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)：2Cl2e=Cl2，阴极(与电源负极相连)：Cu22e=Cu，总反应：CuCl2CuCl2。(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Cu2H，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()Aa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：Cu22e=CuD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Cu22e=Cu应在阴极上发生，阳极上发生的反应应为2Cl2e=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】A3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】D4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。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：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 B仅 C 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】B2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()Ax是正极，y是负极Ba极产生氢气，b极生成I2Ca极和Pt电极都有气泡产生DU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2I2e=I2，则b极是阳极，x是负极，y是正极，a极H放电，发生反应2H2e=H2，产生氢气，U形管中总反应式为2KI2H2O2KOHH2I2，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Cu22e=Cu，4OH4e=2H2OO2，C正确。【答案】A3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：Cu22e=CuC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Cu22e=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】D4.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)4OH4e=2H2OO24Ag4e=4Ag2H2O4AgNO34AgO24HNO3(2)Cu2e=Cu2Cu22e=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。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； 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(H2SO4O2，HClCl2)，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：4H4e=2H24OH4e=2H2OO2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CuO2.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：Cu22ClCuCl2。(3)只有水被电解，只写水电解即可。如：2H2O2H2O2(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：2Cl2H2O2OHCl2H2。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11，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：CuCl2CuCl2、2HClH2Cl2；H2SO4是电解水型，电解方程式：2H2O2H2O2；CuSO4放O2生酸型，电解方程式：2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2，其阳极电极反应式为：4OH4e=O22H2O。【答案】(1)CuCl2、HCl(2)CuSO44OH4e=2H2OO22CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2(3)H2SO4(4)HCl2H2e=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()该溶液的pH可能增大；该溶液的pH可能减小；该溶液的pH可能不变；该溶液的浓度可能增大；该溶液的浓度可能不变；该溶液的浓度可能减小A仅B仅C仅 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、正确，不行能。【答案】C2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()abX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【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】A3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：Cu2e=Cu2，石墨为阴极发生的电极反应为：2H2e=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：2H2e=H2。【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(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：6.88.0，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：2H2e=H2(或写为：2H2O2e=2OHH2)Mg22OH=Mg(OH)2B管内：4OH4e=2H2OO2(或写为2H2O4e=4HO2)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。