4.2.1电解原理 学案（含答案）

1、第二节第二节 电解池电解池 第第 1 课时课时 电解原理电解原理 【课程标准要求】 1.了解电解池的工作原理。 2.能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。 一、电解氯化铜溶液 1.电解氯化铜溶液实验探究 (1)按如图所示装置完成实验，并填写下表。 实验现象 实验结论 电流计指针发生偏转 说明电解质溶液导 电 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 与正极相连的 a 极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 产生氯气 (2)实验原理分析 氯化铜溶液中存在的离子有 Cu2 、Cl、H、OH，通电前这些离子在溶液中 作自由运动。 通电时在电场的作用下

2、，溶液中的离子作定向运动，即 Cl 、OH向 a 极迁移， Cu2 、H向 b 极迁移。 a 极电极反应式是 2Cl 2e=Cl 2，b 极电极反应式是：Cu2 2e=Cu， 总反应式是：CuCl2= 电解 CuCl2。 实验结论： 电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。 【微自测】 1.判断下列叙述的正误(正确的打“”，错误的打“”) (1)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现() (2)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极() (3)电解 CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。() (4)用石墨作电极电解 CuCl2溶液， 与

3、电源正极相连一极的电极反应式为 Cu2 2e =Cu() 二、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 (1)概念：将电能转化为化学能的装置。 (2)构成条件 有外接直流电源 有与电源相连的两个电极，其中与直流电源正极相连的叫阳极，与直流电源负 极相连的叫阴极。 电解质溶液或熔融电解质。 闭合电路 (3)示例 (4)电子和离子的移动方向 电子：从电源的负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。 离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。 【微自测】 2.判断下列说法的正误(正确的打“”，错误的打“”)

4、(1)电解池能将化学能转化为电能() (2)电解池的阳极与电源的负极相连() (3)电解池中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动() (4)原电池的负极和电解池的阳极均发生氧化反应() (5)电解池中，电子的流向是负极阴极电解质溶液阳极正极() 一、电解池的工作原理和电解规律一、电解池的工作原理和电解规律 【活动探究】 用下列装置电解不同电解质溶液，结合教材中“电解原理”知识，交流讨论。 (1)写出实验 1 中阴极和阳极的电极反应式，对比和，说明电极材料对电极产 物的影响。 提示：阴极：Cu2 2e=Cu；阳极：2Cl2e=Cl 2；阴极：Cu2 2e =Cu；阳极：Cu2e=Cu2；电极材料

5、对阴极无影响，若阳极材料是活性电 极，则电极本身放电，溶液中的离子不放电。 (2)判断实验 2 中的阴极和阳极产物，说明判断电极产物要考虑哪些因素？ 提示：阴极：H2、阳极：O2；阴极：H2、阳极：O2；判断电极产物要考虑阳 极材料和电解质溶液中离子的氧化性或还原性的强弱。 (3)实验3中持续电解分两个阶段， 分别写出两个阶段的电极反应和电解总反应式。 提示：第一阶段：阳极：2H2O4e =O 24H ，阴极：Cu22e=Cu，电 极总反应：2CuSO42H2O= 电解 2Cu2H2SO4O2。第二阶段：阳极：2H2O 4e =O 24H ，阴极：2H2e=H 2， 电池总反应：2H2O= 电

6、解 2H2 O2。 【核心归纳】 1.电解池的工作原理 接通外界电源后，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子 的定向运动形成内电路，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极，如 图所示。 2.电解池阴、阳极的判断方法 3.电解时电极产物的判断 4.酸、碱、盐溶液电解规律(惰性电极) 用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液： (1)电解水型 电解质 H2SO4 (含氧酸) NaOH (可溶性强碱) Na2SO4 (含氧酸强碱盐) 阳极反应式 4OH 4e=O 22H2O 阴极反应式 4H 4e=2H 2 pH 变化 减小 增大 不变 复原加 入物质 H2O (2)电解电解质型 电

7、解质 HCl(非含氧酸) CuCl2 (非含氧酸弱碱盐) 阳极反应式 2Cl 2e=Cl 2 阴极反应式 2H 2e=H 2 Cu2 2e=Cu pH 变化 增大 复原加 入物质 HCl(g) CuCl2(s) (3)电解质和水都发生电解型 电解质 NaCl (非含氧酸强碱盐) CuSO4 (含氧酸弱碱盐) 阳极反应式 2Cl 2e=Cl 2 2H2O4e =O 24H 阴极反应式 2H2O2e =H 22OH 2Cu2 4e=2Cu pH 变化 增大 减小 复原加 入物质 HCl(g) CuO 或 CuCO3 (1)若阴极为 H 放电，则阴极区 c(OH)增大；若阳极为 OH放电，则阳极区

8、c(H )增大；若阴极为 H放电，同时阳极为 OH放电，相当于电解水，电解质溶液浓 度增大(饱和溶液例外)。 (2)电解质溶液恢复原状的方法：少什么加什么，少多少加多少。如用惰性电极电 解 CuSO4溶液，加入适量 CuO 可恢复到电解前的状况而不能加入 Cu(OH)2。 【实践应用】 1.用石墨作电极，电解碘化钾溶液(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 减小 答案 D 解析 用石墨作电极，电解碘化钾溶液类似于电解氯化钠溶液。阳极反应式为 2I 2e=I 2，阳极附近溶液变蓝色；阴极反应式为 2H2

9、O2e =H 22OH ， 阴极有氢气逸出，附近溶液氢氧根浓度逐渐增大呈碱性，溶液变红色。 2.(2020 龙岩高二检测)如图为直流电源电解稀 Na2SO4溶液的装置。 通电一段时间 后，在石墨电极 a 和 b 附近分别滴加一滴酚酞溶液。则下列有关说法中正确的是 ( ) A.a 电极产生 H2 B.两极产生的气体均有刺激性气味 C.通电一段时间后，稀 Na2SO4溶液酸性增强 D.a 电极附近呈无色，b 电极附近呈红色。 答案 A 解析 a 为阴极，电解时 a 电极上得电子发生还原反应生成氢气同时生成氢氧根 离子，电极反应式为 2H2O2e =H 22OH ，所以有氢气生成，A 正确；阴 极生

10、成氢气、阳极生成氧气，所以生成的气体都是无色无味的，B 错误；阴极上 生成氢气、阳极生成氧气，所以实质上是电解水，硫酸钠的物质的量不变，溶液 体积减小，则硫酸钠物质的量浓度增大，溶液仍然呈中性，溶液酸碱性不变，C 错误； a 电极附近生成氢氧根离子导致溶液呈碱性， b 电极附近生成氢离子导致溶 液呈酸性，所以 a 电极附近溶液变红色，b 电极附近溶液呈无色，D 错误。 二、电解池中电极反应式的书写二、电解池中电极反应式的书写 【核心归纳】 1.电极反应式的书写步骤 2.电解池中电极反应式书写的关键点 (1)书写电解池中电极反应式时，强电解质以实际放电的离子表示，弱电解质写成 化学式。 (2)电

11、极反应式的书写首先根据题干要求及信息写出反应物和生成物，然后根据 “阴(极)得(e )阳(极)失(e)”加上得失电子数目，最后根据电解质溶液酸碱性补 上 H 、OH或 H 2O，依据电荷守恒配平。 (3)酸性溶液中不能出现 OH ，碱性溶液中不能出现 H。 (4)要确保两极得失电子数目相等，且总反应注明条件“电解”。 (1)铁作阳极，铁失电子生成 Fe2 而不是 Fe3。 (2)书写电极反应式要结合题目具体要求分析产物。如用铝作阳极制取氧化铝，则 阳极产物是 Al2O3而不是 Al3 。 (3)Fe3 在阴极上放电时生成 Fe2而不是单质铁。 【实践应用】 1.如下图所示的两个电解槽中，A、B

12、、C、D 均为石墨电极。如果电解过程中共 有 0.02 mol 电子通过，下列叙述正确的是( ) A.甲电解槽中 A 极最多可析出 0.64 g 铜 B.甲电解槽中 B 极的电极反应式为 2H2O4e =O 24H C.乙电解槽中滴入酚酞溶液，D 极附近溶液变红 D.乙电解槽中 C 极的电极反应式为 2H2O2e =H 22OH 答案 C 解析 A 极接直流电源的正极，为甲电解槽的阳极，不能析出 Cu，A 项错误；B 极为甲电解槽的阴极，不能发生氧化反应，B 项错误；D 极接直流电源的负极， 为乙电解槽的阴极，发生还原反应：2H2O2e =H 22OH ，产物有 OH， 滴加酚酞溶液，D 极附

13、近溶液变红，C 项正确；C 极为乙电解槽的阳极，发生氧 化反应，生成 Cl2，D 项错误。 2.按要求书写电极反应式和总反应式。 (1)用惰性电极电解 AgNO3溶液 阳极反应式： _； 阴极反应式： _； 总反应离子方程式： _。 (2)用惰性电极电解 MgCl2溶液 阳极反应式： _； 阴极反应式： _； 总反应离子方程式： _。 (3)用 Fe 作电极电解 NaCl 溶液 阳极反应式： _； 阴极反应式： _； 总反应化学方程式： _。 (4)以铝材为阳极，电解 H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜 阳极反应式： _； 阴极反应式： _； 总反应离子方程式： _。 答案 (1)2H2O4e

14、 =O 24H 4Ag 4e=4Ag 4Ag 2H 2O= 电解 4AgO24H (2)2Cl 2e=Cl 2 2H2O2e Mg2=H 2Mg(OH)2 Mg2 2Cl2H 2O= 电解 Mg(OH)2Cl2H2 (3)Fe2e =Fe2 2H2O2e =H 22OH Fe2H2O= 电解 Fe(OH)2H2 (4)2Al6e 3H 2O=Al2O36H 6H 6e=3H 2 2Al3H2O= 电解 Al2O33H2 核心体系建构 1.下列关于电解池工作原理的说法中，错误的是( ) A.电解池是一种将电能转化成化学能的装置 B.电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应 C.电解池工作时，阳极

15、发生氧化反应，阴极发生还原反应 D.与原电池不同，电解池放电时，电极本身不会参加电极反应 答案 D 解析 如果阳极是活泼电极，电极本身失去电子，发生氧化反应。 2.用石墨电极电解 CuCl2溶液(如图)。下列分析正确的是( ) A.a 端是直流电源的负极 B.通电使 CuCl2发生电离 C.阳极上发生的反应：Cu2 2e=Cu D.通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体 答案 A 解析 可利用电解质溶液中离子的移动方向判断出电源的正、负极，并写出电极 反应式和反应现象。A.铜离子应移向阴极，则 a 为负极。B.CuCl2发生电离是在水 分子的作用下完成的，并非通电才能发生。C.反应 Cu2

16、 2e=Cu 应在阴极上 发生，阳极上发生的反应式为 2Cl 2e=Cl 2。D.通电一段时间后，应在阳极 附近观察到黄绿色气体。 3.下列有关用惰性电极电解 AgNO3溶液一段时间后的说法，正确的是( ) A.电解过程中阳极的质量不断增加 B.电解过程中溶液的 pH 不断升高 C.此时向溶液中加入适量的 Ag2O 固体可使溶液恢复到电解前的状况 D.电解后两极产生的气体体积比为 21 答案 C 解析 用惰性电极电解AgNO3溶液， 总的电解反应式为4AgNO32H2O= 电解 4Ag O24HNO3， 阴极上析出 Ag， 阳极上放出 O2， A、 D 错误； 由于生成 HNO3， 溶液的 p

17、H 降低， B 错误； 要使溶液恢复到电解前的状况要加入的物质应是 Ag2O， C 正确。 4.如图所示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)若要使反应后的溶液恢复到原来状态， 则应该加入_， 加入_ g。 答案 (1)正 (2)2H2O4e =O 24H Cu22e=Cu (3)CuO 4.0 解析 B 电极质量增加，则 B 电极为电解池的阴极，阴极发生还原反应，铜离子 得到电子转化为铜单质，阴极与电源的负极相连，因此 b 电极为电源的负极、a 电极为电源的正极。A 电极为电解池的阳极，发生氧化反应，水失去电子转化为 氧气和氢离子。应补充氧化铜使电解质溶液恢复到原来状态，阴极析出的铜的质 量为 3.2 g，而氧化铜中铜的质量分数为 80%，因此需要补充的氧化铜的质量为 4.0 g。