1、第三节电解池第1课时电解原理学习目标核心素养1.了解电解、电解池的概念，会描述电解池的工作原理。2能够正确书写电解池的电极反应式和总反应式。3理解并掌握电解规律和电解产物的判断方法。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、氧化反应及还原反应的发生、电流的形成过程和原理。2证据推理与模型认知：建立对电解池过程的系统分析思路的认识模型，提高对电解池本质的认识。电解原理1电解(1)概念：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)特点。电解是最强有力的氧化还原手段，是不可逆(填“可逆”或“不可逆”)的。从本质上看，电解质溶液的导电过程就是
2、电解质溶液的电解过程。2电解池(1)概念：将电能转变为化学能的装置。(2)构成条件：两个电极，电解质溶液或熔融电解质，直流电源，构成闭合回路。(3)工作原理(以惰性电极电解氯化铜为例)。实验装置：原理分析：探究点一电解池电极名称和电解产物的判断1电极名称的判断(1)根据电源正、负极，离子移动方向、发生反应类型判断，具体如下：(2)依据电极产物如果电极上析出Cl2或O2，它一定是阳极；如果电极上产生H2或析出金属，它一定是阴极。(3)根据实验现象判断阴、阳极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
3、分析。滴入酚酞试剂显红色的一极(说明H放电显碱性)是阴极，接电源的负极，电极反应是2H2e=H2。滴入石蕊试剂显红色的一极(说明OH放电显酸性)是阳极，接电源的正极，电极反应是4OH4e=2H2OO2。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，如Cu2放电时Cu22e=Cu。2电解时电极产物的判断(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序表Ag以前)，则电极材料失电子，电极溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则看溶液中的离子的失电子能力。此时根据阴离子放电顺序加以判断(放电顺序即为得、失电子能力顺序)。阳极上的放电
4、顺序：S2IBrClOHNOSOF。即：活性阳极(金属)无氧酸根离子OH含氧酸根离子F。注意：在溶液中含氧酸根离子不放电，常指最高价(中心原子)含氧酸根离子不放电，但非最高价(中心原子)含氧酸根离子的放电能力比OH的强，如SO、MnO等。(2)阴极阳离子的放电顺序阳离子的放电顺序基本上符合金属活动性顺序表，在阳离子放电能力由强到弱排列时，一般将H的位置放在Cu2之后。但在电镀条件下，H的位置放在Zn2之后，Fe2、Zn2与H顺序颠倒，即在水溶液中Fe2、Zn2的得电子能力比H强，可认为水电离产生的c(H)很小之故。1用惰性电极电解氯化镁溶液，在阴极观察到现象是怎样的？提示：用惰性电极电解氯化镁
5、溶液，Mg2和H向阴极移动，因H的氧化性强，故H放电产生氢气，同时生成的OH与Mg2结合产生氢氧化镁沉淀。2用铁电极电解氯化钠溶液，在阳极产生的是黄绿色气体吗？提示：不是。此时铁电极是活性电极，在阳极是铁失去电子溶解，氯离子不放电。【例1】现用铂电极电解1 L浓度均为0.1 molL1的HCl、CuSO4的混合溶液，装置如图，下列说法正确的是()A电解开始时阴极有H2放出B电解开始时阳极上发生：Cu22e=CuC当电路中通过的电子物质的量超过0.1 mol时，此时阴极放电的离子发生变化D整个电解过程中，SO不参与电极反应【解析】依据放电顺序阴极先放电的是Cu2，故阴极开始析出的是Cu，A错误；
6、阳极先放电的是Cl，故阳极开始产生的是Cl2，B错误；由阴极反应Cu22e=Cu，n(Cu2)0.1 mol，当电路中通过电子的量达到0.2 mol时，Cu2放电完毕，阴极放电离子变为H，C错误；阴离子Cl先放电，后是OH，在水溶液中SO不参与电极反应，D正确。【答案】D如图是一个石墨作电极，电解稀的Na2SO4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。下列有关叙述正确的是(D)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CA电极附近呈红色，B电极附近呈蓝色D电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶解呈中性解析：A、
7、B电极反应式分别为4H2O4e=2H24OH、2H2O4e=O24H，相同温度和压强下，A电极生成气体体积大于B电极，A错误；阳极上生成O2，阴极上生成H2，O2和H2都是无色无味气体，B错误；由电极反应式知，A电极附近溶液呈碱性，B电极附近溶液呈酸性，则A电极溶液呈蓝色，B电极溶液呈红色，C错误；惰性电极电解稀的Na2SO4溶液，实际是电解水，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性，D正确。探究点二惰性电极电解电解质溶液的规律1以惰性电极电解电解质溶液，分析电解反应的一般方法和步骤分析电解质溶液的组成，找出有关离子，并分为阴离子、阳离子两组；分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出电极
8、反应式；合并两个电极反应式，得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。2电解反应类型电解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐(如H2SO4、HNO3、NaOH、K2CO3等)溶液的电解。阴极：4H4e=2H2(还原反应)阳极：4OH4e=2H2OO2(氧化反应)总反应化学方程式：2H2O2H2O2自身分解型：无氧酸(氢氟酸除外)、不活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)(如：CuCl2等)溶液的电解。以电解CuCl2溶液为例：阳极：2Cl2e=Cl2(氧化反应)阴极：Cu22e=Cu(还原反应)总反应化学方程式：CuCl2CuCl2放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)(如NaCl、KI、Mg
9、Cl2等)溶液的电解。以电解NaCl溶液为例：阳极：2Cl2e=Cl2(氧化反应)阴极：2H2e=H2(还原反应)总反应化学方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4、AgNO3等)溶液的电解。以电解CuSO4溶液为例：阳极：4OH4e=2H2OO2(氧化反应)阴极：Cu22e=Cu(还原反应)总反应化学方程式：2CuSO42H2O2CuO22H2SO43电解后溶液的变化及恢复原组成的措施4.规律总结(1)在水溶液中，K、Na、Mg2、Al3等离子不可能在阴极放电，即用电解水溶液的方法不可能得到K、Na、Mg、Al等活泼金属。(2)由NaCl迁
10、移到KBr，其电解反应相似，离子方程式为2Br2H2OBr22OHH2，由NaCl迁移到MgCl2，电极反应相同，但电解的离子方程式不同，为2Cl2H2OMg2Mg(OH)2H2Cl2。(3)使电解质复原的原则是“出去什么便加什么”，对于CuSO4溶液，不能加Cu(OH)2，只能加CuO(或CuCO3)。(4)电解后溶液pH的变化规律电极区域：a.阴极H放电产生H2，阴极区pH变大；b.阳极OH放电产生O2，阳极区pH变小。电解质溶液：a.电解过程中，既产生H2，又产生O2，实质是电解水，溶液浓度增大，因而原溶液呈酸性的pH变小，原溶液呈碱性的pH变大，原溶液呈中性的pH不变。b.电解过程中，
11、无H2和O2产生，pH几乎不变。电解过程中，只产生H2，溶液中OH浓度增大，pH变大。电解过程中，只产生O2，溶液中H浓度增大，pH变小。1惰性电极电解氢氧化钾溶液时，氢氧化钾的物质的量如何变化？溶液的pH如何变化？提示：惰性电极电解氢氧化钾溶液时，实质是电解水，氢氧化钾的物质的量不变，但溶剂水的量减小，其物质的量浓度增大，故溶液的pH增大。2惰性电极电解硝酸银溶液一段时间，若恢复原溶液的状态，应加入何种物质？提示：惰性电极电解硝酸银溶液的反应是4AgNO32H2O4AgO24HNO3，因此要恢复原溶液的状态，可加入氧化银或碳酸银。【例2】用惰性电极实现电解，下列说法正确的是()A电解稀硫酸溶
12、液，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电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为12D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11【解析】电解稀H2SO4，实质是电解水，因溶剂减少，H2SO4浓度将增大，故溶液的pH变小；电解稀NaOH溶液，虽然OH在阳极放电，但H同时也在阴极放电，其实质同样是电解水，溶液的浓度也将变大，故溶液的pH变大；电解Na2SO4溶液，其实质也是电解水，在阴极和阳极分别析出H2和O2，二者的物质的量之比为21，而非12；电解CuCl2溶液，在阴、阳两极上分别析出Cu和Cl2，二者的物质的量之比
13、为11。【答案】D用指定材料作阳极和阴极来电解一定浓度的溶液甲，然后加入物质乙能使溶液恢复到原来的浓度，则适当的组合是(D)阳极阴极溶液甲物质乙APtPtNaOHNaOH固体BPtPtCuSO4Cu(OH)2固体CCFeNaCl盐酸DPtPtH2SO4H2O解析：A中可加入水，B中可加入CuO或CuCO3固体，C中可通入HCl气体。1用惰性电极电解下列各组物质的水溶液时，发生的电极反应完全相同的是(A)ANaOH、H2SO4 BCuCl2、Cu(NO3)2CNa2SO4、NaCl DKNO3、AgNO3解析：用惰性电极电解NaOH、H2SO4的水溶液时实质均为电解水，电极反应均相同，A正确；电
14、解B、C两组溶液时，阳极反应不同，阴极反应相同，B、C错误；电解KNO3、AgNO3两组溶液，阳极反应相同，阴极反应不同，D错误。2如图所示，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极板有无色无味的气体放出，符合这一情况的是(A)解析：由题意可知，a极板质量增加，说明电解时有金属析出，发生还原反应，a应为阴极，因此X极应是负极，排除B、C；b极板有无色无味气体放出，此气体为O2，排除D。3能够使反应Cu2H2O=Cu(OH)2H2发生的是(C)A铜片作原电池的负极，石墨作原电池的正极，氯化钠溶液作电解质溶液B铜锌合金在潮湿空气中发生电化学腐蚀C用铜片作阴、阳电极，电解硫酸钠溶液
15、D用铜片作阴、阳电极，电解硫酸铜溶液解析：金属铜和水之间发生的反应是非自发的氧化还原反应，应设计成电解池，在反应Cu2H2O=Cu(OH)2H2中，失电子的是金属铜，所以必须选择金属铜作阳极材料，其他导电的物质作阴极材料即可，在阴极上应该是水中的氢离子得电子的反应，电解质溶液中其他离子的得电子能力要比氢离子弱，可以选择硫酸钠来作电解质。4用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为13的CuSO4和NaCl的混合溶液，可能发生的反应有(D)2Cu22H2O2Cu4HO2Cu22ClCuCl22Cl2HH2Cl22H2O2H2O2A B C D解析：由n(CuSO4)n(NaCl)13得n(Cu2)
16、n(Cl)13，根据放电顺序，阴离子：ClOHSO，阳离子Cu2HNa，知该电解过程分为3个阶段，第一阶段：电解CuCl2溶液：Cu22ClCuCl2；第二阶段：电解NaCl溶液：2Cl2H2O2OHH2Cl2，第三阶段，电解H2O：2H2O2H2O2。5按下图甲装置进行实验，若图乙中横坐标x表示通过电极的电子的物质的量，下列叙述正确的是(B)AF表示反应生成Cu的物质的量BE表示反应实际消耗H2O的物质的量CE表示反应生成O2的物质的量DF表示反应生成H2SO4的物质的量解析：惰性电极电解硫酸铜溶液，生成物是铜、氧气和硫酸，反应的化学方程式是2H2O2CuSO42H2SO42CuO2。反应中
17、生成1 mol氧气转移4 mol电子，而转移4 mol电子生成2 mol铜，所以F表示反应生成氧气的物质的量，E表示反应生成Cu的物质的量或生成硫酸的物质的量或消耗水的物质的量或消耗硫酸铜的物质的量。6.下图中，两电极上发生的电极反应为：a极：Cu22e=Cu；b极：Fe2e=Fe2。下列说法不正确的是(B)A装置中电解质溶液一定含有Cu2B该装置一定是化学能转化为电能Ca、b可能是同种电极材料Da极上一定发生还原反应解析：该装置既可构成原电池，也可构成电解池。当构成原电池时，a极材料是活动性比铁差的金属或石墨，b极为铁，电解质溶液含Cu2；当构成电解池时，a极作阴极，b极作阳极且必须是铁电极
18、，电解液中含Cu2。7如图所示，A、B、C三个装置中的烧杯分别盛有足量的CuCl2溶液。(1)A、B、C三个装置中属于原电池的是A(填标号，下同)，属于电解池的是BC。(2)A池中Zn是负极，发生氧化反应(填“氧化”或“还原”，下同)，电极反应式为Zn2e=Zn2；Cu是正极，发生还原反应，电极反应式为Cu22e=Cu，A中总反应的化学方程式为ZnCu2=CuZn2。(3)B池中C是阴极，发生还原反应，电极反应为Cu22e=Cu；Pt是阳极，发生氧化反应，电极反应为2Cl2e=Cl2。B池中总反应的化学方程式为CuCl2CuCl2。(4)C池中Zn是阴极，发生还原反应，电极反应为Cu22e=C
19、u；Cu是阳极，发生氧化反应，电极反应为Cu2e=Cu2。反应过程中，溶液浓度不变(填“变大”“变小”或“不变”)。解析：判断装置是原电池还是电解池，关键是看它有没有外接直流电源，有则为电解池，无则为原电池。由此可知A为原电池，B和C为电解池，且C较为特殊，实际为电镀铜的装置。原电池中电极分为正极、负极，相对活泼的金属作负极失去电子发生氧化反应，相对较不活泼的金属作正极。所以A中Zn作负极失去电子被氧化，发生反应为Zn2e=Zn2；Cu为正极，电解液中阳离子在正极上得电子被还原，发生反应为Cu22e=Cu。A池中总反应为上述两个半反应的和，即ZnCu2=CuZn2。电解池中规定与直流电源负极相连的电极为阴极，与直流电源正极相连的电极为阳极。在外电场的作用下，溶液中的H和Cu2均移向阴极C棒，但因盐溶液中阳离子得电子能力Cu2H，因而发生还原反应Cu22e=Cu。同时溶液中失电子能力较强的Cl在阳极Pt表面被氧化，电极反应为2Cl2e=Cl2。总反应方程式为CuCl2CuCl2。装置C中阳极为活性电极Cu，当阳极不是惰性电极时，电极本身会被强迫失电子而发生氧化反应Cu2e=Cu2，生成离子进入溶液，此时溶液中阴离子不能失电子。而阴极上发生还原反应Cu22e=Cu，两极反应速率相等，溶液中其他离子不发生反应，因而溶液浓度保持不变。