方法 HCl无氧酸,除 HF 外 阳极:2Cl-2e-Cl2阴极:2H+2e-H2 HCl 增大 通入HCl 气体 CuCl2不活
3、泼金属的无氧酸盐,除氟化物外 阳极:2Cl-2e-Cl2阴极:Cu2+2e-Cu CuCl2 加入CuCl2 自主阅读 自主检测 电解质及类别 电极反应式 电解物质 pH变化 溶液复原方法 NaCl活泼金属的无氧酸盐 阳极:2Cl-2e-Cl2阴极:2H+2e-H2 NaCl、H2O 增大 通入 HCl气体 CuSO4不活泼金属的含氧酸盐 阳极:4OH-4e-2H2O+O2阴极:2Cu2+4e-2Cu CuSO4、H2O 减小 加入CuO或 CuCO3 自主阅读 自主检测 1.将两个石墨棒与直流电源的两极相连,并插入氯化铜溶液中,则下列说法中正确的是()A.在两个电极上都有无色气体产生 B.与
4、电源正极连接的一极上有气体产生 C.在阳极的石墨棒上有紫红色的金属析出 D.随着反应的进行,溶液的浓度越来越大 答案:B 2.如图为电解Na2SO4水溶液的装置。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()A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的 B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体 C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色 D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色 答案:D 情景导入知识点拨典例引领重难点 电解原理 实验目的:以电解氯化铜溶液为例研究电解的基本原理。实验步骤:在U形管中注入CuCl2溶液,插入两根石墨棒作电极(如图),把湿润的淀粉-碘化
5、钾试纸放在与直流电源正极相连的电极附近,接通电源。CuCl2溶液的电解 实验现象:阴极石墨棒上逐渐覆盖了一层红色的铜,在阳极石墨棒上有刺激性气味气体产生,且使湿润的淀粉-碘化钾试纸变成蓝色。情景导入知识点拨典例引领重难点 讨论探究 (1)分析上述电解池工作时,电子的流向、离子的运动方向,并在上图的基础上,绘制出电解池工作时,是如何构成闭合回路的?(2)根据上述实验现象分析,电解过程中在阴极、阳极上各发生什么反应?其电极反应式分别是什么?电解的总反应式是什么?(3)如何确定在阴极和阳极上的放电微粒?探究提示:(1)接通外接电源后,电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极,阳离子向阴极移动,在阴极上
6、得电子,发生还原反应,阴离子向阳极移动,在阳极上失去电子,发生氧化反应,电子由阳极流出,并沿导线流回电源的正极,如图所示。情景导入知识点拨典例引领重难点(2)氯离子在阳极上失去电子发生氧化反应,铜离子在阴极上得电子发生还原反应,电极反应式分别为阳极:2Cl-2e-Cl2(氧化反应)阴极:Cu2+2e-Cu(还原反应)总反应方程式:CuCl2Cu+Cl2情景导入知识点拨典例引领重难点(3)确定在阴极和阳极上的放电微粒时,需要依据放电顺序:阴极的放电顺序就是在阴极上得电子的氧化剂的氧化性由强到弱的顺序,阳极上的放电顺序就是在阳极上失电子的还原剂的还原性由强到弱的顺序。情景导入知识点拨典例引领重难点
7、 电解时电极产物的判断(1)基本思路:(2)离子放电顺序:阴离子放电顺序。情景导入知识点拨典例引领重难点 阳离子放电顺序。(3)根据实验现象判断阴、阳极和电极产物:实际题目中往往不给出电解池的电源,而是给出一些实验现象,据此先判断出是何种离子放电,从而确定出电源的正负极和电解池的阴阳极,并进行有关问题的分析。滴入酚酞显红色的一极(说明H+放电,电极附近溶液显碱性)是阴极,接电源的负极;滴入石蕊显红色的一极(说明OH-放电,电极附近溶液显酸性)是阳极,接电源的正极;电极增重的一极(说明不活泼金属离子放电析出金属)是阴极,接电源的负极。情景导入知识点拨典例引领重难点 题型一 电解池的结构 例题1下
8、图所示的装置能够组成电解池的是()解析:电解池的构成: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。由此分析,可知答案为D。答案:D 情景导入知识点拨典例引领重难点 例题2下列关于电解池的叙述中,不正确的是()A.与电源正极相连的是电解池的阴极 B.电解池是电能转化为化学能的装置 C.溶液中的阳离子移向阴极 D.在电解池的阳极发生氧化反应 解析:与电源正极相连的是电解池的阳极,与负极相连的是电解池的阴极。答案:A 情景导入知识点拨典例引领重难点 例题3某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验,滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿,然后平铺在一块铂片上,接通电源后,用铅笔在滤纸上
9、写字,会出现红色字迹。据此,下列叙述正确的是()A.铅笔端做阳极,发生还原反应 B.铂片端做阴极,发生氧化反应 C.铅笔端有少量的氯气产生 D.a点是负极,b点是正极 情景导入知识点拨典例引领重难点 解析:这是一个按照电解饱和食盐水原理设计的趣味实验,根据原理可知电极反应为阴极:2H+2e-H2(发生还原反应),阳极:2Cl-2e-Cl2(发生氧化反应),若要能够出现黑笔写红字的现象,必须是铅笔做阴极,这样铅笔附近产生的OH-会使酚酞溶液变红。因此与铅笔相连的a点是直流电源的负极。答案:D 情景导入知识点拨典例引领重难点 情景导入知识点拨典例引领重难点 成功体验1 导学号27760078电解装
10、置如下图所示,图中B装置盛1 L 2 molL-1的Na2SO4溶液,A装置中盛1 L 2 molL-1 AgNO3溶液。通电后,湿润的淀粉-KI试纸的C端变蓝色。电解一段时间后,试回答:(1)A中发生反应的化学方程式为 。(2)在B中观察到的现象是 。情景导入知识点拨典例引领重难点 解析:由题意 C 端变蓝色,则 C 极发生的反应为 2I-2e-I2,应为电解池的阳极,则 D 为阴极,a 为电源的负极,b 为正极,A 中 Fe 为阴极,Pt 为阳极,即 A 为惰性电极电解 AgNO3 溶液,发生的反应是4AgNO3+2H2O4Ag+O2+4HNO3。B 中反应为 Cu 电极:Cu-2e-Cu
11、2+,石墨电极:2H+2e-H2(产生 OH-)。总反应:Cu+2H2OCu(OH)2+H2。答案:(1)4AgNO3+2H2O4Ag+O2+4HNO3(2)接通电源后,铜棒周围开始变蓝色,石墨棒上有无色气泡产生,一段时间后,U 形管底部出现蓝色沉淀情景导入知识点拨典例引领重难点 题型二 电解池工作时电极反应式的书写例题 4(1)若以惰性电极电解 CuSO4 溶液,试分析电极产物并写出电极反应式及总反应式。(2)若将等物质的量的 CuSO4 和 MgCl2 混合溶于水,对该溶液以惰性电极进行电解,试讨论两个电极可能的产物,并写出总反应式。解析:(1)在 CuSO4 溶液中含有 Cu2+、H+、
12、OH-、SO42-四种离子,在阴极上 Cu2+放电得 Cu;在阳极上 OH-放电得 O2,电极反应式:阴极为 2Cu2+4e-2Cu,阳极为 4OH-4e-O2+2H2O;总反应式:2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2。情景导入知识点拨典例引领重难点(2)在此混合溶液中,含有的阳离子放电顺序为 Cu2+H+Mg2+,阴离子放电顺序为 Cl-OH-SO42-,故开始电解时,阴极上 Cu2+放电得产物 Cu,阳极上 Cl-放电得 Cl2,当 Cu2+、Cl-放电完毕后,阴极上 H+继续放电得产物 H2,阳极上 OH-放电得产物 O2,所以该电解过程可分为两个阶段:第一阶段:CuCl2C
13、u+Cl2第二阶段:2H2O2H2+O2答案:(1)阴极为 2Cu2+4e-2Cu,阳极为 4OH-4e-O2+2H2O;总反应式:2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2(2)第一阶段:CuCl2Cu+Cl2 阳极产物:Cl2 阴极产物:Cu第二阶段:2H2O2H2+O2 阳极产物:O2 阴极产物:H2情景导入知识点拨典例引领重难点 情景导入知识点拨典例引领重难点 成功体验2 如图中,甲烧杯中盛有100 mL 0.50 molL-1 AgNO3溶液,乙烧杯中盛有100 mL 0.25 molL-1 CuCl2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
14、极重1.9 g,则 情景导入知识点拨典例引领重难点(1)电源E为 极,F为 极。(2)A极的电极反应式为 ,析出的物质的物质的量为 mol。(3)B极的电极反应式为 ,析出气体的体积为 mL(标准状况)。(4)C极的电极反应式为 ,析出的物质的物质的量为 mol。(5)D极的电极反应式为 ,析出气体的体积为 mL(标准状况)。(6)甲烧杯中滴入石蕊溶液,极附近变红,如果继续电解,在甲烧杯中最终得到 溶液。情景导入知识点拨典例引领重难点 解析:由电解一段时间后 A 极比 C 极重,可知 A 极上有 Ag 析出,C 极上有 Cu 析出,若 A 极上析出银的物质的量为 n(Ag),则 C 极上析出
15、Cu 的物质的量为12n(Ag),有关系式 108 gmol-1n(Ag)-64gmol-1n(Ag)12=1.9 g,n(Ag)=0.025 mol。由此可知,两电解池内的电解质均是足量的,故两池电极反应式分别为:A 极:4Ag+4e-4Ag;B 极:4OH-4e-2H2O+O2;C 极:Cu2+2e-Cu;D 极:2Cl-2e-Cl2。A、C 两极析出物质的物质的量分别为 0.025 mol 和0.012 5 mol;B 极析出 O2 的体积为:0.006 25 mol22.4 Lmol-1=0.14L=140 mL;D 极析出 Cl2 的体积为 0.012 5 mol22.4 Lmol-
16、1=0.28L=280 mL。情景导入知识点拨典例引领重难点 答案:(1)负 正(2)Ag+e-Ag 0.025(3)4OH-4e-2H2O+O2 140(4)Cu2+2e-Cu 0.012 5(5)2Cl-2e-Cl2 280(6)B HNO3情景导入知识点拨典例引领重难点 题型三 用惰性电极电解电解质溶液规律的应用 例题5从H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、Cl-等离子中选出适当的离子组成电解质,采用惰性电极对其溶液进行电解。(1)两极分别放出H2和O2时,电解质的化学式可能是 (至少答一种,下同);(2)若阴极析出金属、阳极放出O2时,电解质的化学式可能是 ;(3)两极分别放出气体,且体
17、积比为11,电解质的化学式可能是 。NO3-、SO42-、情景导入知识点拨典例引领重难点 解析:(1)该题找两极分别放出H2和O2的电解质,其阳离子是H+或比H+放电能力弱的Ba2+;阴离子是OH-或比OH-放电能力弱的,则分别由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质符合题意。(2)阴极上的阳离子应是比H+放电能力强的Cu2+、Ag+,阳极上阴离子应是放电能力弱于OH-的,由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质,即符合题意。(3)阴极放出的是H2,阳极是Cl-放电生成Cl2。答案:(1)H2SO4、HNO3、Ba(NO3)2(2)Cu(NO3)2、CuSO4、AgNO3(3)HCl、BaCl2 NO3-
18、、SO42-SO42-、NO3-情景导入知识点拨典例引领重难点 例题6用石墨作电极电解1 molL-1 CuSO4溶液,当c(Cu2+)为0.5 molL-1时,停止电解,向剩余溶液中加入下列何种物质可使电解质溶液恢复至原来状态()A.CuSO4 B.CuO C.Cu(OH)2D.CuSO45H2O 解析:电解过程中的反应:由以上反应可知,电解使2 mol CuSO4和2 mol H2O变成了2 molH2SO4,同时析出铜,放出O2,溶液中每生成2 mol Cu,则放出1 mol O2,故需补充CuO。答案:B 阳极 4OH-4e-2H2O+O2,阴极 2Cu2+4e-2Cu,总反应为 2C
19、uSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2。情景导入知识点拨典例引领重难点 情景导入知识点拨典例引领重难点 情景导入知识点拨典例引领重难点 成功体验3(1)下图中能验证用惰性电极电解氯化钠溶液(含酚酞)的电解产物的装置是()情景导入知识点拨典例引领重难点 解析:电解饱和食盐水生成H2和Cl2,H2可用向下排空气法收集检验,Cl2可用碘化钾淀粉溶液检验,排除A、B。生成H2的一极为阴极,与电源负极相连,生成Cl2的一极为阳极,与电源正极相连,据此可知电子流向正确的为D项。答案:D 情景导入知识点拨典例引领重难点(2)用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液,通电一段时间后,向所得溶液中加入0.1 m
20、ol的Cu(OH)2后,恰好恢复到电解前溶液的浓度和pH,则电解过程中转移电子的物质的量为()A.0.1 molB.0.2 mol C.0.3 molD.0.4 mol 解析:若只电解CuSO4,加入CuO即可恢复电解前的浓度,题中加入Cu(OH)2说明电解了0.1 mol CuSO4和0.1 mol H2O,故转移的电子数目为0.2 mol+0.2 mol=0.4 mol。答案:D 1 2 3 41.有关电解原理的说法正确的是()电解是把电能转变成化学能 电解是把化学能转变成电能 电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化 不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理可以实现 任何溶液被电解
21、时,必然导致氧化还原反应的发生 A.B.C.D.解析:从能量角度看,电解是把电能转变成化学能的过程,正确,不正确;电解质溶液的导电过程,必将伴随着两个电极上氧化还原反应的发生,同时生成新的物质,正确;某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理供给电能也可能实现,正确。答案:D 1 2 3 42.将含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解,且电解时间足够长。有以下结论:溶液中几乎没有Br-;电解质溶液为无色;最终溶液显碱性;K+、Na+和的浓度几乎没有变化。其中正确的是(设Cl2、Br2全部从溶液中逸出)()A.B.C.D.SO42-1 2 3 4解析:溶液中存在
22、的阴离子有:Cl-、Br-、SO42-、OH-,阳离子有:K+、Cu2+、Na+、H+。因用 Pt 电极电解足够长的时间,阴离子首先放电的是 Br-,其次是 Cl-,最后是 OH-,SO42-在溶液中不放电;阳离子先放电的是 Cu2+,其次是 H+。所以先电解 CuBr2,阳极逸出 Br2,阴极析出Cu,当 CuBr2 电解完毕时,相当于继续电解 HCl(H+来自于水中),当Cl-被消耗尽时,则继续电解水。由于 Cu2+转化为单质铜,电解液变为无色;Cl-放电时,水电离出的 H+放电,使溶液中的 c(OH-)增大;由于水被消耗,c(K+)、c(Na+)和 c(SO42-)会增大。答案:A1 2
23、 3 43.用石墨棒作电极,在Na+、Cu2+、Cl-、中选出适当离子组成电解质,电解其溶液,写出符合条件的一种电解质的化学式:(1)当阴极放出H2,阳极放出O2时,电解质是 。(2)当阴极析出金属,阳极放出O2时,电解质是 。(3)当阴极放出H2,阳极放出Cl2时,电解质是 。(4)通过电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量、阳极放出的气体的物质的量之比为421时,电解质的化学式是 。SO42-1 2 3 4解析:(1)当阴极放出H2,阳极放出O2时,则电解时放电离子分别为H+、OH-,实际被电解的物质为H2O,电解质为活泼金属含氧酸盐Na2SO4。(2)当阴极析出金属、阳极放出O2时,电
24、解时放电离子为金属离子、OH-,实际被电解的物质为H2O和电解质,应为CuSO4。(3)当阴极放出H2,阳极放出Cl2时,放电离子为H+、Cl-,则电解质应为NaCl。(4)由题所给离子及离子的放电顺序可知,阴极析出的金属为Cu,阳极放出的气体为O2,其电极反应为阴极2Cu2+4e-2Cu,阳极4OH-4e-2H2O+O2,此时电极产物的物质的量之比为21,符合题意,电解质为CuSO4。答案:(1)Na2SO4(2)CuSO4(3)NaCl(4)CuSO4 1 2 3 44.甲、乙两池电极材料都是铁棒与石墨棒,请回答下列问题:(1)若两池中均为CuSO4溶液,反应一段时间后:有红色物质析出的是甲池中的 棒,乙池中的 棒。乙池中阳极的电极反应式是 。(2)若两池中均为饱和NaCl溶液:写出乙池中总反应的离子方程式 。甲池中石墨棒电极上电极反应式是 ,乙池中石墨棒电极上电极反应属于 (填“氧化反应”或“还原反应”)。1 2 3 4解析:甲为原电池,乙为电解池,(1)若两池中均为 CuSO4 溶液,则有甲乙(2)若均为 NaCl 溶液,则有甲乙答案:(1)石墨 铁 4OH-4e-2H2O+O2(2)2Cl-+2H2OCl2+H2+2OH-2H2O+O2+4e-4OH-氧化反应