2021-2022学年高二化学人教版选修四学案：4.3.1-电解原理-Word版含解析.docx

第三节电解池
第1课时　电解原理
[学习目标]　1.了解电解、电解池的概念。　2.理解电解池的工作原理。(重点)　3.能够正确书写电解池的电极反应方程式。(难点)

一、电解CuCl2溶液
1．装置分析

2．试验原理分析
(1)通电前，Cu2＋、H＋、Cl－以及OH－在溶液中作自由运动。通电时，在电极的作用下，这些自由运动的离子改作定向运动，即Cl－、OH－等阴离子趋向阳极，Cu2＋、H＋等阳离子趋向阴极。
(2)两个电极上的反应和总反应：
阳极(与电源正极相连)：2Cl－－2e－===Cl2↑，
阴极(与电源负极相连)：Cu2＋＋2e－===Cu，
总反应：CuCl2Cu＋Cl2↑。
(3)结论：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。

1．溶液中含有Cu2＋、H＋，为什么阴极是Cu2＋放电而不是H＋呢？
【提示】　阴极上得电子力气强的先放电，而氧化性Cu2＋>H＋，故Cu2＋先得电子。
二、电解原理
1．电解
使电流通过电解质溶液在两个电极上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)

2．电解质溶液导电时，确定会有化学反应发生吗？
【提示】　确定。

1．易误诊断
(1)在电解池中，与外接电源正极相连的电极是阳极。(　　)
(2)用惰性电极电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液pH不变。(　　)
(3)电解任何物质阳极上失电子数与阴极上得电子数相等。
(　　)
(4)电解氯化铜溶液时阴极上有气体生成。(　　)
【答案】　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×
2.(2021·北京高考)用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。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，在阴极四周观看到黄绿色气体
【解析】　可利用电解质溶液中离子的移动方向推断出电源的正负极，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＋＋2e－===Cu应在阴极上发生，阳极上发生的反应应为2Cl－－2e－===Cl2↑。D.通电一段时间后，应在阳极四周观看到黄绿色气体。
【答案】　A
3．下列说法不正确的是(　　)
A．不能自发进行的氧化还原反应一般可以通过电解实现
B．电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化
C．电解池和原电池中均发生氧化还原反应
D．电解、电离、原电池均需要通电
【解析】　电离不需要通电，而是在溶于水或熔化状态下发生的。
【答案】　D
4．如图所示的装置能够组成电解池的是(　　)

【解析】　电解池必需有外接电源，A、B不符合要求；C项未形成闭合回路。
【答案】　D

同学分组探究一　电解池电极与电极产物的推断
第1步探究——问题引入，自主探究
1．电解池中，阴、阳两极的材料与电解产物有关系吗？
【提示】　阳极产物与材料有关，阴极产物与材料无关。
2．电解CuSO4与NaCl的混合液，首先在阴、阳两极产生什么物质(用惰性电极)?
【提示】　阳极―→Cl2、阴极——Cu。
第2步阐述——要点归纳，深化学问
1．电解池的阴、阳极的推断方法
…(＋)——阳极，(－)——阴极

…
2．电解时电极产物的推断
(1)阳极产物的推断
①活性金属电极
金属电极失电子，被溶解，生成对应金属阳离子。
②惰性电极(Pt、Au、C)
阴离子失电子，生成对应非金属单质。

(2)阴极产物的推断
与电极材料无关，直接依据阳离子放电挨次进行推断，阳离子放电挨次：

第3步例证——典例印证，思维深化
　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：①溶液中几乎没有Br－；②电解质溶液为无色；③最终溶液显碱性；④K＋、Na＋和SO的浓度几乎没有变化。正确的是(设Cl2、Br2全部从溶液中逸出)(　　)
A．①②③ 　B．仅③　 　C．①④　 　D．均正确
【解析】　此题电解的是混合溶液，目的是考查同学对阴、阳离子放电挨次把握的娴熟程度。溶液中存在的阴离子有：Cl－、Br－、SO、OH－，阳离子有：K＋、Cu2＋、Na＋、H＋。因用Pt电极电解时间足够长，阴离子首先放电的是Br－，其次是Cl－，最终是OH－，SO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电解完毕后，相当于连续电解HCl(H＋来自于水中)，当Cl－被消耗尽后，则连续电解水。由于Cu2＋转化为单质铜，电解质溶液变为无色；Cl－放电时，水电离出的H＋放电，使溶液中的c(OH－)增大；由于电解时间足够长，水被消耗，c(K＋)、c(Na＋)和c(SO)会增大。
【答案】　A
第4步运用——精选习题，落实强化
1．电解池中，阳极的电极材料确定(　　)
A．发生氧化反应 B．与电源正极相连
C．是铂电极 D．得电子
【解析】　若阳极材料为活泼金属，则直接发生氧化反应；若为惰性电极，则最易失电子的阴离子发生氧化反应。
【答案】　B
2．如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极四周溶液呈蓝色。下列说法中不正确的是(　　)

A．x是正极，y是负极
B．a极产生氢气，b极生成I2
C．a极和Pt电极都有气泡产生
D．U形管中溶液的碱性增加
【解析】　淀粉遇碘变蓝→b极生成I2，即确定b极发生反应2I－－2e－===I2，则b极是阳极，x是负极，y是正极，a极H＋放电，发生反应2H＋＋2e－===H2↑，产生氢气，U形管中总反应式为2KI＋2H2O2KOH＋H2↑＋I2，溶液的碱性增加，故A错误，B、D正确；石墨为阴极，铂为阳极，电极反应分别是Cu2＋＋2e－===Cu，4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，C正确。
【答案】　A
3．现用Pt电极电解1 L浓度均为0.1 mol/L的HCl、CuSO4的混合溶液，装置如图，下列说法正确的是(　　)

A．电解开头时阴极有H2放出
B．电解开头时阳极上发生：Cu2＋＋2e－===Cu
C．当电路中通过电子的量超过0.1 mol时，此时阴极放电的离子发生了变化
D．整个电解过程中，SO不参与电极反应
【解析】　依据放电挨次阴极先放电的是Cu2＋，故阴极开头析出的是Cu，阳极先放电的是Cl－，故阳极开头产生的是Cl2。故A、B错；由阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu，n(Cu2＋)＝0.1 mol，当电路中通过电子的量达到0.2 mol时，此时Cu2＋消耗完毕，阴极放电离子变为H＋，所以C错；阳极先是Cl－放电，当Cl－消耗完毕，此时H2O电离产生的OH－开头在阳极放电，SO不参与电极反应。
【答案】　D
4.依据如图所示装置回答：
(1)当X为Pt，Y为Fe，Z为AgNO3时，阳极反应式为__________________________
__________________________________，
阴极反应式为____________________________，
电解反应式为_______________________________。
(2)X为Cu，Y为Fe，Z为CuSO4时，阳极反应式为
__________________________________________________，
阴极反应式为_______________________________。
【解析】　电解池中与电源正极相连的是阳极(X)，与电源负极相连的是阴极(Y)。
【答案】　(1)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　4Ag＋＋4e－===4Ag　2H2O＋4AgNO34Ag＋O2↑＋4HNO3
(2)Cu－2e－===Cu2＋　Cu2＋＋2e－===Cu

依据试验现象推断阴、阳极和电极产物
实际题目中往往不给出电解池的电源，而是给出一些试验现象，据此先推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。
①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；
②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；
③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。
同学分组探究二　用惰性电极电解电解质溶液的规律
第1步探究——问题引入，自主探究
1．电解H2SO4溶液与盐酸溶液(惰性电极)的产物相同吗？溶液pH有何变化？
【提示】　阴极产物相同(H2)，阳极产物不同(H2SO4→O2，HCl→Cl2)，电解H2SO4溶液pH减小，盐酸溶液pH增大。
2．用惰性电极电解食盐水一段时间后，若要使溶液复原，应加入什么物质？
【提示】　应通入确定量的HCl。
第2步阐述——要点归纳，深化学问
1．用惰性电极电解电解质溶液的一般规律
电解
类型
电解质
类别
(实例)
电极反
应特点
电解
对象
电解质
浓度
pH
溶液
复原
电解
水型
强碱
(NaOH) 含氧酸
(H2SO4) 两者生
成的盐
阴极：
4H＋＋4e－
===2H2↑
4OH－－4e－
===2H2O
＋O2↑
水
增大
增大
加水
减小
不变
电解
电解
质型
无氧酸
(HCl)
不活泼金属
的无氧酸盐
(CuCl2)
电解质的
阴、阳离
子分别在
两极放电
电
解
质
减小
增大
加HCl
增大
加
CuCl2
放
H2
生碱
型
活泼金属
的无氧酸
盐(NaCl)
阴极：H2O
(H＋)放电
生成H2
产生碱；
阳极：电解
质的阴离
子放电
电解
质
和水
生成新
电解质
增大
加HCl
放
O2
生酸
型
不活泼金
属的含氧
酸盐
(CuSO4)
阴极：电解
质的阳离
子放电；
阳极：H2O
(OH－)放
电产生O2
生成酸
电解
质
和水
生成新
电解质
减小
加CuO

2.电解离子方程式的书写
(1)电解总方程式必需在短线上标明通电或电解。
(2)若只是电解质溶质被电解，离子方程式中只写电解质及分解产物。如：电解CuCl2溶液：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑。
(3)只有水被电解，只写水电解即可。如：
2H2O2H2↑＋O2↑
(4)电解质、水同时被电解，则都要写入方程式，凡是水电离的H＋或OH－放电时，水必需写分子式。如：
电解饱和食盐水：
2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑。
第3步例证——典例印证，思维深化
　从SO、Cl－、H＋、Cu2＋中选出合适的离子组成电解质，接受碳棒作电极对其水溶液进行电解：
(1)若使电解质含量削减但水量不变，可接受的电解质是________(写化学式或反应式，下同)。
(2)若使电解质和水量都减小，可接受的电解质是________，其阳极的电极反应式为 __________________________________，
其总反应方程式为___________________________________。
(3)若两极分别放出H2和O2，可接受的电解质是________________________________________________________。
(4)若使两极分别放出气体，且体积比为1∶1，可接受的电解质是________，其阴极电极反应为__________________________。
【解析】　首先明确，上述离子可组成的电解质有：CuSO4、CuCl2、HCl、H2SO4四种。其次，在娴熟把握离子放电挨次的基础上要明确电解的类型：如CuCl2、HCl是电解电解质型，电解方程式：CuCl2Cu＋Cl2↑、2HClH2↑＋Cl2↑；H2SO4是电解水型，电解方程式：2H2O2H2↑＋O2↑；CuSO4放O2生酸型，电解方程式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，其阳极电极反应式为：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。
【答案】　(1)CuCl2、HCl　(2)CuSO4　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑　(3)H2SO4　(4)HCl　2H＋＋2e－===H2↑
第4步运用——精选习题，落实强化
1．用惰性电极电解某溶液时，发觉两极只有H2和O2生成，则电解一段时间后，下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中正确的有(　　)
①该溶液的pH可能增大；②该溶液的pH可能减小；
③该溶液的pH可能不变；④该溶液的浓度可能增大；
⑤该溶液的浓度可能不变；⑥该溶液的浓度可能减小
A．仅①②③ B．仅①②③④
C．仅①②③④⑤ D．全部
【解析】　用惰性电极电解时，两极只有H2和O2，则实质上电解的是水，电解质不参与反应。该电解质有3种可能，如电解H2SO4溶液时，水被电解，H2SO4浓度变大，pH减小；电解NaOH溶液时，水被电解，NaOH浓度变大，pH增大；电解Na2SO4溶液时，水被电解，Na2SO4浓度变大，pH不变，但若NaOH溶液、Na2SO4溶液是饱和溶液则浓度不变，故①、②、③、④、⑤正确，⑥不行能。
【答案】　C
2．下图中X、Y分别是直流电源的两极，通电后发觉a电极质量增加，b电极处有无色无味气体放出，符合这一状况的是表中的(　　)

a
b
X
溶液
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
【解析】　由a电极质量增加可知溶液中阳离子在a电极析出，则a为阴极，X为负极，故A正确；B中a电极不析出金属，错误；C中X为正极，错误；又由b电极有无色无味气体放出，D错误。
【答案】　A
3．如下图所示的装置进行电解。通电一会儿，发觉潮湿的淀粉­KI试纸的C端变为蓝色。

(1)E为电源的________极，F为电源的________极。
(2)A中发生反应的化学方程式为________________________
____________________________________________________。
(3)在B中观看到的现象是____________________________。
(4)D端的电极反应式为_______________________________。
【解析】　本题实质上是三个电解装置串联，首先推断电源的正、负极，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：Cu－2e－===Cu2＋，石墨为阴极发生的电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑，由于水电离出的H＋放电，所以溶液中的c(OH－)>c(H＋)，故溶液中有氢氧化铜蓝色沉淀生成。D端为阴极，发生电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑。
【答案】　(1)负　正
(2)4AgNO3＋2H2O4Ag＋4HNO3＋O2↑
(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)2H＋＋2e－===H2↑

(1)用惰性电极电解电解质溶液时，首先要全面分析电解质溶液的组成，找全离子并分为阴、阳两组，然后排出阴、阳离子的放电挨次，写出两极上的电极反应式。
(2)依据两极的电极反应式写出反应的总离子方程式时，要留意：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。
(3)若阴极为H＋放电，则阴极区c(OH－)增大；若阳极区OH－放电，则阳极区c(H＋)增大；若阴、阳极同时有H＋、OH－放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大(饱和溶液例外)。

试验探究(9)　关于电解过程中两极产
物验证的试验探究
电极产物的验证首先要结合题目所给出的电解装置或电解方程式，推断出两电极产物，再结合产物的性质加以验证。下图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色(指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸性—红色，碱性—黄色)。
回答下列问题：

1．电解过程中A管、B管电极四周溶液颜色怎样变化？
【提示】　A管电极四周溶液颜色由红变黄；B管电极四周溶液不变色。
2．写出A管、B管发生反应的电极方程式。
【提示】　A管内：2H＋＋2e－===H2↑(或写为：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑)　Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
B管内：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或写为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑)
3．怎样验证a管中产生的气体？
【提示】　用拇指按住管口，取出试管，将试管口靠近火焰，松开拇指，听到爆鸣声且管口有蓝色火焰，证明产生的气体为氢气。
4．怎样验证b管产生的气体？
【提示】　用拇指按住管口，取出试管，松开拇指，将带火星的木条伸入试管内会复燃，证明产生的气体为氧气。
5．电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内能观看到什么现象？
【提示】　溶液呈红色，白色沉淀溶解。